過氧化物酶體增殖物激活受體在缺血性腦損傷及糖尿病合并腦缺血損傷中的研究進展

何 婧，韓江全，施寧華

(遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東 珠海 519100)

缺血性腦卒中具有發(fā)病率、致殘率、死亡率高的特點，是嚴(yán)重危害人類健康的常見疾病。而糖尿病是缺血性腦卒中的獨立危險因素。目前，糖尿病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢。2013年國際糖尿病聯(lián)盟報道，全球成人糖尿病的患病率達8.3%，其中我國糖尿病患病人數(shù)居世界首位[1]。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病患者中，罹患腦梗死的概率增加2～4倍，且糖尿病合并腦梗死患者的神經(jīng)功能缺損更嚴(yán)重，生存率更低，預(yù)后不良[2]。目前，靜脈溶栓被認(rèn)為是腦梗死急性期內(nèi)最有效的治療手段。但糖尿病可使腦梗死溶栓治療后血管再通不良，梗死面積縮小不明顯，神經(jīng)功能恢復(fù)差，且溶栓后出現(xiàn)癥狀性顱內(nèi)出血的風(fēng)險明顯升高[3]。因此，進一步研究糖尿病加重腦缺血的相關(guān)機制，尋找對糖尿病合并腦缺血損傷新的有效治療方法十分關(guān)鍵。過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)是核受體超家族中由配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，其主要通過調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。研究證實，PPARs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面尤其是缺血性腦損傷中有重要的保護作用[4-6]，而抑制PPARs活性可能是糖尿病加重腦缺血損傷的重要機制之一[7]?，F(xiàn)就PPARs在缺血性腦損傷及糖尿病合并腦缺血損傷中的研究進展予以綜述。

1 PPARs的生物學(xué)特性

1.1結(jié)構(gòu)與分布 PPARs屬于核激素受體超家族成員，是由配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，在基因調(diào)控方面發(fā)揮重要作用。PPARs由4個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成[8]：A/B區(qū)，也稱為激活域，位于N端，是磷酸化修飾的重要靶點；C區(qū)，即DNA結(jié)合域，由兩個鋅指狀基序形成，具有高度保守性，其通過與靶基因啟動子上游的PPAR反應(yīng)元件作用，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄；D區(qū)為鉸鏈區(qū)，許多輔助因子與此結(jié)構(gòu)域結(jié)合并影響PPARs的轉(zhuǎn)錄活性；E/F區(qū)，位于C端區(qū)域，包含配體結(jié)合域和配體依賴的激活功能區(qū)2，通過識別特異性配體，在轉(zhuǎn)錄激活過程中起關(guān)鍵作用。

在兩棲類、嚙齒類動物及人類中，PPARs均有3種亞型即PPARα、PPARβ和PPARγ，分別由特定的單拷貝基因編碼，分別位于鼠染色體第15、17和6號，人類染色體第22、6和3號上，且人類PPARα、β和γ分別含有468、441和479個氨基酸殘基[9]。其中，PPARγ由于啟動子和拼接方式的不同，還可分為PPARγ1和PPARγ2兩種亞型，兩者的信使RNA存在不同的5′端序列，但由于編碼PPARγ1和PPARγ2結(jié)構(gòu)域的6個外顯子有著相同的序列，所以兩者的功能一致[9]。

然而，PPARs的3種亞型在組織中的分布不盡相同，PPARα表達的細胞具有高脂肪酸代謝水平和高過氧化物酶體活性，如棕色脂肪組織細胞、肝細胞、心肌細胞、腎小管上皮細胞和腸黏膜細胞；PPARβ在全身廣泛表達，其中在骨骼肌、心臟、腎臟、皮膚中表達相對較高；PPARγ主要在脂肪組織、結(jié)腸上皮、肝臟、脾臟和腎臟等組織中表達[10]。實驗顯示，PPARs的3種亞型在成年嚙齒動物腦中均有表達，主要在額葉皮質(zhì)、海馬區(qū)、伏隔核、杏仁核、腹側(cè)被蓋區(qū)分布[11]。

1.2配體及激活機制 PPARs的3種亞型結(jié)構(gòu)中均含有一個保守性較差的配體結(jié)合區(qū)域，由于該區(qū)域所含氨基酸的種類不同，故被認(rèn)為是決定配體選擇性、親和力的關(guān)鍵因素[12-13]。許多飽和脂肪酸及花生四烯酸產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物(白三烯B4、8-S羥二十四碳四烯酸等)能夠有效活化PPARα。且苯扎貝特、非諾貝特等貝特類藥物也是PPARα的有效激活劑。前列腺素A1和D2對PPARβ具有較強的親和力，且人工合成的復(fù)合物GW2433、GW0742等為PPARβ的合成配體。15-脫氫前列腺素J2、亞油酸的代謝物羥基十八碳二烯酸、十六烷基壬二酸基卵磷脂均為PPARγ的強效天然激動劑。而治療2型糖尿病的口服藥物噻唑烷二酮類(羅格列酮、吡格列酮等)為PPARγ的有效人工合成配體，其可通過激活PPARγ增強胰島素敏感性。此外，PPARs還具有多個亞型的共同激動劑，如非甾體抗炎藥、丙烷-2-磺酸十八碳-9-烯基-酰胺、淫羊藿苷均為PPARα/γ的雙重激動劑。

當(dāng)配體缺乏時，PPARs與類視黃醇X受體結(jié)合形成異二聚體(PPAR/類視黃醇X受體)，并募集輔抑制因子復(fù)合物(核受體輔助抑制物、視黃酸與甲狀腺素受體的靜默中介復(fù)合物等)與PPAR/類視黃醇X受體結(jié)合，抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。一旦PPARs與配體結(jié)合被激活，PPAR/類視黃醇X受體將與輔抑制因子解離，并結(jié)合輔活化因子(PPARγ輔助活化因子、類固醇受體輔助活化因子1等)，與靶基因啟動子區(qū)域中的PPAR反應(yīng)元件特異性結(jié)合形成PPAR/類視黃醇X受體α復(fù)合物，從而發(fā)揮對靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用[14]。此外，PPARs還可以與其他多種轉(zhuǎn)錄因子(核因子κB、激活蛋白1等)發(fā)生蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，從而影響相應(yīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的基因表達[15]?；赑PARs的以上生物學(xué)功能，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，PPARs活化后在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、維持體內(nèi)葡萄糖穩(wěn)態(tài)、參與細胞增殖及分化、調(diào)控炎癥和氧化應(yīng)激等過程中發(fā)揮重要作用。近年來，PPARs各亞型及其激動劑在缺血性腦損傷中的保護作用也受到大家的廣泛關(guān)注。

2 PPARs在缺血性腦損傷中的作用

2.1PPARα與缺血性腦損傷 局部腦缺血可產(chǎn)生強烈的炎癥反應(yīng)，大量炎癥細胞的釋放，可引起氧自由基和其他炎癥相關(guān)產(chǎn)物的生成增加，從而導(dǎo)致腦組織損傷、血管內(nèi)皮功能障礙及神經(jīng)元細胞的凋亡。在腦缺血再灌注損傷模型中，與野生型小鼠相比，PPARα敲除基因小鼠的腦梗死體積更大、神經(jīng)功能缺損更嚴(yán)重，表明PPARα的缺失加重了腦缺血損傷[16]。Ouk等[17]研究發(fā)現(xiàn)，早期給予PPARα特異性激動劑非諾貝特治療，可顯著改善小鼠腦缺血再灌注誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮功能障礙，其機制可能與減少黏附蛋白1的表達、抑制中性粒細胞的浸潤和小膠質(zhì)細胞的活化有關(guān)。同時他們在小鼠腦缺血再灌注損傷后連續(xù)管飼非諾貝特7 d觀察到，PPARα的增加可調(diào)節(jié)腦缺血損傷后神經(jīng)細胞的增殖與分化，并對神經(jīng)功能損傷的修復(fù)有協(xié)同作用。此外，非諾貝特激活PPARα后，可通過抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶和p65核因子κB的活化，顯著減少炎癥介質(zhì)白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α的表達，從而減輕腦缺血后的炎癥反應(yīng)[18]。Zhou等[19]研究表明，油酰乙醇胺作為一種PPARα內(nèi)源性激動劑，可通過抑制Toll樣受體4/核因子κB和胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2信號途徑，減少腦缺血誘導(dǎo)的神經(jīng)細胞凋亡，增強神經(jīng)元修復(fù)，表明活化后的PPARα對缺血性腦卒中有一定的神經(jīng)保護作用。

2.2PPARβ與缺血性腦損傷 PPARβ最先發(fā)現(xiàn)于人的骨肉瘤細胞庫，并廣泛表達于各種器官和組織的細胞核內(nèi)。相對于PPARα、PPARγ，PPARβ在缺血性腦損傷中作用的相關(guān)數(shù)據(jù)有限，但仍有證據(jù)證明，PPARβ的激活對腦缺血損傷有一定的保護作用[20]。GW0742對PPARβ具有高度親和力，其與PPARβ的結(jié)合力較PPARα、PPARγ高300～1 000倍[21]。在大鼠的腦中動脈栓塞模型中，GW0742預(yù)處理后，PPARβ信使RNA的表達及轉(zhuǎn)錄活性顯著上調(diào)，且大鼠的神經(jīng)功能缺損及腦梗死體積顯著改善，提示PPARβ的激活對腦缺血損傷有明顯的保護作用。其作用機制可能與抑制中性粒細胞的聚集，下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9的活性，增加緊密蛋白的表達，進而減輕炎癥反應(yīng)，改善血腦屏障的通透性和腦水腫形成有關(guān)[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)，GW0742激活PPARβ后，可通過上調(diào)miR-17-5p的轉(zhuǎn)錄，減少硫氧還蛋白相互作用蛋白的表達，抑制細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1/p38信號途徑，進而減少細胞凋亡，在小鼠急性缺血缺氧損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護作用[22]。而PPARβ抑制劑GSK3787，可消除這種神經(jīng)保護作用，加重小鼠神經(jīng)功能的缺損和腦梗死體積，提示PPARβ的激活在腦血管疾病中有重要作用。

2.3PPARγ與缺血性腦損傷 PPARγ是調(diào)控缺血后細胞炎癥反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄因子，近年它在缺血性腦損傷中的保護作用受到廣泛關(guān)注。已有研究證實，PPARγ在星形膠質(zhì)細胞中高度表達[23]。且He等[23]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)導(dǎo)向因子1可顯著增加星形膠質(zhì)細胞中PPARγ的表達，抑制星形膠質(zhì)細胞活化，進而減弱缺血誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。新型銀杏內(nèi)酯B衍生物作為PPARγ的潛在激動劑，可通過激活PPARγ信號通路，調(diào)節(jié)促/抗炎小膠質(zhì)細胞極化，發(fā)揮抗炎作用，減少腦梗死面積，減輕腦水腫，改善大鼠行為和記憶恢復(fù)[24]。而給予PPARγ抑制劑GW9662后，大鼠在腦缺血再灌注損傷后的腦梗死體積和神經(jīng)功能缺損無明顯改善，表明激活PPARγ在腦缺血損傷中有重要的保護作用。體內(nèi)及體外實驗表明，PPARγ激動劑吡格列酮可通過抑制炎癥反應(yīng)，減弱氧化應(yīng)激，調(diào)節(jié)細胞凋亡，顯著改善神經(jīng)功能缺損及腦梗死面積，在腦缺血再灌注損傷發(fā)揮腦保護作用[25]。而PPARγ的激活還可上調(diào)超氧化物歧化酶活性，減少超氧陰離子的產(chǎn)生，進而減輕大腦中動脈閉塞后的氧化應(yīng)激反應(yīng)，預(yù)防缺血性損傷[26]。此外研究顯示，腦缺血后早期腹腔注射吡格列酮，還能誘導(dǎo)腦缺血后的血管生成和神經(jīng)干細胞的增殖與分化，從而改善大鼠腦缺血引起的神經(jīng)功能損傷[27]。

2.4PPARs亞型共同激動劑與缺血性腦損傷 PPARs各亞型激動劑已在動物腦缺血模型中顯示對腦卒中的神經(jīng)功能損傷有明顯的改善作用。而激活PPARs亞型共同激動劑對腦缺血損傷后炎癥及氧化應(yīng)激的抑制效應(yīng)具有協(xié)同及疊加作用[28]。Deng等[29]發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷同時激活了大鼠腦內(nèi)的PPARα、PPARγ表達，提示淫羊藿苷是潛在的PPARα/γ共同激動劑；且活化后的PPARα/γ在大鼠腦缺血再灌注模型中顯著下調(diào)了促炎癥細胞因子、核因子κB的表達，并通過抗炎作用顯著縮小了大鼠的腦梗死體積，從而改善其神經(jīng)功能缺損。此外，丙烷-2-磺酸十八碳-9-烯基-酰胺也是PPARα/γ的新型雙重激動劑，其通過增強PPARα/γ雙重信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制核因子κB、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3和胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2炎癥信號通路，減少小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞活化，繼而減輕炎癥反應(yīng)，改善大鼠腦缺血再灌注損傷后引起的血腦屏障破壞及腦水腫的壓迫[30]。

可見，PPARs各亞型可獨立參與到不同的生理反應(yīng)過程中，通過減輕神經(jīng)元炎癥，抑制氧化應(yīng)激，減少神經(jīng)元細胞凋亡，對腦缺血發(fā)揮神經(jīng)保護作用。同時，它們之間也可產(chǎn)生疊加效果，在腦缺血損傷中起協(xié)同保護作用[28]。近年來，PPARs作為腦缺血損傷重要的保護機制之一，已成為缺血性腦損傷的研究熱點。

3 PPARs與糖尿病合并腦缺血損傷

糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病。動物實驗顯示，在糖尿病或高血糖狀態(tài)下合并腦缺血損傷，其神經(jīng)功能損傷、腦梗死體積以及腦水腫程度均重于正常血糖下發(fā)生的缺血性腦組織損害[31]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病合并缺血性腦卒中可導(dǎo)致更嚴(yán)重的臨床癥狀和體征，且梗死面積大，治療效果差，死亡率遠高于正常血糖時[32]。同時，糖尿病患者合并缺血性腦卒中還可顯著增加腦卒中的復(fù)發(fā)率，尤其在年齡低于50歲的糖尿病患者中更為顯著[33]。糖尿病加重腦缺血損傷是一個多因素、多途徑、多步驟的惡性級聯(lián)過程，興奮性氨基酸毒性、鈣超載、梗死周圍除極化及細胞凋亡等均為糖尿病或高血糖加重腦缺血損傷的重要環(huán)節(jié)[34]。在其復(fù)雜的病理損傷機制中，炎癥反應(yīng)是造成糖尿病加重缺血性腦組織損傷的主要環(huán)節(jié)，PPARs對腦組織的炎癥反應(yīng)具有重要的抑制作用。且PPARs的表達水平與糖尿病加重腦缺血損傷的嚴(yán)重程度有一定的相關(guān)性。糖尿病可下調(diào)PPARs的表達，從而加重血管內(nèi)皮功能障礙[35-36]。而Xu等[37]發(fā)現(xiàn)，非諾貝特可通過激活PPARα，抑制糖尿病小鼠中的環(huán)加氧酶2、血栓烷A2和前列腺素E2表達，減弱炎癥反應(yīng)，從而保護損傷的血管內(nèi)皮細胞。此外，針對PPARγ基因敲除的高血糖腦缺血小鼠模型的研究顯示，在發(fā)生腦缺血時，PPARγ的缺失可使腦組織中的單核/巨噬細胞增加，表明抑制PPARγ的表達可加重糖尿病大鼠的腦缺血損傷[38]。另有研究證實，PPARγ激動劑15-脫氧前列腺素J2可通過抑制小膠質(zhì)細胞的活化，減輕炎癥反應(yīng)，從而改善糖尿病大鼠的腦缺血損傷，進一步說明PPARγ的激活在糖尿病大鼠合并腦缺血損傷中有重要的保護作用[39]。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，PPARγ激動劑不僅顯著降低了體內(nèi)血糖水平、改善胰島素抵抗，還大大降低了復(fù)發(fā)性腦卒中的發(fā)生風(fēng)險[40]。可見，PPARs在糖尿病合并腦缺血損傷中具有重要作用。

4 小 結(jié)

目前，關(guān)于PPARs各亞型在腦缺血損傷中保護作用的研究已取得了積極進展，但它們在糖尿病合并腦缺血損傷中的研究較少。近年來，PPARs在糖尿病合并腦缺血損傷中的作用備受關(guān)注。因此，PPARs配體及其激動劑有望成為新的作用靶點，且深入探討其神經(jīng)保護機制可為治療糖尿病合并缺血性腦卒中提供實驗依據(jù)，對防治腦血管病具有十分重要的意義。此外，未來還需進一步深入研究PPARs與糖尿病合并腦缺血損傷的關(guān)系及其作用機制，為臨床應(yīng)用提供可靠的理論依據(jù)。