慢性乙醇暴露與神經(jīng)細(xì)胞凋亡的關(guān)系

馬 超，宮子木，李 燁(綜述)，張國(guó)華(審校)

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)，沈陽(yáng)110001)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，飲酒成為社會(huì)交往過(guò)程中必不可少的一項(xiàng)環(huán)節(jié)。然而，長(zhǎng)期飲酒會(huì)給身體帶來(lái)各種害處，尤其是對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡有重要影響。乙醇中毒在國(guó)外是列于心血管疾病、癌癥之后，占第三位的最嚴(yán)重的三個(gè)問(wèn)題之一［1］。慢性乙醇攝入不僅引起機(jī)體新陳代謝功能的改變，而且對(duì)中樞系統(tǒng)的影響也很大，尤其是對(duì)學(xué)習(xí)記憶的損害［2］。細(xì)胞凋亡，又稱(chēng)細(xì)胞程序性死亡，是誘導(dǎo)性的細(xì)胞自殺過(guò)程，它使生物體可以有序地清除受損或無(wú)用的細(xì)胞。它對(duì)于生物發(fā)育過(guò)程中控制細(xì)胞數(shù)量平衡起著重要作用，因此，許多病理過(guò)程，如缺血/再灌注損傷、壞死、神經(jīng)退行性疾病等都與細(xì)胞凋亡有關(guān)［3］?，F(xiàn)就慢性乙醇暴露誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+變化以及Ca2+穩(wěn)態(tài)破壞與神經(jīng)細(xì)胞凋亡的關(guān)系予以綜述。

1 慢性乙醇暴露與細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的關(guān)系

N-甲 基-D-天 冬 氨 酸 (N-methyl-D-aspartat，NMDA)受體是一類(lèi)離子型谷氨酸受體，其功能主要參與發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)回路的細(xì)化及觸發(fā)多種形式的突觸可塑性［4］。NMDA受體位于突觸后致密帶，對(duì)Ca2+具有高通透性，NMDA受體激活可引起受體介導(dǎo)的Ca2+通道開(kāi)放，導(dǎo)致大量Ca2+內(nèi)流。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的過(guò)多堆積是引起細(xì)胞死亡的共同途徑［5］。Goussakov等［6］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，興奮性氨基酸(如谷氨酸)可通過(guò)神經(jīng)細(xì)胞上的NMDA受體激活引起Ca2+內(nèi)流，過(guò)量的Ca2+可作用于突觸后膜的NMDA受體與非NMDA受體，Ca2+通過(guò)電壓依賴(lài)性鈣通道或NMDA受體耦聯(lián)的鈣通道內(nèi)流，造成細(xì)胞內(nèi) Ca2+超負(fù)荷，后者可通過(guò)一系列反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。乙醇對(duì)NMDA受體的影響主要通過(guò)兩條途徑:一是對(duì)NMDA受體介導(dǎo)的突觸反應(yīng)的影響;二是對(duì)NMDA受體表達(dá)的直接調(diào)制。

研究表明，乙醇是NMDA受體的非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑，乙醇的拮抗作用具有區(qū)域特異性，在黑質(zhì)網(wǎng)狀部、腹側(cè)被蓋核、深中腦核和紅核，乙醇僅能抑制部分神經(jīng)元對(duì)NMDA的反應(yīng)，而在海馬部則能抑制所有神經(jīng)元［7］。有研究者發(fā)現(xiàn)，在使用了非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑MK-801后導(dǎo)致腦內(nèi)NMDA受體亞型mRNA表達(dá)增加，且NR1、NR2A、NR2B的mRNA增加不一致［8］，慢性乙醇中毒模型動(dòng)物與之相比較，結(jié)果十分相似，提示神經(jīng)元在乙醇的作用下，更易受興奮性毒性損傷，而NMDA受體拮抗劑MK-801能減輕戒斷小鼠的神經(jīng)癥狀和神經(jīng)損害程度，進(jìn)一步證實(shí)了NMDA受體超興奮性參與乙醇對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。長(zhǎng)期乙醇喂養(yǎng)大鼠的海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)，NMDA受體亞基NR1和NR2B的蛋白表達(dá)量也都高于對(duì)照組［9］。提示長(zhǎng)期受乙醇作用可使NMDA受體上調(diào)，NMDA受體結(jié)合力和數(shù)量改變，是NMDA受體超興奮狀態(tài)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。此時(shí)Ca2+的通透性增強(qiáng)，使過(guò)多的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。而胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度增高，又可作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的三磷酸肌醇受體，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+釋放入胞質(zhì)，導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度的進(jìn)一步升高，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2 鈣穩(wěn)態(tài)破壞引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的機(jī)制

一系列研究發(fā)現(xiàn)Ca2+與凋亡密切相關(guān)。破壞Ca2+的穩(wěn)態(tài)易誘導(dǎo)凋亡。胞內(nèi)Ca2+濃度增加引起凋亡，相應(yīng)的Ca2+螯合劑則抑制凋亡，而胡云章等［10］的研究則發(fā)現(xiàn)，升高胞外 Ca2+能抑制辛德畢斯(Sindbis)病毒及無(wú)血清誘導(dǎo)的凋亡。這些研究說(shuō)明Ca2+對(duì)凋亡的調(diào)控受細(xì)胞類(lèi)型、胞外刺激、凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面的影響。Ca2+作為人體內(nèi)最普遍使用的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，在細(xì)胞的分裂、生長(zhǎng)、凋亡過(guò)程中起著重要作用，調(diào)控著生命的受精、發(fā)育、細(xì)胞的繁殖、神經(jīng)興奮傳導(dǎo)、細(xì)胞的死亡。

凋亡信號(hào)通過(guò)死亡受體通路使胞外Ca2+大量進(jìn)入胞內(nèi)，通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)貯存的Ca2+釋放到胞質(zhì)內(nèi)，這些Ca2+移至鄰近的線粒體，被其膜上的鈣蛋白攝取，并促進(jìn)通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，使細(xì)胞色素C及凋亡蛋白酶激活因子釋放，引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活caspase-9，再激活caspase-3，從而分解蛋白，致使細(xì)胞死亡。同時(shí)凋亡信號(hào)也直接作用于線粒體，使通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，釋放出的細(xì)胞色素C又能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)三磷酸肌醇受體結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放，形成正反饋。凋亡后期級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的caspase-3也能作用于三磷酸肌醇受體，形成另一個(gè)正反饋，雙重正反饋導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+持續(xù)和急劇升高，使促凋亡作用得以放大［11］。

細(xì)胞內(nèi)還有一些蛋白家族參與細(xì)胞凋亡的調(diào)控，其中Bcl-2家族蛋白作用較為明顯，Bcl-2家族按其凋亡作用分為兩類(lèi):一是凋亡抑制因子，主要有Bcl-2、Bcl-xL、CED9等;另一類(lèi)是促凋亡誘導(dǎo)因子，主要有Bax、Bak、Bid等。其中Bcl-2是最主要的凋亡抑制基因，而B(niǎo)ax是最主要的凋亡促進(jìn)基因，Bax過(guò)度表達(dá)能對(duì)抗Bcl-2的活性。Bcl-2家族中抑制和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的兩類(lèi)蛋白的比例決定了細(xì)胞在受到凋亡信號(hào)刺激時(shí)是否發(fā)生凋亡，其中主要是Bcl-2與Bcl-xL數(shù)量之和與Bax的比值。Bax過(guò)度表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞凋亡蛋白的比例上升，細(xì)胞凋亡增多，而B(niǎo)cl-2過(guò)度表達(dá)時(shí)，它與Bax結(jié)合形成異二聚體，抑制細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠心肌細(xì)胞內(nèi)，隨著乙醇濃度的增加，Bcl-2表達(dá)減少。相反，Bax的表達(dá)則成增高趨勢(shì)［12］。另有實(shí)驗(yàn)表明，乙醇對(duì)成骨細(xì)胞及生精細(xì)胞中 Bcl-2的表達(dá)均有抑制作用［13，14］。進(jìn)而推測(cè)，慢性乙醇暴露對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡有促進(jìn)作用。

3 乙醇的細(xì)胞毒作用及對(duì)線粒體的損傷

有研究表明，長(zhǎng)期飲酒者CT和磁共振成像顯示大腦導(dǎo)水管變大，小腦萎縮［15］。組織顯微鏡下觀察到彌漫性片狀神經(jīng)元變小和消失，這稱(chēng)為乙醇的細(xì)胞毒性作用，在海馬切片培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，神經(jīng)元在35 mmol/L或75 mmol/L乙醇中放置6 d或12 d，然后NMDA作用24 h，再用碘化丙啶標(biāo)記無(wú)活性細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)35 mmol/L和75 mmol/L乙醇組碘化丙啶標(biāo)記是對(duì)照組的2倍和4倍，說(shuō)明慢性乙醇神經(jīng)細(xì)胞毒性作用中有NMDA受體的激活［16］。

相關(guān)研究表明，乙醇可以降低編碼復(fù)合體Ⅱ-A、Ⅳ和Ⅴ的mRNA在線粒體基因組中的表達(dá)，同時(shí)增強(qiáng)p53和NADPH氧化酶1和3的表達(dá)，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷［17］。嚙齒動(dòng)物模型的體內(nèi)體外研究顯示，乙醇可減少發(fā)育中小腦顆粒細(xì)胞、普肯耶細(xì)胞、海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元的數(shù)量，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［18］。

4 小結(jié)與展望

慢性乙醇中毒對(duì)人體的損害是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，可造成精神、神經(jīng)系統(tǒng)和多器官的損害，尤其是對(duì)大腦皮質(zhì)的損害，影響認(rèn)知功能，可產(chǎn)生精神病性癥狀［19］。神經(jīng)細(xì)胞長(zhǎng)期暴露在乙醇環(huán)境中，能夠使位于突觸后膜上的NMDA受體上調(diào)，從而使細(xì)胞外的Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，最終通過(guò)一系列反應(yīng)誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，而大量神經(jīng)細(xì)胞的凋亡又會(huì)造成某些神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。其臨床癥狀表現(xiàn)為不同程度的頭痛、頭暈，睡眠障礙，記憶力減退，判斷、計(jì)算、分析能力下降，有人格改變、妄想、情感異常及幻視、幻聽(tīng)等精神癥狀、抽搐、肢體震顫、意識(shí)障礙，伴手抖、手足麻木、嗜睡、共濟(jì)失調(diào)［20］，從而嚴(yán)重危害人類(lèi)身體健康。如何才能避免這些疾病的發(fā)生?控制乙醇的攝入無(wú)疑是一個(gè)最好的方法。而在無(wú)法避免乙醇攝入或者已經(jīng)有慢性乙醇攝入的情況下，可以通過(guò)阻止細(xì)胞外的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)或中止細(xì)胞凋亡過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)(如阻止內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+的釋放、降低caspase-3的活性)來(lái)達(dá)到抗細(xì)胞凋亡的目的。另外，增加Bcl-2在神經(jīng)細(xì)胞中的表達(dá)，或者抑制Bax在神經(jīng)細(xì)胞的表達(dá)，也是治療慢性乙醇中毒的辦法。

［1］曾艷芳.慢性酒精中毒的研究進(jìn)展［J］.臨床薈萃，2005，20(21):1257-1259.

［2］王嵐，王學(xué)義.慢性酒精中毒導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶損害的機(jī)制［J］.中國(guó)神經(jīng)精神疾病雜志，2009，3(5):316-318.

［3］郭靜，蒲詠梅，張東才.鈣離子信號(hào)與細(xì)胞凋亡［J］.生物物理學(xué)報(bào)，2005，21(1):1-18.

［4］韓太真，李延海.NMDA受體的結(jié)構(gòu)與藥理學(xué)特性［J］.心理科學(xué)進(jìn)展，2008，16(3):464-474.

［5］Oh SH，Lee BH，Lim SC.Cadmium induces apoptotic cell death in WI 38 cells via caspase-dependent Bid cleavage and calpain-mediated mitochondrial Bax cleavage by Bcl-2-independent pathway［J］.Biochem Pharmacol，2004，68(9):1845-1855.

［6］Goussakov I，Miller MB，Stutzmann GE.NMDA-mediated Ca(2+)influx drives aberrant ryanodine receptor activation in dendrites of young Alzheimer's disease mice［J］.J Neurosci，2010，30(36):12128-12137.

［7］Yang X，Criswell HE，Simson P，et al.Evidence for a selective effect of ethanol on N-methyl-D-aspartate responses:ethanol affects a subtype of the ifenprodil-sensitive N-methyl-D-aspartate receptors［J］.J Pharmacol Exp Ther，1996，278(1):114-124.

［8］Oh S，Kim YH，Hann HJ，et al.Modulation of the levels of NMDA receptor subunit mRNA and the bindings of［3H］MK-801 in rat brain by chronic infusion dose of MK-801［J］.Neuro Chem Res，2001，26(5):559-565.

［9］于海芙，吳光，崔松彪.慢性酒精中毒及戒斷對(duì)大鼠海馬NMDA受體亞基NR2B表達(dá)的影響［J］.中國(guó)神經(jīng)精神疾病雜志，2007，33(6):365-367.

［10］胡云章，李艷平，邵聰文，等.升高細(xì)胞外鈣離子能抑制和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生［J］.云南大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22(3):232-236.

［11］薛全福，王振綱.鈣離子和細(xì)胞凋亡及藥物調(diào)控［J］.中國(guó)全科醫(yī)學(xué)，2009，12(12):1126-1127.

［12］于向民，姜敏.乙醇對(duì)心肌細(xì)胞凋亡及凋亡相關(guān)基因Bcl-2和Bax表達(dá)的影響［J］.環(huán)境與健康雜志，2005，26(6):470-472.

［13］孫太存，丁亮，黃永輝，等.酒精誘導(dǎo)體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞凋亡及Bcl-2、Bax mRNA表達(dá)的實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志，2009，15(4):246-271.

［14］楊利麗，李如江，劉長(zhǎng)云，等.過(guò)量飲酒對(duì)凋亡相關(guān)基因Bcl-2，Bax在生精細(xì)胞表達(dá)的影響［J］.中國(guó)優(yōu)生與遺傳雜志，2003，11(3):25-26.

［15］李翠蓮，石秋艷，段玉香，等.慢性酒精中毒腦損害［J］.實(shí)用心腦肺血管病雜志，2010，18(2):197-198.

［16］趙明.中樞神經(jīng)系統(tǒng)NMDA受體及酒精對(duì)其作用的研究進(jìn)展［J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)神經(jīng)病學(xué)神經(jīng)外科學(xué)分冊(cè)，2002，29(1):90-93.

［17］Chu J，Tong M，de la Monte SM.Chronic ethanol exposure causes mitochondrial dysfunction and oxidative stress in immature central nervous system neurons［J］.Acta Neuropathol，2007，113(6):659-673.

［18］Sheth DS，Tajuddin NF，Druse MJ.Antioxidant neuroprotection against ethanol-induced apoptosis in HN2-5 cells［J］.Brain Res，2009，1285:14-21.

［19］李一欣，丁鏘.大鼠慢性酒精中毒模型的建立及病理學(xué)觀察［J］.山東醫(yī)藥，2008，48(32):42-43.

［20］姚敦文.慢性酒精中毒患者的臨床與神經(jīng)電生理分析［J］.現(xiàn)代電生理學(xué)雜志，2010，17(1):25-28.