自噬與炎癥反應(yīng)對(duì)缺血性腦卒中影響的研究進(jìn)展

于 靜，吳曉光

（承德醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，河北承德 067000）

缺血性腦卒中也稱腦梗死，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā)率的特點(diǎn)，隨著人口老齡化，現(xiàn)已成為我國(guó)成年人致死和致殘的首位原因[1]，針對(duì)缺血性腦卒中的深入研究十分必要。有研究顯示[2，3]，缺血性腦卒中與炎癥和自噬在致病因素和治療機(jī)制途徑上都具有相關(guān)性，但對(duì)于炎癥與自噬相互交叉作用在缺血性腦卒中方面的研究較為少見。本文將圍繞引發(fā)缺血性腦卒中的發(fā)生與自噬、炎癥的關(guān)系和缺血性腦卒中病變發(fā)生后炎癥、自噬及其相互作用機(jī)制作一綜述。

1 缺血性腦卒中的發(fā)生危險(xiǎn)因素

血栓形成和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊脫落后，漂浮在血管內(nèi)造成堵塞，致使局部血流量改變，以及造成血管狹窄是引發(fā)缺血性腦卒中的主要原因[4]。此外，吸煙、高血壓和糖尿病也是腦卒中的相關(guān)危險(xiǎn)因素[5]。

1.1 血栓的形成與自噬炎癥相關(guān)

缺血性腦卒中的形成因素很多，其中血栓的形成成為缺血性腦卒中發(fā)生的常見誘因，它造成腦血管中阻塞，使得腦部血流量異常，引起局部缺血。造成缺血性腦卒中的血栓主要形成于腦動(dòng)脈、頸動(dòng)脈內(nèi)，這類血栓的形成主要是源于血管內(nèi)皮細(xì)胞受損，導(dǎo)致凝血系統(tǒng)開啟凝血酶，以及血漿中的纖維蛋白使血小板凝塊與血細(xì)胞纏結(jié)成血凝塊。除此以外，血栓的形成與炎癥因子有關(guān)，有研究者發(fā)現(xiàn)白介素-6（IL-6）與促血栓形成有關(guān)[6]。普遍認(rèn)為炎癥反應(yīng)是機(jī)體對(duì)受損后產(chǎn)生的防御反應(yīng)，產(chǎn)生多種炎性因子，由于炎癥細(xì)胞因子可加劇血管內(nèi)皮細(xì)胞的受損程度，進(jìn)而影響血栓形成。重組血栓調(diào)節(jié)蛋白通過(guò)AKT以及mTOR通路抑制LC3、ATG5、Beclin-1自噬蛋白的表達(dá)，為血管內(nèi)皮細(xì)胞提供保護(hù)，借此減輕動(dòng)脈粥樣硬化的病變，這項(xiàng)研究已被證實(shí)[7]。因此，針對(duì)血栓造成的缺血性腦卒中治療，既可以使用抗血小板藥物，也可嘗試使用抗炎藥與自噬抑制劑相結(jié)合。

1.2 動(dòng)脈粥樣硬化的形成與自噬炎癥相關(guān)

動(dòng)脈粥樣硬化是引起心腦血管疾病眾多誘因中最為常見的一種。動(dòng)脈粥樣硬化的形成造成動(dòng)脈壁質(zhì)地變硬、加厚, 管腔狹窄，閉塞后期形成斑塊，斑塊的破裂、脫落就會(huì)造成腦部缺血性梗死等一系列級(jí)聯(lián)效應(yīng)。在動(dòng)脈粥樣硬化引發(fā)的眾多影響當(dāng)中，動(dòng)脈粥樣硬化與炎癥反應(yīng)、自噬反應(yīng)的相關(guān)性已有較多學(xué)者參與研究。Geng等[8]發(fā)現(xiàn)，通過(guò)誘導(dǎo)一種腫瘤抑制因子microRNA-129-5p的增加以減少內(nèi)皮細(xì)胞中Beclin-1，影響其翻譯過(guò)程，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，以此說(shuō)明內(nèi)皮細(xì)胞自噬對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的形成有拮抗作用。一些炎癥、自噬相關(guān)信號(hào)通路或標(biāo)志物，如p38/MAPK信號(hào)通路、NF-κB/TLR4信號(hào)通路以及LC3-II、mTOR的表達(dá)與動(dòng)脈粥樣硬化都存在關(guān)系[9-13]，并且也有研究提示，抑制血清中的炎癥因子可幫助改善由動(dòng)脈粥樣硬化引發(fā)的缺血性腦卒中[14]。姚偉娟等[15]也在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成中發(fā)現(xiàn)，一種結(jié)合蛋白原肌球蛋白調(diào)節(jié)蛋白（Tmod1）在斑塊的巨噬細(xì)胞中存在，敲除Tmod1可減少斑塊面積，他們還在海馬、嗅球中發(fā)現(xiàn)原肌球調(diào)節(jié)蛋白，且在軸突、樹突狀細(xì)胞數(shù)量和形成方面有關(guān)聯(lián)，將此蛋白作為動(dòng)脈粥樣硬化對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病損傷后自噬修復(fù)的靶點(diǎn)是新的研究方向。

總之，引發(fā)缺血性腦卒中的兩大主要因素—血栓與動(dòng)脈粥樣硬化的形成，都和機(jī)體的自噬反應(yīng)、炎癥反應(yīng)呈現(xiàn)出相關(guān)性。既然缺血性腦卒中的形成與炎癥自噬相關(guān)，那么缺血性腦卒中發(fā)生后引起的損傷、修復(fù)必然也脫離不了炎癥與自噬的影響。因此，炎癥和自噬之間存在的交叉影響、串?dāng)_關(guān)系也是必然的。

2 炎癥與自噬的交叉影響

眾所周知，神經(jīng)元作為一種不可再生、不可分裂的腦內(nèi)細(xì)胞，在腦內(nèi)起著至關(guān)重要的作用。缺血性腦卒中的發(fā)生通過(guò)炎癥和自噬的三種不同方式（巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬）對(duì)神經(jīng)元表現(xiàn)出加劇損傷和保護(hù)的雙重現(xiàn)象。

2.1 缺血性腦卒中后神經(jīng)炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)作為一種以損傷誘導(dǎo)機(jī)體保護(hù)、修復(fù)能力增強(qiáng)為主要功能的免疫機(jī)制，在缺血性腦卒中發(fā)生后，腦中血管功能出現(xiàn)障礙，使得炎癥反應(yīng)進(jìn)一步惡化，加速神經(jīng)細(xì)胞的死亡過(guò)程。神經(jīng)炎癥的產(chǎn)生使白介素類細(xì)胞因子分泌增加，還會(huì)激活小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生一些一氧化氮、活性氧自由基等一系列具有神經(jīng)毒性的介質(zhì)物質(zhì)。首先，在缺血性腦卒中發(fā)生后，梗死灶周圍造成急性局部缺血的現(xiàn)象在短時(shí)間內(nèi)很快引起三磷酸腺苷(ATP)的干涸，導(dǎo)致能量和蛋白質(zhì)合成障礙，細(xì)胞膜通透性增加，血腦屏障的通透性隨之發(fā)生改變，然后隨著乳酸產(chǎn)生增多，細(xì)胞內(nèi)外出現(xiàn)酸中毒，去極化和大量Ca2+內(nèi)流引起失衡，進(jìn)一步造成神經(jīng)遞質(zhì)(多巴胺、谷氨酸、門冬氨酸、甘氨酸、γ-氨基丁酸、乙酰膽堿和天冬氨酸等)的異常累積，興奮性神經(jīng)毒性，細(xì)胞內(nèi)外的離子梯度不能正常維持K+外流和Na+內(nèi)流，最終引起腦水腫、炎性反應(yīng)增強(qiáng)，梗死面積增大，引起神經(jīng)細(xì)胞的炎癥、凋亡等多種不良現(xiàn)象[16]。小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化，釋放TNF-α、IL-6等炎性因子，降低NO的含量，降低小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)神經(jīng)元的損傷現(xiàn)象[17]。在肺炎球菌腦膜炎的研究中，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，也會(huì)產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-18（IL-18）和一些其他白細(xì)胞的炎性因子，由此導(dǎo)致腦水腫和腦神經(jīng)功能障礙，對(duì)神經(jīng)炎癥的減輕表現(xiàn)為對(duì)腦血管的保護(hù)作用[17]。TRIM8是一種E3泛素連接酶，在調(diào)節(jié)炎癥方面具有一定作用，通過(guò)抑制TRIM8來(lái)作用于NF-κB，激活相關(guān)炎癥可減輕缺血再灌注介導(dǎo)的腦損傷[18]。因此，缺血后各種因素引發(fā)的炎癥反應(yīng)在缺血性腦卒中的病理生理學(xué)研究中的重要性毋庸置疑。

2.2 缺血性腦卒中后神經(jīng)自噬反應(yīng)

炎癥反應(yīng)、消除炎癥與神經(jīng)損傷修復(fù)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)相互影響，自噬作為體內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞更新修復(fù)的一種機(jī)制，必然要在腦組織的損傷與修復(fù)中起到重要作用。通過(guò)不同的自噬途徑將受損神經(jīng)細(xì)胞分解，使其達(dá)到自我更新是自噬起保護(hù)作用的方式之一。其中熱休克蛋白 70（heat shock proteins，Hsp70）作為熱休克蛋白家族的明星蛋白研究較為廣泛，它是主要的伴侶蛋白之一通過(guò)分子伴侶介導(dǎo)途徑參與自噬，缺氧刺激是Hsp70呈現(xiàn)高表達(dá)的重要條件，且在多種組織器官中都有體現(xiàn)。有研究顯示，Hsp70對(duì)缺血性腦卒中以及神經(jīng)退行性疾病表現(xiàn)為一定的保護(hù)作用[19]。營(yíng)養(yǎng)缺乏可能是誘發(fā)自噬現(xiàn)象的最主要因素，除此以外，像一些高溫、缺氧等生理刺激也可促進(jìn)自噬的產(chǎn)生。低氧環(huán)境可以加強(qiáng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的自噬作用[20]。自噬作為維持體內(nèi)細(xì)胞平衡的一種調(diào)節(jié)機(jī)制，針對(duì)機(jī)體內(nèi)外環(huán)境產(chǎn)生應(yīng)激變化，在缺血性腦卒中發(fā)生后迅速進(jìn)入雙向調(diào)節(jié)狀態(tài)。在正常細(xì)胞狀態(tài)下，自噬處于低表達(dá)狀態(tài)，在神經(jīng)細(xì)胞受損不嚴(yán)重時(shí)適度增強(qiáng)自噬，從而產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，是機(jī)體進(jìn)行自我調(diào)節(jié)、自我保護(hù)的一種現(xiàn)象。當(dāng)細(xì)胞受損過(guò)久、自噬失控，則會(huì)逐漸演變?yōu)樽允尚运劳觯^(guò)度自噬會(huì)加劇損傷，此時(shí)通過(guò)抑制自噬減輕細(xì)胞的持續(xù)受損才是正確的選擇。通過(guò)使用自噬抑制劑3-MA預(yù)處理發(fā)現(xiàn)，可降低LC3-II以及Beclin-1的表達(dá)量，對(duì)應(yīng)驗(yàn)證使用自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素(RAPA)則出現(xiàn)相反的結(jié)果，說(shuō)明適度自噬可以具有神經(jīng)保護(hù)作用，而過(guò)度自噬則會(huì)出現(xiàn)腦水腫等加重神經(jīng)損傷的現(xiàn)象[21]。金絲桃苷通過(guò)PI3K/Akt和MAPK通路降低自噬水平的過(guò)度激化，降低自噬相關(guān)蛋白的水平，對(duì)癲癇誘發(fā)的神經(jīng)元損傷有保護(hù)作用[22]。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，成年組的高水平自噬，自噬相關(guān)的p-ULK、p-ULK-1/ULK-1比值以及細(xì)胞存活率等足以維持海馬神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)和數(shù)量，但是老年組自噬過(guò)度激活，這導(dǎo)致了CA1和CA3區(qū)的大量神經(jīng)元死亡，自噬相關(guān)的Beclin-1、LC3II蛋白水平低，提示神經(jīng)元出現(xiàn)死亡[23]。因此，自噬對(duì)神經(jīng)的雙重作用是肯定的，但損傷和保護(hù)雙重作用轉(zhuǎn)變臨界時(shí)間界限還需進(jìn)一步探索。

2.3 缺血性腦卒中后炎癥與自噬相互作用

炎癥和自噬在缺血性腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中表現(xiàn)為交叉作用，相互調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)錄因子NF-f2是一種重要的氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)因子，在小鼠海馬的小膠質(zhì)細(xì)胞中增加其活化，升高促炎細(xì)胞因子IL-6和TNF-α水平，以及NFκB-p65途徑的激活，同時(shí)伴隨著自噬的增加[24]。近些年，自噬被看作炎癥過(guò)程的仲裁者，是由于介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的獲得性免疫效應(yīng)細(xì)胞和先天性免疫系統(tǒng)的細(xì)胞都會(huì)受到自噬的影響，自噬反應(yīng)在這些細(xì)胞中的活動(dòng)，影響同源免疫防御的發(fā)展以及炎癥反應(yīng)的進(jìn)程。在永久性大腦中動(dòng)脈閉塞的實(shí)驗(yàn)中可誘導(dǎo)自噬的激活，同時(shí)，TNF-α、IL-1、β和IL-6的蛋白水平顯著降低，給予3-MA可顯著降低相關(guān)炎癥蛋白水平的表達(dá)，降低炎癥反應(yīng)[25]，而自噬誘導(dǎo)劑RAPA顯著促進(jìn)相關(guān)蛋白表達(dá)，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，提示自噬反應(yīng)可在一定程度減輕腦缺血后引起炎癥反應(yīng)。自噬對(duì)炎癥的抑制從來(lái)都不是單向的，也可通過(guò)抑制炎癥來(lái)促進(jìn)自噬。二甲雙胍可以通過(guò)mTOR/p70S6K信號(hào)通路抑制細(xì)胞炎癥，炎癥蛋白降低，同時(shí)增強(qiáng)脊髓損傷后Beclin-1和LC3B-II的表達(dá)，降低雷帕霉素蛋白和p70S6K的磷酸化水平，增強(qiáng)自噬，從而減輕脊髓神經(jīng)損傷[26]。α-芒果苷通過(guò)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路減輕炎癥程度，促進(jìn)自噬[27]。也有研究表明，自噬與炎癥不僅僅表現(xiàn)為拮抗作用。在IL-17A對(duì)腦出血的損傷作用的實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)提示IL-17A促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞自噬和小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥，而在用自噬基因(ATG5和ATG7)的RNA干擾抑制自噬時(shí)，可以減少小膠質(zhì)細(xì)胞的自噬和炎癥，兩者在此實(shí)驗(yàn)中顯現(xiàn)出協(xié)同作用[28]。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，缺血性腦卒中的形成和損傷修復(fù)與自噬、炎癥都具有相關(guān)性。自噬反應(yīng)與炎癥反應(yīng)不管是在腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病還是其他疾病中并非單一作用[29]，而是發(fā)揮交叉交互作用，從而維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)平衡，盡量減小過(guò)度自噬與炎癥對(duì)機(jī)體帶來(lái)的損傷。自噬反應(yīng)與炎癥反應(yīng)的關(guān)聯(lián)機(jī)制以及維持二者平衡的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)還是一個(gè)未知領(lǐng)域，未來(lái)我們可以通過(guò)二者的交叉信號(hào)通路或是相關(guān)蛋白進(jìn)一步探索發(fā)揮交互作用的標(biāo)志性通路或物質(zhì)。希望可以從基因組學(xué)以及蛋白組學(xué)方面入手，找到維持自噬反應(yīng)與炎癥反應(yīng)平衡標(biāo)志物、調(diào)控自噬與炎癥在保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞作用過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，以及機(jī)制途徑，根據(jù)不同的交互作用機(jī)制來(lái)選擇不同的治療藥物、對(duì)應(yīng)的治療方案和預(yù)后措施，這將在未來(lái)治療腦卒中疾病的研究中發(fā)揮重大作用。