張歡歡，劉寒，何林，高原雪，代旭陽，張曉雙，李敏，王斌

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西咸陽712046)

星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)腦缺血后神經(jīng)元保護(hù)機(jī)制的研究進(jìn)展

張歡歡，劉寒，何林，高原雪，代旭陽，張曉雙，李敏，王斌

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西咸陽712046)

腦缺血時(shí)神經(jīng)元發(fā)生損傷，星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，變?yōu)榉磻?yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞在缺血狀態(tài)下耐受力較強(qiáng)，可通過多種途徑保護(hù)神經(jīng)元，但也可通過產(chǎn)生興奮性氨基酸、釋放炎癥介質(zhì)、降低縫隙連接等損傷神經(jīng)元。因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦缺血病理過程中具有損傷或保護(hù)神經(jīng)元的雙重作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)腦缺血時(shí)神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制可能為：①攝取興奮性氨基酸，減少其對(duì)神經(jīng)元突觸后膜的持續(xù)興奮作用；②抑制炎癥介質(zhì)釋放，減輕炎癥反應(yīng)對(duì)神經(jīng)元的損傷；③加大細(xì)胞間的縫隙連接作用，快速調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)、外環(huán)境的平衡；④抗氧化作用；⑤能量調(diào)節(jié)作用；⑥抑制凋亡作用；等等。本研究主要就星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)腦缺血后神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。

腦血管疾病；星形膠質(zhì)細(xì)胞；神經(jīng)保護(hù)

星形膠質(zhì)細(xì)胞(As)數(shù)量是神經(jīng)元的5倍，其在生理和病理過程中具有重要作用。As的胞體上有許多長且?guī)в蟹种У耐黄?，能夠包圍神?jīng)元的細(xì)胞體和突起，具有支持和分隔神經(jīng)細(xì)胞的作用；其細(xì)胞終足包繞血管壁和神經(jīng)突觸，參與調(diào)控細(xì)胞代謝、離子平衡、神經(jīng)傳輸?shù)取ＤX缺血患者As增殖、肥大，特異性分子生物學(xué)標(biāo)記物膠原纖維酸性蛋白和波形蛋白表達(dá)明顯升高；As在缺血狀態(tài)下耐受力較強(qiáng)，可通過多種途徑保護(hù)神經(jīng)元，但也可通過產(chǎn)生興奮性氨基酸、釋放炎癥介質(zhì)、降低縫隙連接等損傷神經(jīng)元。因此，As在腦缺血病理過程中具有損傷或保護(hù)神經(jīng)元的雙重作用。本研究主要就As對(duì)腦缺血后神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。

1 攝取興奮性氨基酸

興奮性氨基酸是一種具有2個(gè)羧基和1個(gè)氨基的酸性氨基酸，其水平升高易引起興奮毒性損傷，而興奮毒性損傷是導(dǎo)致腦缺血時(shí)神經(jīng)元死亡的主要機(jī)制之一。興奮性氨基酸主要包括谷氨酸和天冬氨酸，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要氨基酸。谷氨酸在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量高、分布廣、作用強(qiáng)，可作為神經(jīng)遞質(zhì)從神經(jīng)末梢釋放進(jìn)入突觸間隙，作用于突觸后膜，當(dāng)作用結(jié)束后會(huì)被機(jī)體快速清除。清除谷氨酸的主要方式是胞內(nèi)攝取，這一過程依賴于As的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)。As胞膜上有5類豐富的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，其中谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1(GLT- 1)的數(shù)量及其對(duì)谷氨酸的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他轉(zhuǎn)運(yùn)體，其轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸的能力最強(qiáng)。谷氨酸被攝入至As內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，通過“谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)”返回神經(jīng)元[1,2]，終止興奮性神經(jīng)元的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并維持較低的谷氨酸水平。在高谷氨酸環(huán)境中，肌肽[3]、頭孢曲松鈉[4]、二氮嗪[5]可能分別通過調(diào)節(jié)As中GLT- 1介導(dǎo)谷氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)能力、上調(diào)As中GLT- 1表達(dá)、開放線粒體KATP(mitoKATP)等途徑，以增強(qiáng)As的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體功能。另外，As中代謝性谷氨酸受體的急性激活可提高谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性[6]，從而維持突觸間隙較低的谷氨酸水平，達(dá)到保護(hù)神經(jīng)元的目的。

2 抑制炎癥介質(zhì)釋放

腦部缺血缺氧能夠引起一系列炎癥反應(yīng)，輕度炎癥反應(yīng)有益于保護(hù)大腦，但是隨著炎癥反應(yīng)程度加重，其對(duì)大腦造成的損傷程度亦會(huì)加重。As在不同炎癥反應(yīng)階段扮演的角色不同：在炎癥反應(yīng)初期階段，As充當(dāng)抗原提呈細(xì)胞參與炎癥啟動(dòng)過程，分泌促炎抗原提呈細(xì)胞因子，防御組織損傷；在炎癥反應(yīng)高峰期和修復(fù)期階段，As則充當(dāng)炎癥反應(yīng)調(diào)控細(xì)胞，分泌抑炎細(xì)胞因子，促進(jìn)組織修復(fù)[7]。Dvoriantchikova等[8]研究發(fā)現(xiàn)，敲除NF- κB基因的大鼠缺血區(qū)神經(jīng)元受損數(shù)量明顯降低，且血管細(xì)胞黏附分子、TNF- α等表達(dá)均下降，因此認(rèn)為抑制NF- κB通路可降低促炎因子表達(dá)，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。研究表明，咪唑克生[9]、NF- κB特異性抑制劑SN50及TLR3激動(dòng)劑PolyI:C[10]均可通過抑制NF- κB表達(dá)，促使炎癥因子表達(dá)下調(diào)，從而減輕炎癥反應(yīng)。Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn)，8- O- 乙?；綏d甲酯可通過抑制缺血性腦組織中高遷移率族蛋白1 表達(dá)及NF- κB磷酸化而減少炎癥介質(zhì)釋放，最終發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元作用。

5- 脂氧酶(5- LOX)主要分布于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞受到病理性刺激后，其被激活并轉(zhuǎn)移至核膜。5- LOX是催化花生四烯酸生成中間產(chǎn)物白三烯類的關(guān)鍵酶，而白三烯類廣泛參與體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，因此認(rèn)為5- LOX通路可能參與腦組織缺血后的炎癥反應(yīng)[12]。半胱氨酰白三烯(CysLTs)亦屬于白三烯類，可激活白三烯受體。急性腦缺血患者應(yīng)用CysLTs受體抑制劑后，白三烯類與其受體結(jié)合作用減弱，故可減輕5- LOX引起的炎癥反應(yīng)，同時(shí)抑制As增殖、減輕膠質(zhì)瘢痕形成[13]。研究發(fā)現(xiàn)，急性腦缺血12～24 h 5- LOX主要表達(dá)于神經(jīng)元，而腦缺血7～14天時(shí)主要表達(dá)于As，腦缺血后給予5- LOX抑制劑或CysLTs受體抑制劑均可減輕腦缺血損傷及后期膠質(zhì)細(xì)胞增殖，從而減輕炎癥反應(yīng)，發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用[13,14]。

雌激素可通過刺激As釋放神經(jīng)元保護(hù)因子，因此調(diào)控As胞膜及胞核上的雌激素受體(ERs)發(fā)揮對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用[15]。近期研究發(fā)現(xiàn)，β- 淀粉樣蛋白可引起As釋放 IL- 1β、TNF- α等炎癥因子，而孕酮能濃度依賴性地抑制β- 淀粉樣蛋白表達(dá)，減少由功能亞單位p65核轉(zhuǎn)位引起的NF- κB信號(hào)通路激活，保護(hù)As活化所致的神經(jīng)元損傷[16]。表明在炎癥反應(yīng)后期使用孕酮可在一定程度上抑制As活化，減輕炎癥反應(yīng)造成的神經(jīng)損傷。Morizawa等[17]研究發(fā)現(xiàn)，從雌鼠As中獲得的谷氨酸比從雄鼠As獲得的谷氨酸活性更高，且As因具有不易受攻擊的表型而具備自主調(diào)控能力，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

3 加大縫隙連接

縫隙連接又稱通訊連接，是廣泛存在于組織、細(xì)胞間的一種連接形式，是構(gòu)成相鄰細(xì)胞間相互連接的通道。相鄰As之間存在豐富的縫隙連接，可調(diào)節(jié)神經(jīng)元內(nèi)外離子濃度，特別是K+、Ca2+，以維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中偶聯(lián)的As由于細(xì)胞外液Ca2+濃度持續(xù)升高，可活化轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶C，進(jìn)行細(xì)胞間Ca2+信號(hào)傳遞，改變神經(jīng)元附近的突觸形態(tài)和興奮性。As攝入的K+和谷氨酸也可通過縫隙連接進(jìn)行傳遞，加快K+和谷氨酸的清除速度，從而保護(hù)神經(jīng)元[18,19]。腦缺血時(shí)As之間的縫隙連接開放程度增大，有利于加快缺血區(qū)神經(jīng)元的營養(yǎng)供應(yīng)，從而減輕神經(jīng)元損傷、延緩腦損傷擴(kuò)散進(jìn)程[20]。

4 抗氧化作用

腦缺血時(shí)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)大量自由基，如超氧負(fù)離子、NO等。在這種過氧化環(huán)境中，酶活性下降，由于機(jī)體的氧化能力大大超過抗氧化能力而發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，造成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸的過氧化而喪失活性，同時(shí)可造成細(xì)胞膜損傷，最終導(dǎo)致神經(jīng)元受損，甚至死亡。As能夠調(diào)節(jié)腦組織微環(huán)境，釋放細(xì)胞因子及趨化因子，并且可為神經(jīng)元提供抗氧化底物——谷胱甘肽。谷胱甘肽為一種低分子清除劑，可清除體內(nèi)的超氧離子及其他自由基，防御過氧化物與自由基對(duì)細(xì)胞膜的損害，穩(wěn)定含巰基的酶，防止血紅蛋白及其他輔助因子氧化損傷，具有細(xì)胞解毒作用。谷胱甘肽的抗氧化作用可能機(jī)制：①在谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)的催化下，谷胱甘肽能夠清除H2O2，防止H2O2聚集；同時(shí)阻止H2O2與鐵反應(yīng)生成毒性更強(qiáng)的羥自由基。②As與其他神經(jīng)元相比可釋放更多的還原輔酶Ⅱ(NADPH)，NADPH能為還原型谷胱甘肽提供電子，生成新的谷胱甘肽[21,22]；但隨著腦缺血時(shí)間的延長及腦組織炎癥反應(yīng)的加劇，As釋放的谷胱甘肽、GPx逐漸減少，抗氧化能力逐漸減弱[23]。由此可見，臨床上可通過減輕炎癥反應(yīng)，延長谷胱甘肽清除自由基的時(shí)間，可減輕腦缺血損傷；或可通過服用藥物補(bǔ)充谷胱甘肽或GPx，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力，繼而減輕腦缺血損傷。另有研究發(fā)現(xiàn)，干擾后的內(nèi)源性小分子抗氧化蛋白可通過增強(qiáng)As對(duì)H2O2誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)的敏感性，提高抗氧化蛋白2- Cys Prdxs的活性，同時(shí)可激活NF- κB信號(hào)通路，通過抗氧化損傷發(fā)揮神經(jīng)元保護(hù)作用[24,25]。

5 能量調(diào)節(jié)作用

腦組織缺血時(shí)神經(jīng)元的能量代謝發(fā)生障礙，不能及時(shí)補(bǔ)充能量，從而影響其正常的生理功能。腦血管附近的As終足包裹在血管壁上，能從血管中攝取葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)，并通過As之間的縫隙連接被迅速傳遞至其他As中。As攝取的葡萄糖部分通過有氧酵解產(chǎn)生ATP供自身需要，而多余的葡萄糖則以糖原形式儲(chǔ)存在As中。腦缺血時(shí)，As中的糖原降解生成丙酮酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)；另一方面，As可進(jìn)行無氧代謝生成乳酸及少量ATP，部分乳酸進(jìn)入神經(jīng)元后生成丙酮酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。但體內(nèi)乳酸生成過多可導(dǎo)致腦內(nèi)pH值降低，引起酸中毒，可對(duì)神經(jīng)元造成更嚴(yán)重?fù)p傷[26,27]。

6 抑制凋亡作用

腦缺血后由于興奮性氨基酸不斷增多，炎癥介質(zhì)不斷釋放，以及自由基產(chǎn)生增多等一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，可激活細(xì)胞凋亡信號(hào)，引起細(xì)胞凋亡。神經(jīng)元是不可再生細(xì)胞，其凋亡使神經(jīng)系統(tǒng)的完整性遭到破壞，嚴(yán)重影響機(jī)體的正常功能。細(xì)胞凋亡的途徑之一為內(nèi)源性凋亡途徑，又稱線粒體凋亡通路，由死亡信號(hào)相關(guān)特異蛋白決定。Bcl- 2蛋白家族是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵元件，分為抗凋亡因子(如Bcl- 2)及促凋亡因子(如Bax)。研究顯示，腦缺血再灌注18 h后的As培養(yǎng)液可促進(jìn)Bcl- 2分泌、抑制Bax和凋亡調(diào)控蛋白酶caspase- 3的激活，從而保護(hù)受損的神經(jīng)元[28]。

綜上所述，As可通過攝取興奮性氨基酸、抑制炎癥介質(zhì)釋放、加大縫隙連接、抗氧化作用、能量調(diào)節(jié)作用、抑制凋亡作用等多個(gè)機(jī)制保護(hù)腦缺血時(shí)受損的神經(jīng)元，延緩腦缺血損傷進(jìn)程。As對(duì)腦缺血后神經(jīng)元的保護(hù)作用可為腦缺血的治療策略和實(shí)驗(yàn)研究提供參考。

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國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81473385)；陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研計(jì)劃項(xiàng)目(13JS029)。

王斌(E- mail: wangbin812@126.com)

10.3969/j.issn.1002- 266X.2017.36.033

R743

A

1002- 266X(2017)36- 0097- 03

2016- 11- 10)