脊髓損傷的藥物治療及相關(guān)自噬機(jī)制研究進(jìn)展▲

金 哲 楊建文 羅春山,

(1 貴州醫(yī)科大學(xué)研究生院，貴陽市 550000，電子郵箱:jinzhe671@163.com；2 貴州省骨科醫(yī)院脊柱外科，貴陽市 550002)

【提要】 自噬是真核細(xì)胞在各種因素的作用下,將細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行降解并代謝的過程。自噬參與細(xì)胞內(nèi)多種重要功能的調(diào)節(jié)，其作用機(jī)制復(fù)雜，涉及多種信號通路和免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)。細(xì)胞自噬在脊髓損傷中扮演重要角色，是減輕創(chuàng)傷性脊髓損傷發(fā)病機(jī)制的潛在治療靶點，在脊髓損傷的藥物治療及相關(guān)自噬機(jī)制已逐漸成為研究熱點。然而，自噬在創(chuàng)傷性脊髓損傷中的作用仍然存在爭議。近幾年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)藥物治療脊髓損傷的療效顯著，多種藥物可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬水平來促進(jìn)神經(jīng)元及神經(jīng)纖維的修復(fù)，從而保護(hù)受損脊髓。本文對脊髓損傷的藥物治療及相關(guān)自噬機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

脊髓損傷是臨床上脊柱外科常見的一種創(chuàng)傷性疾病[1]，多為突然暴力、慢性勞損等各種原因造成的脊髓連續(xù)性及完整性破壞的一種疾病，可導(dǎo)致機(jī)體感覺、運(yùn)動及自主神經(jīng)功能障礙。我國有超過100萬脊髓損傷患者，并以每年新增1萬～6萬人的速度增長[2]。脊髓損傷的“三高一低”(高發(fā)病率、高致殘率、高耗費(fèi)及低齡化)特點， 給社會帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。因此，脊髓損傷一直是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點和難點。近年來，自噬信號通路成為各種疾病致病機(jī)制研究的熱點。目前治療脊髓損傷的藥物可能通過增強(qiáng)、抑制或雙向調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬水平，抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡、促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)來發(fā)揮治療作用。自噬信號通路與脊髓損傷治療藥物的藥理作用之間的關(guān)系受到了廣泛關(guān)注，為脊髓損傷的治療提供了新思路。因此，本文對近年關(guān)于脊髓損傷的藥物治療及相關(guān)自噬機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為今后深入研究藥物治療脊髓損傷的自噬機(jī)制提供參考。

1 增強(qiáng)自噬的藥物

1.1 雷帕霉素 雷帕霉素可以正向調(diào)節(jié)自噬水平。研究表明[3]，在急性創(chuàng)傷性脊髓損傷小鼠模型中，雷帕霉素可以通過上調(diào)Beclin-1和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B(microtubule-associated protein 1 light chain 3B,MAP1LC3B)Ⅱ來促進(jìn)自噬水平，減少脊髓損傷后的神經(jīng)組織損傷和運(yùn)動損傷。單次注射雷帕霉素可以抑制自噬標(biāo)志物p62/SQSTM1和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)下游效應(yīng)因子p70核糖體蛋白S6激酶(p70 ribosomal protein S6 kinase,p70S6K)的表達(dá)，減少損傷部位的巨噬細(xì)胞/中性粒細(xì)胞浸潤，以及小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和炎癥因子的分泌，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖，增加磷酸化蛋白激酶(protein kinase B,Akt)水平，促進(jìn)創(chuàng)傷性脊髓損傷后損傷部位神經(jīng)元的存活和軸突的形成[4]。這提示，運(yùn)用雷帕霉素來激活自噬水平，可以起到保護(hù)神經(jīng)組織的作用。還有研究顯示[5]，雷帕霉素可抑制損傷脊髓組織中哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的表達(dá)，上調(diào)Beclin-1和磷酸化Akt的表達(dá)，降低B淋巴細(xì)胞瘤-2相關(guān)X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein，Bax)、細(xì)胞色素C和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-3的表達(dá)水平，減少脊髓損傷后24 h損傷脊髓組織中凋亡神經(jīng)元的數(shù)量。

1.2 姜黃素 姜黃素是姜黃的活性成分，是一種多酚類化合物，具有廣泛的藥理活性。研究顯示，姜黃素可通過抑制轉(zhuǎn)化生長因子β-性別決定區(qū)Y框蛋白9信號通路來改善脊髓損傷[6]；Li等[7]對挫傷性脊髓損傷模型大鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過抑制Akt/mTOR信號通路來增強(qiáng)自噬水平，并通過阻止神經(jīng)元凋亡、改善脊髓完整性、促進(jìn)髓鞘形成和抑制炎癥反應(yīng)來促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)，從而治療大鼠創(chuàng)傷性脊髓損傷。

1.3 白藜蘆醇 白藜蘆醇是一種天然酚類化合物，是幾種植物(虎杖、決明、桑樹、葡萄等)在受到細(xì)菌或真菌等病原體攻擊時產(chǎn)生的一種植物抗毒素，具有抗炎、抗癌等藥理作用。近年有研究顯示，白藜蘆醇對脊髓損傷有神經(jīng)保護(hù)作用。例如，F(xiàn)an等[8]的研究表明，白藜蘆醇誘導(dǎo)的外泌體通過磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)信號通路來增強(qiáng)自噬水平和抑制神經(jīng)元凋亡，能有效地促進(jìn)脊髓損傷大鼠運(yùn)動功能的恢復(fù)。Wang等[9]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可以通過肝激酶B1/腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)/mTOR/p70S6K途徑增強(qiáng)挫傷性脊髓損傷大鼠的神經(jīng)元自噬通量，從而減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，最終改善大鼠急性脊髓損傷后的神經(jīng)功能。Zhao等[10]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可通過激活沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silence information regulator 1,SIRT1)/AMPK自噬信號通路來抑制神經(jīng)元凋亡，減少運(yùn)動神經(jīng)元丟失，促進(jìn)神經(jīng)運(yùn)動功能恢復(fù)。

1.4 他汀類藥物 他汀類藥物是一類調(diào)脂穩(wěn)斑藥，是治療高膽固醇、動脈粥樣硬化等疾病的一線治療藥物之一。最近有研究顯示他汀類藥物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有神經(jīng)保護(hù)作用。Gao等[11]的研究表明，采用阿托伐他汀治療挫傷性脊髓損傷大鼠，可顯著上調(diào)Beclin-1和MAP1LC3B基因及蛋白表達(dá)，表明阿托伐他汀可以激活自噬。此外，阿托伐他汀還可以抑制Caspase-9和Caspase-3的表達(dá)，降低脊髓損傷后脊髓前角中凋亡神經(jīng)細(xì)胞的比例，并促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞存活[11]。Gao等[12]的研究表明，辛伐他汀可通過抑制mTOR信號通路來增強(qiáng)自噬水平，從而促進(jìn)挫傷性脊髓損傷大鼠的神經(jīng)功能恢復(fù)。這些研究均提示他汀類藥物可通過激活或增強(qiáng)自噬和抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡而在脊髓損傷后發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

1.5 二甲雙胍 二甲雙胍是一種有效的降血糖藥，其用于治療創(chuàng)傷性脊髓損傷大鼠可促進(jìn)大鼠神經(jīng)功能的恢復(fù)，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，增加自噬小體的形成和自噬生物標(biāo)志物Beclin-1和MAP1LC3BⅡ的表達(dá)，減少自噬底物蛋白p62和泛素化蛋白的積聚，激活A(yù)MPK信號并抑制其下游的mTOR信號[13]。Wang等[14]發(fā)現(xiàn)，在挫傷性脊髓損傷大鼠模型中，二甲雙胍可增強(qiáng)脊髓損傷后Beclin-1和MAP1LC3BⅡ的表達(dá)，降低mTOR蛋白和p70S6K蛋白的磷酸化水平；同時二甲雙胍可顯著降低核因子κB 的表達(dá)和Caspase-3的活性，顯著上調(diào)Bcl-2的表達(dá)。說明二甲雙胍可通過mTOR/p70S6K信號通路抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)來增強(qiáng)自噬水平，從而減輕脊髓損傷。

1.6 黃芪甲苷 黃芪甲苷Ⅳ是中藥黃芪的提取物。黃芪甲苷Ⅳ因可抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)而具有神經(jīng)保護(hù)作用。Lin等[15]發(fā)現(xiàn)，在壓迫性脊髓損傷大鼠模型中，黃芪甲苷Ⅳ在體外和體內(nèi)均能抑制神經(jīng)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的mTORC1信號傳導(dǎo)；黃芪甲苷Ⅳ可通過調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的自噬水平來減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡；也可通過促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞M2極化來減輕神經(jīng)細(xì)胞炎癥。所以，黃芪甲苷Ⅳ介導(dǎo)的mTORC1信號抑制可通過抑制神經(jīng)元凋亡和神經(jīng)炎癥的雙重調(diào)節(jié)，促進(jìn)脊髓損傷大鼠運(yùn)動功能的恢復(fù)。

1.7 雷公藤甲素 雷公藤是一種廣泛用于治療炎癥性疾病和自身免疫性疾病的中藥。雷公藤甲素是一種從雷公藤中分離出的主要活性成分，具有抗炎、保護(hù)神經(jīng)和抗腫瘤等多種藥理作用。研究表明，雷公藤甲素可增強(qiáng)自噬水平，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有神經(jīng)保護(hù)作用[16]。Zhu等[17]發(fā)現(xiàn)，在半切性脊髓損傷小鼠模型中，雷公藤甲素可通過促進(jìn)自噬途徑并同時抑制絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2信號通路來減少神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，減輕脊髓損傷，從而改善小鼠的運(yùn)動功能。

1.8 褪黑素 褪黑素是一種神經(jīng)激素，在黑暗環(huán)境下由松果體及周圍組織分泌產(chǎn)生，具有重要的生理和病理功能，可以調(diào)節(jié)人體的晝夜節(jié)律和季節(jié)節(jié)律，參與人體的免疫反應(yīng)、體重維持和生殖過程，并能抑制腫瘤生長[18]。褪黑素可在脊髓損傷大鼠模型中誘導(dǎo)脊髓自噬并促進(jìn)運(yùn)動神經(jīng)元功能的恢復(fù)[17-18]。Li等[19]的研究表明，褪黑素可以通過PI3K/Akt/mTOR信號傳導(dǎo)途徑來促進(jìn)脊髓損傷模型大鼠脊髓神經(jīng)元的存活并增加自噬，同時減少脊髓神經(jīng)元的凋亡，從而促進(jìn)運(yùn)動功能的恢復(fù)。Gao等[20]對挫傷性脊髓損傷大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素在脊髓損傷后通過SIRT1/AMPK信號通路激活神經(jīng)元的自噬來抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，減少運(yùn)動神經(jīng)元的丟失，并促進(jìn)運(yùn)動功能的恢復(fù)。此外，一項薈萃分析結(jié)果顯示，褪黑素可在脊髓損傷大鼠模型中誘導(dǎo)脊髓自噬，抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，并促進(jìn)運(yùn)動神經(jīng)元功能的恢復(fù)[21]。

1.9 依澤替米貝 依澤替米貝是一種通過降低膽固醇水平來降血脂的藥物。最近有研究表明依澤替米貝在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有神經(jīng)保護(hù)作用。如Chen等[22]的研究表明，依澤替米貝能顯著上調(diào)MAP1LC3BⅡ和Beclin-1的表達(dá)，下調(diào)p62的表達(dá)，并促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)，抑制促凋亡蛋白Bax、Caspase-3和Caspase-9表達(dá)，使神經(jīng)細(xì)胞凋亡明顯減少，還可以顯著地抑制磷酸化PI3K、磷酸化Akt和磷酸化mTOR的表達(dá)。說明依澤替米貝可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR信號通路激活自噬和抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，從而減輕神經(jīng)元損傷，改善脊髓損傷大鼠的神經(jīng)功能，發(fā)揮對脊髓損傷的保護(hù)作用。

2 抑制自噬的藥物

2.1 糖皮質(zhì)激素 糖皮質(zhì)激素已被證實是治療急性脊髓損傷的有效藥物。甲基強(qiáng)的松龍是糖皮質(zhì)激素的一種，是目前臨床上廣泛用于治療脊髓損傷的藥物之一，其可通過抑制炎癥因子及一氧化氮合成酶的產(chǎn)生、減輕神經(jīng)組織水腫、抑制氧自由基脂質(zhì)過氧化反應(yīng)、維持血糖和電解質(zhì)平衡、激活氨基酸活性及改善微循環(huán)等作用，從而減輕脊髓損傷的繼發(fā)性損害[23]。Gao等[24]的研究顯示，甲基強(qiáng)的松龍通過下調(diào)MAP1LC3B和Beclin-1蛋白表達(dá)，抑制自噬和神經(jīng)細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。Seo等[25]的研究結(jié)果提示，使用大劑量甲基強(qiáng)的松龍治療脊髓損傷可以降低損傷脊髓神經(jīng)元的自噬和凋亡水平，從而減輕脊髓損傷。Wang等[26]的研究結(jié)果顯示，激素對脊髓神經(jīng)元的保護(hù)作用可能是通過抑制脊髓神經(jīng)細(xì)胞的自噬，從而減少受損脊髓神經(jīng)元的凋亡來實現(xiàn)的，并且激素對神經(jīng)細(xì)胞自噬的抑制作用呈現(xiàn)劑量依賴性，大劑量激素通過抑制神經(jīng)元凋亡來保護(hù)受損的脊髓神經(jīng)元，但低劑量激素保護(hù)受損脊髓神經(jīng)元的作用不明顯。還有研究發(fā)現(xiàn)，MAP1LC3B水平在大鼠脊髓挫傷后2 h顯著升高，1周后下降；MAP1LC3B陽性細(xì)胞與神經(jīng)元核共存而不與膠質(zhì)纖維酸性蛋白共存，表明脊髓挫傷早期存在自噬細(xì)胞死亡，而甲基強(qiáng)的松龍在傷后2 h可降低MAP1LC3B的表達(dá)[27]，因此自噬細(xì)胞死亡可能在創(chuàng)傷性脊髓損傷后的神經(jīng)元凋亡中起重要作用，而甲基強(qiáng)的松龍可通過抑制自噬來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

2.2 人參皂苷 人參皂苷是從人參中提取的主要活性成分之一，對多種神經(jīng)退行性疾病具有神經(jīng)保護(hù)作用。既往研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷具有抗炎、抗凋亡、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護(hù)作用[28-31]。最近研究顯示，人參皂苷對脊髓損傷的神經(jīng)保護(hù)作用與自噬有關(guān)[32]。Wang等[32]發(fā)現(xiàn)，人參皂苷可以減少脊髓損傷大鼠模型中運(yùn)動神經(jīng)元的丟失，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)，抑制神經(jīng)元的自噬，以及神經(jīng)元的凋亡和自噬細(xì)胞的死亡。該學(xué)者還在體外脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，人參皂苷通過抑制過度的自噬而提高PC12細(xì)胞的活力，從而抑制神經(jīng)元凋亡，而雷帕霉素刺激自噬則消除了人參皂苷的抗凋亡作用[32]。說明人參皂苷可以通過抑制過度自噬而對脊髓損傷后受損的神經(jīng)起保護(hù)作用。

2.3 氯喹 氯喹是一種4-氨基喹啉藥物，長期用于治療或預(yù)防瘧疾，同時其還是應(yīng)用廣泛的自噬抑制劑。氯喹可提高溶酶體的pH值，抑制溶酶體與自噬體的融合及其降解功能[33]。Wu等[34]發(fā)現(xiàn)，氯喹通過抑制自噬和與自噬相關(guān)的炎癥及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，減少神經(jīng)元凋亡，最終促進(jìn)脊髓損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)。

2.4 雌二醇 雌二醇作為自噬的拮抗劑，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中起到保護(hù)神經(jīng)的作用。研究顯示，在創(chuàng)傷性脊髓損傷大鼠模型中，雌二醇可以降低Beclin-1和MAP1LC3BⅡ的表達(dá)，減少運(yùn)動神經(jīng)元丟失，使大鼠的神經(jīng)運(yùn)動功能得到改善，說明雌二醇在創(chuàng)傷性脊髓損傷中的神經(jīng)保護(hù)作用與其抑制過度自噬有關(guān)[35]。

3 雙向調(diào)節(jié)自噬的藥物

雙過氧釩是抑癌基因第10號染色體缺失的磷酸酶與張力蛋白同源物(phosphates and tensin homologue detected on chromosome ten,PTEN)磷酸酶活性的特異性抑制劑，具有強(qiáng)大的神經(jīng)保護(hù)特性。Tang等[36]發(fā)現(xiàn)，在半切性脊髓損傷大鼠模型中，雙過氧釩通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2信號傳導(dǎo)來增強(qiáng)自噬、抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡并減少神經(jīng)元丟失，從而促進(jìn)脊髓損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)。Walker等[37]發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)傷性脊髓損傷的體內(nèi)和體外模型中，雙過氧釩化合物通過抑制PTEN表達(dá)和激活PI3K/Akt/mTOR信號介導(dǎo)通路，而對神經(jīng)元具有保護(hù)作用。 Liu等[38]對半切性脊髓損傷大鼠的研究顯示，采用雙過氧釩抑制PTEN可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M2極化，從而促進(jìn)脊髓損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)。然而，Walker等[39]發(fā)現(xiàn)，在挫傷性頸脊髓損傷大鼠模型中，雙過氧釩通過激活A(yù)kt/mTOR通路，可以抑制自噬而促進(jìn)頸脊髓損傷后的神經(jīng)功能恢復(fù)。說明雙過氧釩可以通過增強(qiáng)或抑制自噬的雙向調(diào)節(jié)，在創(chuàng)傷性脊髓損傷中起到神經(jīng)保護(hù)作用，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)。

4 小 結(jié)

脊髓損傷的治療是一個世界性難題，自噬及其相關(guān)信號通路可能是治療脊髓損傷的突破口。關(guān)于脊髓損傷后神經(jīng)再生相關(guān)的自噬信號通路與藥理作用的研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷與自噬密切相關(guān)，越來越多的藥物被證實可以通過調(diào)節(jié)自噬來發(fā)揮對脊髓損傷的干預(yù)作用。有些藥物主要通過蛋白激酶、mTOR、Akt/mTOR、PI3K/Akt/mTOR信號通路增強(qiáng)自噬來保護(hù)損傷的脊髓；有些藥物則通過抑制自噬來保護(hù)損傷的脊髓，但目前還沒有明確抑制自噬藥物保護(hù)損傷脊髓的具體信號通路；還有一些藥物可以通過不同的信號通路起到雙向調(diào)節(jié)自噬的作用，從而保護(hù)損傷的脊髓，但相關(guān)研究仍較少。這為未來研究藥物通過增強(qiáng)或抑制或雙向調(diào)節(jié)自噬相關(guān)信號通路治療脊髓損傷提供了新的方向。