過氧化物酶體增殖物激活受體的神經(jīng)保護作用研究進展

薛艷立，朱雨嵐

過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator－activated receptors，PPARs）是核激素受體超家族成員。三種密切相關的亞型已經(jīng)被確定分別是PPARα，β，γ。它們是配體活化的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)廣泛的細胞過程，包括炎癥、增殖、分化、代謝和能量平衡。PPARs激活后與維甲酸X受體形成異源體調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。每個PPAR亞型是由不同的基因編碼，并具有特定的組織分布。PPARs具有高度的結(jié)構(gòu)同源性和相同的DNA反應元件，稱為PPAR反應元件（PPAR response element，PPRE）。該三種亞型在中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達，PPARα和PPARγ表達在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特定區(qū)域，而PPARβ表達更為廣泛，是主要的亞型。給予PPARβ激動劑可以改善和減少各種急性和慢性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床癥狀和嚴重病理反應，起到神經(jīng)保護作用，在很大程度上，是通過抑制氧化應激和與疾病相關的炎癥反應實現(xiàn)的。PPARβ激動劑的抗炎和抗氧化特性被認為是神經(jīng)保護作用的基礎。本文回顧分析在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中PPARβ的神經(jīng)保護作用，尤其是PPARβ激動劑的抗炎和抗氧化作用機制。

1 PPARβ

PPARβ有441個氨基酸序列，與PPARα和PPARγ一樣，分子結(jié)構(gòu)由4個功能區(qū)域和6個結(jié)構(gòu)片段組成。研究發(fā)現(xiàn)，在胚胎發(fā)育時期的中樞神經(jīng)系統(tǒng)PPARβ在E8.5時開始出現(xiàn)表達，E13／5時表達最高，然后其表達逐漸下降，E18.5時接近成熟水平，這表明在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，它可能在細胞分化中發(fā)揮重要作用[1]。PPARβ表達在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有主要細胞，包括星形膠質(zhì)細胞、血管內(nèi)皮細胞、小神經(jīng)膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞。這些細胞參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應的病理過程。氧化應激和炎癥反應在神經(jīng)元退變病理過程中有十分重要的意義。腦損傷后氧自由基和活性氧族明顯增加，DNA、蛋白質(zhì)損傷，脂質(zhì)過氧化，最終導致神經(jīng)元凋亡?？寡趸瘧ず鸵种蒲装Y反應可能是治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的兩個重要環(huán)節(jié)。PPARβ的激活可抗氧化應激和抑制炎癥反應，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的急慢性損傷起到神經(jīng)保護作用。

2 PPARβ與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

2.1 PPARβ 與腦卒中PPARβ可以保護卒中相關的缺血性損傷[2]。PPARβ基因敲除鼠局灶性腦缺血后梗死面積比野生鼠顯著增加[3]，而梗死面積的差異是在誘導缺血后30min檢測，表明PPARβ在缺血早期就起保護作用[3]。在大腦中動脈閉塞模型（MCAO）中，血管平滑肌細胞PPARβ特異性缺失的小鼠腦血管通透性和梗死面積增加[2]。此外給予大鼠注射PPARβ激動劑L－165041可顯著減少MCAO后24h缺血性腦損傷，說明PPARβ激動劑可能在腦缺血后起保護作用[4]?？赡艿谋Ｗo機制包括調(diào)節(jié)氧化應激和炎癥反應，維持基質(zhì)細胞連接，及促進細胞存活。

增強的氧化應激和炎癥反應被認為是導致腦缺血后神經(jīng)元死亡的主要原因。在MCAO體內(nèi)模型中，PPARβ基因敲除鼠脂質(zhì)過氧化標記丙二醛增加，但抗氧化劑、胱甘肽和抗氧化酶、錳超氧化物歧化酶水平減少，這表明PPARβ基因敲除小鼠在腦缺血后氧化應激反應增加[5]。此外，在小鼠的血管平滑肌細胞中特異的敲除PPARβ，在小鼠大腦缺血后24h促炎癥介質(zhì)顯著增加，包括白細胞介素－1β（IL－1β），IL－6、細胞間黏附分子－1、單核細胞趨化蛋白－1的mRNA水平增加[2]，這表明腦缺血后炎癥反應增加，PPARβ在腦缺血后可能通過調(diào)節(jié)以上過程發(fā)揮保護作用。PPARβ可以激活抗氧化基因如過氧化氫酶和超氧化物歧化酶的轉(zhuǎn)錄[6]；PPARβ也可以控制結(jié)合到PPARs基因的轉(zhuǎn)錄；PPARβ可以通過直接與核因子－κB（NF－κB）作用抑制其轉(zhuǎn)錄，抑制促炎癥轉(zhuǎn)錄因子的激活[6]；PPARβ可通過將其產(chǎn)生的B－細胞淋巴瘤蛋白6結(jié)合到促炎基因的啟動子區(qū)域抑制巨噬細胞的轉(zhuǎn)錄[7]，抑制轉(zhuǎn)錄是PPARβ許多抗炎作用的基礎。PPARβ的激活也可增強IL－1受體的表達，其可競爭IL－1β結(jié)合到IL－1受體上，因此，抑制受體信號轉(zhuǎn)導從而減輕腦缺血后炎癥反應[8]。

腦缺血后破壞了基質(zhì)細胞的連接，這會導致血腦屏障的破壞，最終導致神經(jīng)元死亡和腦損傷。使用PPARβ激動劑GW501516處理血管平滑肌細胞，可降低氧糖剝奪24h后基質(zhì)金屬蛋白酶－9（MMP－9）的活性。血管平滑肌細胞選擇性PPARβ基因敲除小鼠表現(xiàn)出在MCAO后MMP－9表達增加，并抑制MMP－9使用shRNA來減少梗死面積和血管通透性[2]。PPARβ可通過降低MMPs的活性減少結(jié)構(gòu)蛋白在基質(zhì)細胞外的降解減輕缺血引起的組織及血管損傷。然而，對于PPARβ調(diào)控MMP－9表達的機制尚不清楚，需進一步實驗以明確。

PPARβ還可以促進缺血性腦損傷后細胞存活。在體內(nèi)試驗，GW501516可通過抑制miR－15a的表達，直接調(diào)節(jié)抗凋亡蛋白－2使其表達增加，減少高爾基體破碎，降低caspase－3的活性抑制血管內(nèi)皮細胞死亡，進而又降低腦血管通透性和腦梗死體積[9]。PPARβ已被證明在應激條件下可促進神經(jīng)元存活。研究表明GW501516可顯著降低SH－SY5Y細胞曝露于細胞毒素如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2＋ATP酶抑制劑毒胡蘿卜素而產(chǎn)生的細胞凋亡。PPARβ可能是由于抑制細胞凋亡促進神經(jīng)元存活，而其PPARβ激動劑可通過顯著降低細胞毒素處理過的細胞中caspase－3和caspase－7的活性而促進神經(jīng)元存活[4]。

2.2 PPARβ與阿爾茨海默氏病（AD） 阿爾茨海默病患者表現(xiàn)出由淀粉樣肽Aβ1－42和Aβ1－40的積聚而形成淀粉樣蛋白斑沉積和tau蛋白纏結(jié)形成神經(jīng)原纖維，導致神經(jīng)退行性病變[10]。炎癥性細胞因子可能導致Aβ肽的增加，促進AD的進展。神經(jīng)遞質(zhì)去甲腎上腺素（noradrenaline，NA）能保護神經(jīng)元抵抗各種炎癥的刺激，包括接觸Aβ肽。在原代培養(yǎng)的大鼠皮層神經(jīng)元，使用PPAR拮抗劑GW9662，NA抑制Aβ肽誘導的細胞凋亡的作用降低。此外，研究測定GW0742阻止細胞凋亡的程度與NA相同[11]。NA可能通過激活PPARβ抑制Aβ肽誘導的細胞凋亡。

在5xFAD小鼠中，通過過表達淀粉樣蛋白前體蛋白和早老素1，出現(xiàn)斑塊沉積、炎癥反應、神經(jīng)元損傷和認知功能受損。給予GW0742可顯著降低淀粉樣蛋白斑塊在5xFAD小鼠的沉積。研究發(fā)現(xiàn)這與腦啡肽酶、淀粉樣蛋白分解酶表達增加相關，在體外實驗證實GW0742能激活腦啡肽酶啟動子驅(qū)動的熒光素酶表達，在5xFAD小鼠腦組織中GW0742也可導致星形膠質(zhì)細胞的活化減少[12]。PPARβ可能在AD的治療中有應用價值。

在小鼠腦內(nèi)給予鏈脲霉素（STZ）耗盡腦胰島素水平，可誘導進行性的神經(jīng)退行性疾病而建立AD模型。在AD小鼠大腦內(nèi)觀察到，胰島素和胰島素樣生長因子信號受損以及這些異常的信號因子會隨著癡呆程度而增加[13]。通過 Morris水迷宮測試，使用PPARβ激動劑L－160，043治療顯示其可抑制STZ誘導的神經(jīng)功能障礙和改進認知功能，L－160，043的作用是由于增加胰島素受體的信號，降低tau蛋白磷酸化，增加膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶和減輕炎癥反應和氧化應激。上述作用與GW0742的作用一致，L－160，043還可降低膠質(zhì)纖維酸性蛋白的水平。另外，已發(fā)現(xiàn)在AD小鼠大腦內(nèi)氧化應激標記物8－羥基鳥嘌呤和4－羥基的水平升高[14]，在STZ處理的動物給予L－160，043可降低這兩種標記物的水平，表明PPARβ激動劑可能是有效的抗氧化劑，改善與AD相關的氧化應激。已有研究表明L－160，043的作用比 PPARα激動劑 GW7647，或部分 PPARγ激動劑F－L－Leu的作用更顯著[15]。

2.3 PPARβ與帕金森氏?。≒D） PD的進展與活性氧和多巴胺氧化相關。PPARβ激動劑可能對PD患者有好的治療效果。合成的阿片劑1－甲基－4－苯基－1，2，3，6－ 四氫吡啶（MPTP）可通過藥物成癮誘導PD。在小鼠實驗中，在其第一次注射前24h給予GW501516可顯著改善紋狀體多巴胺及其代謝產(chǎn)物的減少。PPARβ激動劑也能保護人類神經(jīng)母細胞瘤細胞SH－SY5Y被多巴胺能神經(jīng)毒素誘導的細胞凋亡，這種保護作用與caspase－3的減少相關，GW501516在PD實驗模型中的神經(jīng)保護作用可能與caspase－3減少相關[4]。PPARβ在PD中的保護作用尚不明確，PPARβ激動劑是否可調(diào)節(jié)與PD相關的氧化應激和炎癥反應尚需進一步研究。

2.4 PPARβ與多發(fā)性硬化癥（MS） 多發(fā)性硬化癥是一種自身免疫性疾病，表現(xiàn)為髓鞘的破壞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的激活。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE），可作為MS的一個模型[16]。腫瘤壞死因子α（TNF－α）可抑制PPARβ表達在少突膠質(zhì)前體細胞，該模型提出降低PPARβ表達導致長鏈脂肪酸積累，這會引起細胞毒性作用和脫髓鞘。因而PPARβ激動劑可能對于MS是有益的[17]。

在小鼠EAE模型中，在小鼠疾病進展期間給予GW0742可起到更大的作用。GW0742可減輕新皮層病變，增加蛋白脂質(zhì)蛋白的mRNA水平，并減少IL－1β水平，但GW0742并沒有改變γ－干擾素（INF－γ）的水平。其保護作用可能通過減少炎癥細胞的激活起作用[18]。GW501516也可有效地改善EAE癥狀。在小鼠腦組織中，GW501516可使促炎細胞因子IL－2和IL－23的表達減少，抗炎細胞因子IL－4和IL－10的表達增加，T輔助細胞1和17細胞產(chǎn)生的INF－γ和IL－17表達減少[19]。在EAE的PPARβ基因敲除鼠會出現(xiàn)損傷性的炎性反應，這會導致PPARβ基因敲除鼠恢復時間延長，其與IFNγ，IL－17，IL－12p35，IL－12p40持續(xù)的表達相關。PPARβ 可 調(diào) 控EAE相關的炎性因子的表達，抑制炎癥反應[20]。

在腦細胞聚集的體外實驗模型中，GW501516可有效地減少IFN－γ或脂多糖誘導的TNF－α或誘導型一氧化氮合酶mRNA的水平，但增加了IL－6的mRNA表達。在脫髓鞘抗體抗髓鞘少突膠質(zhì)細胞糖蛋白存在時，GW501516無法阻止髓鞘堿性蛋白的下降[21]。在EAE模型，PPARβ激動劑的保護作用可能是由于其抗炎特性，而不是他們對髓鞘基因和少突膠質(zhì)細胞的作用。PPARβ激動劑可改善EAE模型中的炎癥反應，并可能從治療途徑改善MS的進展。

2.5 PPARβ與脊髓損傷（SCI） 脊髓損傷與少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)細胞死亡所致的軸突傳導障礙和運動功能障礙相關。SCI伴隨著炎癥和水腫，導致炎癥細胞滲出，炎癥因子的釋放，血管通透性增加，并最終壞死[22]。PPARβ可以調(diào)節(jié)上述反應。在脊髓損傷后的小鼠給予GW0742可顯著改善運動功能。PPARβ拮抗劑GSK0660可阻斷GW0742對運動功能的改善作用，表明激動劑的保護作用依賴于PPARβ受體的激活。GW0742的作用與減少在脊髓的氧化應激和炎癥反應相關，其可減少TNF－α，IL－1β和誘導型一氧化氮合酶的表達，NF－κB的活化，中性粒細胞浸潤，硝基酪氨酸和脂質(zhì)過氧化等反應[23]。GW0742在SCI前1h給藥可減少培養(yǎng)的小鼠脊髓細胞死亡和炎癥減輕是由于減少環(huán)氧化酶－2表達及NF－κB活化。也提出PPARβ減輕SCI是由于促進損傷后少突膠質(zhì)前體細胞的增殖及分化。在大鼠脊髓損傷后，PPARβ陽性細胞在白質(zhì)中表達增加，可沿著病灶邊緣表達長達兩個星期。PPARβ在脊髓損傷后給定的時間和空間表達，可能可以調(diào)節(jié)損傷后氧化應激和炎癥反應。

2.6 PPARβ與癲癇 細胞凋亡是癲癇后腦神經(jīng)元死亡的形式之一，可導致星形膠質(zhì)細胞的反應性增生，也是異常興奮性突觸環(huán)路形成的重要原因。PPARβ受體激動劑神經(jīng)保護作用，可能對癲癇發(fā)作后神經(jīng)損傷具有潛在的治療價值。PPARβ激動劑在大鼠癲癇模型中可通過抑制細胞凋亡，而對癲癇后海馬神經(jīng)元起保護作用。

3 結(jié) 語

PPARβ激動劑作為潛在的治療藥物，在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中有廣泛應用前景。PPARβ激動劑的神經(jīng)保護作用，在很大程度上是通過調(diào)節(jié)氧化應激和炎癥反應過程實現(xiàn)的。未來的研究需通過體外和體內(nèi)方法進一步研究PPARβ抗氧化和抗炎作用機制，并為今后PPARβ激動劑的臨床應用建立基礎。

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