Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病中作用的研究進(jìn)展

姜 芮，范瑞明

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腦血管科，貴州 遵義 563000)

腦血管病在全球范圍內(nèi)具有發(fā)病率高、死亡率高、致殘率高的特點(diǎn)，僅在2016年就導(dǎo)致550余萬人死亡，是目前我國(guó)成年人的首要致死、致殘病原因，是造成人均壽命縮短的第一因素[1]?；谏鐣?huì)人口學(xué)的研究表明，我國(guó)腦血管病的發(fā)病率將繼續(xù)上升，至2030年發(fā)病率將較2010年升高50%[1]，并呈年輕化趨勢(shì)，給家庭、社會(huì)帶來沉重的負(fù)擔(dān)。因此，尋找治療腦血管病的有效方案已成為研究的熱點(diǎn)。促紅細(xì)胞生成素產(chǎn)生肝細(xì)胞受體(erythropoietin-producing hepatocellular receptor，Eph)/肝配蛋白(Ephrin)家族蛋白參與了機(jī)體炎癥、腫瘤、損傷、血管生成、細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡[2-7]等多種病理及生理過程，近年來越來越受到研究者的廣泛關(guān)注，關(guān)于Eph/Ephrin家族蛋白與腦血管病的相關(guān)性研究也逐漸增多。Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病的多種病理過程起關(guān)鍵作用，其有可能成為診斷、治療以及預(yù)測(cè)腦血管病預(yù)后的有效靶點(diǎn)。現(xiàn)就Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Eph受體和Ephrin配體

Eph及其配體——Ephrin是酪氨酸激酶家族的最大成員[8]，統(tǒng)稱Eph家族蛋白。Eph家族蛋白由不少于15個(gè)Eph受體和9個(gè)Ephrin配體組成，根據(jù)序列的同源性及各自結(jié)合的配體可分為EphA和EphB兩類。一般來說，Eph與Ephrin在同類之間發(fā)生結(jié)合，如EphAs (EphA1-A8、A10)通過糖基磷脂酰肌醇與EphrinsA1-A6結(jié)合，EphBs (EphB1-B4、B6)則是與EphrinsB1-B3跨膜結(jié)合[9]，但也存在交叉結(jié)合的現(xiàn)象，如EphB2可以與EphrinA5結(jié)合[10-11]。Eph與其配體Ephrin結(jié)合后才能被激活并產(chǎn)生作用。Eph/Ephrin的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是雙向信號(hào)通路，其中正向轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)是Eph與其配體Ephrin結(jié)合發(fā)生Eph自身激活，再激活下游的信號(hào)分子；而反向轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)是Eph與Ephrin結(jié)合后，通過Ephrin的激活發(fā)揮效應(yīng)[12]。需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然Eph和Ephrin通過結(jié)合發(fā)揮作用，但無論是Eph還是Ephrin都可獨(dú)立參與細(xì)胞表面其他信號(hào)系統(tǒng)，如表皮生長(zhǎng)因子受體促進(jìn)細(xì)胞遷移及增殖的過程有EphA2的參與，但這一過程未必有Ephrin參與[13]。

Eph/Ephrin在各個(gè)系統(tǒng)中均有作用，但在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用最為顯著。目前認(rèn)為Eph/Ephrin在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中扮演了重要角色，如神經(jīng)元細(xì)胞遷移、軸突導(dǎo)向、自動(dòng)調(diào)節(jié)細(xì)胞接觸等[14]，Eph/Ephrin還可以調(diào)節(jié)大腦細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)腦血管生成[15]，甚至對(duì)皮質(zhì)脊髓束功能的正常發(fā)育也不可或缺[16]。Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病中發(fā)揮著重要作用。

2 Eph/Ephrin家族蛋白與缺血性腦血管病

2.1腦梗死 腦梗死又稱缺血性卒中，是指腦血管突然堵塞或大腦血流量突然減少導(dǎo)致的腦細(xì)胞缺血、缺氧[17]，其約占腦血管意外事件的88%[18]。腦梗死的病理生理機(jī)制十分復(fù)雜，梗死發(fā)生后，初期病理生理改變是腦細(xì)胞能量衰竭和離子平衡紊亂，隨后氧化應(yīng)激損傷、興奮性氨基酸毒性、炎癥反應(yīng)及血腦屏障功能受損等共同作用導(dǎo)致神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行性死亡[19]。神經(jīng)功能保護(hù)與溶栓是目前治療腦梗死的主要措施[20]。截至目前，美國(guó)食品藥品管理局只批準(zhǔn)了一種用于治療急性缺血性卒中的手段，即靜脈注射重組組織型纖溶酶原激活劑[21]，但治療的時(shí)間窗非常有限，且不良反應(yīng)較多，有出血風(fēng)險(xiǎn)。因此，迫切需要尋找更多有效治療腦梗死的藥物。

2.1.1EphA/EphrinA Eph/Ephrin家族的許多成員在缺血性腦血管病發(fā)生后都有所改變。研究表明，EphrinA5可在梗死周圍皮質(zhì)的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞中被誘導(dǎo)激活，從而抑制軸突發(fā)芽，但與此機(jī)制相關(guān)的EphrinA5的EphA受體尚不明確[22]。用EphA4和EphA5分別阻斷EphrinA5發(fā)現(xiàn)，EphA4阻斷后產(chǎn)生最強(qiáng)的發(fā)芽反應(yīng)，提示此機(jī)制中EphrinA5的受體可能是EphA4[22]。另一項(xiàng)研究證實(shí)，腦梗死后大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞中EphrinA1和EphrinA5的表達(dá)增高，而任務(wù)特異性訓(xùn)練可降低EphrinA1和EphrinA5的表達(dá)[23]。綜上所述，降低EphrinA1和EphrinA5的表達(dá)及任務(wù)特異性訓(xùn)練可能是促進(jìn)腦卒中患者功能恢復(fù)的有效手段。

EphA4主要在神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)，并且也是神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的Eph受體。一項(xiàng)針對(duì)EphA4的研究表明，與腦梗死后EphA4信號(hào)通路正常的小鼠相比，抑制EphA4信號(hào)通路的小鼠運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)得更好，但兩者的梗死面積相似。說明抑制EphA4提高腦梗死后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的機(jī)制不是神經(jīng)保護(hù)性的，而是通過恢復(fù)神經(jīng)功能，其機(jī)制可是EphA4抑制通過增加興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2的水平、降低谷氨酸毒性，改善腦卒中后小鼠神經(jīng)功能的恢復(fù)[24]。

腦梗死后，敲除EphA2的小鼠腦梗死體積顯著縮小、神經(jīng)功能明顯改善[25]，其機(jī)制可能是腦梗死后EphA2受體的失活促進(jìn)了腦內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接的形成，降低了腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性。因此，EphA2缺乏小鼠腦內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)明顯減少，這對(duì)腦梗死的預(yù)后是有益的。此外，腦梗死后EphA2受體可能還直接促進(jìn)了凋亡介導(dǎo)的細(xì)胞死亡，且EphA2受體及其高親和力配體EphrinA1-A3直接參與了血腦屏障的破壞和缺血損傷后神經(jīng)元的丟失[25]。

2.1.2EphB/EphrinB EphB/EphrinB也在腦梗死中扮演了重要角色，腦缺血后會(huì)刺激內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生，但這一現(xiàn)象未必有助于神經(jīng)功能恢復(fù)，因?yàn)樾律窠?jīng)元的存活率和分化率較低。研究證實(shí)，EphrinB3調(diào)節(jié)了內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生。在EphrinB3敲除小鼠中，腦缺血后神經(jīng)發(fā)生強(qiáng)烈增強(qiáng)，但由于胱天蛋白酶3介導(dǎo)的缺血性損傷也會(huì)加重，因此總體來看并不能促進(jìn)功能恢復(fù)；而在抑制EphrinB3和胱天蛋白酶3的小鼠中，腦梗死面積明顯縮小，說明EphrinB3可能是治療腦梗死的有效靶點(diǎn)[26]。血腦屏障破壞后引起的腦水腫是腦梗死后的主要并發(fā)癥，腦梗死后的腦組織中也存在血管新生現(xiàn)象，促進(jìn)血管新生可促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)、清除壞死組織、改善腦組織血流供應(yīng)。EphrinB2/EphB4在腦梗死后的神經(jīng)血管保護(hù)和血腦屏障恢復(fù)中起著關(guān)鍵性作用。大腦中動(dòng)脈閉塞后，抑制EphrinB2/EphB4信號(hào)通路會(huì)抑制神經(jīng)血管修復(fù)，導(dǎo)致腦細(xì)胞腫脹加重；相反，腦缺血后EphB4的局部過表達(dá)可激活EphrinB2，EphrinB2的激活導(dǎo)致周細(xì)胞募集以及內(nèi)皮周細(xì)胞相互作用增加，加速缺血后神經(jīng)血管修復(fù)，同時(shí)內(nèi)皮周細(xì)胞還可通過增加緊密連接蛋白的表達(dá)以修復(fù)緊密連接，從而促進(jìn)輕度缺血后早期血腦屏障的恢復(fù)[27]。在大鼠腦梗死模型中，采用雙重免疫熒光標(biāo)記法對(duì)EphrinB2進(jìn)行染色，在缺血半暗帶擴(kuò)展的血管周圍中觀察到EphrinB2有濃聚現(xiàn)象[28]。因此認(rèn)為，大鼠腦梗死后血管新生的調(diào)控過程中可能有EphrinB2的參與，并很可能通過增強(qiáng)血管生成和神經(jīng)發(fā)生改善梗死預(yù)后。之后的研究進(jìn)一步闡釋了EphrinB2增強(qiáng)血管生成的具體通路，即通過調(diào)控促血管生成素(angiopoietin，Ang)增強(qiáng)腦梗死后血管生成，在缺血再灌注早期，EphrinB2可抑制Ang-1的表達(dá)，促進(jìn)Ang-2的表達(dá)，從而促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的萌芽生長(zhǎng)，形成新生血管；在缺血亞急性期，EphrinB2可同時(shí)促進(jìn)Ang-1和Ang-2的表達(dá)，從而有利于內(nèi)皮細(xì)胞增殖和神經(jīng)血管成熟[29]。

EphB2在腦梗死中也發(fā)揮著重要作用。最新研究表明，在大腦中動(dòng)脈閉塞的小鼠腦梗死模型中，EphB2敲除小鼠的腦梗死面積、腦細(xì)胞腫脹程度及神經(jīng)功能損害程度均低于EphB2未敲除小鼠，其機(jī)制是敲除EphB2后，與小鼠腦梗死后急性炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)降低、腦細(xì)胞對(duì)谷氨酸興奮毒性的易感性降低，從而改善腦梗死的預(yù)后[30]。

以上研究證明，Eph/Ephrin家族在腦梗死的病理生理機(jī)制中扮演了重要角色，為開發(fā)有效治療腦梗死的藥物提供了理論基礎(chǔ)。

2.2短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack，TIA) TIA是各種原因?qū)е碌木衷钚阅X細(xì)胞缺血引起的可逆性的、短暫的神經(jīng)功能缺損，通常持續(xù)時(shí)間短，且不遺留影像學(xué)證據(jù)，易被醫(yī)師和患者所忽略。TIA后第1日導(dǎo)致缺血性卒中的概率最大，因此早期治療對(duì)于預(yù)防缺血性卒中很有必要[31]。在大鼠TIA模型中，抑制EphA4介導(dǎo)的EphrinA3反向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可增加星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，降低星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸攝取能力，并保護(hù)海馬神經(jīng)元免受缺血條件下谷氨酸興奮毒性的影響[32]。另一項(xiàng)針對(duì)大鼠全腦TIA模型的究顯示，TIA后海馬CA1區(qū)EphrinA3和EphA4的表達(dá)增加，阻斷EphrinA3/EphA4的相互作用可通過抑制胱天蛋白酶3活化減少海馬神經(jīng)元的凋亡，提示EphrinA3/EphA4信號(hào)通路在缺血誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元凋亡中的重要作用[33]，可能是TIA患者潛在的治療靶點(diǎn)。

2.3缺血缺氧性腦損傷(hypoxic-ischemic brain damage，HIBD) HIBD在臨床上較為常見，主要由新生兒缺氧、窒息導(dǎo)致[34]。圍生期缺氧、缺血常導(dǎo)致新生兒認(rèn)知功能障礙和慢性腦損傷，目前治療方案有限。雖然近年來關(guān)于新生兒窒息恢復(fù)的研究取得了一些進(jìn)展，但HIBD的預(yù)后仍未得到明顯改善[35]。EphrinB2/EphB4在新生血管成熟中起著重要作用[36]。一項(xiàng)研究測(cè)定了正常早產(chǎn)大鼠和缺氧缺血損傷早產(chǎn)大鼠腦組織中EphrinB2和EphB4的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)，正常早產(chǎn)大鼠的腦組織中EphrinB2和EphB4呈正常表達(dá)，而缺氧缺血損傷早產(chǎn)大鼠中，EphrinB2和EphB4的表達(dá)明顯上調(diào)，EphrinB2在新生血管的動(dòng)脈表達(dá)，而EphB4在新生血管的靜脈表達(dá)，缺氧缺血誘導(dǎo)的腦白質(zhì)損傷的動(dòng)脈是產(chǎn)生新生血管生成現(xiàn)象的主要場(chǎng)所[37]。EphrinB2和EphB4為開發(fā)抗血管新生因子或促血管新生因子藥物提供了可能，并可根據(jù)新生血管生成的特異性，開發(fā)出特異性地選擇動(dòng)脈通過的藥物。

2.4慢性腦缺血 慢性腦缺血是臨床上常見的腦損傷，是各種類型腦血管病的主因，是多種因素引起的長(zhǎng)期腦組織低灌注狀態(tài)，進(jìn)而引起神經(jīng)功能減退，導(dǎo)致認(rèn)識(shí)功能障礙。慢性腦缺血參與了多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理過程，如阿爾茨海默病、腦梗死、血管性癡呆等，慢性腦缺血的病理?yè)p傷機(jī)制十分復(fù)雜，近年來的研究表明，慢性腦缺血通過引發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)、參與細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、葡萄糖代謝、調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)功能等導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙[38]。EphA4是神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的Ephrin受體，其在不同的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮著不同的作用。在大鼠慢性腦缺血模型中，慢性腦缺血大鼠中的海馬區(qū)及皮質(zhì)區(qū)EphA4的表達(dá)持續(xù)升高[39]，提示EphA4可能是通過抑制海馬環(huán)路重組與突觸發(fā)生阻止認(rèn)識(shí)功能的恢復(fù)，這可能是慢性腦缺血導(dǎo)致神經(jīng)再生障礙的重要原因之一。一項(xiàng)關(guān)于慢性腦缺血大鼠的研究證實(shí)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植后，大鼠海馬CA1區(qū)EphB2的表達(dá)上調(diào)，且認(rèn)識(shí)功能明顯改善，說明EphB2可能參與了腦供血不足導(dǎo)致的認(rèn)識(shí)功能改變，但具體機(jī)制尚不明確，仍需進(jìn)一步研究[40]。以上研究為開發(fā)改善慢性腦缺血患者認(rèn)知功能的靶向藥物提供了理論基礎(chǔ)。

3 Eph/Ephrin家族蛋白與出血性腦血管病

Eph/Ephrin在出血性腦血管病中同樣發(fā)揮著重要作用。蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是一種嚴(yán)重且不常見的中風(fēng)亞型，是指腦血管破裂血液直接進(jìn)入蛛網(wǎng)膜下腔。近年來由于診斷更及時(shí)、動(dòng)脈瘤的早期修復(fù)、重癥監(jiān)護(hù)技術(shù)及尼莫地平的應(yīng)用，SAH患者的生存率增加了17%，但病死率仍高[41]。早期腦損傷是導(dǎo)致SAH患者死亡的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，EphA4可通過Ephexin-1/Rock2途徑加重血腦屏障破壞及神經(jīng)元死亡，使SAH后的早期腦損傷加重，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為治療人類SAH提供了線索[42]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，成年大鼠腦出血6、24、48、72 h后，EphrinB3的表達(dá)均增加，提示EphrinB3在腦出血發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸過程中均發(fā)揮一定的作用，有可能成為早期反映腦出血后白質(zhì)損傷程度的血清指標(biāo)之一，同時(shí)也為腦出血的治療提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)[43]。一項(xiàng)關(guān)于腦動(dòng)靜脈畸形的研究顯示，EphB4可能在維持血管壁完整性方面起調(diào)節(jié)作用，EphB4功能失調(diào)可能會(huì)導(dǎo)致血管不穩(wěn)定性，使患者腦出血風(fēng)險(xiǎn)增加，這為降低腦動(dòng)靜脈畸形患者腦出血風(fēng)險(xiǎn)提供了可能[44]。雖然目前關(guān)于Eph/Ephrin在出血性腦血管病中的作用的研究較少，但鑒于Eph/Ephrin在神經(jīng)系統(tǒng)中的重要作用，相信還有更多的Eph/Ephrin成員影響著出血性腦血管病，其在出血性腦血管病的治療中仍有廣闊的前景，但還需后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究來驗(yàn)證。

4 小 結(jié)

近年來，關(guān)于Eph/Ephrin信號(hào)通路的病理學(xué)意義已被研究所揭示，尤其是在腫瘤領(lǐng)域[45]，關(guān)于Eph受體的腫瘤靶向藥物正在臨床試驗(yàn)中[46]，但其生殖和發(fā)育毒性仍是一個(gè)有待解決的問題[45]。Eph/Ephrin信號(hào)通路在腦血管病的多種病理生理過程發(fā)揮著重要作用，如軸突發(fā)芽、血管新生、谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)、腦血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性、血腦屏障修復(fù)、調(diào)控Ang以及抑制胱天蛋白酶3活化等。隨著對(duì)該信號(hào)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)及其在腦血管病中研究的深入，Eph/Ephrin信號(hào)通路作為生物學(xué)指標(biāo)診斷腦血管病、作為有效的治療靶點(diǎn)開發(fā)腦血管病治療藥物、判斷腦血管病患者的預(yù)后方面會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)。