tPA與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

李曉莉，袁永貴，張志珺

(東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京 210009)

·綜 述·

tPA與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

李曉莉，袁永貴，張志珺

(東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京 210009)

組織型纖溶酶原激活物(tPA)是一種普遍存在于血液、腦實(shí)質(zhì)和神經(jīng)血管單元中的絲氨酸蛋白酶，內(nèi)皮組織釋放的tPA主要功能是將纖溶酶原轉(zhuǎn)化為纖溶酶，從而降解血凝塊中纖維網(wǎng)；除了溶栓，tPA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中也發(fā)揮著其他重要的生理學(xué)和病理學(xué)功能。作者對(duì)tPA的溶栓以外功能及其與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的關(guān)系作一綜述。

組織型纖溶酶原激活物；神經(jīng)血管單元；神經(jīng)元；膠質(zhì)細(xì)胞；中樞神經(jīng)系統(tǒng)；文獻(xiàn)綜述

1947年Astrup和Permin報(bào)道了動(dòng)物組織內(nèi)含有纖溶酶原激活物(tissue plasminogen activator，tPA)，1983年P(guān)ennica等在大腸桿菌中克隆與表達(dá)出人tPA[1]；1993年Sappino等發(fā)現(xiàn)，tPA在大腦定位和表達(dá)[2]，同年Qian等證實(shí)tPA受神經(jīng)元活動(dòng)的調(diào)節(jié)[3]。然而，截至到目前，人們對(duì)tPA在CNS疾病中作用的認(rèn)識(shí)還很局限。因此，了解tPA在CNS中的功能及其與疾病之間關(guān)系將有助于我們深入理解相關(guān)疾病的病理生理機(jī)制。

1 tPA基本結(jié)構(gòu)和主要功能

tPA是一種普遍存在于血液、腦實(shí)質(zhì)和神經(jīng)血管單元中69 KDa大小的絲氨酸蛋白酶，由K1、K2、EGF-like、Finger和Protease5個(gè)功能區(qū)域組成。 K1和K2功能區(qū)可與質(zhì)膜、蛋白和磷脂等結(jié)合，與纖溶酶原激活物抑制因子-1 (PAI-1)及PDGF-CC等相互作用，調(diào)節(jié)催化纖維蛋白和纖溶酶原的活性和親和力，；EGF-like區(qū)域可與血小板相互作用，維持催化位點(diǎn)穩(wěn)定性；Finger區(qū)與Annexin Ⅱ、小膠質(zhì)細(xì)胞激活、纖維蛋白的親和力有關(guān)；Protease區(qū)域和其蛋白水解活性有關(guān)，并可與底物內(nèi)的靶序列相互作用[4]。在血管中，tPA的主要酶作用底物是纖溶酶原?；诖斯δ?，重組tPA被用于肺栓塞、心肌梗死和缺血性卒中的溶栓治療中?？杉せ顃PA的蛋白很多，除了纖維蛋白外，還有細(xì)胞外金屬蛋白、血小板反應(yīng)蛋白、富含組氨酸-脯氨酸的糖蛋白、乳腺絲抑蛋白、肌動(dòng)蛋白等十幾種蛋白。而tPA的抑制蛋白主要有兩種:PAI-1和神經(jīng)源性絲氨酸蛋白酶抑制劑(neuroserpin)[5]。

2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中tPA的分布與功能

tPA在皮質(zhì)、海馬、杏仁核和小腦等腦區(qū)均有表達(dá)[6]，在神經(jīng)血管單元中主要定位于<100 μm的微小血管[7]和神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞[8]中，與軸突生長(zhǎng)、突觸可塑和LTP有關(guān)，調(diào)節(jié)腦的結(jié)構(gòu)和功能[7]。

在哺乳動(dòng)物腦中，tPA的功能分為兩種，一種是依賴轉(zhuǎn)換纖溶酶原轉(zhuǎn)化為纖溶酶發(fā)揮功能，降解細(xì)胞外基質(zhì)，并為小膠質(zhì)細(xì)胞遷移建立化學(xué)因子梯度，從而促進(jìn)神經(jīng)元死亡，或通過處理細(xì)胞外基質(zhì)蛋白多糖從而促進(jìn)神經(jīng)軸突發(fā)芽和生長(zhǎng)；另一種，tPA作為受體激動(dòng)劑與小膠質(zhì)細(xì)胞表面受體結(jié)合，并將其激活[9]，促進(jìn)神經(jīng)退化。

3 tPA與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

3.1 tPA與卒中

tPA的溶栓作用被廣泛用于急性缺血性卒中患者，是目前卒中后唯一可以有效利用的治療方法。然而大量證據(jù)提示，除了毋庸置疑的溶栓作用外，tPA對(duì)缺血大腦還存在有害作用。早在1998年就有報(bào)道認(rèn)為，CNS中過量的tPA會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[10]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，缺血腦組織中tPA既可以作為溶栓酶發(fā)揮有益作用，同時(shí)還有導(dǎo)致腦水腫和缺血后細(xì)胞死亡的毒性作用[11]。

神經(jīng)元發(fā)生去極化后tPA和neuroserpin的表達(dá)均增加，而當(dāng)缺血時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，tPA與neuroserpin之間的平衡被打破，研究發(fā)現(xiàn)tPA所致的興奮性毒性作用并不依賴于纖溶酶原的激活[12]。tPA可局部激活血小板衍生生長(zhǎng)因子(platelet-derived growth factor，PDGF)，與周圍細(xì)胞上低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(low-density lipoprotein-receptor-related protein，LRP)結(jié)合，激活NF-κB或Akt信號(hào)通路上的iNOS、MMP-3、9等，MMPs可破壞血管基底膜，增加血管滲透性。tPA敲除的小鼠腦缺血后MMP-9的增加明顯降低[12]。

值得注意的是，除了溶栓和上述作用外，tPA還具有白質(zhì)保護(hù)功能。在老年小鼠腦內(nèi)少突膠質(zhì)細(xì)胞中tPA水平下降的同時(shí)常伴隨著白質(zhì)對(duì)缺血損傷易感性的增加。tPA 在少突膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)揮抗凋亡作用，在老年鼠中注射tPA后發(fā)現(xiàn)缺血所致白質(zhì)損害減少。因此，tPA在缺血性卒中是把雙刃劍。

3.2 tPA與癲癇

神經(jīng)活動(dòng)如癲癇可誘發(fā)tPA的表達(dá)[3]。研究發(fā)現(xiàn)，癲癇在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的擴(kuò)布伴隨著tPA活性的增加，隨之在受異常電活動(dòng)影響的大腦區(qū)域出現(xiàn)大量neuroserpin。當(dāng)tPA缺失或用neuroserpin處理并保持纖溶酶原或PAI-1不變時(shí)，腦中癲癇進(jìn)程就會(huì)減緩。因此，tPA與neuroserpin的相互作用對(duì)神經(jīng)環(huán)路電活動(dòng)所必須的突觸水平結(jié)構(gòu)發(fā)育至關(guān)重要[13]。且這種作用不依賴于纖溶酶原，不能被PAI-1敲除鼠中PAI-1的缺失所修正，提示在CNS中neuroserpin是tPA的一個(gè)獨(dú)立調(diào)節(jié)因子[13]。

海馬中tPA可被癲癇、興奮和長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(Long-term potentiation，LTP)等不同形式的神經(jīng)活動(dòng)誘導(dǎo)表達(dá)；同樣tPA可促進(jìn)上述過程。在tPA缺失的小鼠中，海馬部位的癲癇減少、LTP減弱、海馬依賴的學(xué)習(xí)能力受損；當(dāng)在海馬中注射tPA或tPA過表達(dá)時(shí)，動(dòng)物L(fēng)TP和學(xué)習(xí)能力均能得到增強(qiáng)和提高[13-14]。tPA和neuroserpin的相互作用可直接影響神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電活動(dòng)所必須的突觸水平的結(jié)構(gòu)改變，tPA缺失或給予neuroserpin會(huì)影響癲癇的進(jìn)展[14-15]。

3.3 tPA與多發(fā)性硬化

多發(fā)性硬化(multiplesclerosis，MS)是年輕人神經(jīng)功能致殘的第一位因素。實(shí)驗(yàn)性自發(fā)免疫性腦脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis，EAE)是MS的動(dòng)物模型，在EAE大鼠血漿中tPA含量增加與癥狀出現(xiàn)有關(guān)[16]。單核細(xì)胞透過血腦屏障的滲出依賴于tPA活性:tPA可破壞緊密連接蛋白，導(dǎo)致神經(jīng)血管單元滲透性增加、單核細(xì)胞滲出[17]。在EAE的小鼠中，tPA扮演著雙重角色:tPA敲除小鼠表現(xiàn)出發(fā)病延遲，但癥狀更嚴(yán)重，恢復(fù)慢；PAI-1敲除EAE動(dòng)物發(fā)病提前、癥狀減輕；即tPA在EAE病理起病上發(fā)揮著有害作用，但是卻能促進(jìn)EAE的恢復(fù)[5]。

健康中樞神經(jīng)系統(tǒng)中不存在纖維蛋白，當(dāng)血腦屏障受損時(shí)如MS狀態(tài)下，纖維蛋白從受損的血腦屏障大量進(jìn)入，并出現(xiàn)沉積。MS患者活檢標(biāo)本顯示，PAI-1表達(dá)增加及tPA表達(dá)減少，纖溶能力下降，纖維蛋白降解減少，并在軸突沉積，造成軸突損害[5]。在CNS炎癥發(fā)生的區(qū)域，受損的神經(jīng)元和內(nèi)皮組織釋放的tPA除有助于MS過程中軸突受損部位巨噬細(xì)胞的遷移、促進(jìn)白細(xì)胞滲出外，還可通過與相應(yīng)的受體(LRP-1受體或MCP)結(jié)合激活作為tPA儲(chǔ)存庫(kù)的小膠質(zhì)細(xì)胞，大量釋放tPA，激活纖溶酶，降解MBP，或激活MMP2/9降解MBP[18]。因此，由于tPA增加對(duì)MBP的降解和后期tPA活性下降而致的纖溶能力受損，至少一定程度上與MS患者的神經(jīng)炎癥、神經(jīng)退行性病變以及再生抑制有關(guān)[19]。

3.4 tPA與阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease， AD)是目前導(dǎo)致老年人癡呆和認(rèn)知障礙的最常見原因，其病理學(xué)特征之一是一種具有39-43氨基酸的多肽-β-淀粉樣蛋白(Aβ)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)沉積所致的炎癥反應(yīng)[19]。在AD轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，PAI-1基因可被炎癥所誘導(dǎo)，抑制tPA活性；研究證實(shí)，在小鼠或人體內(nèi)，tPA/纖溶酶原系統(tǒng)均參與了Aβ的降解過程。在AD腦中存在tPA/纖溶酶活性降低和Aβ含量增高的惡性循環(huán)，且炎癥誘發(fā)PAI-1表達(dá)增加，更進(jìn)一步抑制tPA/纖溶酶活性而無法有效降解Aβ[20]。同時(shí)神經(jīng)元脂質(zhì)中纖溶酶原減少，進(jìn)一步導(dǎo)致纖溶酶活性降低[21]。以上研究提示，tPA具有作為AD治療靶標(biāo)的潛在可能性。

3.5 tPA與脊髓損傷

脊髓損傷(spinal cord injury， SCI)的病理特征之一是在壞死中心周圍出現(xiàn)二次損傷，因此，對(duì)二次損傷機(jī)制的深入了解有助于確定SCI的治療策略[5]。研究提示，SCI動(dòng)物模型中的二次損傷可能有絲氨酸蛋白酶的參與:在SCI不同動(dòng)物模型中，tPA mRNA、蛋白水平和蛋白水解活性均上調(diào)，但這些研究均未對(duì)tPA的作用作深入探討[5]。

細(xì)胞的遷移和延伸需要細(xì)胞外基質(zhì)的退化，從而為軸突再生提供一個(gè)更可行的環(huán)境。有研究提出，tPA可能通過3種機(jī)制降解SCI后胞外基質(zhì):(1) tPA和纖溶酶原均能與硫酸軟骨素酶NG2的核心蛋白緊密結(jié)合。NG2作為骨架蛋白，促進(jìn)tPA催化纖溶酶原轉(zhuǎn)化為纖溶酶，降解NG2的核心蛋白，為軸突再生提供更有利的環(huán)境[22]。(2) 在背根節(jié)中tPA還可通過不依賴于纖溶酶原激活的方式促進(jìn)感覺軸突再生[23]。(3) tPA有助于巨噬細(xì)胞的遷移，從而增加局部可降解胞外基質(zhì)成分的蛋白酶釋放[24]。因此，tPA成為了SCI后一種有希望的治療靶標(biāo)[5]。

3.6 tPA與應(yīng)激

tPA在邊緣系統(tǒng)中高度表達(dá)，并調(diào)節(jié)神經(jīng)元的生存能力和可塑性。在杏仁核中，tPA是應(yīng)激誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)和功能重組關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。在快速束縛應(yīng)激的小鼠中央核團(tuán)中，tPA表達(dá)增加，突觸后ERK磷酸化增加，提示tPA參與了杏仁核依賴的恐懼反應(yīng)[19]。體內(nèi)促腎上腺皮質(zhì)激素水平增加時(shí)，CRF-R1受體在去極化過程中易化tPA釋放；tPA缺陷小鼠不出現(xiàn)和應(yīng)激相關(guān)的生化、結(jié)構(gòu)及行為的特征性改變[6-7]。海馬敲除tPA后，動(dòng)物在強(qiáng)迫游泳和懸尾實(shí)驗(yàn)中不動(dòng)時(shí)間增加，新奇覓食實(shí)驗(yàn)中覓食時(shí)間增加，高架十字迷宮開臂中停留時(shí)間減少；在海馬中注射過表達(dá)tPA的載體后會(huì)逆轉(zhuǎn)上述效應(yīng)，且海馬中BDNF水平增加[25]；這些結(jié)果提示，tPA是一種治療抑郁和焦慮疾病可能有效的措施。

4 總 結(jié)

tPA/纖溶酶原裂解瀑布一直以來被關(guān)注在溶栓上，然而無論是生理狀態(tài)下還是病理狀態(tài)下，除了經(jīng)典的溶栓作用外，tPA還具有許多其他生理學(xué)和病理學(xué)功能。因此，對(duì)tPA的深入研究有助于減緩一些疾病的病理發(fā)展或減弱疾病的癥狀嚴(yán)重程度等。

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2014-12-24

2015-2-3

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81071101)；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CXLX12_0125)

李曉莉(1981-)，女，河南商丘人，在讀博士研究生，住院醫(yī)師，助理研究員。E-mail:lixiaolifirst@163.com

張志珺 E-mail:janemengzhang@vip.163.com

李曉莉，袁永貴，張志珺.tPA與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2015，34(3)：466-469.

R741.02

A

1671-6264(2015)03-0466-04

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.03.034