C-fos基因功能及與麻醉關(guān)系的研究進(jìn)展

尹柏雙，王秋竹，付連軍，呼顯生，石星星，姜 勝，高 利，王洪斌

（1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院動物醫(yī)學(xué)學(xué)院，吉林 吉林132101；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030）

C-fos基因是即刻早期基因（immediate early genes，IEG）家族成員之一，含3.5 kb堿基的DNA序列，由4個外顯子和3個內(nèi)含子組成，可轉(zhuǎn)錄為2.2 kb堿基的成熟mRNA，編碼380個氨基酸的FOS蛋白[1]。FOS與JUN形成FOS-JUN／AP-1復(fù)合物，是轉(zhuǎn)錄水平上不同信號傳遞的“中轉(zhuǎn)站”，與目的基因結(jié)合，激活目的基因的轉(zhuǎn)錄活性，完成細(xì)胞信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，被稱為核內(nèi)“第三信使”[2]。C-fos基因參與了多種生理活動，在維持機(jī)體生命活動中起著重要作用。因C-fos基因的重要性，本文就該基因的功能及與麻醉關(guān)系的研究進(jìn)行綜述，為C-fos基因的深一步研究提供參考。

1 C-fos基因功能及調(diào)節(jié)機(jī)制研究

1.1 C-fos在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中的作用 Cfos普遍存在于CNS，正常情況下高度保守，表達(dá)水平很低，只有CNS細(xì)胞接受內(nèi)外源刺激信號后，第一級神經(jīng)元興奮引起神經(jīng)遞質(zhì)（或激素）的分泌，作為第一信使作用于靶細(xì)胞的細(xì)胞膜，通過胞內(nèi)的第二信使，激活C-fos/C-jun等的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，形成同源或異源二聚體激活蛋白-1（activation protein 1，AP-1）。AP-1作為轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)靶基因長時程的表達(dá)，編碼細(xì)胞的各種蛋白如神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)調(diào)節(jié)因子、受體和突觸結(jié)構(gòu)蛋白等，進(jìn)而導(dǎo)致CNS形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能長時程的改變；影響神經(jīng)細(xì)胞的生長、分化、神經(jīng)可塑性、學(xué)習(xí)記憶和損傷修復(fù)的調(diào)節(jié)，介導(dǎo)阿片肽、腦啡肽、NGF、cck-8等基因表達(dá)，參與麻醉、鎮(zhèn)痛過程[2-3]。

1.2 C-fos基因與運(yùn)動、記憶的關(guān)系 C-fos作為第三信使調(diào)節(jié)核內(nèi)其他靶基因的表達(dá)，調(diào)整神經(jīng)元對外界刺激的長時程應(yīng)答，對記憶的形成具有關(guān)鍵性作用。已發(fā)現(xiàn)許多與記憶密切相關(guān)的基因，如膠原酶、神經(jīng)生長因子和珠蛋白啟動子中都有TRE區(qū)，C-fos表達(dá)產(chǎn)物形成的AP-1復(fù)合物結(jié)合到這些基因的TRE區(qū)，誘導(dǎo)其表達(dá)，影響學(xué)習(xí)記憶功能[4]。研究認(rèn)為，康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動后C-fos表達(dá)的適度增加可以提高神經(jīng)元的活性，起到調(diào)控因子的作用。適宜的運(yùn)動訓(xùn)練可以引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)cAMP、Ca2+等第二信使適量增加，從而誘導(dǎo)C-fos基因表達(dá)，控制下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，合成新的蛋白質(zhì)，有利于大腦的記憶功能[5]。

1.3 C-fos基因與疾病的關(guān)系

1.3.1 C-fos基因與腫瘤疾病的關(guān)系 C-fos作為原癌基因在腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動、細(xì)胞外基質(zhì)的降解、異常粘附及轉(zhuǎn)移灶新生血管生長等多個侵襲轉(zhuǎn)移的環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要的作用[6]。研究表明，Cfos過度表達(dá)與垂體腺瘤、上皮性卵巢癌、外陰鱗癌、宮頸鱗狀細(xì)胞癌、甲狀腺乳頭狀癌、皮膚鱗狀細(xì)胞癌、口腔鱗癌仁、膽囊癌、肝細(xì)胞癌等腫瘤細(xì)胞的增殖活性、腫瘤體積、組織級別、淋巴轉(zhuǎn)移、以及臨床結(jié)局等有不同程度的相關(guān)性[7]。

1.3.2 C-fos基因與癲癇疾病的關(guān)系 癲癇是大腦神經(jīng)元突發(fā)性異常放電，導(dǎo)致短暫的大腦功能障礙的一種慢性疾病。癲癇的發(fā)病機(jī)制主要與離子通道神經(jīng)遞質(zhì)及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的改變，引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮與抑制間的不平衡密切相關(guān)。近年來諸多學(xué)者在紅藻氨酸癲癇模型、杏仁核點(diǎn)燃癲癇模型、電極刺激迷走神經(jīng)興奮誘發(fā)癲癇的急慢性模型及依地尼酸癲癇模型實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在各模型鼠海馬、皮質(zhì)、杏仁核及丘腦等部位檢測到C-fos mRNA與FOS蛋白的異常表達(dá)[8]。C-fos已被廣泛應(yīng)用于癲癇的定位示蹤研究，探討癲癇的發(fā)生機(jī)理及抗癲癇藥物的篩選和評價[9]。

1.4 C-fos基因?qū)ι窠?jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用 過去的研究表明，C-fos基因過量表達(dá)與神經(jīng)細(xì)胞自我修復(fù)有關(guān)，具有神經(jīng)生長因子的作用。C-fos mRNA及FOS蛋白的表達(dá)對神經(jīng)元損傷起保護(hù)作用，與損傷后修復(fù)有關(guān)。C-fos的表達(dá)參與了腦缺血的耐受，是腦缺血耐受的保護(hù)機(jī)制之一[10]。適度的C-fos表達(dá)參與了DNA的損傷修復(fù)，而不適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)將中斷細(xì)胞內(nèi)信號的傳導(dǎo)、干預(yù)修復(fù)功能并誘導(dǎo)細(xì)胞走向凋亡。C-fos在多種細(xì)胞凋亡過程中存在過度表達(dá)，誘導(dǎo)特異表型細(xì)胞的凋亡[11]。因此表明C-fos過度表達(dá)與神經(jīng)元凋亡有必然聯(lián)系，且參與細(xì)胞凋亡過程。

1.5 C-fos基因的調(diào)節(jié)機(jī)制 在哺乳動物體內(nèi)各組織器官均有C-fos基因分布，但神經(jīng)系統(tǒng)中分布最為廣泛。近年來發(fā)現(xiàn)C-fos基因參與重要腦功能活動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)控過程[12]。C-fos表達(dá)受到很多因素的調(diào)節(jié)，研究表明C-fos表達(dá)調(diào)節(jié)機(jī)制可能有以下4種情況：第一類調(diào)節(jié)，通過Ca2+-鈣調(diào)蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、cAMP依賴性蛋白激酶（PKA）磷酸化激活途徑、甘油二酯依賴的蛋白激酶C（PKC）途徑[13-14]。第二類調(diào)節(jié)，通過活化興奮性氨基酸（EAA）受體和G-蛋白偶聯(lián)受體（速激肽，腎上腺素能和α-MSH受體）誘導(dǎo)途徑[15]。第三類調(diào)節(jié)，N-甲基-D-天(門)冬氨酸（NMDA）受體激活途徑[16]。第四類調(diào)節(jié)，絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）途徑[17]。

2 C-fos基因與麻醉關(guān)系的研究

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，從分子和基因水平探討麻醉過程中的病理生理變化已備受重視。原癌基因與病毒癌基因序列相似，廣泛存在于各種動物的細(xì)胞中。原癌基因家族中的C-fos基因在全身麻醉過程中的表達(dá)及意義已引起關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，多種麻醉藥單純給藥均可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)c-fos基因的表達(dá)，但表達(dá)的程度和部位存在差異性。嗎啡可引起下丘腦腹內(nèi)側(cè)核的FOS的表達(dá)量增加[18]；安氟醚可誘導(dǎo)FOS在杏仁核、海馬區(qū)、丘腦室旁核、視上核、中腦中央灰質(zhì)及脊髓背角等神經(jīng)核團(tuán)內(nèi)表達(dá)[19]；甲氧氟烷引起中樞神經(jīng)元多個核團(tuán)FOS蛋白的明顯表達(dá)[20]；推論這些核團(tuán)可能是全麻藥物中樞作用點(diǎn)。近年來許多學(xué)者認(rèn)為：C-fos表達(dá)參與痛覺傳遞和調(diào)制過程中強(qiáng)啡肽、腦啡肽基因的轉(zhuǎn)錄偶合，F(xiàn)OS蛋白可能通過調(diào)制阿片肽及其他基因的表達(dá)，參與痛覺調(diào)制[21]。Kovacs K J在轉(zhuǎn)基因小鼠的研究表明，C-fos表達(dá)在痛覺過程信號的轉(zhuǎn)錄機(jī)制中起到第三信使的作用[22]。另有研究表明，一些麻醉藥也可抑制其他麻醉藥及應(yīng)激引起的C-fos基因的表達(dá)。氯胺酮對腦局部缺血后C-fos基因表達(dá)有部分的抑制作用，嗎啡和芬太尼-咪達(dá)唑侖能抑制傷害性刺激誘發(fā)的大腦皮質(zhì)、海馬和脊髓C-fos基因的表達(dá)[23]。我們的研究顯示，小型豬特異性復(fù)合麻醉頡頏劑、噻啦嗪單劑及阿替美唑在麻醉和催醒大鼠時均引起中樞腦區(qū)C-fos mRNA、FOS蛋白表達(dá)發(fā)生相應(yīng)變化[24-25]。大量的研究結(jié)果均證實(shí)了C-fos基因參與了麻醉過程。

3 展望

有關(guān)全麻藥物引起麻醉機(jī)理的研究較多，但無最終定論。最初通過脂質(zhì)學(xué)說解釋全麻機(jī)理，而后逐步形成全麻作用機(jī)制的蛋白質(zhì)學(xué)說，其研究主要集中在神經(jīng)突觸的受體、離子通道、信號傳導(dǎo)系統(tǒng)、神經(jīng)遞質(zhì)及相應(yīng)的調(diào)控系統(tǒng)等方面。近年來，許多學(xué)者提出麻醉的基因?qū)W說，試圖通過對麻醉相關(guān)基因的篩選及功能研究揭示全麻機(jī)理。多項(xiàng)研究表明，C-fos基因在麻醉過程中起著重要作用，對麻醉藥物作用的功能定位起著標(biāo)記作用，但C-fos如何參與麻醉過程、麻醉藥物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)C-fos基因表達(dá)影響的具體機(jī)理、C-fos基因表達(dá)產(chǎn)物作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子如何作用于麻醉相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)及受體的機(jī)制，國內(nèi)外未見報道。因此，從C-fos基因方面深入開展麻醉機(jī)理的研究具有重要意義。

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