氧化應(yīng)激、炎癥和自噬在腦缺血損傷中作用機(jī)制及治療策略

張思然，李成檀，楊 怡，張麗慧

（1.浙江醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，浙江杭州 310013；2.杭州師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系，醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)杭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310036）

急性腦缺血是世界范圍內(nèi)重大的腦血管疾病，具有發(fā)病率和致殘致死率高的特點(diǎn)，目前尚缺乏治療或延緩腦缺血損傷的有效方法。缺血引起的腦組織缺氧以及缺血再灌注，觸發(fā)了一系列腦缺血級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和神經(jīng)功能障礙［1-3］。近期大量研究表明，氧化應(yīng)激、炎癥和自噬作為腦缺血再灌注后的關(guān)鍵分子事件，在缺血性腦損傷的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用，靶向這些機(jī)制顯示有益的神經(jīng)保護(hù)作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后的氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞自噬和炎癥反應(yīng)有重要調(diào)控作用，反之，自噬活性改變又對(duì)氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)產(chǎn)生影響，三者之間存在密切而復(fù)雜的相互作用。而且，腦內(nèi)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等構(gòu)成神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）共同參與腦缺血損傷［2］。本文主要介紹腦缺血損傷過程中氧化應(yīng)激、炎癥和自噬的作用機(jī)制及其相互作用研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論腦缺血損傷的潛在治療干預(yù)措施，旨在為尋找有效的神經(jīng)保護(hù)策略提供新思路。

1 腦缺血后氧化應(yīng)激損傷與抗損傷

機(jī)體氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的穩(wěn)態(tài)被破壞而形成的氧化應(yīng)激狀態(tài)是腦缺血損傷的關(guān)鍵機(jī)制［4-5］。體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）主要通過細(xì)胞線粒體琥珀酸脫氫酶（succinate dehydro?genase，SDH）和NADPH氧化酶等途徑產(chǎn)生。已有證據(jù)表明，腦缺血再灌注后選擇性聚集的琥珀酸被SDH快速氧化，通過線粒體復(fù)合物Ⅰ逆向電子傳遞產(chǎn)生過量的線粒體ROS是腦缺血后ROS的重要來源［6-7］。ROS作為腦內(nèi)關(guān)鍵的信號(hào)分子直接或間接介導(dǎo)缺血性腦損傷的諸多病理過程。主要機(jī)制有［2-8］：①直接破壞細(xì)胞脂類、蛋白質(zhì)和核酸；②損傷細(xì)胞線粒體，促進(jìn)細(xì)胞色素c等多種蛋白釋放，進(jìn)而誘發(fā)線粒體依賴的細(xì)胞凋亡；③損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，增加血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）通透性；④誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB激活和炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生；⑤調(diào)節(jié)自噬。另一方面，體內(nèi)產(chǎn)生NO的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）存在3種亞型：內(nèi)皮型NOS（endothelial NOS，eNOS）、神經(jīng)元型NOS（neuronal NOS，nNOS）和誘導(dǎo)型NOS（inducible NOS，iNOS）。eNOS和nNOS為鈣依賴型，調(diào)節(jié)產(chǎn)生低濃度的NO。eNOS通過NO的血管活性作用促進(jìn)循環(huán)血流，產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用［5，9］。腦缺血后nNOS在早期表達(dá)增加，通過與連接蛋白突觸后致密物95（postsynaptic density-95，PSD-95）結(jié)合，介導(dǎo)谷氨酸興奮性毒性［5，10］。小分子 ZL006抑制nNOS-PSD-95相互作用減輕缺血后神經(jīng)元損傷，促進(jìn)其修復(fù)［11-12］。iNOS為非鈣依賴型，其活性主要由信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路所調(diào)控，腦缺血誘導(dǎo)iNOS在炎癥及神經(jīng)細(xì)胞持續(xù)高表達(dá)并產(chǎn)生大量NO，在缺血性腦損傷中起重要作用。過量NO可進(jìn)一步與超氧陰離子反應(yīng)生成強(qiáng)氧化性的過氧亞硝酸鹽，也可干擾超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，參與腦缺血損傷［4，9］。

在系列抗氧化治療研究中，尿酸（uric acid，UA）和米諾環(huán)素（minocycline）的基礎(chǔ)與臨床研究取得進(jìn)展。UA是人體內(nèi)嘌呤分解代謝的最終產(chǎn)物和內(nèi)源性抗氧化劑［5］。在血栓栓塞性腦缺血模型，UA可抑制腦組織中性粒細(xì)胞浸潤，降低ROS和活性氮水平，減輕腦梗死和神經(jīng)損傷，并與溶栓藥重組組織型纖溶酶原激活劑（recombinant tissue-type plasminogen activator，rtPA）產(chǎn)生協(xié)同作用［13-15］。臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，UA和rtPA聯(lián)用是安全的，并可防止急性缺血性卒中（acute ischemic stroke，AIS）患者循環(huán)UA水平的早期降低，預(yù)防AIS早期缺血惡化的發(fā)生，改善功能預(yù)后［15-18］。UA還改善女性及高血糖患者的改良Rankin量表（modified Rankin scale，MRS）評(píng)分，其機(jī)制與提高女性抗氧化能力，改善葡萄糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激有關(guān)［15］。腦缺血患者入院時(shí)較高的UA水平與良好的預(yù)后相關(guān)［15］。半合成四環(huán)素-米諾環(huán)素具有抗氧化作用，可抑制iNOS表達(dá)和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，上調(diào)eNOS表達(dá)，減少全腦缺血大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞死亡，提高學(xué)習(xí)記憶成績［19-20］。隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，米諾環(huán)素能改善AIS患者M(jìn)RS評(píng)分；單用米諾環(huán)素或與tPA合用有良好的耐受性和安全性，t1/2約為24 h，提示其是一種潛在的治療AIS的神經(jīng)保護(hù)藥［21-22］。國家一類新藥丁苯酞（nbutylphthalide，NBP）是一個(gè)多靶點(diǎn)抗腦缺血藥物，NBP及其衍生物可明顯改善缺血后線粒體能量代謝，減少細(xì)胞內(nèi)ROS和MDA水平，上調(diào)內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)如核因子E2相關(guān)因子2（NF-E2-related factor 2，Nrf2）、谷胱甘肽、維生素C、SOD和血紅素氧合酶1等活性，減輕腦梗死和腦水腫，改善神經(jīng)功能［23-26］。已上市的依達(dá)拉奉（edaravone）是一種靶向自由基的低分子抗氧化劑，具有親脂性，易于通過細(xì)胞膜，能有效提高腦缺血后抗氧化系統(tǒng)活性，清除多種ROS和過氧亞硝酸鹽［26-27］。一項(xiàng)最近的臨床研究顯示，AIS發(fā)作4.5 h內(nèi)聯(lián)合應(yīng)用依達(dá)拉奉和tPA可減少癥狀性顱內(nèi)出血及改善神經(jīng)功能評(píng)分［28］。此外，國內(nèi)學(xué)者還發(fā)現(xiàn)多種天然藥物如丹參素冰片酯［29］、白楊素［30］、黃芩苷和黃芩素［31］顯示有效的抗氧化損傷活性。但前期有希望的自由基清除劑NXY-059在擴(kuò)大臨床試驗(yàn)中已宣布無效［5］。

2 腦缺血后炎癥反應(yīng)及神經(jīng)保護(hù)策略

腦缺血炎癥反應(yīng)在缺血性腦損傷病理過程中起重要作用。在急性期，腦組織缺血缺氧促使炎癥細(xì)胞激活及小分子炎癥介質(zhì)如炎癥細(xì)胞因子和半胱氨酰白三烯（cysteinyl leukotrienes，CysLT）上調(diào)，導(dǎo)致急性神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元損傷；在亞急性和慢性期，腦缺血炎癥導(dǎo)致腦組織膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)元凋亡和腦組織萎縮等。這些過程均伴有神經(jīng)功能的損傷。

重要炎癥細(xì)胞因子白細(xì)胞介素1β（interleukin-1，IL-1β）、IL-6和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）水平異常增高是導(dǎo)致腦缺血炎癥損傷的關(guān)鍵因素及治療靶標(biāo)。在IL-1家族，IL-1α和IL-1β及IL-1受體拮抗劑（IL-1 receptor antagonist，IL-1Ra）與腦缺血損傷密切相關(guān)。IL-1α和IL-1β缺乏減輕小鼠腦梗死；腦缺血再灌注后IL-1β表達(dá)增高，側(cè)腦室注射IL-1β加重缺血后腦梗死，IL-1β被認(rèn)為更多參與腦缺血損傷的發(fā)病機(jī)制；而內(nèi)源性IL-1Ra具有抗炎作用［5，32-33］。近年來，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor proteins，NLRP）炎癥小體與腦缺血損傷關(guān)系研究取得進(jìn)展。腦缺血后，NLRP3/胱天蛋白酶1/IL-1β通路激活介導(dǎo)腦缺血炎癥和神經(jīng)元死亡，NLRP3主要表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞，也表達(dá)在內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元［34-36］。除NLRP3外，NLRP1在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)增加與腦缺血損傷有關(guān)［34，37］。許多研究表明，腦缺血后，TNF-α和IL-6及其受體表達(dá)的增加參與腦缺血炎癥和神經(jīng)元死亡，抑制TNF-α和IL-6通路可減輕腦缺血損傷［32-33，38］。但也有觀點(diǎn)認(rèn)為，TNF-α和IL-6在腦缺血中具有雙重作用，IL-6在急性期作為炎癥介質(zhì)，在亞急性和慢性期則有神經(jīng)保護(hù)作用；而TNF-α和增高的TNF受體2（TNF receptor 2，TNFR2）結(jié)合與缺血預(yù)適應(yīng)有關(guān)［33，39-40］。另一方面，抗炎細(xì)胞因子IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）被發(fā)現(xiàn)可限制腦缺血炎癥，促進(jìn)腦損傷恢復(fù)［33，41］。干預(yù)治療研究顯示，在大鼠短暫性大腦中動(dòng)脈阻塞（transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO）模型上，外源性給予IL-1Ra可減輕大鼠缺血后炎癥及腦梗死，促進(jìn)功能恢復(fù)［42-43］，應(yīng)用細(xì)胞療法增加內(nèi)源性IL-1Ra表達(dá)對(duì)持續(xù)性MCAO（permanent MCAO，pMCAO）缺血也顯示有效的神經(jīng)保護(hù)作用［44］。但AIS后，血漿IL-1Ra升高與高感染風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性應(yīng)引起注意［14］。此外，靶向炎癥小體信號(hào)通路的系列措施，如NLRP IVIg、白藜蘆醇、姜黃素、胱天蛋白酶1和NF-kB抑制劑等在實(shí)驗(yàn)研究中顯示抗腦缺血作用［35-37］。研究表明，米諾環(huán)素可抑制大鼠短暫性頸總動(dòng)脈阻塞（common carotid artery occlusion，CCAO）誘導(dǎo)的海馬小膠質(zhì)細(xì)胞激活及IL-1β和TNF-α水平，減輕CA1神經(jīng)元死亡和記憶障礙［19］。在tMCAO和BV2細(xì)胞缺糖缺氧/恢復(fù)（oxygen and glucose deprivation/recov?ery，OGD/R）模型上，米諾環(huán)素通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞NLRP3產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用［45］。在自發(fā)性高血壓大鼠，米諾環(huán)素增加tMCAO后腦灌流和緊密連接蛋白表達(dá)，降低BBB通透性，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞激活以及IL-1β和TNF-α表達(dá)，上調(diào)IL-10和TGF-β表達(dá)，進(jìn)而減輕腦梗死［46］；米諾環(huán)素與tPA聯(lián)用不僅減輕腦缺血損傷，還可保護(hù)血管，減少tPA引起的出血，并提供更寬的治療時(shí)間窗，提示米諾環(huán)素具有潛在的抗腦缺血應(yīng)用前景［5，47］。此外，依達(dá)拉奉和NBP可抑制缺血再灌注炎癥細(xì)胞因子IL-6，IL-1β和TNFα表達(dá)，但實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，依達(dá)拉奉同時(shí)下調(diào)血漿IL-1Ra和IL-10水平，其機(jī)制有待進(jìn)一步研究［48-49］。

近十幾年來，5-脂氧合酶（5-lipoxygenase，5-LOX）/CysLT信號(hào)通路在腦缺血炎癥損傷中的作用得到闡明。5-LOX產(chǎn)物CysLT是腦內(nèi)重要的炎癥介質(zhì)，主要通過激動(dòng)CysLT1受體（CysLT1 receptor，CysLT1R）和CysLT2R產(chǎn)生作用。在大鼠tMCAO模型，腦缺血中心區(qū)再灌注12～24 h，5-LOX mRNA和蛋白表達(dá)明顯增高，且主要表達(dá)在神經(jīng)元；在缺血周邊區(qū)，再灌注3～14 d，5-LOX mRNA和蛋白表達(dá)的增高主要在增生的星形膠質(zhì)細(xì)胞；腦組織5-LOX產(chǎn)物CysLT水平也相應(yīng)增高［50］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在缺血急性期和后期，CysLT1R和CysLT2R分別在中心區(qū)神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞中以及周邊區(qū)增生的星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)增加，介導(dǎo)腦損傷［51-52］。在體外培養(yǎng)細(xì)胞中，CysLT1R參與OGD/R誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷［53］；CysLT2R通過細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regu?lated kinase，ERK）/p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK）通路介導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞水通道蛋白4表達(dá)［54］。對(duì)5-LOX抑制劑和CysLTR拮抗劑的研究表明，5-LOX非選擇性抑制劑咖啡酸（caffeic acid）在體外可抑制OGD/R誘導(dǎo)的ROS生成和5-LOX激活，提高缺血樣處理的PC12細(xì)胞存活率［55］。在短暫性全腦缺血模型上，咖啡酸抑制5-LOX表達(dá)，增加海馬SOD活性，下調(diào)NF-kB表達(dá)及MDA含量，減輕缺血性腦損傷及學(xué)習(xí)記憶障礙［56］；5-LOX選擇性抑制劑齊留通（zileuton）也通過抑制5-LOX，下調(diào)腦組織炎癥細(xì)胞因子和提高抗炎癥細(xì)胞因子含量，提供神經(jīng)保護(hù)作用［57］。CysLT1R拮抗劑普侖司特（pran?lukast）劑量依賴性地減輕大鼠和小鼠tMCAO急性期BBB破壞和神經(jīng)元死亡及再灌注后14和70 d腦梗死和膠質(zhì)疤痕形成，改善神經(jīng)功能［58-60］；另一CysLT1R拮抗劑孟魯司特（montelukast）可預(yù)防pMCAO誘導(dǎo)的小鼠急性腦損傷；缺血后30 min給藥仍減輕腦梗死和腦水腫；藥物也減輕tMCAO小鼠和大鼠缺血后28 d腦梗死、腦萎縮及神經(jīng)功能障礙［60-61］。HAMI3379是近年來報(bào)道的CysLT2R選擇性拮抗劑，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，其可有效抑制小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的原代神經(jīng)元缺血樣損傷［62］。在大鼠tMCAO模型，腦室內(nèi)注射HAMI3379減輕缺血后神經(jīng)癥狀、腦梗死、腦水腫和神經(jīng)元死亡，其作用與CysLT1R拮抗劑普侖司特相似［63］。HAMI3379腹腔注射可劑量和時(shí)間依賴性地抑制大鼠tMCAO誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活、中性粒細(xì)胞聚集、炎癥細(xì)胞因子釋放和腦損傷，治療時(shí)間窗為1 h；CysLT2R基因沉默顯示同樣作用，提示HAMI3379的神經(jīng)保護(hù)作用是CysLT2R依賴性的［64］。目前，5-LOX抑制劑和CysLT1R拮抗劑臨床主要用于外周氣道炎癥疾病如哮喘的治療，上述研究結(jié)果進(jìn)一步提示，抗CysLT藥物作為腦缺血預(yù)防和治療藥物具有潛在價(jià)值。

3 自噬在腦缺血損傷中的雙重作用及自噬干預(yù)

自噬是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和實(shí)現(xiàn)自我更新的重要途徑［2，65］。早在1995年，Nitatori等［66］報(bào)道短暫性CCAO可誘導(dǎo)沙土鼠海馬CA1神經(jīng)元組織蛋白酶B陽性自噬溶酶體增加和神經(jīng)元損傷。近年來，自噬在缺血性神經(jīng)元損傷中的作用受到關(guān)注，膠質(zhì)細(xì)胞自噬與神經(jīng)元損傷的關(guān)系亦被報(bào)道。但是，腦缺血后自噬的分子調(diào)控機(jī)制尚不完全清楚，自噬在腦缺血過程中起保護(hù)還是損傷作用一直存在爭議［2］。

一些研究表明，腦缺血再灌注過程中自噬起神經(jīng)保護(hù)作用。自噬關(guān)鍵調(diào)控蛋白Beclin 1作為胱天蛋白酶家族的全新底物，可被胱天蛋白酶剪切而失去活性，大鼠短暫性CCAO導(dǎo)致腦內(nèi)凋亡蛋白胱天蛋白酶3表達(dá)增加和全長Beclin 1蛋白減少；亞精胺抑制缺血后胱天蛋白酶3活化及Beclin 1剪切，促進(jìn)Beclin 1依賴的自噬，減少神經(jīng)元凋亡［67］。自噬誘導(dǎo)劑西羅莫司（雷帕霉素，sirolimus，rapamycin）可減少新生大鼠低氧缺血誘導(dǎo)的腦損傷［68］。線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場所，腦缺血再灌注誘導(dǎo)線粒體損傷，線粒體自噬通過清除受損的線粒體進(jìn)而發(fā)揮抗缺血性腦損傷作用。小鼠tMCAO和神經(jīng)元OGD/R期間，神經(jīng)元內(nèi)線粒體紅色熒光探針MitoTracker Red標(biāo)記的線粒體與綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）-輕鏈蛋白3（light chain protein 3，LC3）標(biāo)記的自噬體共定位，提示線粒體自噬存在；自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-meth?yladenine，3-MA）和巴佛洛霉素 A1（bafilomycin A1，Baf-A1）以及自噬基因7（autophagy gene 7，Atg7）siRNA增加神經(jīng)元細(xì)胞色素c釋放和細(xì)胞凋亡，應(yīng)用線粒體自噬抑制劑mdivi-1加重體內(nèi)和體外缺血再灌注損傷，提示線粒體自噬作為腦缺血再灌注重要的內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)機(jī)制［69］。進(jìn)一步研究表明，腦缺血再灌注通過誘導(dǎo)神經(jīng)元的類NIP3樣蛋白X（NIP3-like protein X，NIX）第81位絲氨酸位點(diǎn)的磷酸化，激活NIX介導(dǎo)的線粒體自噬而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，該作用是Parkin非依賴性的［70］。西羅莫司也增加tMCAO缺血線粒體Beclin 1和LC3-Ⅱ表達(dá)及p62線粒體移位，激活線粒體自噬，減輕腦梗死和神經(jīng)功能障礙［71］。對(duì)缺血預(yù)處理（ischemic preconditioning，IPC）的研究發(fā)現(xiàn)，IPC通過適當(dāng)激活自噬產(chǎn)生缺血耐受作用，減輕pMCAO誘導(dǎo)的腦梗死和運(yùn)動(dòng)障礙；3-MA和Baf-A1對(duì)抗IPC的神經(jīng)保護(hù)作用，西羅莫司可模仿IPC的作用［72］。原代皮質(zhì)細(xì)胞OGD實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，IPC或西羅莫司的作用與抑制過度內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)［73］。酸后處理作為內(nèi)源性保護(hù)策略，通過增強(qiáng)Parkin依賴的線粒體自噬，對(duì)體內(nèi)、外缺血神經(jīng)元有明顯保護(hù)作用，并延長腦缺血治療時(shí)間窗［74］。

另一方面研究表明，長期和持久的腦缺血觸發(fā)神經(jīng)細(xì)胞過度自噬可誘導(dǎo)自噬性細(xì)胞死亡，進(jìn)而加重缺血性腦損傷［2，75］。在大鼠pMCAO結(jié)合短暫性CCAO模型，再灌注后立即開展缺血后處理（isch?emic postconditioning，IPOC）可抑制缺血誘導(dǎo)的LC3/Beclin 1表達(dá)和p62下降，減輕腦梗死和腦水腫；西羅莫司部分逆轉(zhuǎn)IPOC的作用，而3-MA通過抑制缺血后自噬激活以及促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)，產(chǎn)生與IPOC一致的神經(jīng)保護(hù)作用［76］。在原代皮質(zhì)神經(jīng)元或SH-SY5Y細(xì)胞培養(yǎng)，6 h OGD/R誘導(dǎo)神經(jīng)元自噬性死亡，3-MA抑制OGD/R誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡［77］。在小鼠pMCAO模型，缺血缺氧誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞自噬與腦損傷，3-MA抑制細(xì)胞自噬顯著減少腦梗死、腦水腫和神經(jīng)功能缺損，提示過度的小膠質(zhì)細(xì)胞自噬參與了腦缺血損傷過程［78］。隨著對(duì)自噬在腦缺血損傷中調(diào)節(jié)機(jī)制研究的不斷深入，自噬可能成為腦缺血治療的新靶點(diǎn)。

4 腦缺血損傷中氧化應(yīng)激、炎癥和自噬的相互作用

新的證據(jù)表明，腦缺血損傷中氧化應(yīng)激、炎癥與自噬存在著緊密和復(fù)雜的相互作用。腦缺血損傷過程中氧化應(yīng)激、炎癥和自噬的相互作用及潛在的治療干預(yù)措施總結(jié)見圖1。①腦缺血再灌注后氧化應(yīng)激調(diào)控細(xì)胞自噬。腦缺血及再灌注后迅速增加的ROS誘導(dǎo)自噬的核內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路包括：ROS-p53-糖酵解和凋亡調(diào)節(jié)因子（glycolysis and apoptosis regulator，TIGAR）/損傷調(diào)控自噬調(diào)節(jié)因子（damage-regulated autophagy modulator，DRAM）通路；ROS-低氧誘導(dǎo)因子1（hypoxia-inducible factor 1，HIF1）-Bcl-2/腺病毒E1B相互作用蛋白3（Bcl-2/adenovirus E1B interacting protein 3，BNIP3）和NIX通路；ROS-Nrf2-p62以及ROS-叉頭框蛋白O3（forkhead box O3，F(xiàn)oxO3）-LC3/BNIP3通路；此外，ROS也調(diào)節(jié)蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like ER kinase，PERK）及其下游相關(guān)基因誘導(dǎo)自噬［2，79］。在細(xì)胞漿，ROS通過抑制自噬體至自噬溶酶體形成過程中Atg4活性進(jìn)而誘導(dǎo)自噬［79］。線粒體自噬是神經(jīng)細(xì)胞對(duì)線粒體實(shí)行數(shù)量和質(zhì)量控制的重要手段。腦缺血再灌注后過度增加的ROS可觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)鈣超載，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體功能障礙和線粒體自噬，線粒體自噬可被Parkin依賴和非依賴性途徑所介導(dǎo)［2，70，79-80］。但腦缺血損傷中NOS/NO對(duì)自噬的調(diào)節(jié)作用尚未完全闡明。在大鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元，NO可通過促進(jìn)JNK1和IKKβ的亞硝基化抑制其生物活性，進(jìn)而抑制細(xì)胞自噬［81］。②腦缺血后氧化應(yīng)激促進(jìn)炎癥反應(yīng)。腦缺血再灌注后過量的ROS產(chǎn)物可誘導(dǎo)NF-κB轉(zhuǎn)錄因子活化，進(jìn)一步促進(jìn)炎癥分子包括TNF-α、IL-6和NLRP3/胱天蛋白酶1/IL-1β上調(diào)，導(dǎo)致腦缺血后炎癥和神經(jīng)損傷［2，5，82］。抗氧化劑依達(dá)拉奉通過保護(hù)線粒體正常結(jié)構(gòu)和減少ROS水平，進(jìn)而抑制體內(nèi)、外缺血誘導(dǎo)的5-LOX/CysLT通路激活，產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用［83］。③自噬負(fù)調(diào)節(jié)腦缺血后氧化應(yīng)激反應(yīng)。腦缺血再灌注后適度激活的線粒體自噬通過自噬性清除缺血損傷的線粒體，阻斷ROS與線粒體相互作用形成的“ROS誘導(dǎo)的ROS釋放”（ROS-induced ROS release），對(duì)缺血后神經(jīng)元生存有重要意義［2-3］。④自噬調(diào)節(jié)缺血后神經(jīng)炎癥。自噬誘導(dǎo)劑西羅莫司通過抑制mTOR通路，促進(jìn)自噬相關(guān)蛋白Beclin 1和LC3Ⅱ表達(dá)，預(yù)防新生小鼠缺氧缺血誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)元死亡［84］。白藜蘆醇誘導(dǎo)去乙?；赋聊畔⒄{(diào)節(jié)因子1依賴的細(xì)胞自噬，可抑制NLRP3激活，減輕腦缺血再灌注損傷［85］。但也有報(bào)道小膠質(zhì)細(xì)胞自噬參與腦缺血后神經(jīng)炎癥［78］。⑤細(xì)胞炎癥誘導(dǎo)自噬激活。在巨噬細(xì)胞過表達(dá)NLRP3/IL-1β誘導(dǎo)的自噬激活，可促進(jìn)NLRP3降解及抑制下游炎癥產(chǎn)物胱天蛋白酶1和IL-1β水平；3-MA抑制自噬增強(qiáng)NLRP3/胱天蛋白酶1/IL-1β活性，而西羅莫司誘導(dǎo)自噬抑制其活性［86-88］。

圖1 腦缺血再灌注過程中，氧化應(yīng)激、炎癥和自噬相互作用及潛在治療干預(yù)措施.Atg4：自噬基因4；CysLTR：半胱氨酰白三烯受體；Edv：依達(dá)拉奉；FoxO3：叉頭框蛋白O3；HIF1：缺氧誘導(dǎo)因子1；IL-1β：白細(xì)胞介素1β；IL-1Ra：IL-1受體拮抗劑；IL-6：白細(xì)胞介素6；5-LOX：5-脂氧合酶；MINO：米諾環(huán)素；NBP：丁苯酞；NF-κB：核因子-κB；NLRP：核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白；NO：一氧化氮；NOS：一氧化氮合酶；Nrf2：核因子E2相關(guān)因子2；NVU：神經(jīng)血管單元；PERK：蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶；ROS：活性氧；TNF-α：腫瘤壞死因子α；UA：尿酸.

5 結(jié)語

氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥在腦缺血損傷過程中的重要作用已得到共識(shí)。自噬作為一種新的腦缺血調(diào)節(jié)機(jī)制正得到越來越多的關(guān)注。最新研究表明，腦缺血再灌注病理過程中氧化應(yīng)激、炎癥和自噬相互作用，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，在腦缺血級(jí)聯(lián)事件中起關(guān)鍵作用。因此，單一針對(duì)某一機(jī)制的藥物治療可能不足以對(duì)抗缺血再灌注導(dǎo)致的腦損傷，開展多靶點(diǎn)多環(huán)節(jié)的神經(jīng)保護(hù)藥物研究將是抗腦缺血研究的發(fā)展趨勢(shì)。近年來，一些藥物如UA［13，15-18］、米諾環(huán)素［19-22，45-47］、依達(dá)拉奉［26-28，48，83］、NBP及其衍生物［23-26，49］以及5-LOX/CysLT信號(hào)通路抑制劑［55-64］在腦缺血基礎(chǔ)研究中顯示抗氧化抗炎等多重神經(jīng)保護(hù)作用。此外，為避免目前使用的自噬誘導(dǎo)劑和抑制劑以及自噬基因敲除對(duì)神經(jīng)細(xì)胞正常功能的影響，一些研究已專注于調(diào)控腦缺血后自噬活性的新化合物研究［67，85，89-90］。深入揭示氧化應(yīng)激、炎癥和自噬對(duì)腦缺血再灌注損傷的調(diào)控作用及潛在治療靶點(diǎn)，對(duì)于正確理解缺血性腦損傷的病理生理機(jī)制，以及推動(dòng)新的、有效的神經(jīng)保護(hù)藥物研發(fā)具有重要的理論和實(shí)際意義。