大麻素系統(tǒng)在腦缺血損傷中的研究進(jìn)展

滕海娟 羅本燕

[摘要] 大麻素系統(tǒng)廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在某些神經(jīng)病理生理過程中起到調(diào)控作用，比如疼痛、食欲、運(yùn)動功能、學(xué)習(xí)認(rèn)知等。大量的試驗證明，大麻素系統(tǒng)在腦缺血過程中的興奮性氨基酸毒性、氧化應(yīng)激、炎癥級聯(lián)反應(yīng)及神經(jīng)元凋亡等方面起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，該文綜述了近年來國內(nèi)外關(guān)于大麻素系統(tǒng)在腦缺血損傷中的研究進(jìn)展，旨在為進(jìn)一步的科學(xué)研究以及臨床新藥的開發(fā)提供參考。

[關(guān)鍵詞] 大麻素；腦缺血損傷；研究

[中圖分類號] R743 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-0742（2018）09（b）-0196-03

[Abstract] The cannabinoid system is widely distributed in the central nervous system and plays a regulatory role in certain neuropathological processes， such as pain， appetite， motor function， and learning cognition. A large number of experiments have proved that the cannabinoid system plays a key role in the regulation of excitatory amino acid toxicity， oxidative stress， inflammatory cascade and neuronal apoptosis during cerebral ischemia. The research progress of cannabinoid system in cerebral ischemic injury is intended to provide reference for further scientific research and development of new clinical drugs.

[Key words] Cannabinoid； Cerebral ischemic injury； Research

大麻素最早源于植物印度大麻，1842年愛爾蘭人William B.OShaugnessey在做了一系列形式試驗證明了大麻素的醫(yī)用價值后將其用于治療疼痛、風(fēng)濕熱、痙攣狀態(tài)。此后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，由于植物內(nèi)化學(xué)成分種類繁多，有些成分的含量極微，大麻素的相關(guān)研究停滯不前，直到20世紀(jì)60年代，大麻類物質(zhì)活性成分四氫大麻酚（Δ-THC）被首次鑒定并成功合成后，人類對大麻素有了嶄新的認(rèn)識。其后數(shù)十年內(nèi)，大麻素被發(fā)現(xiàn)具有調(diào)控運(yùn)動功能，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶能力，多種急慢性退變性神經(jīng)疾病中起到保護(hù)作用。腦缺血損傷直接源于腦血流低灌注或血流減少，氧和能量供應(yīng)中斷引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞死亡，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。近年來大量動物實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)，缺血后腦組織中的大麻素系統(tǒng)成分有所提高，提示其可能參與調(diào)控了腦缺血后的損傷或保護(hù)機(jī)制。該文綜述了大麻素在腦缺血后不同方面的作用，包括興奮性氨基酸毒性、神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激以及神經(jīng)元凋亡，從而影響腦缺血后損傷的發(fā)展和預(yù)后。

1 大麻素系統(tǒng)的組成

1.1 大麻素來源

大麻素有3種來源。天然植物來源：由于印度大麻包括80多種不同的活性成分，其中某些成分的含量極低，要將其結(jié)構(gòu)性質(zhì)一一鑒定清楚，仍需要大量工作。而四氫大麻酚（Δ9-THC）和大麻二酚（CBD）占到總量的40%[1]，這兩種物質(zhì)被看做是植物大麻的活性成分。人工合成類大麻素：包括各種受體拮抗劑、激動劑。CO55，940的活性是Δ-THC的40倍，能引起強(qiáng)烈的精神癥狀。HU-210的作用強(qiáng)度、作用時間均強(qiáng)于Δ-THC，WIN55，212-2是一種強(qiáng)效非選擇性大麻素受體激動劑，廣泛用于各種動物實(shí)驗。內(nèi)源性大麻素：屬于酯類、氨基類長鏈多不飽和脂肪酸，體內(nèi)以花生四烯酸乙醇胺（AEA）、花生?；视停?-AG）為主。

1.2 大麻素受體及其分布

大麻素在體內(nèi)作用于受體分子后發(fā)揮調(diào)控作用。經(jīng)典的大麻素受體是CB1和CB2，均是7次跨膜G蛋白偶聯(lián)受體。CB1受體廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，主要定位于神經(jīng)元的突觸前膜。CB2受體的分布和定位進(jìn)展曲折。最初由于大量分布于CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、B細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞以及造血細(xì)胞，被定義為外周CB受體[2]。02年Carlisle等人發(fā)現(xiàn)CB2存在于小膠質(zhì)細(xì)胞，且CB2的表達(dá)水平取決于小膠質(zhì)細(xì)胞的激活程度[3]，Van Sikle以及Ashton等人先后證實(shí)CB2存在于人類或嚙齒動物小腦的顆粒細(xì)胞、浦肯野細(xì)胞、腦干的神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)CB2受體mRNA和蛋白的表達(dá)。08年Brusco和Onaivi相繼在海馬區(qū)發(fā)現(xiàn)CB2，主要定位于突觸后膜，且和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)關(guān)系密切。10年在皮層區(qū)域發(fā)現(xiàn)CB2的表達(dá)。目前認(rèn)為CB2受體是主要分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞，以及中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)。當(dāng)然，AEA和2AG除了作用于以上經(jīng)典受體，還可以作用于其他靶點(diǎn)，例如辣椒素受體（TRPV1），過氧化物酶體增殖物活化受體（PPAR），以及TAS1鉀通道，以及機(jī)制尚不清晰但被認(rèn)為具有潛在的介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)能力的受體GPR55。

1.3 內(nèi)源性大麻素合成降解相關(guān)的酶

2-AG和AEA均來自于突觸后端膜源脂質(zhì)前體，AEA由?；字Ｒ掖及诽禺愋粤字羔尫?，2-AG由甘油二酯脂肪酶（DAGL）作用于1-?；?2-花生四烯酸甘油后產(chǎn)生。當(dāng)突觸后膜除極后AEA和2-AG被合成并釋放到突觸間隙，作用于突觸前膜CB1受體，發(fā)揮作用后，通過細(xì)胞攝取從作用位點(diǎn)移除。2-AG在腦內(nèi)大部分被單酰甘油脂酶（MAGL）水解，小部分被脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）水解。AEA主要被FAAH水解為花生四烯酸，也會被環(huán)氧化酶2（COX2）、脂加氧酶、P450代謝為其他活性成分，代謝后活性成分的具體作用機(jī)制尚不清晰[4]。

2 大麻素系統(tǒng)與腦缺血損傷

2.1 CB2受體與腦缺血后小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥損傷

腦缺血后過度的炎癥反應(yīng)可以造成二次腦損傷，而小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要免疫細(xì)胞。Miller，Price等人首次證實(shí)CB2能夠調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)炎性腦區(qū)遷移滲透[5]。這提示CB2可能具有抗炎作用，隨后Zarruk等人在小鼠永久性大腦中動脈閉塞（pMCAO）模型中證實(shí)，選擇性CB2激動劑JWH-133顯著降低小膠質(zhì)細(xì)胞激活、炎癥因子的基因表達(dá)（IL-6、TNF-α、T細(xì)胞趨化因子、單核細(xì)胞趨化因子蛋白、巨噬細(xì)胞炎性肽-1α），并發(fā)揮明顯的神經(jīng)保護(hù)作用：小鼠神經(jīng)功能評分以及腦梗塞體積的降低[6]。在動脈粥樣硬化模型中，CB2預(yù)處理能夠減輕白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間相互作用、粘附分子的表達(dá)以及血腦屏障的破壞[7]。而CB2基因敲除小鼠腦梗塞體積、神經(jīng)功能評分明顯增加、且術(shù)后基本生存情況很差[8]。相關(guān)研究[9]進(jìn)一步證實(shí)大麻素通過作用于CB2受體，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活，從而抑制神經(jīng)炎癥，且其保護(hù)作用具有時間依賴性，缺血前預(yù)處理給予選擇性CB2受體激動劑而非缺血后2～5 d遲發(fā)給藥才具有神經(jīng)保護(hù)作用。以上結(jié)果均提示CB2受體的激活和腦缺血后神經(jīng)炎癥的降低有密切關(guān)系，且激活CB2受體的保護(hù)作用具有時間依賴性。

2.2 CB1受體與腦缺血后興奮性氨基酸毒性

1996年Shen等人[10-11]首先發(fā)現(xiàn)大麻素能減少海馬切片培養(yǎng)過程中谷氨酸鹽釋放量，隨后，Katona證實(shí)了內(nèi)源性大麻素CB1受體逆向調(diào)節(jié)去級誘導(dǎo)的谷氨酸能神經(jīng)元突觸傳遞，突觸前膜CB1受體的激活偶聯(lián)電壓門控鈣通道的阻斷以及內(nèi)向整流鉀通道的激活，導(dǎo)致神經(jīng)元去極化，抑制谷氨酸的釋放，從而逆行性抑制谷氨酸依賴的突觸傳遞，減輕谷氨酸能神經(jīng)元興奮性損傷[10]。Thayer證實(shí)，非選擇性CB受體激動劑WIN55，212-2以及CGS19755能夠減少海馬切片培養(yǎng)中因周圍環(huán)境鎂離子濃度減低導(dǎo)致的細(xì)胞死亡，其保護(hù)作用被CB1受體拮抗劑利莫那班（SR141716）阻斷[11]。其后Nagayama和Landucci分別利用大鼠全腦缺血及大腦總動脈缺血模型證實(shí)WIN55，212-2預(yù)處理可以減少腦梗塞體積，其保護(hù)作用同樣可以被利莫那班阻斷[12-13]。這些數(shù)據(jù)表面CB1受體激活能阻斷腦缺血后興奮性氨基酸毒性，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

2.3 CB1受體和腦缺血后氧化應(yīng)激反應(yīng)

腦組織缺血缺氧導(dǎo)致能量障礙，細(xì)胞內(nèi)外電解質(zhì)失衡，大量活性氧（ROS）產(chǎn)生，破壞血腦屏障，并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞。不幸的是因腦內(nèi)抗氧化酶水平不足，尤其是腦缺血后，因此腦卒中后ROS的增加很難被抑制。Ma L等人[14]證明CB1受體激動劑抑制ROS產(chǎn)生，改善腦缺血損傷時線粒體功能。Sun S[15]進(jìn)一步證實(shí)大麻素預(yù)處理MCAO小鼠，通過CB1受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子3（STAT3）磷酸化作用，誘導(dǎo)超氧化物歧化酶（SOD）上調(diào)，從而減輕氧化應(yīng)激。Kim.S.H等人[16]用Fecl2處理皮層神經(jīng)元細(xì)胞后，CB1受體選擇性激動劑WIN55212-2通過增加乳酸脫氫酶的釋放，減少神經(jīng)元死亡，其保護(hù)作用可被CB1受體拮抗劑SR14716A拮抗。Jung.Y.S等人[17]用EA提前20 min預(yù)處理MCAO小鼠，可通過減少ROS及NADPH氧化酶（Nox4），抑制缺血后氧化反應(yīng)。以上資料表明腦缺血后CB1受體通過介導(dǎo)抗氧化反應(yīng)，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

2.4 CB1受體與腦缺血后神經(jīng)元凋亡

腦卒中后神經(jīng)功能缺失主要是由于大量的神經(jīng)細(xì)胞壞死凋亡，有效的抑制神經(jīng)元凋亡是卒中治療的關(guān)鍵。大量實(shí)驗數(shù)據(jù)表面大麻素通過作用于CB1受體分子，觸發(fā)一系列的分子通路，從而抗神經(jīng)元凋亡作用。Chin O.Z等[18]利用MCAO大鼠模型證明大麻素受體激動劑WIN55 212-2通過作用于CB1受體觸發(fā)ERK1/2磷酸化作用，從而抗神經(jīng)元凋亡。Trazzi .S等人[19]證實(shí)小鼠腦缺血時，急性期應(yīng)用THC，通過CB1受體介導(dǎo)，增加小鼠海馬、紋狀體區(qū)細(xì)胞AKT及GSK-3β磷酸化水平，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞存活，其保護(hù)作用可被選擇性CB1受體抑制劑利莫那班及PI3K抑制劑沃蔓青霉素抑制，提示其神經(jīng)保護(hù)作用至少一部分是通過PI3K-AKT-GSK3β分子通路實(shí)現(xiàn)的。Wang Q等人[20]發(fā)現(xiàn)電刺激大椎及百匯穴可刺激CB1受體，并增加蛋白激酶C（PKC）的激活及轉(zhuǎn)位，從而保護(hù)神經(jīng)功能，改善預(yù)后，提高Bcl-2/Bax比率，這種保護(hù)作用被PKC選擇性抑制劑TAT-V1-2抑制，而阻斷CB1受體同樣影響PKC的激活增加，相反CB2受體阻斷沒有明顯的影響。以上研究表明大麻素通過作用于CB1受體，觸發(fā)一系列的分子信號通路，抗神經(jīng)元凋亡，發(fā)揮明確的神經(jīng)保護(hù)作用。

2.5 大麻素系統(tǒng)與腦缺血后神經(jīng)毒性

雖然大量的試驗已經(jīng)證實(shí)大麻素的神經(jīng)保護(hù)作用，但也有數(shù)據(jù)顯示其可能具有神經(jīng)毒性損害。Movsesyan證實(shí)在原代培養(yǎng)神經(jīng)元Δ9-THC和AEA均具有神經(jīng)毒性，但其所用的濃度要高于CB受體激活所需濃度[21]。進(jìn)一步的實(shí)驗顯示大鼠側(cè)腦室注射AEA24h后海馬區(qū)神經(jīng)元丟失，20 d后大鼠Morris水迷宮試驗學(xué)習(xí)記憶能能力減退，這些效應(yīng)不能被CB1拮抗劑AM251阻斷，但卻可以被TRPV1拮抗劑辣椒平阻斷[22]，與之相符的是Jacobsson和Maccarrone分別證實(shí)AEA通過TRPV1受體誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)瘤和神經(jīng)母細(xì)胞瘤凋亡[23]。近期，Hasson證實(shí)在新生大鼠大腦WIN55，212-2和Δ9-THC本身雖然不引起任何神經(jīng)損害，但卻能加強(qiáng)乙醇的神經(jīng)毒性[24]。關(guān)于大麻素保護(hù)或損傷矛盾結(jié)果的產(chǎn)生，可能是由于各個實(shí)驗間模型的應(yīng)用、藥物劑量的選擇以及動物種類的選取差異性造成。

3 結(jié)論和展望

大量實(shí)驗數(shù)據(jù)顯示，在急性腦卒中后，大麻素系統(tǒng)展現(xiàn)了明確的神經(jīng)保護(hù)作用。大麻素系統(tǒng)發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的優(yōu)勢在于其可以作用于多條分子通路，并作用于多種細(xì)胞位點(diǎn)，作用于CB1受體可以減少神經(jīng)元興奮性氨基酸毒性、抗細(xì)胞凋亡、抗氧化應(yīng)激反應(yīng)，作用于CB2受體可減輕小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，作用于星形膠質(zhì)細(xì)胞CB1受體、CB2受體為神經(jīng)元存活提供營養(yǎng)及新陳代謝支持。關(guān)于新近發(fā)現(xiàn)的大麻素受體GPR55以及TRPV1在腦卒中后的生理病理機(jī)制亟待研究，且大麻素在腦缺血應(yīng)用方面缺乏相關(guān)的臨床研究。相信隨著研究的不斷深入，大麻素系統(tǒng)在腦缺血損傷中將會有更多新的作用和調(diào)控機(jī)制被發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)有望成為預(yù)防卒中、改善卒中患者預(yù)后治療的新靶點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Q Zhuang，C Dai，L Yang，et al. Stimulated CB1 Cannabinoid Receptor Inducing Ischemic Tolerance and Protecting Neuron from Cerebral Ischemia[J]. Cent Nerv Syst Agents Med Chem， 2017，17（2）：141-150.

[2] Dittel BN . Direct suppression of autoreactive lymphocytes in the central nervous system via the CB2 receptor[J]. Br J Pharmacol，2010 153（2）：271-276.

[3] Carlisle SJ， Marciano-Cabral F， Staab A，et al. Differential expression of the CB2 cannabinoid receptor by rodent macrophages and macrophage-like cells in relation to cell activation[J]. Int Immunopharmacol，2002，2（1）：69-82.

[4] R. Vettor ， C. Pagano. The role of the endocannabinoid system in lipogenesis and fatty acid metabolism[J]. Best Practice and Research，2009，23（1）：51-63.

[5] Miller AM， Stella N . CB2 receptor-mediated migration of immune cells： it can go either way[J]. Br J Pharmacol，2010 153（2）：299-308.

[6] J. G. Zarruk， D. Fern′andez-L ′opez， I. Garc′？a-Y′ebenes， et al. Cannabinoid type 2 receptor activation downregulates stroke-induced classic and alternative brain macrophage/microglial activation concomitant to neuroprotection[J].Stroke， 2012，43（1）：211-219.

[7] Y. Zhao， Z. Yuan， Y. Liu， et al.Activation of cannabinoid CB2 receptor ameliorates atherosclerosis associated with suppression of adhesion molecules[J]. Journal of Cardiovascular Pharmacology， 2010，55（3）：292-298.

[8] M. Zhang， M. W. Adler， M. E. Abood， et al. CB2 receptor activation attenuates microcirculatory dysfunction during cerebral ischemic/reperfusion injury[J]. Microvascular Research， 2009，78（1）：86-94.

[9] Yu， S.Time-Dependent Protection of CB2 Receptor Agonist in Stroke[J]. PLOS ONE， 2015，10（7）：e0132487.

[10] Katona I， Freund TF . Endocannabinoid signaling as a synaptic circuit breaker in neurological disease[J]. Nat Med， 2008（14）：923-930.

[11] Shen M， Thayer SA . Cannabinoid receptor agonists protect cultured rat hippocampal neurons from excitotoxicity[J]. Mol Pharmacol ，1998（54）：459-462.

[12] Nagayama T， Sinor AD， Simon RP， er al.Cannabinoids and neuroprotection in global and focal cerebral ischemia and in neuronal cultures[J]. J Neurosci，1999（19）：2987-2995.

[13] Landucci E， Scartabelli T， Gerace E， et al. CB1 receptors and post-ischemic brain damage： studies on the toxic and neuroprotective effects of cannabinoids in rat organotypic hippocampal slices[J]. Neuropharmacol，2011（60）：674-682.

[14] L Ma，J Jia，W Niu， et al. Mitochondrial CB1 receptor is involved in ACEA-induced protective effects on neurons and mitochondrial functions[J]. Scientific Reports， 2014（5）：12440.

[15] S Sun，X Chen，Y Gao， et al. Mn-SOD Upregulation by Electroacupuncture Attenuates Ischemic Oxidative Damage via CB1R-Mediated STAT3 Phosphorylation[J]. Molecular Neurobiology， 2016，53（1）：331-343.

[16] Kim， S.H.Involvement of Protein Kinase A in Cannabinoid Receptor-Mediated Protection from Oxidative Neuronal Injury[J]. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics， 2004，313（1）：88-94.

[17] Jung， Y.S. Electroacupuncture preconditioning reduces ROS generation with NOX4 down-regulation and ameliorates blood-brain barrier disruption after ischemic stroke[J]. Journal of Biomedical Science， 2016，23（1）.

[18] Chi， O.Z.，S Barsoum，J Grayson， et al. Effects of Cannabinoid Receptor Agonist WIN 55，212-2 on Blood-Brain Barrier Disruption in Focal Cerebral Ischemia in Rats[J]. Pharmacology， 2012，89（5-6）：333-338.

[19] S Trazzi，M Feger，VM Mitrugno， et al. CB1 Cannabinoid Receptors Increase Neuronal Precursor Proliferation through AKT/Glycogen Synthase Kinase-3β/β-Catenin Signaling[J]. Journal of Biological Chemistry， 2010，285（13）：10098-10109.

[20] Q Wang，X Li，Y Chen，et al. Activation of Epsilon Protein Kinase C-Mediated Anti-Apoptosis Is Involved in Rapid Tolerance Induced by Electroacupuncture Pretreatment Through Cannabinoid Receptor Type 1[J]. Stroke， 2011，42（2）： 389-396.

[21] Movsesyan， V.A.， Stoica， B.A.， Yakovlev， A.G.，et al. Anandamide-induced cell death in primary neuronal cultures： role of calpain and caspase pathways[J]. Cell Death Differ，2004（11）：1121-1132.

[22] Cernak， I.， Vink， R.， Natale， J.， et al. The "dark side" of endocannabinoids： a neurotoxic role for anandamide[J]. J. Cereb. Blood Flow Metab，2004（24）：564-578.

[23] Jacobsson， S.O.P.， Wallin， T.， Fowler， C.J. Inhibition of rat C6 glioma cell proliferation by endogenous and synthetic cannabinoids. Relative involvement of cannabinoid and vanilloid receptors[J]. J. Pharmacol. Exp. Ther，2001（299）： 951-959.

[24] Hansen， H.H.， Krutz， B.， Sifringer， M.，et al. Cannabinoids enhance susceptibility of immature brain to ethanol neurotoxicity[J]. Ann. Neurol，2008（64）：42-52.

（收稿日期：2018-06-13）