腦缺血再灌注中一氧化氮對神經(jīng)元凋亡的影響

邊經(jīng)緯，李俊發(fā)，羅艷琳*

(首都醫(yī)科大學(xué)1.2011級基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè);2.神經(jīng)生物學(xué)系，北京100069)

對心[1]、肺[2]、肝[3]等器官缺血再灌注相關(guān)的研究顯示，不同含量的一氧化氮(nitric oxide，NO)在細胞凋亡中作用不同。腦缺血再灌注中NO 作用也隨含量變化表現(xiàn)出不同[4]。本文對近幾年相關(guān)文獻進行綜述，以進一步明確NO 在腦缺血再灌注損傷中的作用。

1 概述

腦缺血再灌注損傷的機制較為復(fù)雜，參與因素眾多，包括氧化應(yīng)激[5]、鈣超載[6]和炎性反應(yīng)[7]等。及時恢復(fù)缺血部位血流，有可能挽救腦細胞，有助于腦功能恢復(fù)，但也可能引起嚴(yán)重的再灌注損傷[8]。

腦缺血再灌注過程中，損傷核心區(qū)以細胞壞死為主;周圍區(qū)有多種細胞損傷形式，包括凋亡、自噬和程序性壞死。其中細胞凋亡現(xiàn)象較為明顯[9]。細胞凋亡具有主動性與可逆性，這是減輕腦缺血再灌注后神經(jīng)元損傷的關(guān)鍵。

2 NO對細胞凋亡的作用

諸多因素影響腦缺血再灌注引起的神經(jīng)元凋亡，其中NO 既可作為內(nèi)源性物質(zhì)由機體本身生成，又可作為外源性物質(zhì)由其供體向機體提供，故備受關(guān)注。

2.1 腦缺血再灌注過程中NO含量的變化

腦缺血再灌注過程中，NO含量隨著缺血時間及再灌注時間的變化而變化。

腦缺血期間，隨著缺血開始，海馬內(nèi)NO含量迅速下降，并在10 min 左右達到最低值[10]。缺血15 min NO含量逐步升高，缺血30 min時達到峰值，缺血90～120 min時NO含量明顯下降[11]。

用腦缺血30 min的模型來研究再灌注發(fā)現(xiàn)，腦組織在再灌注30 min后NO含量再次升高，隨后NO含量逐步上升，達到峰值后含量下降[12-13]。對于再灌注期間NO含量達到峰值的時間點，不同研究結(jié)果存在部分差異，有研究發(fā)現(xiàn)再灌注6 h時NO含量達到峰值[13];也有報道再灌注72 h時才達到峰值[12]。

綜上所述，腦缺血過程中腦組織NO含量逐漸升高達到一定峰值后逐漸下降;再灌注后，NO含量再次升高達到峰值后含量下降，呈“雙峰樣”變化。

2.2 NO對細胞凋亡的雙重作用

與單純?nèi)毖?0 min 再灌注24 h 大鼠相比，缺血再灌注后腹腔注射7，8-二羥黃酮(7，8-dihydroxyflavone，7，8-DHF)大鼠缺血組織中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)活性受到抑制，NO含量和神經(jīng)元凋亡數(shù)目明顯減少，推測NO含量減少在腦缺血再灌注過程中起保護作用[14]。同時，有報道認為NO含量增多是誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，加重腦損傷的機制之一[15]?？梢?，腦缺血再灌注過程中，NO含量增加，加重神經(jīng)元損傷產(chǎn)生神經(jīng)毒性，促進細胞凋亡，甚至導(dǎo)致神經(jīng)元壞死;適當(dāng)降低NO含量可以有效抑制細胞凋亡，對損傷腦組織起保護作用。

3 NO 影響細胞凋亡的相關(guān)信號通路

NO對細胞凋亡的影響與一些信號傳導(dǎo)通路相關(guān)，可通過調(diào)控這些信號通路來影響細胞凋亡。

3.1 死亡受體介導(dǎo)的細胞凋亡信號通路

死亡受體通路是一種外源性途徑，細胞內(nèi)Fas信號調(diào)節(jié)被人們高度重視。其中，F(xiàn)as的膜表達、聚集和內(nèi)化是死亡誘導(dǎo)信號傳導(dǎo)復(fù)合體(death-inducing signaling complex，DISC)和hiDISC(含高分子聚合體CD95hi)形成的關(guān)鍵，也是Fas 信號通路的核心。

研究發(fā)現(xiàn)，大鼠全腦缺血再灌注6 h時，NO含量達到峰值，胞質(zhì)中Fas 減少達到最低水平，細胞膜上Fas表達增加達到峰值，表明Fas 從胞質(zhì)移位到細胞膜;同時胞質(zhì)中代表Fas 聚集的CD95hi明顯增加且達到峰值，表明缺血再灌注過程誘導(dǎo)Fas 膜表達和聚集;進一步發(fā)現(xiàn)缺血再灌注6 h時海馬CA1區(qū)hiDISC 和DISC的形成顯著增加[16]。由此推測NO 可以通過死亡受體介導(dǎo)信號通路影響細胞凋亡。

3.2 線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡信號通路

腦缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的細胞凋亡過程中，線粒體的作用尤為重要[17]。

氧糖剝奪及復(fù)氧(oxygen-glucose deprivation followed by recovery，OGD/R)后原代神經(jīng)元的線粒體膜電位和ATP 水平下降，線粒體復(fù)合物活性降低，說明OGD/R 可以使線粒體完整性受到破壞，功能受到抑制;進而發(fā)現(xiàn)，OGD/R 降低了線粒體內(nèi)的凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor，AIF)和細胞色素C(cytochrome C，Cyt-C)含量，增加了細胞系內(nèi)AIF 和胞質(zhì)Cyt-C水平，說明AIF 發(fā)生核移位，Cyt-C從線粒體內(nèi)釋放;同時，核濃縮和核碎片現(xiàn)象明顯;提示OGD/R 可以激活線粒體介導(dǎo)的信號通路，促進細胞凋亡。作者使用一種NO 供體預(yù)處理后發(fā)現(xiàn)，OGD/R 誘導(dǎo)線粒體介導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡受到明顯抑制，推測該供體對缺血性神經(jīng)元損傷的神經(jīng)保護作用與NO 有關(guān)[18]。

可見，NO 可以影響線粒體功能和其膜的通透性，激活線粒體介導(dǎo)的信號通路，促進細胞凋亡。

3.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的信號通路

除上述研究外，在短暫性腦缺血過程中，腦組織內(nèi)的NO 可以誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)鈣泵失活，導(dǎo)致ER 腔內(nèi)Ca2+濃度失衡，引起ER 功能障礙，從而觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)(endoplasmic reticulum stress，ERS)。一定程度的ERS 可增強ER 應(yīng)激能力，促進ER 功能恢復(fù);而ERS 持續(xù)存在或過強時將誘導(dǎo)ERS 相關(guān)性細胞凋亡，造成組織損傷[9]。

3.4 JNK信號通路

JNK信號通路是以c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)家族為中心的細胞信號傳導(dǎo)通路，可被細胞因子、生長因子及缺血再灌注等多種因素激活[19]。

對大鼠全腦缺血15 min 再灌注3 d的模型研究時發(fā)現(xiàn)，海馬CA1 組織內(nèi)S-亞硝基化的JNK3 與磷酸化的JNK3 有明顯升高，并伴有凋亡現(xiàn)象的增加;使用NOS 抑制劑可以降低JNK3 S-亞硝基化和磷酸化水平，推測缺血再灌注產(chǎn)生的內(nèi)源性NO 可以使JNK3 發(fā)生S-亞硝基化和磷酸化，促進神經(jīng)元凋亡。進一步研究發(fā)現(xiàn)NO 供體硝普鈉可以抑制JNK3 發(fā)生S-亞硝基化和磷酸化，抑制細胞凋亡與壞死[20]。因此，外源性NO 可以抑制內(nèi)源性NO 誘導(dǎo)JNK3 發(fā)生的S-亞硝基化來降低JNK3 活性，從而影響JNK信號通路起到保護作用。

4 NO的分子修飾

最新研究發(fā)現(xiàn)，NO 可以使相關(guān)蛋白發(fā)生S-亞硝基化，改變蛋白活性來調(diào)控上述信號通路，影響細胞凋亡。

大鼠全腦缺血后再灌注6 h時，NO含量達到峰值，F(xiàn)as的S-亞硝基化量與其相一致;如果在缺血前使用神經(jīng)型NOS 抑制劑，F(xiàn)as的S-亞硝基化即受到明顯抑制，推測nNOS 活化產(chǎn)生的NO 誘導(dǎo)了Fas的S-亞硝基化。由于Fas的膜表達，聚集和內(nèi)化是DISC 和hiDISC 形成和凋亡誘導(dǎo)蛋白激活的關(guān)鍵，故推測Fas的S-亞硝基化影響了死亡受體介導(dǎo)的信號通路，從而影響細胞凋亡[16]。

對缺氧缺血的鼠腦海馬區(qū)中S-亞硝基化的細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1)含量分析發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注后ASK1的S-硝基化水平升高，若缺血前使用NOS 抑制劑可明顯抑制再灌注后ASK1的S-亞硝基化，推測NO 誘導(dǎo)ASK1 發(fā)生S-亞硝基化，影響JNK信號通路[21]。

缺血再灌注還可以激活谷氨酸受體6(glutamate receptor 6，GluR6)介導(dǎo)的JNK信號通路，通過對比缺血再灌注鼠腦和使用NOS 抑制劑處理的鼠腦組織中GluR6 S-亞硝基化水平證明NO 可使GluR6 S-亞硝基化，推測GluR6 被NO 亞硝基化后活性發(fā)生改變，從而調(diào)節(jié)了JNK 通路，影響神經(jīng)元的細胞凋亡[22];總之，NO 可以通過S-亞硝基化的分子修飾影響JNK信號通路。

5 展望

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注中NOS 影響細胞凋亡過程。其中大量研究發(fā)現(xiàn)活化nNOS 產(chǎn)生的NO 可影響細胞凋亡;還發(fā)現(xiàn)iNOS 和eNOS 在細胞凋亡過程中的作用也至關(guān)重要，因此，3種NOS 對細胞凋亡影響的不同機制及關(guān)鍵信號靶點值得深入研究。

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