右美托咪定腦保護作用及其信號通路研究進展

黃青青，袁立邦，鞏 固

右美托咪定（DEX）作為一種新型腎上腺素能α2受體激動劑，與世界上首次人工合成的第一個腎上腺素α2受體激動劑可樂定相比，其對α2受體的選擇性是后者的8倍[1]，效價是后者的3倍，這使得DEX具有更強的鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛作用。此外，它還具有抗交感、減少麻醉藥物劑量、穩(wěn)定圍術(shù)期血流動力學(xué)、無呼吸抑制等作用，因而廣泛用于臨床麻醉中。而腦缺血導(dǎo)致的腦損傷是圍術(shù)期最嚴重的并發(fā)癥，具有高致殘率和病死率。Hoffman等[2]首先在1991年提出了DEX的腦保護作用，他們在實驗中發(fā)現(xiàn)，DEX能顯著降低血漿中的兒茶酚胺濃度，減輕神經(jīng)元損害。有大量研究證明，DEX主要通過以下5條途徑發(fā)揮腦保護作用：（1）抑制交感神經(jīng)的興奮，調(diào)節(jié)體內(nèi)兒茶酚胺的釋放；（2）調(diào)節(jié)中樞谷氨酸鹽的釋放；（3）抑制細胞凋亡以及炎癥因子釋放；（4）抗氧化應(yīng)激；（5）調(diào)節(jié) IF-1α、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）的表達，而細胞凋亡以及炎癥因子釋放被認為是其中的重要原因[3]。筆者對DEX抑制細胞凋亡以及炎癥因子釋放相關(guān)的信號通路的調(diào)節(jié)作用作一綜述，旨在為DEX在圍手術(shù)期的腦保護應(yīng)用提供參考。

1 炎癥反應(yīng)相關(guān)的信號通路

1.1 抑制TLR4/NF-κB途徑 TLR4廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，研究表明，TLR4可以識別缺血再灌注損傷釋放的內(nèi)源性配體，引起一系列的炎癥反應(yīng)，嚴重影響神經(jīng)功能[4]。NF-κB的激活可導(dǎo)致黏附分子和相應(yīng)的受體在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[5]。Zhao等[6-7]發(fā)現(xiàn)，在局灶性腦缺血再灌注損傷大鼠中，NF-κB 和 TLR4 表達增加，TLR4/NF-κB 信號通路被激活，而抑制TLR4/NF-κB信號通路，可以緩解大鼠的腦缺血再灌注損傷，發(fā)揮腦保護的作用。Wang等[8]發(fā)現(xiàn)，DEX預(yù)處理可明顯防止缺血誘導(dǎo)的海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元損傷，顯著降低凋亡細胞的數(shù)量，并明顯抑制腦缺血區(qū)GFAP、TLR4和NF-κB的表達，同時增加TRIF的表達。該研究結(jié)果表明，DEX可能通過抑制TLR4/NF-κB途徑，減少炎癥損傷，從而發(fā)揮腦保護作用。Kim等[9]也通過實驗發(fā)現(xiàn)，DEX可通過抑制TLR-4/NF-κB通路參與的炎癥反應(yīng)，部分逆轉(zhuǎn)缺血后的腦損傷。

1.2 抑制NF-κB/COX-2途徑的激活 核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB是能調(diào)節(jié)多種炎癥和免疫基因表達的一種重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，NF-κB控制神經(jīng)損傷后的炎癥反應(yīng)和凋亡性細胞死亡[10]。姚小梅等[11]發(fā)現(xiàn)，COX-2和NF-κB p65在局灶性腦缺血再灌注后的半暗區(qū)和血腦屏障中表達增高，在血管周圍的中性粒細胞內(nèi)陽性表達，提示炎癥參與了腦缺血再灌注損傷。在免疫反應(yīng)陽性細胞內(nèi)， 胞漿或胞核 COX-2、NF-κB p65和 I-κ Bα為主的陽性表達，提示它們在腦缺血再灌注后細胞內(nèi)胞漿和胞核之間轉(zhuǎn)錄激活的密切相關(guān)性，而NF-κB對腦損傷后神經(jīng)細胞COX-2的表達起著調(diào)控作用[12]。Pan等[13]發(fā)現(xiàn)，缺氧能引起顯著的神經(jīng)毒性，包括破壞組織結(jié)構(gòu)，上調(diào)caspase-3蛋白水平、Bax/Bcl-2比率和NF-κB/COX-2比率。而DEX預(yù)處理則可有效改善組織學(xué)結(jié)果，并抑制caspase-3表達水平，下調(diào)Bax/Bcl-2比率和NF-κB/COX-2比率，表明DEX可以通過抑制NF-κB/COX-2途徑的激活發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

1.3 抑制JAK2-STAT3途徑 JAK2/STAT3通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在缺血性中風(fēng)相關(guān)炎性神經(jīng)元損傷的下游信號通路調(diào)節(jié)中起重要作用[14]。另外，有研究表明，JAK2/STAT3通路參與蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）后HMGB1調(diào)節(jié)，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的腦損傷[15]。而抑制JAK2/STAT3信號通路可減少腦缺血后腦組織中HMGB1的表達，發(fā)揮腦保護作用[16]。Cheng等[17]在大鼠體外循環(huán)(CPB)2 h后，通過靜脈輸注不同劑量的DEX，觀察到DEX通過抑制炎癥和減少神經(jīng)元凋亡產(chǎn)生了神經(jīng)保護作用，這種保護作用具有劑量-效應(yīng)關(guān)系。此外，DEX給藥后抑制了大鼠海馬中JAK2和STAT3蛋白的磷酸化，因此，推測JAK2-STAT3途徑在DEX誘導(dǎo)的CPB腦損傷后的神經(jīng)保護作用中發(fā)揮重要作用。

2 細胞凋亡相關(guān)的信號通路

2.1 激活PI3K/Akt/mTOR信號傳導(dǎo)途徑 PI3K/AKT/mTOR信號傳導(dǎo)通路的基本作用是促進細胞增殖、抑制細胞凋亡，其活化對細胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移、侵襲及血管生成的各個環(huán)節(jié)均有著重要作用[18]。曾凡軍等[19]在大鼠肺性腦病細胞模型中發(fā)現(xiàn)，PI3K-AKT-mTOR信號通路的失活，激活了自噬信號通路，導(dǎo)致大腦神經(jīng)元自噬增強，從而損傷大腦神經(jīng)元。Sheng等[20]在使用DEX組外傷性腦損傷（TBI）大鼠 中 發(fā) 現(xiàn) ，pp-PI3K/t-PI3K、p-Akt/t-Akt、p-mTOR/t-mTOR、ZO-1和緊密連接蛋白-5的表達升高，提示DEX在TBI大鼠中，通過激活PI3K/Akt/mTOR信號傳導(dǎo)途徑發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

2.2 激活BAX/CYTOCHROME-C/CASPASE途徑 局灶性腦缺血后的神經(jīng)元死亡具有急性和延遲之分，有研究表明，細胞死亡受體會激活線粒體途徑[21]。延遲的神經(jīng)元死亡通過激活非神經(jīng)元細胞中類似細胞凋亡的分子信號傳導(dǎo)途徑而發(fā)生。其中樞介質(zhì)是兩個分子家族：半胱天冬酶（caspase）和bcl-2家族的分子。caspase啟動并執(zhí)行細胞死亡，而bcl-2家族成員調(diào)節(jié)死亡信號，并導(dǎo)致線粒體膜間隙釋放促凋亡分子，如cytochrome-c。cytochrome-c通過激活caspase-9 和 caspase-3，誘導(dǎo)細胞死亡[22]。 Wu 等[23]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)-2a細胞被DEX處理后，可減弱I/R誘導(dǎo)的Bax蛋白從胞質(zhì)到線粒體的易位和降低線粒體膜電位，使細胞色素C從線粒體釋放到細胞質(zhì)中，隨后在I/R處理的神經(jīng)-2a細胞中級聯(lián)激活caspase-9、caspase-3和caspase-6。表明DEX通過內(nèi)在的Bax-mitochondria-cytochrome c-caspase途徑，對I/R誘導(dǎo)的細胞凋亡損傷發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

2.3 激活ERK1/2信號通路 腦缺血可引發(fā)ERK1/2信號級聯(lián)反應(yīng)，使大腦適應(yīng)缺血性損傷。有研究表明，ERK1/2信號通路會影響海馬CA1錐體神經(jīng)元I/R后的凋亡[24]。Hu等[25]發(fā)現(xiàn)，DEX可通過α2-腎上腺素受體調(diào)控與5-HTR偶聯(lián)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因，且通過紋狀體多巴胺神經(jīng)元中ERK1/2信號通路調(diào)節(jié)組蛋白H3的乙?；?，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。Wang等[26]在蛛網(wǎng)膜下腔出血發(fā)作后即刻或2 h，使用DEX2 d后評估神經(jīng)學(xué)結(jié)果。發(fā)現(xiàn)DEX治療后減弱了蛛網(wǎng)膜下腔出血導(dǎo)致的神經(jīng)功能評分的降低，抑制了腦水腫和血腦屏障通透性的增加，增加了活化的ERK。而這種針對SAH的神經(jīng)保護作用是由ERK介導(dǎo)的。

2.4 抑制Notch/NF-κB信號通路 Notch和NFκB信號傳導(dǎo)途徑主要參與調(diào)節(jié)細胞增殖、分化和凋亡。Notch和NF-κB信號通路具有許多共同的特征：兩者都被常見的刺激如 TNF-α 和缺氧激活；活化的 Notch（NICD）和 NF-κB通過調(diào)節(jié)SMRT/N-COR等輔助因子介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄；兩者調(diào)節(jié)相似的靶基因，如 IκBalpha。因此，推測 Notch 和 NF-κB 信號通路在大腦發(fā)育中可能協(xié)同調(diào)控干細胞更新和分化[27]。Liu等[28]用暴露于氧糖剝奪（OGD）環(huán)境的PC12細胞建立局部缺血模型，發(fā)現(xiàn)DEX顯著增加了OGD處理的PC12細胞的細胞活力，并降低細胞凋亡及Bax/Bcl-2比率，改善了LDH、MDA、SOD和GSH-Px的變化以及神經(jīng)營養(yǎng)因子的減少。Notch/NF-κB信號通路中的關(guān)鍵激酶被OGD上調(diào)，而上調(diào)被DEX降低。另外，Notch或NF-κB抑制劑可以增強DEX對OGD誘導(dǎo)的細胞損傷的作用。最后，在原代神經(jīng)元細胞中，驗證了DEX的保護作用。該實驗說明，DEX對OGD誘導(dǎo)的PC12細胞損傷的保護作用取決于其抗凋亡、抗氧化活性和抑制Notch/NF-κB活化。

2.5 激活線粒體ATP敏感K+（mitoKATP）通道 有研究發(fā)現(xiàn)，大鼠腦線粒體中富含活性mitoKATP，在腦保護中起關(guān)鍵作用，其調(diào)節(jié)作用與心臟和肝臟調(diào)節(jié)mitoKATP性質(zhì)相同[29]。隨后，Shimizu等[30]研究了mitoKATP通道的選擇性開放劑二氮嗪對Wistar大鼠MCAO后腦損傷的影響，證實mitoKATP通道的開放對大鼠腦缺血再灌注損傷具有神經(jīng)保護作用。近期，Yuan等[31]也發(fā)現(xiàn)，mitoKATP通道的激活可能有助于DEX發(fā)揮對局灶性腦缺血再灌注損傷大鼠的神經(jīng)保護作用。

3 小結(jié)

DEX由于其獨特的藥理特點，現(xiàn)已作為麻醉輔助藥，廣泛用于各類手術(shù)的臨床麻醉。DEX的應(yīng)用不僅能減少相關(guān)麻醉藥的用量，獲得較為穩(wěn)定的血流動力學(xué)，并且還具有明顯的腦保護效應(yīng)，但DEX腦保護效應(yīng)的劑量、使用方法及其作用機制尚未完全闡明，還需進一步深入研究。揭示DEX的腦保護效應(yīng)及其機制，對圍手術(shù)期腦保護策略的制定和應(yīng)用具有重要意義。