腺苷A2a受體、caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病

曲艷杰(綜述)，王冬梅(審校)

(包頭市第四醫(yī)院兒科，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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腺苷A2a受體、caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病

曲艷杰△(綜述)，王冬梅※(審校)

(包頭市第四醫(yī)院兒科，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

摘要：腺苷是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，其受體共分為A1、A2a、A2b、A3四種類型，其中A2a 受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的紋狀體、海馬區(qū)和皮質(zhì)區(qū)分布較多。當(dāng)缺氧缺血性腦損傷發(fā)生后，大量的腺苷A2a受體數(shù)量增加，其與腺苷結(jié)合后，引起興奮性神經(jīng)遞質(zhì)及中樞炎性因子的釋放增加，最終引起神經(jīng)元細(xì)胞的死亡或凋亡。而胱天蛋白酶(caspase)3在缺氧缺血性神經(jīng)元凋亡過程中也發(fā)揮了非常重要的作用。該文就腺苷A2a受體、caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病的相關(guān)發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：新生兒缺氧缺血性腦?。蝗毖跞毖阅X損傷；腺苷A2a受體；胱天蛋白酶3

新生兒缺氧缺血性腦病是引起新生兒期死亡和留有后遺癥的主要因素，它是由各種圍生期危險(xiǎn)因素所致的缺氧缺血性腦損傷，包括特征性的神經(jīng)病理及病理生理過程，并在臨床上出現(xiàn)一系列腦病的表現(xiàn)，部分患兒可留有不同程度的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥[1]。隨著近些年來新生兒急救復(fù)蘇技術(shù)的不斷提高，目前世界范圍內(nèi)新生兒缺氧缺血性腦病的發(fā)病率在逐年上升[2]，現(xiàn)已成為危及嬰幼兒生存質(zhì)量的非常重要的疾病之一,但目前其發(fā)病機(jī)制尚不完全明確，故治療手段亦有限。目前，在其發(fā)病過程中，興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性作用及炎性因子的作用越來越受到重視。現(xiàn)就腺苷A2a受體、胱天蛋白酶(caspase)-3與新生兒缺氧缺血性腦病的相關(guān)發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

1腺苷A2a受體

1.1腺苷腺苷在神經(jīng)系統(tǒng)中分布較廣，作為一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，發(fā)揮著非常重要的生理作用。調(diào)節(jié)腺苷有兩種途徑：①當(dāng)腦組織缺氧缺血發(fā)生時(shí)，腦細(xì)胞能量代謝加快，在神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)，大量腺苷三磷酸迅速水解，其水解產(chǎn)物(腺苷二磷酸、腺苷一磷酸、腺苷、肌酐及次黃嘌呤)明顯增加，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞同時(shí)會將腺嘌呤核苷酸運(yùn)送到神經(jīng)元細(xì)胞外，從而使細(xì)胞外的腺苷水平急劇升高[3]；②神經(jīng)元細(xì)胞突觸通過調(diào)節(jié)腺苷脫氨酶刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放腺苷，而大量的腺苷與腺苷受體結(jié)合，發(fā)揮著各種不同的生理作用[4]。有研究證明，腺苷受體分為A1、A2a、A2b、A3四種亞型，且在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的紋狀體、海馬區(qū)和皮質(zhì)區(qū)，A1受體、A2a受體分布較多[5-6]。已有文獻(xiàn)報(bào)道，大腦紋狀體在缺氧缺血性損傷后，神經(jīng)元細(xì)胞功能損害程度與腺苷A2a受體的分布程度密切相關(guān)[7]。研究顯示，抑制A2a受體后表現(xiàn)為明顯的神經(jīng)保護(hù)作用，這種保護(hù)作用表現(xiàn)為限制谷氨酸興奮性毒性作用和阻礙中樞炎性因子的釋放[8]。腺苷A2a受體的相對分子質(zhì)量為45 000,含有410個(gè)與犬、大鼠、小鼠和人具有高度同源性的氨基酸序列，是一種刺激型G蛋白偶聯(lián)受體，主要位于神經(jīng)元的突觸后膜。當(dāng)缺氧缺血性腦損傷發(fā)生時(shí)，一方面，大量的腺苷與腺苷受體結(jié)合，通過刺激型G蛋白刺激細(xì)胞因子的釋放，從而增加環(huán)腺苷酸濃度，促進(jìn)鈣離子內(nèi)流，從而使突觸前膜的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸釋放增加，而大量的谷氨酸堆積使神經(jīng)元細(xì)胞的興奮毒性增加，最終引起缺氧缺血區(qū)神經(jīng)細(xì)胞死亡或凋亡，從而發(fā)揮神經(jīng)調(diào)節(jié)作用[8-9]；另一方面,A2a受體通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路，使p38MAPK、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)活化，從而使p38MAPK激活、JNK磷酸化，促進(jìn)自由基、細(xì)胞因子和前列腺素等炎性因子釋放增加，最終導(dǎo)致腦細(xì)胞凋亡[9-10]。

1.2腺苷A2a受體的神經(jīng)保護(hù)作用腺苷A2a受體在成年鼠缺氧缺血性腦損傷中有很重要的神經(jīng)保護(hù)作用，腺苷A2a受體拮抗劑可以對抗成年鼠缺氧缺血性腦損傷引起的神經(jīng)元凋亡。Li等[11]研究發(fā)現(xiàn)，剔除大鼠A2a受體基因能明顯減輕因急性腦損傷所致的神經(jīng)元凋亡,由此推斷，腺苷A2a受體在調(diào)控缺氧缺血性腦損傷的神經(jīng)細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮著非常重要的作用,但相關(guān)的機(jī)制目前還不十分明確。已有研究證明，腺苷A2a受體缺失產(chǎn)生的缺血性神經(jīng)保護(hù)功能可能與激活A(yù)1受體功能，并上調(diào)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1表達(dá)，增加了向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸能力，最終減輕了由大量谷氨酸堆積介導(dǎo)的興奮性毒性損傷相關(guān)[12]。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)，剔除A2a受體后，可通過促進(jìn)早期JNK磷酸化的持續(xù)激活而加重新生小鼠缺血缺氧性腦損傷的神經(jīng)細(xì)胞凋亡及加重腦損害的過程[13]。成年大鼠大腦中動脈缺血后,應(yīng)用選擇性A2a受體拮抗劑可以抑制p38MAPK活性及JNK磷酸化,從而降低前炎性因子釋放,抗炎因子的表達(dá)增加,最終減輕腦損傷程度，發(fā)揮中樞保護(hù)作用[14]。剔除腺苷A2a受體基因可加重慢性低灌注白質(zhì)的損傷，促使白質(zhì)區(qū)域炎性因子產(chǎn)生增多，這也表明A2a受體基因?qū)θ毖跞毖阅X損傷具有非常重要的影響作用[15]。目前，腺苷A2a受體已被證實(shí)與癲癇、亨廷頓病、帕金森綜合征、阿爾茨海默病及抑郁癥等多種神經(jīng)精神疾病相關(guān)聯(lián)[16]。而A2a受體非選擇性受體拮抗劑(如咖啡因和茶堿)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于一些神經(jīng)精神疾病的輔助治療。腺苷A2a受體拮抗劑和A2a受體基因剔除后均具有明顯的減輕缺氧缺血后腦損傷的作用。婁普等[17]建立小鼠局灶性腦缺血再灌注模型后發(fā)現(xiàn)，剔除A2a受體基因后能夠明顯減輕小鼠肢體活動障礙和膠質(zhì)瘢痕形成，可能具有促進(jìn)后期神經(jīng)再生的作用，這也是缺血性腦損傷的一個(gè)治療新途徑。所以，對于新生兒缺氧缺血性腦病來說，A2a受體拮抗劑作為臨床治療新方法應(yīng)該具有很光明的前景。

2Caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病

2.1Caspase-3與細(xì)胞凋亡缺氧缺血性腦損傷引發(fā)的腦細(xì)胞死亡有兩種形式，即壞死和凋亡，大部分輕度腦損傷以凋亡為表達(dá)形式。研究表明，腦缺氧缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡由caspase介導(dǎo),且caspase參與了缺氧缺血性神經(jīng)元損傷的病理過程,在缺氧缺血性神經(jīng)元死亡中發(fā)揮了重要作用[18]。caspase家族是一種半胱氨酸蛋白酶，當(dāng)其被活化后可促進(jìn)蛋白質(zhì)的降解，參與細(xì)胞凋亡過程，故也被命名為caspase凋亡家族。caspase家族分為caspase-1～caspase-11共11種酶，參與細(xì)胞凋亡的caspase包括caspase-2、caspase-3、caspase-6、caspase-7、caspase-8和caspase-9。caspase-3是在1994年被研究發(fā)現(xiàn)，并于1996年被命名，其共含有277個(gè)氨基酸殘基，相對分子質(zhì)量為32 000；caspase-3是各種細(xì)胞凋亡過程中的關(guān)鍵酶，既能接受凋亡信號,成為凋亡的執(zhí)行者,又是凋亡效應(yīng)器,是凋亡發(fā)生過程中所需要的一種重要蛋白酶,同時(shí)也是凋亡發(fā)生的標(biāo)志酶[19]。通常caspase-3分布于哺乳動物的各種組織和細(xì)胞內(nèi)，是以caspase-3酶原方式表達(dá)，此時(shí)是沒有活性的。caspase-3在活化過程中從Asp28～Ser29和Asp175～Ser176兩處被剪切，形成p17(29～175)和p10(182～277)兩個(gè)活性片段，成為有活性的酶；活化的caspase-3主要通過酶解切割其特異性底物,使底物的結(jié)構(gòu)改變或影響特定的信號分子而參與細(xì)胞凋亡過程；caspase-3要求切割位點(diǎn)易斷端必須為天冬氨酸，且caspase-3的底物有多種，最關(guān)鍵的是 116 000 的多腺苷二磷酸核糖聚合酶 (poly ADP-ribose polymerase，PARP)，參與修復(fù)和監(jiān)測DNA[20]。當(dāng)?shù)蛲鲂盘柊l(fā)出時(shí)，PARP被caspase-3于Asp216、Gly217兩個(gè)位點(diǎn)剪切為兩個(gè)片段，分別為31 000和85 000，從而使PARP兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)與C端的催化區(qū)域分開，不能與DNA正常結(jié)合，失去原有功效。由于鈣離子/鎂離子依賴性核酸內(nèi)切酶是受PARP負(fù)調(diào)節(jié)的酶，故當(dāng)PARP失去功能后，鈣離子/鎂離子依賴性核酸內(nèi)切酶的活性驟然大增，加速核小體間DNA的裂解，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。另外，還有參與DNA修復(fù)的DNA依賴性蛋白激酶、參與信使RNA裂解的U1-70K、參與類固醇生物合成的類固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白及參與細(xì)胞骨架重構(gòu)的鳥苷三磷酸酶Rho家族的鳥苷二磷酸分離抑制劑D 4-GDI和異核核糖核蛋白C1和C2等。

2.2caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病Harrison等[21]實(shí)驗(yàn)研究表明，成年大鼠大腦中動脈持久性腦缺血缺氧后患側(cè)腦組織中caspase-3信使RNA水平明顯增高。而早在1998年Ni等[22]就提出,caspase-3信使RNA在鼠的胚胎期和新生鼠的大腦中有較高水平表達(dá)，且均以未活化的caspase-3形式存在，但在成年鼠的表達(dá)水平卻很低。Wang等[23]的實(shí)驗(yàn)更加證實(shí)了新生小鼠在缺氧缺血性腦損傷后大腦皮質(zhì)caspase-3活性顯著升高。Cheng等[24]發(fā)現(xiàn)，缺氧缺血性腦損傷后2 h，損傷側(cè)腦組織中caspase-3活性即顯著增高,而非損傷側(cè)始終無改變；當(dāng)繼續(xù)給予caspase-3活性抑制劑后，損傷側(cè)神經(jīng)元細(xì)胞病死率明顯減輕，由此推斷，在缺氧缺血性腦損傷致神經(jīng)元細(xì)胞死亡過程中caspase-3發(fā)揮了不可忽視的作用，抑制caspase-3的活性對于腦損傷的治療具有重大意義。目前，caspase-3活性抑制劑已被證明具有抑制小鼠缺氧缺血性腦損傷后神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡、降低腦細(xì)胞水腫程度及加快腦損傷后神經(jīng)元功能恢復(fù)的功能[21]，并已被廣泛應(yīng)用于動物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?。由此推測，caspase-3抑制劑應(yīng)用于新生兒缺氧缺血性腦病的治療過程中，亦應(yīng)該具有明顯效果。

3小結(jié)

在醫(yī)學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，隨著新生兒窒息復(fù)蘇成功率的不斷上升，新生兒缺氧缺血性腦病的發(fā)病率亦逐年增高，其治療更顯重要。在腺苷A2a受體拮抗劑和caspase-3抑制劑廣泛應(yīng)用于動物實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，人們對兩者在新生兒缺氧缺血性腦病的治療方面抱有了更大的期望。如果這種治療新途徑能夠合理應(yīng)用于臨床，無疑可以避免和減輕缺氧缺血性腦病患兒的后遺癥，降低新生兒期致殘率，很大程度上提高缺氧缺血性腦病患兒的生存質(zhì)量和生活質(zhì)量。

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Adenosine A2a Receptors,Caspase-3 and Neonatal Hypoxic Ischemic EncephalopathyQUYan-jie，WANGDong-mei.(PediatricDepartment,BaotouFourthHospital，Baotou014030，China)

Abstract：Adenosine is an important neurotransmitter,the receptors of which consist of A1,A2a,A2b,A3 four types,and A2a receptors are more distributed in the central nervous system of the striatum,hippocampus and cortex.After the hypoxic ischemic brain damage,a number of adenosine A2a receptors increase,which then combine with adenosine,inducing the increase of excitatory neurotransmitter and central inflammatory factors release,ultimately causing neuronal cell death or apoptosis.Caspase-3 also plays a very important role in ischemic neuronal apoptosis in hypoxia.Here is to make an elaboration on the associated pathogenesis of adenosine A2a receptor,caspase-3 in neonatal hypoxic ischemic encephalopathy.

Key words：Neonatal hypoxic ischemic encephalopathy； Hypoxic ischemic brain damage； Adenosine A2a receptor； Caspase-3

收稿日期：2015-01-30修回日期：2015-03-21編輯：鄭雪

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會科研A類一等項(xiàng)目(201301083)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.021

中圖分類號：R72

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)13-2359-03