腦缺血再灌注損傷信號通路的研究進展

李瀾芯，何 甜，石清明，胡 諜，李丹鳳，肖 莉

(1.成都醫(yī)學院2018級麻醉學專業(yè)，四川 成都 610500；2.成都醫(yī)學院2018級臨床醫(yī)學專業(yè)，四川 成都 610500；3.西部戰(zhàn)區(qū)疾病預防控制中心，甘肅 蘭州 730020；4.成都醫(yī)學院2018級預防醫(yī)學專業(yè)，四川 成都 610500；5.成都醫(yī)學院2017級醫(yī)學影像學專業(yè)，四川 成都 610500；6.成都醫(yī)學院人體解剖與組織胚胎學教研室/發(fā)育與再生重點實驗室，四川 成都 610500)

缺血—再灌注(ischemia-reperfusion,I/R)是指組織和器官在發(fā)生缺血后重新得到血液的過程。有些情況下I/R可使組織器官的功能得到恢復，但有時I/R不僅不能恢復組織器官的功能，反而會加重組織器官的功能障礙和結構損傷，這種現(xiàn)象稱為I/R損傷。I/R損傷已經成為許多疾病中較嚴重的致死因素，其中最為棘手的是腦I/R損傷。在許多疾病中都非常容易發(fā)生腦缺血，但機體為了維持穩(wěn)態(tài)會產生反饋作用，使大腦快速得到血液重新供應，從而導致腦I/R損傷。腦

I/R損傷較容易發(fā)生在缺血性腦血管疾病(ischemic cerebral vascuIar disease，ICVD)中，ICVD已經成為當今社會致死率、致殘率較高的疾病之一，是重點防治的一種疾病。研究表明，導致腦I/R損傷的機制很多，如炎癥反應、細胞凋亡和氧化應激等[1]。腦I/R易引起強烈的炎癥反應，釋放大量的炎癥因子，導致神經元損傷，進而導致腦功能障礙，甚至導致患者死亡[2]；細胞凋亡是一種可逆的損傷，是腦I/R導致神經細胞死亡的重要病理機制；而氧化應激是因為自由基在體內生成過多而造成，是導致腦I/R損傷的另一個重要因素。本文擬從信號通路對腦I/R損傷的保護性和損傷性作用機制入手，系統(tǒng)闡述導致腦I/R損傷的常見信號通路，從而加深臨床對其病理生理機制的了解，以便為臨床治療和針對性藥物的研發(fā)提供參考。

1 損傷性機制

1.1 NF-κB信號通路

核轉錄因子(nuclear factor-kappaB，NF-κB)是氧化應激信號的靶目標。NF-κB蛋白在胞質中與抑制蛋白I-κB結合形成了三聚體復合物而處于失活狀態(tài)，上游信號因子腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)與細胞膜表面受體結合后，受體構象改變并將信號傳遞給I-κB激酶(I-κB kinase，IKK)，進而使I-κB蛋白磷酸化并將其從三聚體中解離出來，隨后NF-κB二聚體露出核定位序列(nuclear localization sequence，NLS)，NF-κB二聚體迅速從細胞質進入細胞核內，與核內DNA上的特異序列相結合，促進相關基因的轉錄[3]。相關研究表明，NF-κB信號通路的激活可導致許多蛋白異常和一些炎癥細胞因子的合成與釋放[4]，引發(fā)更多的免疫細胞聚集，過度激活局部炎癥反應，導致腦I/R損傷[2]。NF-κB的持續(xù)性激活會導致與細胞周期相關的蛋白活性異常，同時還能調控某些生長因子水平。血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是介導新血管生成的基因，也受NF-κB的調節(jié)，通過調控NF-κB信號通路增強介導新血管生成基因的轉錄又會對腦起到保護作用[5]。Du等[6]研究發(fā)現(xiàn)，紅花黃色素B對氧化應激所致的腦損傷具有神經保護作用，其通過AMP依賴的蛋白激酶抑制NF-κB信號通路，減少炎癥細胞因子的表達，從而保護腦I/R損傷。

1.2 JNK信號通路

c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)又被稱為應激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)。在細胞未受刺激時，JNK主要存在于細胞質和細胞核中，在受到刺激后，其迅速在細胞核內積累，導致相應基因表達發(fā)生變化。梁勇等[7]研究表明，神經調節(jié)素1β可通過抑制JNK信號通路，從而緩解大鼠腦I/R損傷。JNK信號通路也可通過其他物質對腦I/R損傷產生影響。有實驗研究表明，異氟醚后處理可通過調節(jié)TGF-β1/SMAD信號通路進而抑制p-JNK1/2的表達，發(fā)揮對大鼠腦I/R損傷的神經保護作用[8]。

1.3 JAK-STAT信號通路

JAK是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶。STAT是信號傳導及轉錄激活因子，內含有SH2結構域，可與特定的含磷酸化酪氨酸的肽段結合。受上游受體分子的信號激活，JAK蛋白迅速聚集在受體上被激活?；罨腏AK激活受體發(fā)生酪氨酸磷酸化，而受體分子上被磷酸化的酪氨酸是STATSH2信號分子的識別和結合位點。與受體結合后的STAT也發(fā)生酪氨酸磷酸化，并形成二聚體進入細胞核。有些不具激酶活性的受體胞內段也有酪氨酸激酶JAK的結合位點，通過受體與配體結合、JAK的激活，多種靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化，進而實現(xiàn)信號由胞外到胞內的傳遞。近年來，中醫(yī)藥在通過JAK-STAT信號通路抗細胞凋亡方面取得了一定的進展，細胞凋亡對腦I/R損傷造成的影響不可忽略，而苦參堿和氧化苦參堿都是苦參中有效抑制增殖和凋亡的成分，馬錢子堿、黃芩苷可通過JAK-STAT信號通路抑制抗損傷[9-10]。魏小于等[11]研究發(fā)現(xiàn)，白及多糖能夠通過調節(jié)JAK2/STAT3通路抑制腦I/R大鼠的腦細胞凋亡、炎癥反應，從而發(fā)揮保護作用。通過對JAK-STAT信號通路作用機制的了解，可以準確地運用靶向藥物來緩解腦I/R損傷。

2 保護性機制

2.1 PI3K/AKT信號通路

PI3K是一種細胞內磷脂酰肌醇激酶，由調節(jié)亞基P85和催化亞基P110組成。PI3K本身具有絲氨酸激酶(Ser)、蘇氨酸激酶(Thr)的活性。蛋白激酶B又稱AKT,是一種絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶，在多種細胞存活和凋亡中發(fā)揮關鍵作用，當PI3K與生長因子受體結合后，可改變AKT的蛋白結構使其活化，并以磷酸化作用激活或抑制下游一系列底物，從而調節(jié)細胞的增殖、分化和凋亡[12]。AKT也可激活IKK，與NF-κB通路相互影響。Wen等[13]的研究顯示,6’-O-沒食子酰芍藥苷(6’-O-Galloyl paeoniflorin，GPF)是從芍藥根中分離得到的芍藥苷的沒食子?；?galloylated)衍生物，具有抗氧化潛力，且體內研究表明，GPF可顯著減少大鼠腦I/R所致的梗塞體積，并改善其神經功能缺損，減輕氧化應激、炎癥反應和細胞凋亡。因此，在PI3K/AKT/Nrf2途徑激活后，I/R損傷后GPF對氧化應激、炎癥反應和細胞凋亡具有神經保護作用。

2.2 Keap1/Nrf2/ARE信號通路

Keap1是指經酵母雙雜交方法分離得到的具有Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白1，相對分子量為69 kD。Keap1有5個結構域，分別是NTR、IVR、BTB、DGR和CTR，其中DGR區(qū)域又稱Kelch區(qū)域，是Keap1和Nrf2的Neh2結合區(qū)域[14]。核因子E2相關因子2(nuclear factor-E2-related factor 2,Nrf2 ) 包含一個高度保守的基本區(qū)域——亮氨酸拉鏈(bZIP)結構。Itoh等[15]根據Nrf2的保守序列，將Nrf2劃分為6個特定功能的相關蛋白同源結構域(Nfr2-ECH Homology,Neh)，并將這些結構功能域命名為Neh1～Neh6，Neh2區(qū)上的絲氨酸殘基稱degron結構，是泛素化依賴蛋白酶作用的靶分子。Keap1/Nrf2可以理解為兩部分，一部分在細胞質，另一部分在細胞核。Keap1與Nrf2在細胞質中結合是處于未激活狀態(tài)，若一直未被激活，Nrf2會被泛素化進而被降解，但Neh2區(qū)上的degron結構可被磷酸化而使構象改變，從而阻礙泛素化依賴蛋白酶的降解。當受到自由基或其他親核劑刺激，Keap1/Nrf2的結合就不穩(wěn)定，釋放出Nrf2并被轉移到細胞核與ARE結合，激活下游基因的轉錄，調控Ⅱ代謝酶、抗氧化酶或藥物轉運體的轉錄活性，從而發(fā)揮抗氧化損傷作用。線粒體在進行有氧呼吸提供能量方面具有十分重要的作用，一旦線粒體功能障礙，會導致各個系統(tǒng)運作失常(比如細胞酸中毒)，進而導致離子分布異常，動作電位傳導異常，神經元功能障礙。王亞楠等[16]研究表明，在腦I/R損傷中，Keap1/Nrf2/ARE信號通路能調控線粒體分裂，減少細胞凋亡，減輕腦損傷。還有研究表明Keap1/Nrf2/ARE信號通路通過調節(jié)線粒體自噬作用對腦I/R損傷起保護作用[17]。

2.3 Nrf2/HO-1信號通路

Nrf2是調節(jié)細胞氧化還原功能的轉錄因子，Nrf2蛋白由605個氨基酸組成，有6個特定功能的相關蛋白同源結構域[18]。血紅素加氧酶(heme oxygenase，HO)是血紅素分解代謝過程中的限速酶，可以催化血紅素降解為一氧化碳、膽綠素和亞鐵離子，HO分為HO-1、HO-2、HO-3幾種亞型，幾乎所有的細胞在應激狀態(tài)下都會產生HO-1，HO-1具有抗炎、抗氧化等作用，可能與啟動子中的高多態(tài)性(GT)n片段有關，研究表明較長的(GT)n序列與HO-1表達減少和抗氧化應激能力降低有關，而短的(GT)n重復序列可使HO-1基礎表達更高，刺激后上調更強[19]。Nrf2/HO-1是調控內源性氧化應激的關鍵信號通路，而氧化應激是腦I/R損傷的重要途徑，Nrf2/HO-1信號通路的激活可以通過增強偶聯(lián)反應和細胞抗氧化能力控制基因的表達，從而調控參與解毒及消除活性氧的蛋白產生，同時通過轉錄保護性誘導基因來維持細胞氧化還原的穩(wěn)態(tài)，從而抵抗I/R對機體造成的氧化應激損傷[20]。鞏敏杰等[21]研究褪黑素對腦I/R損傷的保護作用，其機制可能為褪黑素激活Nrf2/HO-1信號途徑，促進抗氧化蛋白HO-1的表達。Gao等[22]研究首次證明了從枸杞果實中分離出來的酚酰胺的二聚體Lyciumamide A可通過激活Nrf2/HO-1途徑來預防腦I/R損傷，改善氧化損傷和神經細胞凋亡。

3 展望

腦I/R損傷的機制有興奮性氨基酸毒性作用、自由基和活性氧物質與炎癥介質增多、鈣超載等。本文就信號通路方面進行詳述，列舉了一些損傷性和保護性信號通路。NF-κB信號通路的激活可調節(jié)炎癥狀態(tài)下的細胞增殖和凋亡；JNK信號通路在受到刺激后通過導致相應基因表達改變來對腦I/R產生損傷作用；PI3K/AKT信號通路可以通過調節(jié)一氧化氮合酶磷酸化產生一氧化氮來調節(jié)血管內皮細胞損傷；Nrf2/HO-1抗氧化元件信號通路的激活是細胞防御氧化應激的主要機制。Keap1/Nrf2/ARE信號通路和NF-κB信號通路可通過Keap1聯(lián)系在一起，Keap1除了能調節(jié)Nrf2，還能直接影響NF-κB信號通路[9]。由于腦I/R損傷的病理機制十分復雜，各種信號通路之間又相互關聯(lián)、共同作用，因此對于其機制還需要進一步研究。