尿激酶型纖溶酶原激活物在腦缺血后神經(jīng)保護(hù)中的作用

徐雨雯 李夢媛 鄧云 薛旻 路莉

1.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730030；2.蘭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)研究所，甘肅蘭州 730030

尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinase-type plasminogen activator，uPA）是一種絲氨酸蛋白水解酶，在生理、病理條件下參與細(xì)胞分化、遷移、組織重建、細(xì)胞周圍基質(zhì)降解等活動。過去，學(xué)者們更關(guān)注uPA和尿激酶型纖維酶原激活物受體（urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR）與惡性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移[1-2]和耐藥[3]的密切關(guān)系，目前針對uPA/uPAR的靶點干預(yù)是腫瘤治療的研究熱點之一[4-5]。在子宮癌、卵巢癌、肝癌等惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，uPAR 含量顯著增高[6]。在子宮內(nèi)膜異位癥[7]、心血管疾病及自身免疫性疾病的診療中，uPA 及其受體也具有重要價值[8]。近年來，一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)uPA 與uPAR 的結(jié)合還可以通過一系列信號通路激活星形膠質(zhì)細(xì)胞，調(diào)動受損區(qū)域神經(jīng)元的可塑性，促進(jìn)神經(jīng)元的修復(fù)、再生，調(diào)節(jié)腦缺血后神經(jīng)損傷的恢復(fù)，減輕腦缺血后遺癥[9]。以下將詳細(xì)介紹這一作用的物質(zhì)基礎(chǔ)及相關(guān)機(jī)制。

1 uPA 系統(tǒng)的簡介及相互作用

uPA 系統(tǒng)由uPA、uPAR 和uPA 的兩種纖溶酶原激活物抑制物（plasminogen activator inhibitor，PAI）-1和PAI-2 組成[10]。

1.1 uPA

uPA 是一種絲氨酸蛋白酶，可由成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等合成分泌。uPA 與uPAR 結(jié)合后產(chǎn)生一種活性的雙鏈形式，催化纖溶酶原轉(zhuǎn)化為纖溶酶，并通過纖溶酶原依賴性和非依賴性機(jī)制激活細(xì)胞信號通路，激活促進(jìn)細(xì)胞遷移、增殖和存活的信號通路。在未成熟的大腦中，uPA 在神經(jīng)元中可大量檢測到，起誘導(dǎo)神經(jīng)元發(fā)生和遷移的作用。在成熟大腦中，uPA 的表達(dá)和功能甚少。腦缺血損傷會誘導(dǎo)神經(jīng)元中uPA 的釋放和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞uPAR 的表達(dá)，此時二者的表達(dá)量甚至可達(dá)到發(fā)育階段的水平。

1.2 uPAR

uPAR 是一種糖磷酸二醇錨定蛋白，在質(zhì)膜上具有高度運(yùn)動性，可遷移至細(xì)胞膜的小窩中形成簇。由于缺乏跨膜和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，uPAR 需要輔助受體來激活細(xì)胞信號通路[11]，如低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白-1(low-density lipoproptein receptor，LRP1)、整合素、表皮生長因子受體[12]。uPAR 對uPA、uPA 前體蛋白和uPA 氨基末梢因子具有高親和力。uPAR 與α5β1整合素相互作用，調(diào)節(jié)神經(jīng)再生[13]，影響軸突和樹突形成[14]。

1.3 PAI-1/PAI-2

PAI-1 活性遠(yuǎn)高于PAI-2，是主要的uPA 抑制劑，由血小板、上皮細(xì)胞、顆粒細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞生成。PAI-2 由腫瘤細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞、單核細(xì)胞生成，亦高度存在于妊娠婦女血漿中。PAI 與uPA 結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合體，抑制uPA 活性，降低細(xì)胞表面uPA 水平。

1.4 中樞神經(jīng)系統(tǒng)的uPA/uPAR

壓力、傷害和炎癥等因素會增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)uPA的表達(dá)，而增多的uPA 能夠促進(jìn)神經(jīng)生成、遷移、軸突生長和神經(jīng)分支等[15]。抑制uPA 或抗uPAR 抗體可阻止uPA-uPAR 結(jié)合，從而抑制神經(jīng)分支，減少神經(jīng)細(xì)胞遷移。體外實驗表明，外源性uPA 的使用可提高神經(jīng)生長速率，這很可能是通過uPA 與uPAR 的相互作用實現(xiàn)的[16]。

2 uPA 通過相關(guān)信號通路發(fā)揮對神經(jīng)的保護(hù)作用

腦缺血恢復(fù)階段，神經(jīng)元釋放uPA 增多，uPAR在星形膠質(zhì)細(xì)胞、大腦皮層神經(jīng)元的軸突和樹突棘中的表達(dá)亦增加，幾乎可以達(dá)到與發(fā)育期相當(dāng)?shù)乃健PA-uPAR 結(jié)合在軸突、樹突棘和突觸周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞中誘導(dǎo)突觸可塑性，直接影響腦缺血損傷后的突觸修復(fù)[17]，是腦缺血后神經(jīng)功能恢復(fù)的基礎(chǔ)。

2.1 uPA 通過N-甲基-D-天冬氨酸-生長相關(guān)蛋白43 通路激活大腦皮層神經(jīng)元突觸囊泡周期

生長相關(guān)蛋白43（growth-associated protein-43，GAP43）是一種磷蛋白，在突觸前末梢的形成、突觸可塑性以及軸突生長和再生中起著核心作用。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體中間室，GAP43 的Cys-3 和Cys-6 位點棕櫚?；|發(fā)其與質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)側(cè)的結(jié)合，隨后蛋白激酶誘導(dǎo)GAP43 Ser-41 位點磷酸化激活。GAP43 的磷酸化由鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)[18]。uPA-uPAR 結(jié)合可影響突觸前膜N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受體的功能，使離子通道開放，鈣離子進(jìn)入胞內(nèi)，GAP43 磷酸化。磷酸化的GAP43 與突觸小泡共定位，磷酸化突觸蛋白I Ser-9 位點[19]，從而動員突觸小泡移動。

2.2 uPA 通過胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3 通路誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞激活和軸突修復(fù)

星形膠質(zhì)細(xì)胞可以感知突觸活動的變化并調(diào)節(jié)突觸功能，誘導(dǎo)突觸可塑性、調(diào)節(jié)突觸傳遞、參與新突觸的形成和穩(wěn)定[20]。受損突觸周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞中[21]，uPA-uPAR 結(jié)合誘導(dǎo)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）磷酸化，磷酸化的ERK1/2 介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化激活和血小板反應(yīng)蛋白1 的釋放，與突觸后膜的LRP1 相互作用[22]。LRP1 是一個細(xì)胞信號受體，促進(jìn)β1-整合素向受損軸突的質(zhì)膜募集，并通過β1-整合素誘導(dǎo)的Ras 激活，介導(dǎo)的肌動蛋白細(xì)胞骨架重組實現(xiàn)軸突再生[23]。

2.3 uPA 通過Ezrin 途徑誘導(dǎo)突觸后膜的修復(fù)

樹突棘是大多數(shù)興奮性突觸的突觸后末端。Ezrin是一種調(diào)節(jié)肌動蛋白細(xì)胞骨架重組的蛋白質(zhì)，磷酸化后N 端結(jié)合膜蛋白，C 端結(jié)合細(xì)胞質(zhì)中的絲狀肌動蛋白，促使樹突狀細(xì)絲形成，樹突棘再次出現(xiàn)[24]，因急性腦缺血而受損的突觸得以恢復(fù)[25]。神經(jīng)元釋放uPA 或使用重組uPA 處理會誘導(dǎo)突觸中ezrin mRNA 的翻譯，使ezrin 的豐度增加，同時uPA 也將β3-整合素募集到突觸后膜。β3-整合素通過細(xì)胞間黏附分子-5誘導(dǎo)Ezrin 募集到突觸后膜，隨后通過RhoA-Rho 相關(guān)蛋白激酶途徑使Ezrin 在Thr-567 位點磷酸化激活[20]。

2.4 uPA 與谷氨酰胺合成酶介導(dǎo)的谷氨酸代謝途徑

uPA-uPAR 結(jié)合誘導(dǎo)缺血腦內(nèi)突觸周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞突起的形成[26]，通過谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）介導(dǎo)的谷氨酸代謝來實現(xiàn)對突觸的保護(hù)作用的。GS 是一種只存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)酶，其主要作用是催化谷氨酸轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺。缺血腦中谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1 和興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2的數(shù)量增加，轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸進(jìn)入星形膠質(zhì)細(xì)胞，由GS代謝，降低其對神經(jīng)元的興奮毒性，并為受損神經(jīng)元提供能量。這種效果在重組uPA 治療后更加明顯[27]。

2.5 uPA 誘導(dǎo)神經(jīng)鈣黏蛋白二聚體的形成保護(hù)突觸和樹突分支

神經(jīng)鈣黏蛋白（N-cadherin，NCAD）一種I 型鈣黏蛋白，其表達(dá)受突觸活動調(diào)節(jié)。在成熟大腦中，NCAD介導(dǎo)Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ皮質(zhì)層中突觸及樹突分支的形成。腦缺血減少了完整突觸的數(shù)量以及壞死核心周圍組織帶中NCAD 的表達(dá)，而uPA 誘導(dǎo)的NCAD 二聚體的形成可保護(hù)突觸和樹突分支[28-29]。

3 總結(jié)和展望

目前，臨床上仍然缺少療效理想的腦缺血治療藥物，對抗腦缺血藥物的研究依然是藥學(xué)研究和新藥開發(fā)的重點。uPA-uPAR 系統(tǒng)在惡性腫瘤和其他疾病中的作用已被廣泛研究。很多科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了uPA 在腦缺血后調(diào)節(jié)受損神經(jīng)元修復(fù)和再生方面的作用：uPA 具有腦缺血損傷后神經(jīng)保護(hù)作用，可以調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸可塑性[9，30]，引起軸突終足、樹突棘和神經(jīng)膠質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能變化，使突觸伸長、軸突再生，促進(jìn)受損神經(jīng)元的修復(fù)和再生。但是，關(guān)于uPA 能否改善缺血后遺癥的臨床研究還很少，它發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的具體機(jī)制也仍不明確。同時，癲癇動物模型顯示，新突觸的形成有助于癲癇放電的傳播[31]。這些對uPA及同類藥物在臨床上用于腦缺血后患者治療提出了挑戰(zhàn)。

尿激酶是uPA 的一種，在臨床上已長期應(yīng)用于溶栓，對急性心肌梗死[32]、肺動脈栓塞[33]、腦梗死[34-35]等疾病具有較好的療效。近年來，國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為尿激酶具有腦缺血損傷后神經(jīng)保護(hù)作用，已有醫(yī)生將小劑量尿激酶用于腦缺血發(fā)作后的治療，并取得了一定的效果[36]。它是否如重組uPA 一樣能發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用？其他同類藥物是否具有類似的效果？作用機(jī)制又是如何？這可能是未來研究的一個方向。