自噬、高尿酸在出血性腦卒中發(fā)病中作用的研究進展

吳剛，宋星慧

(1柳州市人民醫(yī)院，廣西柳州 545006；2柳州市工人醫(yī)院)

近年來，腦卒中發(fā)病人數(shù)逐年增加，已經(jīng)成為全球致死、致殘的主要疾病之一[1,2]。在中國，腦卒中分別是女性的第2位死因和男性的第3位死因，每年大約有100多萬人死于腦卒中[3]。腦卒中分為出血性腦卒中和缺血性腦卒中，與缺血性腦卒中不同，出血性腦卒中患者以45歲以下人群為主，占腦卒中的10%～30%，3天病死率高達50%，而80%的幸存患者遺有嚴重的神經(jīng)功能缺失。由出血性腦卒中治療效果差異大，研究出血性腦卒中的發(fā)病機制，探索、識別新型治療靶點成為減少發(fā)病和復(fù)發(fā)的首要措施。自噬是在真核細胞中廣泛存在的降解-再循環(huán)系統(tǒng)。自噬對蛋白質(zhì)等大分子和細胞器進行降解，并作為再度合成新蛋白和細胞器的原料，與調(diào)亡一起參與與維持細胞肌體的自穩(wěn)態(tài)。自噬與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系，現(xiàn)有研究[4～8]證明自噬可影響血管功能，并參與了腦血管疾病，特別是出血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展。關(guān)于腦卒中危險因素的各類研究國內(nèi)外已有大量報道，其中高尿酸血癥作為腦血管病的獨立危險因素[9]，也越來越受到人們的重視?，F(xiàn)就自噬、高尿酸在出血性腦卒中發(fā)病中的作用研究進展綜述如下。

1 自噬在出血性腦卒中發(fā)病中的作用

1.1 細胞自噬的機制 自噬是一種在健康或疾病狀態(tài)下，細胞將受損的蛋白和細胞器(如線粒體)運輸至溶酶體進行降解的高度保守平衡機制，在胚胎發(fā)育、細胞自我保護和生存等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。自噬通過以下3個途徑維持細胞平衡：①提供可替代的代謝燃料；②清除受損的對細胞有毒害的細胞成分，如失去功能的線粒體、聚合蛋白等；③促進細胞死亡[10]。自噬的發(fā)生過程包括4個步驟：①形成一個隔離膜；②吞噬細胞成分形成自噬小體；③自噬小體與溶酶體相融合；④溶酶體酶降解細胞成分，并重新合成為代謝前體分子進入合成代謝途徑[11]。自噬的分子調(diào)控機制相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，主要受自噬相關(guān)基因(Atg)的調(diào)控，目前已觀察到并成功克隆的參與自噬的Atg大約有30 多種[12]。自噬體的形成主要由磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)、Atg6(Beclin-1)或雷帕霉素靶蛋白(mTOR)啟動，通過將自由形式的Atg8(LC3)轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)膜結(jié)合形式的LC3-Ⅱ來實現(xiàn)自噬體膜結(jié)構(gòu)的延展[13]，而這一轉(zhuǎn)變過程可被Western blotting和熒光顯微鏡檢測到，現(xiàn)已成為監(jiān)測自噬體形成的主要方法。

1.2 細胞自噬在出血性腦卒中的作用 自噬作為一個細胞內(nèi)降解機制，被普遍認為具有神經(jīng)保護作用。因為自噬可以在不同的病理環(huán)境下清除沉積的蛋白和受損的細胞器[14]。由于自噬可以及時提供能量和改善神經(jīng)營養(yǎng)不足，所以廣泛存在于缺血腦組織中[15]，并且很多研究也表明發(fā)生出血性腦卒中后的腦組織也存在自噬[16]。然而，自噬在出血性腦卒中的作用尚未達成共識[17]。Hu等[18]學(xué)者在體外培養(yǎng)中星形膠質(zhì)細胞給予大劑量凝血酶(5 U/mL)干預(yù)，發(fā)現(xiàn)自噬被顯著激活，給予3-MA阻斷自噬后，細胞死亡顯著增多，研究提示在凝血酶誘導(dǎo)的自噬對于出血性腦卒中起到了保護作用。Liu等[19]在研究高血糖對大鼠腦出血自噬現(xiàn)象的影響時發(fā)現(xiàn)在高血糖大鼠在腦內(nèi)注射自體血，與對照組(注射正常血糖自體血及假手術(shù)組)相比，出血灶周受高血糖影響，自噬受到抑制，神經(jīng)功能缺損加重，支持自噬對出血后腦組織的保護性作用。而在另一項研究中，雌激素通過雌激素受體α(ERα)能夠抑制自噬反應(yīng)，減輕鐵誘導(dǎo)的腦損傷，而體現(xiàn)了自噬對腦組織的損傷作用[20]。所以自噬在出血性腦卒中的作用需要更多的研究去闡明。

1.3 自噬對血-腦屏障(BBB)的保護作用 BBB功能紊亂是腦血管疾病，特別是疾病早期最常見的病理機制之一[21]。BBB由血管內(nèi)皮細胞組成，與星型細胞的終末足突、血管周神經(jīng)元及周細胞緊密相連。腦微血管內(nèi)皮細胞(BMVECs)通過高選擇性滲透屏障相互連接，在BBB中發(fā)揮重要作用。由于內(nèi)皮細胞位于血管內(nèi)表面，所以它最先收到來自血液的刺激?，F(xiàn)有的證據(jù)表明，自噬是BMVECs受到刺激后的主要反應(yīng)，在缺血灶中內(nèi)皮細胞的自噬的激活已經(jīng)被觀察到[22]。在受到氧-糖缺乏/再氧化(OGD/R)刺激后，可見BMVECs自噬水平升高，而經(jīng)過雷帕霉素治療，這種情況可以改善[23]。雷帕霉素干預(yù)可以防止BMVECs受到OGD/R刺激后出現(xiàn)死亡，而3-MA干預(yù)后出現(xiàn)了相反的作用[21]。維甲酸也被報道可以通過激活BMVECs的自噬改善脊髓損傷導(dǎo)致的血-脊髓屏障功能紊亂，而氯喹可通過減少BMVECs的自噬起到相反作用[23]。而當(dāng)BMVECs暴露于一種具有成癮性和嚴重神經(jīng)毒性的中樞興奮劑甲基苯丙胺時，自噬也作為一種保護機制出現(xiàn)在BMVECs中[24]。此外，自噬也被證實為BMVECs防御B組鏈球菌的重要機制。以上研究均證明，自噬作為BBB的重要保護機制，在維持BBB正常功能中發(fā)揮著重要重要。

1.4 自噬影響出血性腦卒中發(fā)病機制 關(guān)于出血性腦卒中的發(fā)病原因的研究表明，高血壓和腦血管淀粉樣變是導(dǎo)致原發(fā)性自發(fā)性腦出血的主要原因，顱內(nèi)動脈瘤、腦動靜脈畸形、動脈硬化等也是導(dǎo)致出血性腦卒中的原因之一。自噬在腦血管病發(fā)生機制的研究目前還是很少，但已經(jīng)有很多研究證明，自噬在血管功能損害過程中發(fā)揮了重要作用。血管內(nèi)皮細胞自噬調(diào)控了血管的發(fā)生，并參與了血管炎癥及血管鈣化的過程。研究[5]發(fā)現(xiàn)，在藥物手段誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化斑塊中巨噬細胞的自噬發(fā)生可促進IL-6、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)、TNF-α等促炎細胞因子的釋放。另有研究發(fā)現(xiàn)，在敲除atg16L1或者atg7基因的巨噬細胞中，給予脂多糖(LPS)刺激后，能增加IL-1β和IL-18的分泌，卻不影響TNF和IFN-β的產(chǎn)生[6]。而在敲除Beclin-1和LC3B的單核細胞和巨噬細胞中，也可觀察到IL-1β和IL-18分泌的增加，且其過程與NOD樣受體(NLR)家族的NLRP3炎癥復(fù)合物途徑有關(guān)[7]。由此我們可以提出推論，自噬參與的血管功能損害，也是出血性腦卒中發(fā)病機制中重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)然，這些推論也需要更多的試驗及研究去闡明。

2 高尿酸在出血性腦卒中發(fā)病中的作用

隨著我國人們生活水平的逐漸提高和生活方式的改變，高尿酸血癥和人數(shù)呈逐年上升趨勢。高尿酸血癥作為諸多代謝紊亂因素之一，常與代謝綜合征的其他表現(xiàn)，如高血壓、2型糖尿病或胰島素抵抗、脂代謝紊亂、肥胖等伴發(fā)，構(gòu)成心腦血管疾病的危險因素。高尿酸血癥可以獨立或與傳統(tǒng)的心腦血管危險因素相互作用，參與出血性腦卒中的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。血管的損傷是導(dǎo)致原發(fā)性自發(fā)性出血性腦卒中的主要原因，而尿酸對血管的損害主要是通過損傷其內(nèi)皮細胞功能來實現(xiàn)的。內(nèi)皮細胞為襯于血管平滑肌表面的單層扁平細胞，參與很多重要的機體病理生理過程，在介導(dǎo)炎癥、白細胞募集黏附、血栓形成等起著重要的作用[25]。高尿酸引起的內(nèi)皮細胞功能損傷與以下機制有關(guān)。

2.1 高尿酸對血管內(nèi)皮細胞的直接損傷作用 當(dāng)血尿酸濃度到達閾值，即可析出結(jié)晶狀態(tài)的尿酸鹽沉積到各個部位，直接損傷血管內(nèi)膜，引起內(nèi)膜的炎癥反應(yīng)，并可以上調(diào)樹突狀細胞和T細胞活性導(dǎo)致固有免疫的激活，進一步引發(fā)內(nèi)皮損傷和內(nèi)皮功能不全。

2.2 高尿酸參與血管微炎癥狀態(tài)形成 動物實驗[26]表明，高尿酸血癥可誘導(dǎo)TNF-α和IL-1產(chǎn)生。人體實驗也表明，高尿酸血癥可引起腫瘤壞死因子超家族配體、白介素1受體等炎癥相關(guān)基因上調(diào)。以上實驗表明，尿酸可能通過激活炎癥參與機體血管微炎癥狀態(tài)的形成，破壞血管內(nèi)皮細胞功能。同時炎癥因子TNF-α、IL-1等可通過影響黃嘌呤氧化酶活性，促使尿酸生成增多，形成惡性循環(huán)，加重內(nèi)皮細胞損傷甚至凋亡。

2.3 高尿酸可抑制一氧化氮(NO)產(chǎn)生 NO是調(diào)節(jié)血管張力重要的氣體因子，它通過上調(diào)血管平滑肌鳥苷酸環(huán)化酶、增加cGMP濃度從而舒張血管。同時還有抗血小板聚集、抑制白細胞黏附和抗血管平滑肌細胞增殖等作用。研究表明，在高尿酸血癥動物模型中使用尿酸酶抑制劑可抑制NO產(chǎn)生，引起大鼠高血壓及腎損傷。而使用NO的前體物質(zhì)L-精氨酸治療后，高血壓和腎損傷可以得到抑制[27]。

2.4 高尿酸對氧化應(yīng)激的雙向調(diào)節(jié) 尿酸在抗氧化方面發(fā)揮著雙重機制，細胞內(nèi)尿酸一般起促氧化作用導(dǎo)致細胞功能障礙，而在親水的環(huán)境中可起到抗氧化作用，所以高尿酸的作用是由體內(nèi)微環(huán)境決定的[28]。內(nèi)皮細胞、脂肪細胞、干細胞等在高尿酸血癥環(huán)境中最早期氧化應(yīng)激作用是增加的，尿酸可刺激NADPH氧化酶依賴的活性氧生成、NO生物利用度降低和脂質(zhì)氧化增加對機體造成危害[29]。

2.5 高尿酸上調(diào)細胞黏附分子(ICAM)表達 ICAM存在于內(nèi)皮細胞表面，炎癥刺激后內(nèi)皮細胞表達ICAM-I水平上調(diào)，介導(dǎo)炎癥細胞黏附、聚集和遷移，作為內(nèi)皮細胞激活的標(biāo)志物，參與動脈粥樣硬化的始動環(huán)節(jié)。體外細胞實驗表明，高濃度的尿酸單獨作用于人臍靜脈內(nèi)皮細胞引起eNOS表達下降、NO產(chǎn)生減少及ICAM-I表達增高，從而損傷內(nèi)皮功能。

2.6 高尿酸對細胞自噬的影響 研究[30]表明，固有免疫參與了尿酸鹽晶體誘發(fā)的炎癥反應(yīng)，尿酸鹽結(jié)晶可作為內(nèi)源性危險信號相關(guān)分子模式(DAMP)被TLR識別，其中NOD樣受體家族中的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)樣受體3能識別尿酸鹽結(jié)晶，激活NLRP3炎性信號通路，誘導(dǎo)IL-1β、IL-18的成熟和分泌，引起炎癥反應(yīng)。體外細胞[31]實驗研究發(fā)現(xiàn)，單核細胞經(jīng)過尿酸刺激后NF-κB及mTOR表達水平明顯增加，且尿酸主要通過誘導(dǎo)AKT及PRAS40的磷酸化激活mTOR通道，下調(diào)自噬。經(jīng)過尿酸刺激后的細胞相較與未刺激組，自噬表達水平明顯下降。提示尿酸可能通過激活mTOR通道下調(diào)自噬，誘發(fā)炎癥反應(yīng)。另有研究報道，MSU減少自噬體的形成，并誘導(dǎo)蛋白降解受損，導(dǎo)致P62異常聚集增多，過表達的P62可上調(diào)炎性體成分Caspase-1的活性，增加IL-1β表達，IL-1β也可以誘導(dǎo)p62蛋白，因為尿酸鹽結(jié)晶在阻斷IL-1β條件下刺激THP1細胞后p62蛋白水平顯著降低[32]。檢測尿酸鹽結(jié)晶刺激THP1細胞的上清液，3-MA阻斷自噬后IL-1β水平顯著高于雷帕霉素增強自噬后IL-1β水平。自噬又可以通過直接或間接作用負調(diào)控炎性體限制炎癥因子IL-1β的產(chǎn)生，提示自噬在控制尿酸鹽結(jié)晶相關(guān)炎癥反應(yīng)過程中具有重要意義。

綜上所述，高尿酸血癥患者出血性腦卒中的發(fā)病與尿酸鹽結(jié)晶導(dǎo)致的免疫反應(yīng)、內(nèi)皮細胞功能損傷有很大的關(guān)系，其病理基礎(chǔ)即為高尿酸環(huán)境及尿酸鹽結(jié)晶導(dǎo)致的內(nèi)皮細胞功能損害。而自噬現(xiàn)象在免疫調(diào)節(jié)和心腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，自噬是尿酸晶體啟動炎癥反應(yīng)的重要環(huán)節(jié)之一，參與并調(diào)節(jié)了尿酸鹽晶體對腦血管內(nèi)皮細胞功能損傷的整個過程。自噬和炎癥反應(yīng)具有相互調(diào)控作用，自噬在晶體誘導(dǎo)等無菌性組織損傷誘發(fā)的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮了抗炎效應(yīng)，深入研究自噬的調(diào)控機制對高尿酸導(dǎo)致的出血性腦卒中發(fā)病機制提供新的理論依據(jù)，并為出血性腦卒中的治療提供新思路及開辟新方向。