過氧化物酶體增殖物激活受體PPAR在缺血性腦卒中作用的研究進(jìn)展

吳玉佳，高健美,2，龔其海,2

(遵義醫(yī)科大學(xué)1.基礎(chǔ)藥理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨特色民族藥教育部國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、2.藥學(xué)院，貴州 遵義 563000)

腦卒中是臨床上腦血管疾病中最常見的疾病之一，以猝然昏仆、口舌歪斜、半身不遂、語(yǔ)言不利為癥，是由于腦部血管突然阻塞或破裂，導(dǎo)致血液不能進(jìn)入大腦相應(yīng)組織而引起的因缺血、缺氧導(dǎo)致的一類腦部疾病。根據(jù)發(fā)病原因的不同，腦卒中又分為缺血性腦卒中(ischemia stroke，IS)和出血性腦卒中兩種，其中IS約占總發(fā)病人數(shù)的80%～85%[1]。IS具有高發(fā)病率、高致死率及高致殘率的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，給患者的家庭和整個(gè)社會(huì)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)[2]。我國(guó)在IS的發(fā)生率及其引發(fā)的疾病負(fù)擔(dān)方面位居全球第一位，其基本病理生理過程是腦缺血。目前治療IS最有效的措施是及時(shí)恢復(fù)缺血區(qū)域的血供。然而，臨床和實(shí)驗(yàn)研究均發(fā)現(xiàn)，缺血區(qū)恢復(fù)血供后可繼發(fā)腦缺血/再灌注損傷、腦水腫和出血轉(zhuǎn)化等多種病理學(xué)表現(xiàn)[3]。IS作用機(jī)制復(fù)雜，主要涉及神經(jīng)炎癥、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激損傷等密切相關(guān)。因此，闡明IS的作用機(jī)制，尋找新的治療靶點(diǎn)和藥物對(duì)防治缺血性卒中具有重要意義。

過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs)是核受體超家族中的配體激活轉(zhuǎn)錄因子，主要包括α、β、γ三種亞型，具有調(diào)節(jié)糖代謝和脂質(zhì)代謝、抑制炎癥和氧化應(yīng)激損傷的作用。PPARs是依賴配體的轉(zhuǎn)錄因子，可通過與調(diào)節(jié)基因增強(qiáng)子中的特定過氧化物酶體增殖物應(yīng)答元件結(jié)合來調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。在與激動(dòng)劑結(jié)合時(shí)，PPAR的構(gòu)象被改變，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄共激活因子的募集,導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的增加[4]。最近研究發(fā)現(xiàn)，PPARs不僅在糖尿病的病理發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，在缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，本文綜述國(guó)、內(nèi)外關(guān)于PPARs在IS中的作用及其可能的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制，旨在為闡明缺血性腦卒中的病理機(jī)制，尋找防治缺血性腦卒中的作用新靶點(diǎn)提供線索和依據(jù)。

1 PPARs通過抑制神經(jīng)炎癥發(fā)揮抗IS的作用

神經(jīng)炎癥是IS的核心機(jī)制之一，主要表現(xiàn)為腦內(nèi)的膠質(zhì)細(xì)胞過度激活釋放大量促炎癥因子，從而產(chǎn)生細(xì)胞毒性[5]。因此，抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)是治療IS的重要策略之一。

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，采用大腦中動(dòng)脈閉塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)法導(dǎo)致的IS大鼠模型腦中小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞被激活，導(dǎo)致促炎癥因子釋放增加，如白介素(interleukin，IL)-1β和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)；同時(shí)減少抗炎癥因子的釋放，如趨化因子(chemokine CXC ligand，CXCL)-9、CXCL-10、IL-4等[6]。此外，PPARα、PPARβ、PPARγ表達(dá)均明顯降低。PPARα激動(dòng)劑油酸乙醇胺能夠明顯抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞激活和膠質(zhì)瘢痕形成，進(jìn)而發(fā)揮抗IS神經(jīng)炎癥發(fā)揮的作用[7]。而PPARγ激動(dòng)劑米非司酮、葉黃素苷、吡格列酮能夠明顯升高M(jìn)CAO大鼠模型腦內(nèi)PPARγ的蛋白表達(dá)，進(jìn)而降低TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的水平發(fā)揮抗IS的作用[8]。值得注意的是，PPARα/γ雙重激動(dòng)劑GW0742明顯增加PPARα、PPARγ蛋白表達(dá)且減少促炎癥因子釋放，增加抗炎癥因子的水平發(fā)揮抗IS的作用，其作用機(jī)制可能與下調(diào)Toll樣受體/核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)和金屬蛋白酶的組織抑制劑-1蛋白之間的平衡有關(guān)[9]。有趣的是，PPARα激動(dòng)劑非諾貝特預(yù)處理僅可改善MCAO雄性小鼠的神經(jīng)功能并上調(diào)CD8+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，而對(duì)MCAO雌性小鼠的神經(jīng)功能無改善作用，并下調(diào)CD4+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。PPARα基因敲除(knock out，KO)雄性小鼠較PPARα KO雌性小鼠促炎癥因子基因表達(dá)增加[10]。

體外研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)明顯增加小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7炎癥因子表達(dá)并降低PPARα、PPARγ蛋白表達(dá)。PPARα激動(dòng)劑WY14643能夠明顯增加PPARα并降低TNF-α、IL-1β、IL-6、CXCL-1和CXCL-10的水平發(fā)揮抑制炎癥反應(yīng)的作用[11]。在氧糖剝奪再灌注(oxygen and glucose deprivation/reperfusion，OGD/R)模擬IS的小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7中，PPARα、PPARγ、促炎因子誘導(dǎo)性一氧化氮合酶、IL-6、TNF-α、γ-干擾素、高遷移率族蛋白B-1(high mobility group protein B-1，HMGB-1)的表達(dá)均升高。阿托伐他汀、羅格列酮作用后，PPARγ表達(dá)升高，抑制了OGD/R誘導(dǎo)促炎因子的表達(dá)[12]。PPARγ激動(dòng)劑銀杏內(nèi)酯B的衍生物作用后可以調(diào)節(jié)微膠質(zhì)細(xì)胞從促炎表型分化為抗炎表型，發(fā)揮抗炎作用。PPARα/γ雙重激動(dòng)劑阿格列扎能夠抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化進(jìn)而減少促炎性細(xì)胞因子的合成、釋放、遷移發(fā)揮抑制炎癥反應(yīng)的作用[13]。

以上研究結(jié)果顯示，PPARs能夠減少促炎因子的釋放、增加抗炎因子的生成，發(fā)揮抗IS神經(jīng)炎癥的作用。

2 PPARs通過抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗IS的作用

凋亡是機(jī)體自主程序性死亡主要方式之一，在機(jī)體發(fā)育過程中維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。IS后，自由基的產(chǎn)生，線粒體損傷過程中細(xì)胞色素C的釋放以及胱天蛋白酶的激活等死亡信號(hào)均可觸發(fā)細(xì)胞凋亡[14]。抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡是治療IS的重要策略之一。

體內(nèi)研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用缺氧缺血性腦損傷(hypoxic-ischemic brain injury，HIE)誘導(dǎo)建立的大鼠IS模型大腦中，PPARβ/δ的表達(dá)明顯降低；而PPARβ/δ激動(dòng)劑GW0742或腺病毒介導(dǎo)PPARβ/δ過表達(dá)能夠明顯增加HIE大鼠模型腦內(nèi)PPARβ/δ蛋白表達(dá)，進(jìn)而通過抑制凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/p38-絲裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)通路或NF-κB/MMP-9途徑，進(jìn)而抑制了腦水腫的形成發(fā)揮抗凋亡作用，且改善了IS后大鼠的神經(jīng)缺陷，降低了BBB的通透性[15]。在采用MCAO法誘導(dǎo)建立的IS大鼠模型大腦中，PPARγ蛋白表達(dá)明顯降低，而PPARγ激動(dòng)劑羅格列酮能夠通過調(diào)控HMGB-1/晚期糖基化終產(chǎn)物受體信號(hào)通路抑制細(xì)胞凋亡，進(jìn)而緩解了缺血/缺氧引起的細(xì)胞焦亡，發(fā)揮抗IS作用[16]。PPARγ KO小鼠IS損傷較野生型嚴(yán)重，其腦中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白、凋亡相關(guān)蛋白明顯上調(diào)。而PPARα激動(dòng)劑非諾貝特和和PPARγ激動(dòng)劑吡格列酮聯(lián)合治療能夠明顯抑制凋亡發(fā)揮抗IS作用[17]。

體外研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在OGD誘導(dǎo)建立的IS細(xì)胞模型中，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase)-3，caspase-9等促凋亡蛋白明顯增加；而Bcl-2、Bcl-xL等抗凋亡蛋白明顯減少。同時(shí)，PPARγ表達(dá)明顯降低。而PPARγ激動(dòng)劑羅格列酮預(yù)處理或者PPARγ過表達(dá)均可通過抑制抑制細(xì)胞凋亡途徑發(fā)揮抗IS作用[18]。

以上研究結(jié)果顯示，PPARs能夠通過調(diào)控caspase依賴的凋亡途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而抑制細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗IS作用。

3 PPARs通過抑制氧化應(yīng)激損傷發(fā)揮抗IS的作用

氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時(shí)，體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產(chǎn)生與抗氧化之間失衡，從而導(dǎo)致ROS在體內(nèi)蓄積而引起細(xì)胞和組織的損傷。氧化應(yīng)激與IS關(guān)系密切，減少神經(jīng)細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷亦是治療IS的重要策略之一[19]。

體內(nèi)研究結(jié)果顯示，在MCAO誘導(dǎo)建立的IS大鼠模型腦中，ROS及產(chǎn)生ROS的NADPH氧化酶(NADPH oxidase, NOX)含量明顯增加，而PPARγ、PPARα表達(dá)明顯降低。PPARγ激動(dòng)劑吡格列酮能夠降低NOX含量、上調(diào)PPARγ蛋白表達(dá)，進(jìn)而抑制神經(jīng)元死亡發(fā)揮抗IS作用，PPARα激動(dòng)劑法舒地爾能夠升高過氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的含量和PPARα的蛋白表達(dá)，進(jìn)而抑制氧化應(yīng)激損傷發(fā)揮抗IS作用。在MCAO誘導(dǎo)建立的IS大鼠模型中，內(nèi)源性抗氧化酶如SOD、過氧化氫酶(catalase, CAT)明顯減少，PPARγ表達(dá)明顯降低；而PPARγ激動(dòng)劑人參皂苷作用能夠明顯降低髓過氧化物酶活性，并提高抗氧化酶SOD和CAT的活力，進(jìn)而發(fā)揮抗IS的作用[20]。

體外研究結(jié)果顯示，在OGD誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞損傷中，ROS含量明顯增加，PPARγ蛋白表達(dá)明顯降低；而PPARγ過表達(dá)能夠降低ROS含量并增加PPARγ表達(dá)，其作用可能與調(diào)控核因子E2相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)元件途徑、NF-κB信號(hào)途徑有關(guān)。在PPARγ特異性敲除的體外轉(zhuǎn)染neuron 2a細(xì)胞系中，PPARγ基因敲除神經(jīng)元損傷或缺失嚴(yán)重、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白蛋白表達(dá)明顯上調(diào)[21]。

以上研究結(jié)果顯示，PPARs通過調(diào)控氧化應(yīng)激通路抗發(fā)揮抗IS的作用。

4 PPARs通過抑制神經(jīng)細(xì)胞自噬發(fā)揮抗IS的作用

自噬是指膜吞噬或包裹小膠質(zhì)細(xì)胞和胞質(zhì)大分子以形成自噬體的過程，吞噬的物質(zhì)被送至溶酶體進(jìn)行降解。自噬在大腦輕度缺氧或缺血激活時(shí)具有保護(hù)作用，對(duì)神經(jīng)元發(fā)育至關(guān)重要。然而，嚴(yán)重缺氧或缺血引起的自噬過度激活會(huì)加重IS損傷[22]。因此，抑制腦缺血引起的過度自噬是治療IS的重要策略之一。

體內(nèi)研究結(jié)果顯示，MCAO誘導(dǎo)建立的IS小鼠模型大腦中自噬相關(guān)蛋白微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)和Beclin-1表達(dá)明顯增加，同時(shí)PPARγ表達(dá)降低。而PPARγ激動(dòng)劑羅格列酮能夠抑制神經(jīng)元自噬，減少IS小鼠腦梗死體積和腦水腫，增加神經(jīng)元存活率并促進(jìn)其神經(jīng)功能恢復(fù)[23]。體外研究結(jié)果顯示，采用OGD/R導(dǎo)致的IS細(xì)胞模型中，可見自噬小體明顯增加，LC3、Beclin-1表達(dá)明顯增加，PPARγ表達(dá)明顯降低；而PPARγ激動(dòng)劑15d-PGJ2可以通過促進(jìn)PPARγ的表達(dá)，抑制自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)而抑制細(xì)胞過度自噬，發(fā)揮抗IS作用[24]。

Fig 1 The protective mechanism diagram of PPARs in IS

以上研究結(jié)果表明，PPARs能夠通過調(diào)控自噬信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制神經(jīng)元過度自噬發(fā)揮抗IS的作用。

5 其他作用

此外，最近研究發(fā)現(xiàn)LPS能夠明顯減少PPARγ的表達(dá)，抑制脫髓鞘和再髓鞘化過程，進(jìn)而抑制少突膠質(zhì)祖細(xì)胞(oligodendrocyte progenitor cells，OPC)分化和成熟。而PPARγ激動(dòng)劑丙戊酸鈉、姜黃素等可通過升高PPARγ的表達(dá)，誘導(dǎo)OPC的增殖和分化，進(jìn)而促進(jìn)髓鞘再生和神經(jīng)功能恢復(fù)發(fā)揮抗IS的作用[25-26]。在MCAO誘導(dǎo)建立的IS小鼠模型大腦中，PPARα、PPARγ表達(dá)明顯降低，血腦屏障(brain blood barrier，BBB)損傷明顯。而PPARα/γ雙重激動(dòng)劑GW0742和PPARγ激動(dòng)劑重組成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、虎杖苷等通過上調(diào)PPARα、PPARγ的表達(dá)，減少血腦屏障損傷進(jìn)而發(fā)揮抗IS的作用[27]。同時(shí)，PPARγ激動(dòng)劑ISO-α酸通過激活PPARγ，增加M2小膠質(zhì)/巨噬細(xì)胞CD36的表達(dá)減輕腦水腫[28]。PPARγ激動(dòng)劑格列衛(wèi)通過結(jié)合珠蛋白-血紅蛋白-CD163促進(jìn)血腫清除，明顯降低血腫體積、腦水腫和血紅蛋白[29]。此外，有文獻(xiàn)報(bào)道OGD/R導(dǎo)致的體外IS細(xì)胞模型中，乳酸代謝障礙可加速大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞死亡，而PPARγ激動(dòng)劑吡格列酮能夠通過上調(diào)PPARγ，誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞乳酸釋放進(jìn)而發(fā)揮抗IS的作用[30]。

以上研究結(jié)果表明，PPARs還可通過調(diào)控脫髓鞘、保護(hù)BBB損傷、減輕腦水腫及調(diào)節(jié)乳酸代謝發(fā)揮抗IS的作用。

6 總結(jié)與展望

IS病理過程復(fù)雜，闡明其病理學(xué)機(jī)制對(duì)明確IS的治療靶點(diǎn)具有重要意義。本文綜述了PPARs在IS的保護(hù)作用，其機(jī)制與調(diào)控神經(jīng)炎癥、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、細(xì)胞自噬、調(diào)控脫髓鞘、保護(hù)BBB損傷、減輕腦水腫及調(diào)節(jié)乳酸代謝相關(guān)途徑有關(guān)(Fig 1)。值得注意的是，炎癥、氧化應(yīng)激、凋亡、自噬和BBB損傷等之間關(guān)系密切。炎癥與自噬的相互調(diào)節(jié)涉及多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。炎癥反應(yīng)可誘導(dǎo)IS過度自噬的發(fā)生，而自噬也可通過mTOR、AMPK、NF-κB等途徑促進(jìn)IS炎癥反應(yīng)加重。此外，炎癥反應(yīng)可通過調(diào)控凋亡途徑誘導(dǎo)IS神經(jīng)元死亡。最近研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激損傷與炎癥、凋亡和自噬間存在相互作用，IS后ROS大量產(chǎn)生，可促進(jìn)炎癥因子的釋放、誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡或自噬進(jìn)而損傷BBB并加重IS損傷。因此，進(jìn)一步研究炎癥、氧化應(yīng)激、凋亡、自噬和BBB之間的關(guān)系對(duì)闡明IS的病理機(jī)制并尋找有效的治療IS的PPARs激動(dòng)劑具有重要意義。

此外，目前針對(duì)PPARs與IS的相關(guān)研究尚處于初步研究階段，關(guān)于PPARs對(duì)IS后血腦屏障的影響及其在IS的急性期、亞急性期、恢復(fù)期不同階段的變化尚不清楚。因此，仍需系統(tǒng)研究PPARs在IS不同時(shí)間段的變化規(guī)律及其可能的作用機(jī)制。通過對(duì)PPAR在缺血性腦卒中作用的深入研究，后續(xù)必將為探索新的PPAR亞型激動(dòng)劑或者PPAR多重激動(dòng)劑用于IS的治療奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。