馬雪飛,馮冬軍,呂 東,于佳楠,翟鳳國

(牡丹江醫(yī)學(xué)院藥理教研室，黑龍江 牡丹江 157011)

缺血性腦卒中也稱腦血管意外,是以突然發(fā)病及快速出現(xiàn)的局限性或彌散性腦神經(jīng)功能缺損為臨床特征的腦血管疾病。據(jù)推算,我國腦卒中患者為1300萬[1],并且隨著人口的老齡化,以及與腦卒中發(fā)生密切相關(guān)的風(fēng)險因素如糖尿病、高血壓、高血脂等疾病患病率的增加,導(dǎo)致腦卒中發(fā)病率呈逐年上升的趨勢,給人們生活帶來嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[2]。目前認(rèn)為缺血性腦卒中的病理生理過程包括缺血再灌注后鈣離子超載、炎癥反應(yīng)、自噬、氧自由基的生成以及神經(jīng)元凋亡等。缺血性腦卒中的治療主要包括溶栓和神經(jīng)保護(hù)兩個途徑,目的在于恢復(fù)腦組織缺血區(qū)的血液供應(yīng)、保護(hù)腦神經(jīng)、促進(jìn)神經(jīng)結(jié)構(gòu)重塑等。重組人纖溶酶原激活物是唯一被FDA認(rèn)證有效的急性缺血性腦血管病溶栓治療藥物,但因受到嚴(yán)格時間窗限制(發(fā)病后3～4.5 h),且溶栓后有一定出血風(fēng)險,臨床上真正能得到治療的患者相對較少[3]。即使能夠治愈,患者也會出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)功能損傷。因此,對于缺血性腦卒中,迫切需要尋找有效的預(yù)防和治療的方法。

1 缺血性腦卒中的發(fā)病機(jī)制

1.1 鈣離子與缺血性腦卒中鈣離子(Ca2+)在神經(jīng)元從幼稚狀態(tài)到成熟狀態(tài)的功能中具有十分重要的作用。缺血后腦卒中發(fā)生后,導(dǎo)致神經(jīng)元離子梯度的喪失和膜去極化,隨后,興奮性神經(jīng)遞質(zhì)(如谷氨酸)被釋放并積聚在細(xì)胞外空間,并過度刺激神經(jīng)元受體,最終引起Ca2+內(nèi)流進(jìn)入神經(jīng)元,導(dǎo)致神經(jīng)元內(nèi)的Ca2 +超載。神經(jīng)元內(nèi)的Ca2 +超載可觸發(fā)一系列下游反應(yīng),包括胱天蛋白酶的激活、ATP合成障礙、鈣依賴性蛋白酶和核酸內(nèi)切酶的激活等,最終導(dǎo)致神經(jīng)元的損傷和死亡。

1.2 炎癥與缺血性腦卒中炎癥反應(yīng)伴隨缺血性腦卒中的整個過程,是腦缺血再灌注損傷(I/R)發(fā)病過程中的關(guān)鍵部分。雖然導(dǎo)致腦缺血損傷的病理機(jī)制尚不清楚,但炎癥過程對缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展具有基礎(chǔ)性作用。炎癥反應(yīng)存在于缺血性腦卒中的整個過程,在缺血性腦卒中初期,小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞被激活,細(xì)胞因子和趨化因子通過被激活的血管壁到達(dá)半暗帶,產(chǎn)生炎性因子。在缺血性腦卒中后期,半暗帶內(nèi)有大量的炎癥因子。研究證明,阻斷炎癥相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá),對I/R誘導(dǎo)的SD大鼠腦損傷具有保護(hù)作用[4]。在腦I/R中,多種炎癥介質(zhì)的激活可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和不可逆轉(zhuǎn)的腦損傷。因此,有效抗炎在缺血性腦卒中的治療中具有十分廣闊的前景。

1.3 自噬與缺血性腦卒中自噬是一個基本的生物學(xué)過程,廣泛存在于多種正常細(xì)胞內(nèi),對維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,保持機(jī)體功能正常起著重要作用。在缺血性腦卒中發(fā)生期間,自噬對維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)具有關(guān)鍵性作用。然而,自噬在缺血性腦卒中發(fā)病機(jī)制中的確切作用仍不明確,Litao Li等[5]發(fā)現(xiàn),小鼠缺血/缺氧24 h后,缺少雌二醇的小鼠腦損傷更嚴(yán)重,而抑制自噬會降低缺少雌二醇小鼠的腦損傷。相反,自噬可能對缺血性腦卒中有神經(jīng)保護(hù)作用,在血管閉塞模型小鼠中,自噬激活劑雷帕霉素可以減少其梗死體積、神經(jīng)元損傷[6]。在缺血性腦卒中的治療中,合理的應(yīng)用自噬,可能成為缺血性腦卒中的一個新的起點(diǎn)。

1.4 氧化應(yīng)激與缺血性腦卒中氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài),當(dāng)氧化應(yīng)激發(fā)生時,會引起機(jī)體大量氧化,生成的有害的產(chǎn)物稱之為自由基。正常情況下,自由基的產(chǎn)生和消除之間存在平衡,如果這種平衡被擾亂,大量的自由基會導(dǎo)致細(xì)胞損傷或細(xì)胞死亡?；钚匝?ROS)是一種自由基,通過有氧代謝產(chǎn)生,當(dāng)缺血性腦卒中發(fā)生時,ROS生成-消除平衡被破壞,使得ROS過量產(chǎn)生,這些ROS不僅能直接使膜脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及DNA等大分子物質(zhì)發(fā)生氧化損害而破壞細(xì)胞膜及其它細(xì)胞結(jié)構(gòu),還能通過抑制線粒體功能間接的激活凋亡信號通路,導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生死亡[7]。因此,當(dāng)缺血性腦卒中發(fā)生時,通過降低ROS的水平,會對缺血性腦卒中的治療產(chǎn)生有益的影響。

1.5 細(xì)胞凋亡與缺血性腦卒中細(xì)胞凋亡, 是指機(jī)體為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài), 由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡, 是機(jī)體為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動爭取的一種正常的生理現(xiàn)象。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育早期,會有非常多的神經(jīng)元新生以及凋亡,此時的凋亡是人體自我調(diào)節(jié)的生理現(xiàn)象。當(dāng)缺血性腦卒中發(fā)生時,線粒體中的鈣離子超載,導(dǎo)致線粒體功能損傷,細(xì)胞色素C向細(xì)胞釋放,激活Caspase-3以及相關(guān)的級聯(lián)反應(yīng),損傷DNA最后導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡,引起一系列機(jī)體功能障礙,此為病理狀態(tài)。神經(jīng)元的凋亡是缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺失的重要機(jī)制之一,是缺血性腦卒中后神經(jīng)功能進(jìn)行性發(fā)展惡化的直接原因,嚴(yán)重影響缺血性腦卒中患者生命和生活質(zhì)量。有研究報道,在大鼠I/R模型中,抑制促凋亡因子Caspase-3的表達(dá),會減少腦梗死體積,對腦組織具有保護(hù)作用[8]。因此,抑制神經(jīng)元凋亡,將是控制缺血性腦卒中后腦損傷的發(fā)展的研究重點(diǎn)以及治療缺血性腦卒中的重要基礎(chǔ)。

目前缺血性腦卒中的研究尚未明確,但可以確認(rèn)的是當(dāng)缺血性腦卒中發(fā)生時,各種發(fā)病機(jī)制相互作用,從而加重腦神經(jīng)元的損傷。而這其中必然有信號通路的參與,為了應(yīng)對臨床中缺血性腦卒中患者缺少有效的治療手段現(xiàn)狀,通過最新的相關(guān)文獻(xiàn)查詢,就信號通路與缺血性腦卒中相關(guān)分子機(jī)制的最新研究進(jìn)展加以綜述,列舉幾個與缺血性腦卒中疾病發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)的信號通路,具體探討在缺血性腦卒中發(fā)生時,信號通路對缺血性腦卒中的影響,為之后缺血性腦卒中的研究提供新的思路,為臨床上缺血性腦卒中的治療提供新手段。

2 信號通路與缺血性腦卒中

2.1 TLR4/NF-κB信號通路與缺血性腦卒中TLRs(toll-like receptors，TLRs)是1997年發(fā)現(xiàn)的人的Toll樣受體蛋白，屬于Ⅰ型跨膜糖蛋白，Toll樣受體4(TLR4)作為第一個Toll樣受體識別系統(tǒng)，是參與固有免疫反應(yīng)的重要的模式識別受體蛋白。NF-κB是一種蛋白質(zhì)復(fù)合物，其控制參與轉(zhuǎn)錄的DNA，細(xì)胞因子的產(chǎn)生和細(xì)胞的存活。有研究結(jié)果顯示，TLR4/NF-κB信號通路與缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，缺血性腦卒中可誘發(fā)內(nèi)源性分子釋放，并與TLR4結(jié)合，激活的TLR4導(dǎo)致NF-κB的核易位，引起TNF-α的過表達(dá)從而引發(fā)炎癥反應(yīng)[9]，而TLR4/NF-κB信號通路的下游介質(zhì)TNF-α、IL-1是引起缺血性腦損傷炎癥反應(yīng)的主要介質(zhì)，在大鼠腦缺血模型中可見NF-κB信號激活。Li-Rong Wu等[10]實驗中發(fā)現(xiàn)，腦缺血-再灌注小鼠缺血區(qū)大腦皮質(zhì)TLR4和NF-κB表達(dá)呈上升趨勢，神經(jīng)保護(hù)作用下降，而應(yīng)用了長春西汀降低了TLR4和NF-κB的表達(dá)，腦損傷有所改善。因此，抑制TLR4/NF-κB信號通路有助于缺血性腦卒中的恢復(fù)。

2.2 PI3K/Akt/mTOR信號通路與缺血性腦卒中PI3K是一種存在于細(xì)胞質(zhì)的脂類激酶，可以催化磷酯酰肌醇D3位的磷酸化。AKT是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是PI3K的下游蛋白之一，激活的磷酸化AKT具有促進(jìn)細(xì)胞增殖、抗凋亡的作用。mTOR屬于PI3K蛋白激酶類家族，也是PI3K信號通路下游分子之一。研究表明，PI3K/AKT/mTOR信號通路在缺血性再灌注損傷中具有神經(jīng)保護(hù)作用[11]。也有研究證明，miR-27a升高或HSP90降低會激活PI3K/AKT/mTOR信號通路，降低腦缺血-再灌注損傷大鼠模型的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，改善神經(jīng)功能[12]。蘭晶和潘敬芳[13]發(fā)現(xiàn)增加腦組織中PI3K、p-AKT和p-mTOR的表達(dá)可顯著減少腦缺血再灌注大鼠腦梗死面積，減輕腦組織病理形態(tài)的改變，進(jìn)而減輕腦缺血再灌注損傷。血管新生在缺血性腦卒中后的腦重建過程和神經(jīng)功能恢復(fù)中起著重要作用，而人參皂苷Rg1可以通過激活PI3K/Akt/mTOR信號通路，促進(jìn)VEGF，HIF-1α，PI3K，p-Akt以及p-mTOR的表達(dá)，發(fā)揮促血管生成作用，從而改善缺血性腦卒中后長期的神經(jīng)恢復(fù)[14]。

2.3 Nrf2/HO-1信號通路與缺血性腦卒中核因子-E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor2，Nrf2)是內(nèi)源性抗氧化防御的關(guān)鍵調(diào)控因子之一，可以促進(jìn)抗氧化基因轉(zhuǎn)錄，包括血紅素氧化酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)。Nrf2/HO-1通路對腦缺血在灌注損傷有顯著的保護(hù)作用，且Nrf2對腦缺血再灌注的保護(hù)作用是通過調(diào)控下游HO-1減輕炎癥反應(yīng)以及氧化應(yīng)激實現(xiàn)的[15]。也有實驗表明，大鼠大腦中動脈閉塞模型中Nrf2和下游蛋白HO-1等的表達(dá)量明顯上升，腦含水量增加，而應(yīng)用了淫羊藿次苷II的腦缺血損傷模型組Nrf2以及HO-1的表達(dá)隨著淫羊藿次苷II劑量的增加而增加，ROS的含量隨之降低，MDA隨之升高，腦梗死體積減小[16]。因此，能夠激活Nrf2/HO-1信號通路表達(dá)的藥物可能成為日后治療缺血性腦卒中治療的關(guān)鍵。

2.4 PI3K/Akt信號通路與缺血性腦卒中磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3 kinase/Akt，PI3K/Akt)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路廣泛存在于各種細(xì)胞中，PI3K/Akt信號通路參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)多種信號途徑，在促進(jìn)細(xì)胞存活及增殖、抗凋亡、調(diào)節(jié)糖代謝和蛋白合成等過程中起關(guān)鍵的作用。有文獻(xiàn)報道PI3K/Akt信號通路參與電針治療對缺血腦組織具有保護(hù)作用[17]。也有研究發(fā)現(xiàn)，在腦缺血再灌注損傷過程中PI3K/Akt通路中的P-Akt的表達(dá)有所降低，而應(yīng)用了長春西汀后，P-Akt表達(dá)增加，P-Akt/AKT比值減小，腦梗死體積以及腦含水量降低，凋亡受到抑制，大鼠腦缺血再灌注損傷明顯減輕[18]。Xiao dong Wang等[19]也發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt信號通路能通過誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)促進(jìn)血管新生，而應(yīng)用了LY294002后，一種PI3K通路抑制劑，造成大鼠腦梗死體積以及神經(jīng)功能評分升高。不難發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt信號通路的激活在缺血性腦卒中發(fā)病過程中具有關(guān)鍵作用。

2.5 HIF-1α/VEGF信號通路與缺血性腦卒中低氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)是由Ingram等[20]在研究低氧促進(jìn)紅細(xì)胞生成素基因表達(dá)時發(fā)現(xiàn)的，可以通過與低氧反應(yīng)元件結(jié)合，引起下游靶基因轉(zhuǎn)錄的一種因子。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是血管生成初期關(guān)鍵性的生長因子，在缺血后組織的恢復(fù)發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)HIF-1/VEGF信號通路的激活會降低實驗性腦卒中大鼠的神經(jīng)元凋亡發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)機(jī)制[21]。Xiao Yang[22]也發(fā)現(xiàn)在小鼠腦缺血模型中，激活HIF-1/VEGF信號通路會降低炎性反應(yīng)，減少神經(jīng)元凋亡以及血腦屏障的損傷。

2.6 Nrf2/ARE信號通路與缺血性腦卒中在氧化應(yīng)激作用下，Nrf2與細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白會發(fā)生解偶聯(lián)，活化后的Nrf2將進(jìn)入到細(xì)胞核內(nèi)，此時Nrf2在細(xì)胞核內(nèi)與小Maf蛋白結(jié)合成異二聚體，進(jìn)而辨別并結(jié)合抗氧化反應(yīng)構(gòu)件(antioxidant response element，ARE)，從而啟動下游抗氧化保護(hù)基因及II相解毒酶基因的轉(zhuǎn)錄，這些因子包括:超氧化物歧化酶、血紅素氧化酶、醌氧化還原酶1等，Nrf2/ARE信號通路在細(xì)胞或機(jī)體氧化還原反應(yīng)等方面起著至關(guān)重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，TRIM16通過下調(diào)Keap1，增強(qiáng)Nrf2/ARE信號通路，保護(hù)培養(yǎng)海馬神經(jīng)元免受氧糖剝離/復(fù)氧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[23]。Q.-Y.FAN[24]也發(fā)現(xiàn)，激活Nrf2/ARE信號通路，可以抑制腦梗死神經(jīng)細(xì)胞凋亡，減輕腦梗死癥狀，從而保護(hù)腦神經(jīng)元。

3 總結(jié)與展望

缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展與信號通路密切相關(guān)，目前缺血性腦卒中后信號通路的機(jī)制研究還有待進(jìn)一步的探討，當(dāng)缺血性腦卒中發(fā)生時，是否存在新的信號通路參與缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展，以及各種信號通路是否存在交叉作用，這都有待我們?nèi)蘸蟮难芯看_認(rèn)。信號通路的研究對缺血性腦卒中疾病的治療具有深遠(yuǎn)的意義，可能會成為缺血性腦卒中治療的關(guān)鍵。