細胞粘附分子影響腦缺血腦再灌注的研究進展*

王 偉，孔 維，趙淑敏，孔祥玉

(承德醫(yī)學院，河北承德 067000)

綜述講座

細胞粘附分子影響腦缺血腦再灌注的研究進展*

王 偉，孔 維，趙淑敏△，孔祥玉

(承德醫(yī)學院，河北承德 067000)

細胞粘附分子;腦缺血再灌注;功能

缺血性腦血管病是致殘率、死亡率很高的疾病。盡管腦缺血的病理生理機制復(fù)雜，越來越多研究表明，炎癥反應(yīng)在腦缺血再灌注損傷的病理生理機制中發(fā)揮著重要作用。細胞粘附分子是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵因子，在其參與下，白細胞粘附內(nèi)皮細胞并浸潤缺血腦組織引起腦損傷。細胞粘附分子主要分三類:免疫球蛋白超基因家族、選擇素家族和整合素家族。本文就細胞粘附分子在缺血再灌注損傷機制的研究進展加以綜述。

1 免疫球蛋白超基因家族

免疫球蛋白超基因家族包括細胞間粘附分子-1(Intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)和細胞間粘附分子-2(Intercellular adhesion molecule-2,ICAM-2)、血小板內(nèi)皮細胞粘附因子-1(platelet -endothelial cell adhesion molecule-1,PECAM-1)、血管細胞粘附分子-1(Vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)。

1.1 ICAM-1 ICAM-1是促進炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵因子。ICAM-1為克隆號CD54、分子量76KD-114KD的細胞表面跨膜糖蛋白。1988年，克隆出人ICAM-1基因，長15.5kb。定位于染色體19p13.3-13.2區(qū)，其啟動子包含可與核因子kB(NF-kB)等轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的位點，其mRNA長3.3kb。正常情況下，ICAM-1在內(nèi)皮細胞、白細胞、上皮細胞和成纖維細胞微量表達，在缺血、缺氧、各種炎癥因子刺激下表達上調(diào)。ICAM-1表達受多種炎癥因子的調(diào)控，如IL-1α、TNF-α及NF-kb誘導(dǎo)下，ICAM-1表達上調(diào)[1]。ICAM-1表達上調(diào)，促進白細胞、血小板牢固粘附內(nèi)皮細胞表面，中性粒細胞浸潤，腦組織釋放大量活性氧、蛋白酶、促炎性介質(zhì)，破壞血腦屏障;大量中性粒細胞和血小板瘀滯在微循環(huán)內(nèi)造成微循環(huán)障礙，阻礙缺血半暗帶區(qū)域有效再灌注，導(dǎo)致缺血區(qū)無復(fù)流現(xiàn)象[2]。動物實驗表明，腦缺血1h后缺血區(qū)ICAM-1 mRNA表達開始升高，于缺血后12-24h達高峰,持續(xù)表達約48h[3]。在全腦腦缺血模型中，Cao等[4]應(yīng)用ICAM-1 抗體治療能明顯改善大鼠神經(jīng)功能評分，減少梗死面積，減少中性粒細胞和巨噬細胞浸潤腦組織。Rallidis等[5]對241例急性腦卒中病人研究發(fā)現(xiàn):急性腦卒中病人ICAM-1顯著升高，而且ICAM-1表達水平與缺血性腦卒中死亡成線性關(guān)系;ICAM-1高表達是中年缺血性腦卒中死亡的危險因素。

1.2 ICAM-2 與ICAM-1一樣，ICAM-2是參與白細胞的粘附組織表達因子。ICAM-2分子量55KD,35%與ICAM-1同源。與ICAM-1不同的是，ICAM-2不僅由內(nèi)皮細胞表達和激活，而且可以由血小板激活表達。在靜息狀態(tài)下，內(nèi)皮細胞表達ICAM-2量高于ICAM-1，ICAM-2表達呈不均一性，多集中在內(nèi)皮細胞接觸連接處;ICAM-2依賴IL-1β刺激大量表達，而TNF-α無此作用[6]。Abigail等應(yīng)用ICAM-2基因缺失大鼠發(fā)現(xiàn)，缺失ICAM-2基因可以減少組織內(nèi)中性粒細胞浸潤[7]。這些實驗表明，在腦缺血后，ICAM-2參與白細胞的浸潤粘附過程。

1.3 PECAM-1 PECAM-1也稱為CD31，是分子量為130KD的糖蛋白，由6個C2類型免疫蛋白亞單位組成的功能區(qū)、跨膜區(qū)和一個細胞內(nèi)鏈組成。PECAM-1主要由內(nèi)皮細胞表達，也可由血小板、單核細胞、中性粒細胞表達，多分布在內(nèi)皮細胞間接觸處。PECAM-1通過胞外區(qū)參與細胞間的相互作用，使中性粒細胞粘附內(nèi)皮細胞，參與中性粒細胞聚集浸潤、炎癥反應(yīng)形成過程[8]。Hwang等應(yīng)用短暫性大鼠腦缺血模型中發(fā)現(xiàn)，在缺血后第四天，海馬CA1區(qū)PECAM-1蛋白表達顯著增高，推測其可能參與了中性粒細胞的浸潤過程[9]。以上實驗提示，PECAM-1參與了炎癥反應(yīng)的形成過程，PECAM-1可能是協(xié)助中性粒細胞穿越內(nèi)皮細胞基底膜，加重中性粒細胞浸潤腦組織。

1.4 VCAM-1 VCAM-1是由內(nèi)皮細胞表達的細胞間粘附因子。靜息狀態(tài)下,內(nèi)皮細胞不表達VCAM-1，當在炎性因子和細菌產(chǎn)物的誘導(dǎo)下，VCAM-1于2-4h開始表達，12h達峰值并持續(xù)72h。Lee等[10]研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α因子通過刺激VCAM-1表達，促進中性粒細胞浸潤人氣管平滑肌細胞，應(yīng)用VCAM-1抑制劑可以減弱炎性細胞浸潤。Hoyte等應(yīng)用分子磁共振觀察大鼠大腦中動脈缺血模型發(fā)現(xiàn)，在缺血的中心和半暗帶區(qū)，VCAM-1分子表達升高，炎癥反應(yīng)重，推測VCAM-1參與了腦缺血的炎癥反應(yīng)過程[11]。Brondani等在一項34例急性腦缺血的病例研究中發(fā)現(xiàn)，血漿中VCAM-1水平72h后升高，并且在卒中發(fā)生3個月后，VCAM-1仍然較高，提示炎癥反應(yīng)可能參與了腦缺血的發(fā)病過程[12]。

2 選擇素家族

選擇素(Selectin)是典型的I型糖蛋白，分子量為90-140KD。根據(jù)表達部位不同分為三類:P-選擇素(P-selectin，CD62P)表達于活化的血小板和內(nèi)皮細胞表面;E-選擇素(E-selectin，CD62E)表達于活化的內(nèi)皮細胞表面;L-選擇素(L-selectin，CD62L)表達于白細胞表面。在腦缺血再灌注損傷中，該家族在炎癥早期發(fā)揮著重要作用。

2.1 CD62P 是一種跨膜糖蛋白，可分為5個區(qū)域:氨基端為凝集素樣區(qū)域，其后依次為上皮生長因子區(qū)域、9個補體調(diào)節(jié)蛋白序列、跨膜區(qū)及胞漿區(qū)。分子量140KD，由789個氨基酸組成，胞外區(qū)有730個氨基酸，含12個N位糖基化位點?？缒^(qū)和胞漿區(qū)各有24個和35個氨基酸。CD62P為高度糖基化的單鏈跨膜糖蛋白，主要集中在小靜脈、微靜脈內(nèi)皮細胞的Weibel-Palade小體和血小板的a-顆粒膜表面。正常狀態(tài)的內(nèi)皮細胞和血小板表面不存在CD62P。腦缺血時，在細胞因子IL-1、TNF-α、脂多糖等因子刺激下，CD62P表達升高[13]。Fang等[14]研究證實，CD62P為微血管內(nèi)皮細胞炎癥早期表達的一種粘附分子，是內(nèi)皮細胞和血小板活化的標志。腦組織的缺血再灌注損傷產(chǎn)生大量氧自由基，這些氧自由基可直接損害血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞，上調(diào)內(nèi)皮CD62P，促進白細胞粘附和遷移，刺激內(nèi)皮細胞釋放ICAM-1和單核細胞趨化蛋白-1(MCPI)等[15]?？梢酝茰y，CD62P促進白細胞粘附與早期表達有關(guān)。然而，有證據(jù)表明，CD62P有持續(xù)的作用是因為腦缺血后期其持續(xù)表達。缺血再灌注時，大量的多核巨細胞和內(nèi)皮細胞生成的細胞因子和活性氧物質(zhì)可能直接促進血小板表達CD62P;CD62P大量表達，促進血小板、中性粒細胞、內(nèi)皮細胞相互粘附，最終形成微循環(huán)血栓[16]。CD62P可持續(xù)在缺血側(cè)的大腦中動脈內(nèi)皮細胞表面表達[17]。Marquardt等研究發(fā)現(xiàn)，急性腦缺血病人血清中CD62P水平表達升高[18]。Suzuki等應(yīng)用Western blot法研究發(fā)現(xiàn)，正常大鼠未見CD62P的表達，而在大腦中動脈閉塞lh再灌注后多個時間點測定CD62P，提示8-12h時表達達高峰，再灌注后3d表達消失。說明缺血性腦梗塞后CD62P的表達參與了促進白細胞粘附，最終導(dǎo)致腦缺血后缺血區(qū)微血管循環(huán)無復(fù)流狀態(tài)[19]。Mocco等研究證實，CD62P抗體治療腦缺血大鼠可以減少梗塞面積，減少缺血區(qū)中性粒細胞浸潤，改善預(yù)后[20]。

2.2 CD62E 是一種糖蛋白細胞粘附分子，又稱ELAM-1，由前后排列的蛋白區(qū)組成，包括氨基末端C型Lectin區(qū)、EGF區(qū)、4-9個SCR區(qū)、單一的跨膜區(qū)及一個胞質(zhì)區(qū)。CD62E正常情況下不表達，當動脈閉塞引起神經(jīng)元壞死，在炎性因子IL-1、TNF-α、NF-kb及活化因子-1(activator protein 1，AP-1)刺激下，CD62E轉(zhuǎn)錄表達，表達后慢慢地被溶酶體降解。與CD62P不同是，CD62E的作用機制不明。然而，CD62E同樣是由內(nèi)皮細胞和白細胞表達的，在體內(nèi)實驗中發(fā)現(xiàn)，其參與炎癥反應(yīng)的形成[21]。動物實驗研究證實，缺血微循環(huán)血管上CD62E在缺血后2h-70h持續(xù)表達[22]。在大腦中動脈缺血的小鼠模型上觀察到，缺血再灌注4h后，CD62E表達增高;應(yīng)用CD62E抗體后，有神經(jīng)保護作用，其作用表現(xiàn)在增加腦血流量[23]。在短暫性腦缺血病人中發(fā)現(xiàn)，發(fā)病48h內(nèi)CD62E表達升高;CD62E與患者發(fā)病年齡呈負相關(guān)[24]。此外，應(yīng)用CD62E、P-選擇素抗體(HuEP5C7)發(fā)現(xiàn)，可以減少缺血區(qū)的中性粒細胞浸潤，減少梗死面積，改善神經(jīng)功能評分[25]。

2.3 CD62L CD62L也由內(nèi)皮細胞和白細胞表達。成熟L-selectin從N端到C端共有5個不同的結(jié)構(gòu)區(qū)域，它們依次是:大約由120個AA組成的C型Lectin區(qū)，由36個AA組成的EGF區(qū)，兩段重復(fù)的與補體調(diào)節(jié)蛋白同源的CR區(qū)(每段由62個AA組成)，15-22個AA組成的跨膜區(qū)和17-18個AA 組成的胞內(nèi)區(qū)，胞內(nèi)區(qū)與細胞骨架相連。CD62L介導(dǎo)腦缺血再灌注損傷早期的炎癥反應(yīng)過程中，白細胞和血管內(nèi)皮細胞的粘附是缺血區(qū)循環(huán)中白細胞活化的標志。白細胞貼壁滾動依賴內(nèi)皮細胞的活化，CD62L與白細胞和內(nèi)皮細胞表達的P-選擇素配體蛋白-1(P-selectin glycoprotein ligand 1,PSGL-1)結(jié)合，促進白細胞滾動、貼壁[26]。氧自由基、細胞支架的變形及應(yīng)激活化蛋白激酶活化促進CD62L激活，從而導(dǎo)致缺血區(qū)腦組織的損傷，拮抗中性粒細胞粘附并沒有改變CD62L在腦缺血損傷中表達水平，其作用機制需要更多的研究來闡明[27]。

總而言之，P-選擇素和E-選擇素參與了缺血性腦卒中的損傷機制。在腦缺血損傷中，P-選擇素的作用強于E-選擇素。深入研究P-選擇素的作用機制，特別是藥理作用機制，將對未來治療腦缺血性疾病提供一種新方法。

3 整合素家族

整合素是由α和β亞基組成的異二聚體膜糖蛋白。整合素是細胞表面受體激活后誘發(fā)細胞構(gòu)象變化，促進細胞骨架改變,從而允許細胞遷移通過。在基底層，整合素鏈接內(nèi)皮細胞(如層粘連蛋白和膠原蛋白等)構(gòu)成細胞外基質(zhì)(ECM)。在大腦中，整合素參與內(nèi)皮細胞、星形膠質(zhì)細胞和基底膜構(gòu)成血-腦屏障。因此，整合素是保持大腦微血管完整性的關(guān)鍵[28]。

3.1 β2整合素 β2整合素 CD11b/CD18 (Mac-1)是ICAM-1(CD54) 在白細胞上的配體。Mac-1與ICAM-1的親和力較低。淋巴細胞相關(guān)抗原-1(CD11a)是白細胞關(guān)于內(nèi)皮細胞表達ICAM-1和ICAM-2(CD102)的配體。盡管白細胞粘附主要依賴P-選擇素和E-選擇素調(diào)節(jié)，但是要確保白細胞與內(nèi)皮細胞牢固粘附，則需要ICAM-1和白細胞整合素CD11b/CD18的參與[29]。有實驗證明,CD11b/CD18促進中性粒細胞粘附，增加腦梗死面積。在大腦中動脈腦缺血模型中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用抗CD11b抗體或者抗CD18抗體后，可以減少腦梗死面積[30]。采用終端dUTP標記法(TUNEL法)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用抗CD11b抗體或者抗CD18抗體后,可以明顯減少凋亡細胞數(shù)[31]。這些資料不僅表明CD11b/CD18的整合素在缺血再灌注損傷中的作用，而且證明4h有效的干預(yù)治療窗的一個概念。

3.2 整合素αIIbβ 整合素αIIbβ3(CD41)可以在腦缺血后激活血小板，它的配體和纖維蛋白原、玻連蛋白、纖維連接蛋白、層粘連蛋白有共同的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列[32]。特別是在非人類靈長類動物腦卒中模型中，整合素αIIbβ3在缺血側(cè)直徑30-50μm的微血管上表達，并伴隨著纖維蛋白的沉積[33]。有研究提示，整合素αIIbβ3受體激活是血小板活化的終點事件;而且應(yīng)用整合素αIIbβ3基因缺失動物發(fā)現(xiàn)，可以明顯減輕大腦中動脈缺血側(cè)的微血管阻塞，改善預(yù)后[34]。上述資料強烈支持整合素αIIbβ3導(dǎo)致腦缺血后微循環(huán)血栓形成。

3.3 整合素α6β4 整合素α6β4(CD104)在腦缺血時快速表達其干預(yù)星形膠質(zhì)細胞和ECM的層粘連蛋白-5之間相互作用，影響血-腦屏障[35]。以上實驗說明，整合素促進中性粒細胞粘附血管內(nèi)皮細胞，使血小板活化，并介導(dǎo)細胞ECM的相互作用。

4 小結(jié)

目前認為,腦組織缺血再灌注損傷是一種多機制、多層次、變化復(fù)雜的免疫性疾病, 炎癥細胞粘附分子扮演著重要角色。隨著分子生物學的發(fā)展和研究的深入,抗粘附分子必將為腦組織缺血再灌注損傷的治療開辟新的領(lǐng)域。

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R743

A

1004-6879(2012)03-0292-04

2012-03-27)

* 河北省科技廳、河北省教育廳資助課題(07276101D-46、2005227)

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