顱腦損傷后鈣調(diào)節(jié)蛋白激酶活性的研究進(jìn)展

顱腦損傷后鈣調(diào)節(jié)蛋白激酶活性的研究進(jìn)展

劉佳琦李建民

(華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)外科河北唐山063000)

[關(guān)鍵詞]顱腦損傷鈣調(diào)蛋白蛋白激酶活性

[中圖分類號(hào)]R 651

[文章編號(hào)]2095-2694(2015)04-073-3

【通訊作者】李建民。

顱腦損傷(TBI)是威脅人類生命的主要損傷之一。在臨床病例及法醫(yī)學(xué)活體傷害案件中，是最常見的外傷類型，已成為全球關(guān)注的嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題[1]。

1顱腦損傷的生理機(jī)制

1.1原發(fā)性顱腦損傷的發(fā)生機(jī)制原發(fā)性顱腦損傷[2]是由創(chuàng)傷暴力所致，包括直接暴力和間接暴力，直接暴力是指直接作用于頭部所造成損傷的致傷力。而間接暴力主要是指作用于其他身體部位后傳遞到頭部而引起顱腦損傷的暴力作用。

1.2繼發(fā)性顱腦損傷的發(fā)生機(jī)制正常情況下，Ca2+主要儲(chǔ)存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之中或是借助ATP泵被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，一旦神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生缺血損傷或是壞死，N型電壓依賴性鈣通道就會(huì)開放，引起鈣離子和鈉離子大量的內(nèi)流。實(shí)驗(yàn)研究[3]顯示，大量鈣離子內(nèi)流能夠觸動(dòng)細(xì)胞損傷的內(nèi)源性殺傷機(jī)制，當(dāng)胞內(nèi)游離的鈣濃度達(dá)到一定水平時(shí)，就會(huì)激活胞內(nèi)磷脂酶，致使細(xì)胞膜崩解。游離的鈣離子同線粒體結(jié)合，減少ATP能量的生成，同時(shí)使電子轉(zhuǎn)移離開線粒體形成氧自由基。氧自由基和磷脂酶一同破壞胞膜的結(jié)構(gòu)，致使氧自由基和氧化應(yīng)激反應(yīng)形成循環(huán)反應(yīng)。氧化應(yīng)激反應(yīng)最后致使溶酶體釋放、磷酸酶以及蛋白酶耗盡，細(xì)胞破壞死亡[4]。此外，一些學(xué)者認(rèn)為[5]，顱腦損傷時(shí)，可以引起代謝性受體與G蛋白相耦聯(lián)，調(diào)節(jié)細(xì)胞第二信使，致使鈣離子立即從組織間液向神經(jīng)細(xì)胞擴(kuò)散，而且大量鈣離子從線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放出來，造成胞漿內(nèi)游離的鈣離子迅速增多(細(xì)胞鈣超載)，破壞神經(jīng)細(xì)胞的功能及結(jié)構(gòu)，加重缺血性腦損傷，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞水腫甚至發(fā)生死亡。其主要途徑[6]是：①Ca2+超載嚴(yán)重影響氧化磷酸化的功能，導(dǎo)致ATP能量生成的減少；②能夠激活對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有破壞作用的Ca2+依賴酶，例如溶酶體中性蛋白酶、磷脂酶A以及核酸內(nèi)切酶[7]等，最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞；③突觸前后膜蛋白的磷酸化，也能導(dǎo)致Ca2+超載；④Ca2+的增加能夠引起腦血管痙攣，導(dǎo)致血管通透性增加，進(jìn)一步加劇了缺血和腦水腫的形成。

1.3TBI后損傷程度分級(jí)顱腦創(chuàng)傷時(shí)間的長短、醫(yī)生對(duì)腦外傷認(rèn)知程度、血液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)參數(shù)[8]以及興奮制劑麻醉類藥物均會(huì)影響對(duì)TBI嚴(yán)重程度的判斷，因此，準(zhǔn)確判定TBI嚴(yán)重程度變得十分困難。目前TBI嚴(yán)重程度分級(jí)方法的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[9]很多，最廣泛使用的是GCS評(píng)分法，根據(jù)患者對(duì)不同程度刺激的睜眼反應(yīng)能力、語言能力及運(yùn)動(dòng)能力分級(jí)，將13~15分之間評(píng)為輕度顱腦損傷，9~12分評(píng)為中度顱腦損傷，<9分則認(rèn)為構(gòu)成了重度顱腦損傷。

1.4TBI并發(fā)癥及后遺癥隨著醫(yī)療水平的提高，TBI后病死率已經(jīng)有了顯著的下降，但多數(shù)遺留有并發(fā)癥及后遺癥。外傷后并發(fā)癥及后遺癥主要包括腦脊液漏、顱神經(jīng)的損傷、外傷性癲癇、感染、顱骨缺損、腦外傷后綜合征及遷延性昏迷等[10]。盡管醫(yī)學(xué)水平的不斷提高使TBI致死率由以前的50%降到現(xiàn)在的30%，但在存活的患者中，每年約有超過5萬人因腦創(chuàng)傷成為殘疾，其中10%的輕度創(chuàng)傷患者會(huì)遺留永久性殘疾，而在中度和重度創(chuàng)傷患者中這一比例更是高達(dá)到66%和100%。其中大腦半球任何一側(cè)多部位受到損傷都會(huì)出現(xiàn)認(rèn)知障礙，以右側(cè)半球損傷所致的障礙更加嚴(yán)重，而且額葉、海馬區(qū)域的損傷表現(xiàn)更為顯著[11]。

2鈣調(diào)蛋白激酶(CaMK)研究現(xiàn)狀

2.1鈣調(diào)蛋白的成分和結(jié)構(gòu)鈣調(diào)蛋白是Ca2+的受體蛋白，活化的CaM經(jīng)Ca2+/CaM依賴性蛋白激酶途徑[12]。鈣調(diào)蛋白(calmodulin;CaM)又名鈣調(diào)素，是一種重要的鈣結(jié)合蛋白，它廣泛存在于動(dòng)植物的細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中，是一種與鈣結(jié)合的調(diào)節(jié)蛋白，結(jié)合鈣離子后構(gòu)象發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的活動(dòng)。鈣調(diào)蛋白有兩個(gè)球形的末端,末端有兩個(gè)能與鈣離子結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，一個(gè)鈣調(diào)蛋白可以4個(gè)鈣離子結(jié)合而發(fā)揮生理功能。

2.2鈣調(diào)蛋白的作用機(jī)制鈣調(diào)蛋白廣泛存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，它與鈣離子結(jié)合形成形成Ca2+_CaM復(fù)合物才能發(fā)揮生理功能，具有活性的鈣調(diào)蛋白復(fù)合物可以作為許多酶的激活物，如磷酸二酯酶、腺苷酸環(huán)化酶[13]等。鈣調(diào)蛋白通過改變靶酶的構(gòu)象，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)遞質(zhì)的合成和釋放等過程中發(fā)揮了重要作用。

2.3顱腦損傷與鈣調(diào)蛋白關(guān)系腦損傷是一種常見的腦部疾病，根據(jù)腦損傷后腦組織是否與外界相溝通分為閉合性腦損傷和開放性腦損傷[14]。人體內(nèi)的鈣離子分為細(xì)胞內(nèi)鈣離子和細(xì)胞外鈣離子2種，正常情況下細(xì)胞外鈣離子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞通過一系列轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制可保持這種濃度梯度差，從而保證人體正常生理活動(dòng)，這種狀態(tài)稱為鈣穩(wěn)態(tài)[15]。腦損傷時(shí)各種有害因素導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣濃度異常性升高，即鈣超載。隨著細(xì)胞內(nèi)鈣離子不斷增多，鈣離子-鈣調(diào)蛋白復(fù)合物大量形成，引起神經(jīng)細(xì)胞繼發(fā)性損害或死亡。

2.4鈣調(diào)蛋白在腦損傷中的作用機(jī)制顱腦損傷后主要表現(xiàn)為腦水腫形成、蛛網(wǎng)膜下腔出血、腦挫裂傷等，這與腦血管痙攣密切相關(guān)。腦血管痙攣主要是由于血管平滑肌收縮造成的。在平滑肌的收縮過程中，肌球蛋白輕鏈(myosin light chain，MLC)的磷酸化水平是決定平滑肌收縮程度的一個(gè)重要因素，MLC的磷酸化水平受到依賴Ca2+鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM)的肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chainkinase，MLCK)和Ca2+非依賴的肌球蛋白輕鏈磷酸酶(myosin light chain phosphase，MLCP)的雙重調(diào)節(jié)[16]。MLCK磷酸化MLC的Ser19位點(diǎn)，引起肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白系統(tǒng)的活化，導(dǎo)致平滑肌收縮；MLCP的抑制可以使MLC的磷酸化和平滑肌的收縮進(jìn)一步增強(qiáng)，即增加了收縮或調(diào)節(jié)裝置對(duì)Ca2+的敏感性，這種現(xiàn)象被稱之為“鈣敏化”(Ca2+sensitization)[17]。通過阻斷Rho激酶對(duì)MLCP的抑制作用，抑制鈣敏化效應(yīng)，介導(dǎo)血管平滑肌舒張,擴(kuò)張血管。抑制平滑肌收縮的最終階段肌球蛋白輕鏈的磷酸化而擴(kuò)張血管。抑制了Rho激酶參與的細(xì)胞黏附、細(xì)胞遷移、平滑肌細(xì)胞收縮、胞質(zhì)分裂的調(diào)節(jié)，從而抑制了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展。改善腦血管痙攣引起的腦缺血癥狀，選擇性地增加腦和冠脈血流量。 抑制自由基的產(chǎn)生，以保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞[18]。

CaMKⅡ主要表達(dá)于神經(jīng)組織，其與神經(jīng)細(xì)胞凋亡關(guān)系密切。鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ (CaMKⅡ)，主要表達(dá)于神經(jīng)組織，是腦內(nèi)含量最豐富的激酶之一，尤其在海馬中大量表達(dá)[19]。海馬內(nèi)CaMKⅡ的激活對(duì)神經(jīng)元的可塑性、基因表達(dá)和學(xué)習(xí)記憶起著重要作用。CaMKⅡ?qū)?xì)胞增殖的起促進(jìn)作用，參與神經(jīng)遞質(zhì)的合成、細(xì)胞骨架修飾和突觸傳遞，其與神經(jīng)細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[20]。活化的CaMK可進(jìn)一步使下游蛋白CREB等核轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，從而對(duì)多種基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。CaM(鈣調(diào)蛋白)作為細(xì)胞內(nèi)的主要Ca2+受體蛋白，介導(dǎo)Ca2+對(duì)一系列酶特別是蛋白激酶的刺激[21]。CaMKⅡ是Ca2+的一個(gè)重要靶酶[22]，在腦組織含量最高，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常的生理活動(dòng)發(fā)揮重要作用，CaMKⅡ的活性與細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度直接相關(guān)，在微摩爾Ca2+存在下，使 CaM構(gòu)象改變，后者與CaMKⅡ結(jié)合從而使其活化，CaMKⅡ能夠自身磷酸化，由此調(diào)節(jié)該酶的活性。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞去極化使胞內(nèi)Ca2+水平增高時(shí)，CaMKⅡ發(fā)生自身磷酸化，其活性即由Ca2+/CaM依賴型[23]向Ca2+/CaM非依賴型[24]轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致磷酸化型(P-CaMKⅡ)劇增，而非磷酸化CaMKⅡ銳減，致使CaMKⅡ活性下降[25]。研究發(fā)現(xiàn)，減少CaMKⅡ單位量可使顱腦損傷小鼠[26]神經(jīng)元更容易受到更嚴(yán)重?fù)p傷，推測CaMKⅡ活性具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后Ca2+超載時(shí)，CaMKⅡ磷酸化作用增強(qiáng)，引起P- CaMKⅡ表達(dá)增強(qiáng)。最終導(dǎo)致CaMKⅡ活性下降，致使神經(jīng)組織更易受損害，由此可知 CaMKⅡ與神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[26]有密切關(guān)系。

3展望

CaM在顱腦損傷后的變化情況和對(duì)細(xì)胞凋亡情況國內(nèi)外雖有相關(guān)研究，但法舒地爾[27]干預(yù)后顱腦損傷大腦中的鈣調(diào)蛋白變化情況及對(duì)細(xì)胞凋亡[28]情況國內(nèi)外相關(guān)研究甚少。如能從此角度對(duì)顱腦損傷后鈣調(diào)蛋白及細(xì)胞凋亡情況進(jìn)行深入研究及探討，將對(duì)臨床有較大的指導(dǎo)意義。對(duì)顱腦損傷患者的治療及用藥提供指導(dǎo)，對(duì)預(yù)后將有明顯的幫助。

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(2015-04-28收稿)(岳靜玲編輯)