半乳糖凝集素-3與腦卒中：從病理生理學(xué)到臨床的研究進(jìn)展

張永康，韓燕

作者單位：1上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬上海市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院脈管病科，上海200082；

2上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海200437

半乳糖凝集素-3（galectin-3，gal-3）又稱作碳水化合物結(jié)合蛋白-35（carbohydrate binding protein-35，CBP-35），是凝集素的一種。它由人類第14條染色體上LGALS3 基因編碼［1］。gal-3 在人體的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、感覺(jué)神經(jīng)元、上皮和內(nèi)皮細(xì)胞中均有表達(dá)，廣泛分布于人體細(xì)胞內(nèi)外，如在細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞膜上均有存在［2］。作為一種多效蛋白，gal-3 會(huì)影響細(xì)胞的活化、增殖、遷移與凋亡。并在腦卒中后的組織損傷中起到重要作用，對(duì)腦卒中臨床診治有獨(dú)特的指導(dǎo)意義。

1 gal-3在腦卒中發(fā)生后的病理生理學(xué)作用

腦卒中發(fā)生后，病人顱內(nèi)缺血缺氧區(qū)域?qū)a(chǎn)生一系列的病理生理反應(yīng)。gal-3 參與到了缺血缺氧初期損害到腦卒中后期康復(fù)中的所有階段。其病理生理學(xué)作用主要涉及顱內(nèi)的炎癥反應(yīng)和組織重塑。

1.1 gal-3在腦卒中后顱內(nèi)炎癥反應(yīng)中的作用

1.1.1 gal-3 腦卒中后顱內(nèi)炎癥反應(yīng)中的促炎作用 腦卒中急性期時(shí)相應(yīng)區(qū)域會(huì)發(fā)生炎癥反應(yīng)。其中作為顱內(nèi)產(chǎn)生gal-3 最主要來(lái)源的小膠質(zhì)細(xì)胞被快速激活［3］，并在形態(tài)和功能上發(fā)生改變，表現(xiàn)為細(xì)胞增大增厚、產(chǎn)生促炎物質(zhì)、增殖、遷移和吞噬行為的改變?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞亞群中g(shù)al-3 的表達(dá)強(qiáng)烈上調(diào)，導(dǎo)致因缺血缺氧損傷的腦灰質(zhì)損害加重［4］。研究證明了gal-3 參與到腦卒中后早期的炎癥反應(yīng)中，同時(shí)在各種神經(jīng)炎癥的刺激下，小膠質(zhì)細(xì)胞中g(shù)al-3的表達(dá)增加。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，gal-3在缺血性腦損傷后具有有害作用，而這種作用很可能取決于缺血損傷的類型和時(shí)間、gal-3 的細(xì)胞亞型定位以及機(jī)體的免疫狀況［5］。在腦缺血模型中，gal-3 依賴的Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）4的激活介導(dǎo)了小膠質(zhì)細(xì)胞的持續(xù)性活化，從而延長(zhǎng)并加重大腦中的炎癥反應(yīng)［6］。與此同時(shí)，gal-3 還可以通過(guò)抑制炎癥細(xì)胞的凋亡來(lái)發(fā)揮促炎作用［7-8］。

1.1.2 gal-3 腦卒中后顱內(nèi)炎癥反應(yīng)中的抗炎作用 除了上述的促炎特性外，gal-3 也具有抗炎的能力。有研究發(fā)現(xiàn)gal-3 增強(qiáng)了胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（insulin growth factor-1，IGF-1）的作用，進(jìn)而觸發(fā)了小膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎特性［6］。同時(shí)，gal-3 能夠直接結(jié)合脂多糖，抑制它與TLRs 的作用。若使用gal-3 中和抗體阻斷兩者相結(jié)合，則會(huì)增加LPS 誘導(dǎo)的炎性因子的表達(dá)［9］。另有研究發(fā)現(xiàn)gal-3 的缺乏會(huì)使促炎細(xì)胞因子如白介素（IL）-1β、腫瘤壞死因子-α、TLR2 和TLR4 的水平顯著升高［10］，導(dǎo)致加劇炎癥反應(yīng)和加重神經(jīng)損傷。缺乏gal-3 也會(huì)導(dǎo)致對(duì)雙環(huán)己酮草酰二腙誘導(dǎo)的脫髓鞘反應(yīng)的敏感性增加，這進(jìn)一步支持了gal-3 神經(jīng)保護(hù)作用的潛能［11］。并且體內(nèi)外研究同時(shí)表明一定水平的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（calcineurin，CaN）活性是發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用所必須的。而在細(xì)胞膜上的gal-3 通過(guò)發(fā)揮多價(jià)螯合作用以增強(qiáng)IGF-1 受體信號(hào)傳導(dǎo)，延遲了內(nèi)在化過(guò)程，誘導(dǎo)了CaN 活性水平升高［12］。在腦卒中發(fā)生后，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)分泌gal-3 來(lái)誘導(dǎo)鄰近神經(jīng)元中鈣離子信號(hào)傳導(dǎo)，最終通過(guò)CaN/活化T 細(xì)胞核因子（NFAT）3 的途徑達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用［13］。也有研究發(fā)現(xiàn)腦卒中后gal-3可介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞重編程，使促炎因子的表達(dá)下調(diào)和抗炎因子IL-4 的表達(dá)顯著上調(diào)，從而減少腦卒中后梗死面積［14］。

綜上所述，腦卒中后顱內(nèi)產(chǎn)生的gal-3可影響小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)IGF-1，CaN和先天性免疫等多種信號(hào)傳導(dǎo)方式，進(jìn)而改變小膠質(zhì)細(xì)胞的表型。這種改變可能與gal-3 在卒中急性期與非急性期所發(fā)揮不同的病理生理學(xué)作用相關(guān)，繼而小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)缺血性損傷作出動(dòng)態(tài)反應(yīng)，即從早期的促炎表型再過(guò)渡到抗炎表型。這便解釋了各項(xiàng)研究觀察到gal-3 的炎性效應(yīng)差異。

1.2 gal-3在腦卒中后組織重塑中的作用

1.2.1gal-3 促進(jìn)腦卒中后組織重塑中的神經(jīng)發(fā)生 腦卒中后除了顱內(nèi)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，往往也會(huì)觸發(fā)顱內(nèi)內(nèi)源性神經(jīng)形成。有研究表明炎癥反應(yīng)對(duì)成人腦神經(jīng)的形成具有不利的影響［15］。同時(shí)其他研究發(fā)現(xiàn)腦卒中后長(zhǎng)期使用米諾環(huán)素抗炎治療可誘導(dǎo)腦回中神經(jīng)發(fā)生并促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)［16］。這說(shuō)明炎癥反應(yīng)在體內(nèi)神經(jīng)發(fā)生中的作用比較復(fù)雜，并且可能和神經(jīng)母細(xì)胞與活化的小膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用有關(guān)［17］。而損傷誘導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)生有助于卒中后大腦的重塑及恢復(fù)。在此期間，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞合成的gal-3 可能影響腦卒中后神經(jīng)修復(fù)的相關(guān)通路。有研究表明gal-3 促進(jìn)了神經(jīng)母細(xì)胞的增殖，若抑制gal-3的產(chǎn)生則降低了同側(cè)腦室下區(qū)中5-溴脫氧尿嘧啶核苷染色細(xì)胞（即神經(jīng)母細(xì)胞）的數(shù)量［3］。也有研究表明影響小膠質(zhì)細(xì)胞的增殖與選擇性激活的關(guān)鍵因子是IGF-1，從中樞或外周給予IGF-1 有助于腦卒中后恢復(fù)及神經(jīng)保護(hù)。IGF-1 可以減輕不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的腦損傷，促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生并增加神經(jīng)存活［18］。然而，關(guān)于gal-3在腦卒中后神經(jīng)發(fā)生中作用的研究仍舊不足。

1.2.2 gal-3促進(jìn)腦卒中后組織重塑中的細(xì)胞存活、遷移和血管生成 分泌到細(xì)胞外的gal-3 增強(qiáng)了細(xì)胞存活、遷移和血管生成。有證據(jù)表明BV2 細(xì)胞在含有g(shù)al-3 的培養(yǎng)基中顯著增加了體外促血管生成結(jié)構(gòu)的形成［19］。相關(guān)研究認(rèn)為gal-3 通過(guò)影響白介素激酶（Interleukin kinase，ILK）來(lái)調(diào)控細(xì)胞的增殖，存活和遷移。其中，ILK 可調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子（hy?poxia-inducible factor，HIF）-1α 介導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達(dá)，它對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、管狀形成和腫瘤血管生成至關(guān)重要。gal-3 在缺血環(huán)境下可調(diào)控ILK 水平升高，若沉默ILK 則會(huì)導(dǎo)致血管生成和小膠質(zhì)細(xì)胞遷移減少。因此，gal-3 激活I(lǐng)LK 信號(hào)通路可能是腦缺血損傷后新生血管形成及小膠質(zhì)細(xì)胞遷移增加的原因［19-20］。不過(guò)通過(guò)gal-3 調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞增殖、影響神經(jīng)形成的確切分子機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

綜上所述，gal-3 通過(guò)激活多種生物途徑來(lái)調(diào)控腦卒中后的神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)細(xì)胞遷移及顱內(nèi)血管生成。

2 gal-3對(duì)腦卒中的臨床指導(dǎo)意義

gal-3 對(duì)炎癥、組織修復(fù)以及細(xì)胞遷移有著多效調(diào)節(jié)作用，并且參與多種疾病的發(fā)生［2，21］。大量研究表明gal-3 是動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病的生物標(biāo)志物［21-23］，較高的gal-3 水平往往提示心血管疾病預(yù)后不良［24］。然而人體內(nèi)gal-3 水平與腦卒中之間關(guān)系的研究則較為有限。近年來(lái)，逐漸有少量的臨床研究開(kāi)始關(guān)注人體內(nèi)gal-3 水平與腦卒中發(fā)病及預(yù)后之間的關(guān)系。

2.1 gal-3與腦卒中發(fā)病率 動(dòng)脈粥樣硬化及心血管疾病是誘發(fā)腦卒中的重要原因，且gal-3與這兩者之間的關(guān)系十分密切。因此部分臨床研究展開(kāi)了對(duì)人體gal-3水平與腦卒中發(fā)病之間相關(guān)性的探索。

2.1.1 gal-3 增加腦卒中發(fā)病率的文獻(xiàn)支持及分析 在一項(xiàng)探索gal-3 與心血管疾病和心衰關(guān)系的大型前瞻性研究中調(diào)查了8 444 例既往無(wú)腦卒中史受試者，隨訪15 年后發(fā)現(xiàn)較高的gal-3 水平與缺血性腦卒中發(fā)病之間呈弱相關(guān)（HR=1.40，95%CI：1.01～1.94），在多變量調(diào)整模型中，這種關(guān)系進(jìn)一步減弱（HR=1.22，95%CI：0.88～1.69）［25］。最近一個(gè)旨在探討地域與種族差異對(duì)卒中影響的隊(duì)列研究中觀察了1 473 例病人，他們發(fā)現(xiàn)腦卒中的發(fā)病率隨著血清gal-3水平的升高而增加。在較年輕（≤64歲）的病人中，血清gal-3水平伴隨著腦卒中發(fā)病率的升高而顯著升高（gal-3 水平上四分位數(shù)比下四分位數(shù)：HR=2.4，95%CI：1.1～5.3，P=0.03），尤其是心源性和隱源性腦卒中的發(fā)生；而在年齡較大（>64 歲）的病人中，血清gal-3水平與腦卒中的發(fā)生未見(jiàn)明顯關(guān)聯(lián)（gal-3 水平上四分位數(shù)比下四分位數(shù)：HR=1.0，95%CI：0.6～1.5，P=0.85）。這種在不同年齡段間gal-3 水平與發(fā)生腦卒中風(fēng)險(xiǎn)差異的原因尚不清楚［26］。可能是隨著年齡的增長(zhǎng)，gal-3 出現(xiàn)了平臺(tái)效應(yīng)，導(dǎo)致在年齡較大的人群中失去了原有的生物標(biāo)志物的靈敏性。

以上兩項(xiàng)研究都表明較高水平的gal-3 可能增加腦卒中的發(fā)病率。一方面是由于gal-3 與心力衰竭、冠狀動(dòng)脈疾病及心房顫動(dòng)等心臟疾病有關(guān)，表明gal-3 可能是具有血管疾病傾向的生物標(biāo)志物。同時(shí)gal-3與房顫之間的關(guān)聯(lián)，使其與栓塞性腦卒中的關(guān)系更為緊密［22］。另一方面，由于gal-3在動(dòng)脈斑塊的穩(wěn)定性及重塑中具有重要意義，因此gal-3對(duì)因動(dòng)脈粥樣硬化而誘發(fā)的腦卒中有著不可忽視的影響。有研究表明患有癥狀性頸動(dòng)脈狹窄的病人血漿gal-3 水平更高，并且gal-3 水平較高的病人腦卒中發(fā)病率增加［27］。

2.1.2 gal-3 與腦卒中發(fā)病率無(wú)關(guān)的文獻(xiàn)支持及分析 然而，另一項(xiàng)招募了1 013 例接受冠狀動(dòng)脈造影的心血管事件高危病人的研究，在隨訪10年后發(fā)現(xiàn)gal-3水平與病人既往卒中史無(wú)關(guān)，同時(shí)也無(wú)法預(yù)測(cè)卒中的發(fā)生［28］。之所以會(huì)出現(xiàn)以上矛盾的結(jié)果，可能是部分研究針對(duì)的是高危心血管事件的病人，既往的研究已多次證明gal-3 是多種心血管疾病的生物標(biāo)志物，因此這部分病人的gal-3水平可能受原有心血管疾病的影響。相對(duì)于腦卒中涉及大、中、小等不同管徑的血管病變來(lái)說(shuō)，心血管疾病往往累及大血管，而gal-3與大、中、小血管病變相關(guān)性如何還尚待研究。同時(shí)，患有心血管疾病的人群所服用的相關(guān)藥物與腦卒中一級(jí)或二級(jí)預(yù)防的人群用藥有大部分重疊，治療心血管疾病的同時(shí)就能很好地預(yù)防腦血管疾病，卒中發(fā)病率因此下降。另有部分關(guān)于心血管疾病的研究，檢測(cè)了受試者體內(nèi)gal-3水平，但沒(méi)有將腦卒中作為或單獨(dú)作為首要終點(diǎn)事件［29-30］，也沒(méi)有觀察到gal-3 與卒中之間的相關(guān)性。因此，未來(lái)需要開(kāi)展以腦卒中作為首要終點(diǎn)事件的大型研究來(lái)進(jìn)一步探索gal-3 水平與腦卒中發(fā)病率之間的關(guān)系，甚至需要把責(zé)任血管分層，驗(yàn)證gal-3水平與大、中、小血管閉塞之間的相關(guān)性。

2.2 gal-3 與腦卒中預(yù)后腦卒中預(yù)后判斷一直是神經(jīng)病學(xué)家所關(guān)注的問(wèn)題。既往研究表明炎癥和血管生成是缺血性卒中病理反應(yīng)的關(guān)鍵因素［31］。包括白細(xì)胞計(jì)數(shù)在內(nèi)的炎性標(biāo)志物升高、中性粒細(xì)胞比例升高和紅細(xì)胞沉降率升高與缺血性腦卒中短期臨床結(jié)果相關(guān)［32］。同時(shí)，幾種其他血清炎性標(biāo)志物如降鈣素原，超敏C 反應(yīng)蛋白則與缺血性腦卒中后長(zhǎng)期隨訪的死亡相關(guān)［33］。因此，gal-3 作為能夠影響顱內(nèi)血管生成及神經(jīng)發(fā)生的新型炎性標(biāo)志物，對(duì)腦卒中預(yù)后的預(yù)測(cè)有著潛在的價(jià)值。

既往大量研究表明，人體內(nèi)較高的gal-3水平與動(dòng)脈粥樣硬化及心血管疾病的嚴(yán)重程度和不良預(yù)后相關(guān)［2，23，34］。近年來(lái)，逐漸有研究者關(guān)注人體內(nèi)gal-3水平與腦卒中預(yù)后之間的關(guān)系。

2.2.1 gal-3與缺血性腦卒中預(yù)后 最初，有幾項(xiàng)研究探索了gal-3 在作為心血管事件發(fā)生后預(yù)后生物標(biāo)志物的價(jià)值，但其中只有一項(xiàng)小型研究同時(shí)調(diào)查了缺血性卒中后gal-3的預(yù)后價(jià)值。該研究發(fā)現(xiàn)gal-3 水平不能預(yù)測(cè)接受組織型纖溶酶原激活劑治療的缺血性卒中病人急性期或3 個(gè)月的預(yù)后［26］。但是，缺血性卒中病人確實(shí)具有比對(duì)照組更高的gal-3 水平，這也許是血管負(fù)荷增加或者腦損傷后的應(yīng)激反應(yīng)。不過(guò)，該研究的樣本量十分有限，僅有26 例病人及10 例健康對(duì)照，在該樣本量的條件下，還難以給出準(zhǔn)確的解釋。

隨后有臨床研究觀察了gal-3 水平與大動(dòng)脈粥樣硬化性腦梗死預(yù)后之間的關(guān)系。此研究共招募了130 例大動(dòng)脈粥樣硬化性腦卒中的病人，隨訪時(shí)間為90 d。研究結(jié)果表明高血清gal-3 水平的病人在90 d后的預(yù)后較低血清gal-3水平的病人更差［良好預(yù)后gal-3 水平比不良預(yù)后gal-3 水平：（7.48±1.64）ng/L 比（8.25±1.66）ng/L，P=0.013］［35］。另一項(xiàng)納入了233 例首次急性缺血性卒中病人與252 例健康對(duì)照的研究，在經(jīng)過(guò)1 年的隨訪后發(fā)現(xiàn)血清gal-3水平與病人的美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院卒中評(píng)分（NIHSS 評(píng)分）以及改良Rankin 評(píng)分（mRS 評(píng)分）高度相關(guān)（gal-3 水平與NIHSS：r= 0.871，P< 0.001；gal-3 水平與mRS：r=0.728，P<0.001）；高血清gal-3水平提示卒中的神經(jīng)缺損程度較重，并預(yù)示出院12個(gè)月的神經(jīng)功能結(jié)局不良（mRS 評(píng)分≥3 分）。此項(xiàng)研究的體外實(shí)驗(yàn)部分發(fā)現(xiàn)在氧葡萄糖剝奪處理下，用siRNA 敲除gal-3 基因可以顯著提高神經(jīng)元細(xì)胞的生存能力并減少其凋亡。隨著gal-3被抑制，促炎因子的表達(dá)降低［36］。這一結(jié)果為gal-3 如何影響缺血性卒中預(yù)后提供了解釋。值得注意的是，另有一項(xiàng)納入3 082例急性缺血性卒中病人的研究，在隨訪3 個(gè)月后發(fā)現(xiàn)高血清gal-3 水平與急性缺血性卒中后三個(gè)月內(nèi)死亡或嚴(yán)重殘疾等綜合結(jié)局風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)，這種關(guān)聯(lián)獨(dú)立于已知的危險(xiǎn)因素（多變量校正后gal-3水平與3 個(gè)月內(nèi)死亡：OR=2.10，95%CI：0.89～4.95；多變量校正后gal-3 水平與嚴(yán)重殘疾：OR=1.63，95%CI：1.31～2.03）［37］。以上3 項(xiàng)研究都證明了gal-3 對(duì)缺血性卒中預(yù)后的預(yù)測(cè)價(jià)值，尤其是最后一項(xiàng)大型研究，發(fā)現(xiàn)了高血清gal-3水平和缺血性卒中不良預(yù)后的獨(dú)立相關(guān)。

2.2.2 gal-3 與出血性腦卒中預(yù)后 相對(duì)于缺血性卒中，出血性卒中預(yù)后與gal-3之間關(guān)系的研究更局限。缺血性與出血性卒中之間的病理生理學(xué)差異明顯，出血性卒中的血腦屏障破壞更嚴(yán)重，其調(diào)節(jié)的炎癥反應(yīng)更早、更劇烈。由此推測(cè)gal-3對(duì)出血性卒中預(yù)后的預(yù)測(cè)作用可能更敏感。有研究發(fā)現(xiàn)出血性卒中發(fā)病最初24 h 內(nèi)檢測(cè)出的高血漿gal-3 水平可預(yù)測(cè)病人1 周和6 個(gè)月后的病死率以及6 個(gè)月后的不良預(yù)后。此外，高血漿gal-3水平還提示腦卒中程度更為嚴(yán)重（gal-3 水平與NIHSS：r= 0.603，P<0.001）［38］。這也說(shuō)明gal-3 可能在出血性卒中的結(jié)局預(yù)測(cè)中存在一定價(jià)值。

綜上所述，卒中預(yù)后與體內(nèi)gal-3水平的關(guān)聯(lián)十分緊密。臨床上對(duì)腦卒中病人進(jìn)行常規(guī)的血液學(xué)gal-3 水平檢測(cè)或許能夠提供重要的預(yù)后信息，并為下一步在卒中病人中開(kāi)展降低血液學(xué)gal-3 水平藥物的臨床研發(fā)與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。