腦缺血再灌注損傷與自噬關(guān)系的研究進(jìn)展

侯 楊綜述， 馮 娟審校

缺血性腦卒中是神經(jīng)系統(tǒng)中最為高發(fā)的疾病之一，且在腦血流再灌注后會(huì)引發(fā)一系列的病理反應(yīng)從而造成更為嚴(yán)重的二次損傷。自噬是一種復(fù)雜的細(xì)胞代謝過程，在不同因素刺激下促使溶酶體吞噬細(xì)胞器等胞質(zhì)組分，廣泛參與機(jī)體的生理及病理過程，它是異于壞死和凋亡的并可作為細(xì)胞自我防御的代謝過程。腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI)可激活受損后的神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生自噬，自噬又與CIRI的發(fā)展緊密相關(guān)。本文對(duì)自噬的形成過程及其與CIRI的關(guān)系機(jī)制進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步研究CIRI的治療靶點(diǎn)提供依據(jù)。

1 缺血再灌注損傷與自噬

缺血性卒中是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，其特征在于大腦動(dòng)脈阻塞導(dǎo)致腦部的血液循環(huán)不暢，而血流再灌注又造成血液供應(yīng)再循環(huán)和氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)再供應(yīng)的二次神經(jīng)損傷[1，2]。在生理情況下，自噬通常處于較低水平，其主要作用是通過降解細(xì)胞內(nèi)的缺陷蛋白和長壽命蛋白等，為細(xì)胞提供所需的基礎(chǔ)營養(yǎng)物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)生存原料的再更新循環(huán)[3]；在如腦缺血損傷等病理生理情況下自噬可被激活，但其對(duì)受損細(xì)胞有利與否目前仍存在爭(zhēng)議，越來越多的證據(jù)支持自噬是雙刃劍的概念[4]。

1.1 炎癥損傷與自噬 炎癥損傷在缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury，I/R)的病理生理過程中起著關(guān)鍵作用，抑制炎癥可改善I/R的神經(jīng)功能缺損。小膠質(zhì)細(xì)胞分為促炎癥作用的M1表型和抗炎作用的M2表型，兩者的比例決定著炎癥損傷程度。核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)是M1表型的主要調(diào)節(jié)劑伴隨著高水平的腫瘤壞死因子-α( tumer necrosis factor-α，TNF-α)、誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶( inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS)、環(huán)氧化酶2( cyclooxygenase-2，COX2)；環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白( cAMP-response element binding protein，CREB) 是NF-ΚB轉(zhuǎn)錄競(jìng)爭(zhēng)者參與M2表型的極化伴隨著高水平白介素10( interleukin 10，IL-10)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子( brain derived neurotrophic factor，BDNF)[5，6]。研究發(fā)現(xiàn)在氧糖剝奪/再灌注( oxygen-glucose deprivation/ reoxygenation，OGD/R)發(fā)生時(shí)自噬即被激活，而在OGD/R 72 h時(shí)自噬通量卻被抑制，抑制后的自噬流可增強(qiáng)NF-κB通路上調(diào)，M1表型標(biāo)志物TNF-α、iNOS、COX2表達(dá)，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M1表型極化，并且通過抑制CREB通路下調(diào)M2標(biāo)志物IL-10、BDNF水平[7]。

1.2 谷氨酸毒性損傷、鈣超載與自噬 N-甲基-D-天冬氨酸受體( N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR) 為離子型谷氨酸受體，谷氨酸可使大量的鈣離子流入神經(jīng)細(xì)胞造成鈣超載引起嚴(yán)重的神經(jīng)興奮性毒性損傷，在I/R的神經(jīng)元損傷中起關(guān)鍵作用[8]。R025-6981是NMDAR的選擇性拮抗劑，可通過抑制I/R激活的自噬發(fā)揮對(duì)I/R損傷神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用[9]。此外，Ca+內(nèi)流還依靠α-氨基-3-羥基-5-甲基-4異惡唑丙酸型谷氨酸受體( α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR) 形成的Ca+內(nèi)流通道完成，該通道主要由谷氨酸受體1-4組成，而谷氨酸受體的降解與自噬也密切相關(guān)[10，11]。

1.3 氧化應(yīng)激與自噬 缺血組織再灌注后會(huì)引起明顯的氧化應(yīng)激，伴隨著活性氧(reactive oxygen species，ROS)、活性氮( reactive nitrogen species，RNS) 等產(chǎn)生量的明顯升高，氧化應(yīng)激觸發(fā)蛋白質(zhì)損傷，形成毒性蛋白質(zhì)低聚物，蛋白質(zhì)聚集和氧化細(xì)胞成分的積累，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡和損傷[12，13]。ROS自噬的內(nèi)部調(diào)控機(jī)制可歸納為轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，其包括各種分子信號(hào)途徑，如ROS-FOXO3-LC3 / BNIP3自噬，ROS-NRF2-P62自噬，ROS-HIF1-BNIP3 / NIX自噬和ROS-TIGAR-自噬；自噬也可以通過線粒體途徑、P62傳遞等途徑等調(diào)節(jié)ROS水平[14]。而RNS調(diào)節(jié)的自噬是否對(duì)缺血組織有益目前仍存在爭(zhēng)議，但越來越多的證據(jù)表明RNS介導(dǎo)的自噬會(huì)加重I/R損傷，可作為未來治療的靶點(diǎn)[15]。

1.4 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與自噬 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)主要負(fù)責(zé)分泌蛋白和跨膜蛋白等的合成、折疊和加工，但當(dāng)ER的加工能力不能滿足蛋白質(zhì)的折疊要求時(shí)，錯(cuò)誤折疊及未折疊的蛋白質(zhì)就會(huì)在ER管腔中逐漸積累導(dǎo)致ER應(yīng)激，造成觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入一個(gè)自適應(yīng)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中即未折疊蛋白反應(yīng)( unfolded protein response，UPR)，而UPR可能會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生功能障礙進(jìn)而引起細(xì)胞凋亡[16]。蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶( protein kinase R-like ER kinase，PERK)、需肌醇酶1(Inositol-requiring kinase 1，IRE1 )是ER應(yīng)激誘導(dǎo)自噬的潛在介質(zhì)，一些研究發(fā)現(xiàn)在I/R中ER應(yīng)激明顯增高，未折疊的蛋白通過PERK、IRE1通路激活自噬來加重神經(jīng)元的損傷[17]。一些研究發(fā)現(xiàn)激活的自噬可以降解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)錯(cuò)誤折疊的蛋白以減輕ER應(yīng)激來發(fā)揮對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用[18]。

泛素-蛋白酶系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system，UPS)和自噬溶酶體系統(tǒng)是真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的兩條主要途徑，兩者可相互影響且與ER應(yīng)激關(guān)系密切。蛋白酶體抑制劑預(yù)處理缺氧再復(fù)氧( hypoxia-reoxygenation，H/R) 的細(xì)胞后其自噬水平顯著增強(qiáng)且ER應(yīng)激相關(guān)蛋白如X盒結(jié)合蛋白、CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白表達(dá)明顯增加，而經(jīng)蛋白酶體促進(jìn)劑阿霉素處理后的自噬和ER應(yīng)激相關(guān)蛋白水平均顯著降低，提示UPS可負(fù)向調(diào)節(jié)自噬和ER應(yīng)激水平；經(jīng)自噬激活劑預(yù)處理的H/R細(xì)胞后其自噬與UPS共同聯(lián)系蛋白即組蛋白脫乙酰酶6( histone deacetylase，HDAC6)、P62表達(dá)升高，ER應(yīng)激相關(guān)蛋白和促凋亡相關(guān)蛋白csapase-3等表達(dá)降低，說明UPS、ER應(yīng)激、細(xì)胞凋亡均受自噬的影響，且ER應(yīng)激被自噬和UPS負(fù)向調(diào)節(jié)[19]。

1.5 線粒體功能障礙與自噬 缺血后的氧化應(yīng)激和ER應(yīng)激可誘發(fā)線粒體自噬，最初可通過離子穩(wěn)態(tài)來預(yù)防細(xì)胞凋亡和壞死，但過度的線粒體自噬又會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的死亡[20]。線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔( mitochondrial permeability transition pore，mPTP)是內(nèi)膜的重要的復(fù)雜通道，其開放可導(dǎo)致線粒體膜電位的耗散及線粒體的腫脹，在I/R中可能刺激自噬消除異常的線粒體[21]。有研究發(fā)現(xiàn)腦缺血的酸性后處理能通過PARK2基因激活線粒體自噬來延長缺血再灌注后的時(shí)間窗[22]。而又有些觀點(diǎn)認(rèn)為活性氮激活的線粒體自噬可能通過加速細(xì)胞內(nèi)ATP的消耗導(dǎo)致細(xì)胞死亡，縮短再灌注后的治療時(shí)間窗[15]。

2 自噬對(duì)缺血再灌注損傷腦組織的影響

2.1 自噬對(duì)再灌注損傷的腦組織的保護(hù)作用 CIRI引起的大腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞( brain microvascular endothelial cells，BMEC)的損傷是血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)被破壞的起始步驟，也是造成I/R患者預(yù)后效果不理想的主要原因，而激活后的自噬可減輕再灌注后BMEC的損傷，有益于BBB的完整性[23]。最近研究發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA(lncRNA)Malat1在OGD/R損傷后的BMEC中表達(dá)上調(diào)，且這些BMEC的自噬水平和存活率均有升高；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA Malat1只能顯著降低miR-26的表達(dá)；自噬相關(guān)基因ULK2是miR-26的潛在靶標(biāo)，表達(dá)與Malat1相一致與miR-26相反，而ULK2敲除后的BMEC的自噬水平和存活率均降低，因此通過激活Malat1-mir-26b-ULK2通路可提高細(xì)胞的自噬水平進(jìn)而發(fā)揮對(duì)I/R中BMEC的保護(hù)作用[24]。

2.2 自噬對(duì)再灌注損傷的腦組織的損傷作用 OGD/R中神經(jīng)元的鈣蛋白酶的活性可被強(qiáng)烈激活，引起溶酶體發(fā)生膜透化和組織蛋白酶B釋放到胞質(zhì)溶膠，造成自噬/溶酶體的功能障礙，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡[25]。OGD/R還可通過激活自噬誘導(dǎo)谷氨酸受體的表達(dá)，通過Ca+-AMPAR通道促進(jìn)Ca+內(nèi)流加重大腦缺血再灌注損傷[26]。最近研究發(fā)現(xiàn)在葉酸缺乏時(shí)I/R的皮質(zhì)神經(jīng)元中自噬體的積累增多，微管相關(guān)蛋白輕鏈及Beclin1蛋白的表達(dá)顯著增加，且作為氧化性DNA損傷的敏感標(biāo)志物即8羥基脫氧鳥苷水平亦升高，提示葉酸缺乏可加強(qiáng)I/R腦組織自噬的激活進(jìn)而加重神經(jīng)元損傷，而氧化損傷可能參與其機(jī)制[27]。

3 調(diào)節(jié)自噬保護(hù)再灌注損傷腦組織的藥物

NOD樣受體蛋白3( NOD-like receptor protein 3，NLRP3)是NOD樣受體家族的成員，當(dāng)被激活時(shí)會(huì)促進(jìn)炎癥因子如IL-1β、IL-18的釋放[28]。靜息信息調(diào)節(jié)器1(sirt1)可抑制NLRP3及增強(qiáng)自噬對(duì)缺血腦組織起保護(hù)作用[29]，白藜蘆醇通過激活sirt-自噬通路，進(jìn)而抑制NLRP3蛋白及其下游炎癥因子的表達(dá)，從而發(fā)揮腦缺血再灌注損傷的保護(hù)作用[30]。近期研究發(fā)現(xiàn)低溫可改善OGD/R損傷后的溶酶體和自噬流，促進(jìn)海馬神經(jīng)元的自噬體和溶酶體的相互融合，間接促進(jìn)自噬的發(fā)生發(fā)揮對(duì)受損神經(jīng)元作用[31]。

體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明右美托咪定( dexmedetomidine，DEX)可通過上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1α( hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)抑制自噬，進(jìn)而減輕MACO后腦梗死灶的面積及促進(jìn)OGD后神經(jīng)元的存活[32]。作為神經(jīng)營養(yǎng)因子的神經(jīng)節(jié)苷脂可通過降低在MACO中過度激活的自噬來減少腦缺血面積并改善神經(jīng)功能[33]。

4 總 結(jié)

自噬與CIRI關(guān)系密切，可以被CIRI激活并通過多個(gè)方面參與其發(fā)病過程。一方面被激活的自噬可發(fā)揮對(duì)受損神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用，但另一方面又可能加重腦組織損傷，這可能與激活自噬的方式和程度有關(guān)。而對(duì)CIRI具有治療作用的不同種類的藥物對(duì)自噬的激活或抑制作用也不盡相同，通過深入研究自噬在CIRI的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制以在適當(dāng)時(shí)間應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹委熕幬铮蔀镃IRI的臨床治療提供新的突破。

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