付奕豪，張 磊，高大寬

空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院 神經(jīng)外科(西安 710032)

缺血再灌注損傷是以器官供血受限，隨后血流和供氧恢復(fù)，出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)、功能變化為特征的一種病理過程[1]。血流恢復(fù)后可能導(dǎo)致潛在的有害影響，如細(xì)胞壞死、細(xì)胞腫脹以及組織各部分血流不均勻恢復(fù)等。再灌注階段，血流的恢復(fù)導(dǎo)致破壞性炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生大量活性氧，細(xì)胞內(nèi)鈣離子堆積，引起細(xì)胞凋亡蛋白釋放，導(dǎo)致大量細(xì)胞凋亡[2]。針對(duì)缺血再灌注的損傷機(jī)制，有研究[3-5]提出,可以使用如缺血預(yù)處理、愛帕琳肽、褪黑素等治療方法或治療藥物減輕缺血再灌注損傷。近年來，D-阿洛糖被發(fā)現(xiàn)具有對(duì)抗缺血再灌注損傷的作用。最近的研究[6]發(fā)現(xiàn)，D-阿洛糖對(duì)抗缺血再灌注損傷時(shí)，主要在抑制中性粒細(xì)胞的激活、減少細(xì)胞因子與趨化因子的釋放等方面發(fā)揮重要作用。因此，D-阿洛糖近年來已成為抗缺血再灌注損傷研究的熱點(diǎn)靶向藥物，相關(guān)基礎(chǔ)分子機(jī)制研究為臨床治療提供了新思路和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 D-阿洛糖的概況

D-阿洛糖是一種罕見的單糖，化學(xué)式為C6H12O6，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是D-葡萄糖的C-3異構(gòu)體或D-阿洛酮糖的醛糖異構(gòu)體[7]。D-阿洛糖在自然環(huán)境中很少出現(xiàn)，其甜度是蔗糖的80%，但熱量極低，可以作為蔗糖的理想替代品[8]。因?yàn)槠浠瘜W(xué)合成過程十分復(fù)雜且選擇性差，因此酶法合成是目前生產(chǎn)D-阿洛糖最常用的方法[9]。最初，Hossain等[10]報(bào)道，D-阿洛糖(美國(guó)專利No.5620960, 1997)可以抑制大鼠體內(nèi)中性粒細(xì)胞的產(chǎn)生并降低血小板數(shù)量，而對(duì)大鼠沒有其他明顯的不利影響，并且與傳統(tǒng)免疫抑制劑FK506(他克莫司 Tacrolimus)相比，D-阿洛糖具有不良反應(yīng)小的特點(diǎn)。在大鼠體內(nèi)研究[11]中發(fā)現(xiàn),其半數(shù)致死量(LD50)為20 g/kg。最近的研究[12-17]發(fā)現(xiàn)，D-阿洛糖在肝臟、腎臟、皮膚、腦等器官的缺血再灌注損傷中發(fā)揮著重要的保護(hù)作用，其保護(hù)作用與抑制相關(guān)的炎癥因子釋放有關(guān)，它還可以抑制抗原提呈細(xì)胞對(duì)抗原的攝取，從而阻止對(duì)下游炎癥細(xì)胞的激活，并且在肝臟的缺血再灌注損傷中，與別嘌醇和超氧化物歧化酶在細(xì)胞保護(hù)功能和炎癥抑制作用上比較，D-阿洛糖是一種功效更強(qiáng)的缺血再灌注損傷保護(hù)劑。

2 D-阿洛糖抗缺血再灌注損傷相關(guān)分子

2.1 腫瘤壞死因子-α

腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)是由哺乳動(dòng)物活化的巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生的血清糖蛋白，它可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞壞死，并且抑制腫瘤細(xì)胞增殖，在創(chuàng)傷或感染時(shí)迅速釋放，而且在免疫反應(yīng)、炎癥和凋亡等過程中具有決定性作用[18]。Ueki等[15]研究發(fā)現(xiàn)，D-阿洛糖可以減輕炎癥反應(yīng)所導(dǎo)致的急性腎功能損傷，用脂多糖誘導(dǎo)大鼠急性腎損傷的同時(shí)注射400 mg/kg D-阿洛糖，與對(duì)照組相比，注射D-阿洛糖大鼠的血清中，尿素氮和血肌酐的含量明顯降低，這表明D-阿洛糖可以有效減輕急性腎損傷的程度，并且檢測(cè)了血清以及腎組織中TNF-α的含量后發(fā)現(xiàn)，注射D-阿洛糖大鼠的血清中TNF-α含量明顯低于對(duì)照組，在腎組織中TNF-α含量也較對(duì)照組有明顯下降，這提示D-阿洛糖的抗炎作用可能與其減少體內(nèi)TNF-α的釋放，從而阻止中性粒細(xì)胞活化有關(guān)[6]。Huang等[19]在對(duì)小鼠大腦缺血再灌注損傷模型的研究中發(fā)現(xiàn)，注射D-阿洛糖的小鼠神經(jīng)功能損傷程度、大腦壞死區(qū)域以及腦組織水腫程度都明顯低于對(duì)照組，并且與注射0.2 mg/g D-阿洛糖的小鼠相比，注射0.4 mg/g D-阿洛糖可以更好地減輕神經(jīng)功能損傷和腦組織梗死面積，在檢測(cè)腦組織TNF-α含量時(shí)發(fā)現(xiàn)在注射0.4 mg/g D-阿洛糖后，腦組織中TNF-α含量與對(duì)照組相比有明顯降低，這也表明D-阿洛糖在減輕缺血再灌注損傷的炎癥反應(yīng)作用與抑制TNF-α的活性密切相關(guān)。Shinohara等[20]對(duì)沙鼠進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，阻塞沙鼠雙側(cè)頸總動(dòng)脈5 min后再通，在運(yùn)動(dòng)功能障礙的表現(xiàn)上，注射400 mg/kg D-阿洛糖組較對(duì)照組相比有明顯改善，而注射200 mg/kg D-阿洛糖組與對(duì)照組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。研究D-阿洛糖對(duì)細(xì)胞因子影響的實(shí)驗(yàn)[19]發(fā)現(xiàn)，缺血?jiǎng)游锏暮ｑR區(qū)的TNF-α、IL-6和IL-1β的表達(dá)明顯增加，而在缺血后立即經(jīng)400 mg/kg D-阿洛糖處理的沙鼠中，這些炎癥因子的表達(dá)較前者明顯降低，由此推斷D-阿洛糖抑制缺血導(dǎo)致的海馬區(qū)TNF-α、IL-1β和IL-6上調(diào)，從而減輕海馬區(qū)受到短暫性局部缺血的損傷。但是Shinohara等[20]發(fā)現(xiàn),在對(duì)沙鼠注射100 mg/kg D-阿洛糖后沒有表現(xiàn)出神經(jīng)保護(hù)作用，而Muneuchi等[14]在大鼠腹部皮膚島狀皮瓣缺血再灌注損傷研究中發(fā)現(xiàn)，注射100 mg/kg D-阿洛糖后，明顯提高了皮瓣成活率。因而,D-阿洛糖在保護(hù)效能與使用劑量之間的關(guān)系還需進(jìn)一步研究闡明。

2.2 谷氨酸

谷氨酸(glutamate，Glu)是一種天然的非必須氨基酸，是存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的興奮型神經(jīng)遞質(zhì)。它在神經(jīng)元中合成，并在神經(jīng)細(xì)胞末端附近的突觸囊泡中運(yùn)輸、儲(chǔ)存，神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)生時(shí)釋放到突觸間隙，并啟動(dòng)一個(gè)受體介導(dǎo)的信號(hào)通路[21]。Hirooka等[22]研究了大鼠視網(wǎng)膜的缺血再灌注損傷，他們通過將大鼠眼壓增加至130 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)，并保持45 min來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?shí)驗(yàn)組在構(gòu)建模型前30 min預(yù)先注射了不同濃度的D-阿洛糖溶液(50、100、200、400 mg/kg)，D-阿洛糖處理組的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層細(xì)胞數(shù)與內(nèi)叢狀層的厚度較對(duì)照組有明顯改善，在監(jiān)測(cè)缺血再灌注過程中玻璃體內(nèi)Glu含量時(shí)發(fā)現(xiàn)，缺血過程起始階段Glu含量增高，血流再通后，Glu水平再次升高，約20 min達(dá)到最大值，而D-阿洛糖處理組Glu含量的上升在缺血和再灌注階段都被有效抑制，因此猜想缺血再灌注損傷與這種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)，它們過度活化特別是對(duì)Glu受體的刺激，通常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而D-阿洛糖正是通過降低細(xì)胞外Glu水平從而抑制缺血再灌注對(duì)視網(wǎng)膜的破壞。Liu等[23]研究了沙鼠大腦缺血再灌注損傷，實(shí)驗(yàn)組在構(gòu)建模型前后分別注射200 mg/kg D-阿洛糖，缺血時(shí)細(xì)胞Glu釋放增加，細(xì)胞外Glu含量呈尖峰，隨后Glu含量小幅下降，再灌注階段Glu出現(xiàn)二次釋放，持續(xù)約1 h后回到初始值，D-阿洛糖處理后明顯抑制了Glu的釋放，并且在再灌注階段Glu第2次釋放峰完全消失，該結(jié)果表明D-阿洛糖對(duì)缺血再灌注，特別是再灌注過程中細(xì)胞外Glu水平有降低作用，從而抑制Glu的興奮毒性，起到細(xì)胞保護(hù)作用。

2.3 乳酸

乳酸(lactate，Lac)是糖酵解的最終產(chǎn)物，并且可以作為一種分子信號(hào)調(diào)節(jié)活性氧的生成，高水平的Lac可以導(dǎo)致氧化應(yīng)激、酸中毒和線粒體依賴的細(xì)胞凋亡，Lac信號(hào)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)也會(huì)加重缺血再灌注損傷[24]。Liu等[23]對(duì)沙鼠大腦缺血再灌注損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，缺血和再灌注階段，細(xì)胞外的Lac水平持續(xù)升高，而在經(jīng)D-阿洛糖處理后，缺血階段的Lac釋放沒有明顯改變，而再灌注時(shí)Lac釋放降低，檢測(cè)細(xì)胞外氧分壓也發(fā)現(xiàn)，D-阿洛糖可以增加再灌注期細(xì)胞外的氧分壓，通過這項(xiàng)研究結(jié)果可以推斷D-阿洛糖可能通過抑制Lac合成和釋放，從而抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，達(dá)到細(xì)胞保護(hù)的作用。

2.4 核因子-κB

核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)是免疫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可以加速細(xì)胞增殖，抑制凋亡，促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲，并刺激血管生成，驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)。病毒和細(xì)菌感染、壞死細(xì)胞產(chǎn)物、DNA損傷、氧化應(yīng)激和促炎細(xì)胞因子都可以誘導(dǎo)NF-κB的活化[25]。Huang等[19]發(fā)現(xiàn),小鼠在缺血再灌注損傷后，腦組織內(nèi)NF-κB明顯升高，而注射0.4 mg/g D-阿洛糖小鼠與對(duì)照組相比，NF-κB的含量明顯降低，這表明D-阿洛糖在缺血再灌注損傷過程中發(fā)揮的抗炎作用與抑制NF-κB的活性密切相關(guān)。進(jìn)一步研究[26]發(fā)現(xiàn),發(fā)揮這一功能可能依賴于過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPARγ)的活化，活化后的PPARγ與NF-κB的p65和p50組分結(jié)合，從而抑制NF-κB的激活，降低NF-κB下游靶基因的轉(zhuǎn)錄水平。

2.5 環(huán)氧化酶-2

環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)是一組含血紅素的同工酶(即COX-1和COX-2)，它們可以催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為具有生物活性的前列腺素(prostaglandin PGs)，當(dāng)細(xì)胞受到炎癥等刺激時(shí)，COX-2在炎癥細(xì)胞中的表達(dá)水平升高，主要在大鼠腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)增加，某種程度上促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[27]。Gao等[28]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠注射300 mg/kg D-阿洛糖后，其大腦梗死面積明顯小于對(duì)照組，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，表達(dá)COX-2的細(xì)胞主要聚集在壞死區(qū)，而實(shí)驗(yàn)組中COX-2陽性細(xì)胞明顯少于對(duì)照組，且COX-2與神經(jīng)元核抗原出現(xiàn)共定位現(xiàn)象，這個(gè)結(jié)果不但表明COX-2可以作為評(píng)價(jià)大腦損傷的重要指標(biāo)，而且也證實(shí)了D-阿洛糖在大腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮了重要的抗炎作用。

2.6 絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1

絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1(mitogen-activated protein kinase phosphatase 1，MKP-1)是一種可誘導(dǎo)的核雙重特異性蛋白磷酸酶，可以在體外和體內(nèi)去磷酸化，并且抑制絲裂原或壓力激活蛋白的磷酸化[29]。Ju等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠皮膚發(fā)生缺血再灌注損傷時(shí)，小鼠MKP-1明顯升高，但p-ERK1、p-ERK2、p-ERK1/ERK1、p-ERK2/ERK2等蛋白表達(dá)降低，這是由于MKP-1是ERK通路的特異性負(fù)向調(diào)控因子，可阻斷其底物活性，產(chǎn)生抑制其抗凋亡的作用，經(jīng)D-阿洛糖處理后，MKP-1含量降低，MKP-1的抑制機(jī)制被抵消，同時(shí)ERK1/2抑制劑PD-98059可以通過抑制作用逆轉(zhuǎn)D-阿洛糖對(duì)皮瓣存活的保護(hù)作用，并且導(dǎo)致氧化應(yīng)激和壞死相關(guān)炎癥因子水平升高，因此可以得出，D-阿洛糖可能通過抑制MKP-1的表達(dá)，進(jìn)一步抑制氧化應(yīng)激、炎癥和壞死的發(fā)生，從而發(fā)揮缺血再灌注損傷的保護(hù)作用。但是MKP-1也可以發(fā)揮抗氧化，維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的作用[31]。因此,對(duì)于MKP-1在疾病發(fā)生時(shí)究竟是產(chǎn)生保護(hù)還是損害作用，還需要進(jìn)一步深入研究來闡明。

2.7 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一種鈣依賴的鋅內(nèi)肽酶超家族，參與大腦和血腦屏障的許多生理、病理過程，通過降解緊密連接蛋白來破壞血腦屏障的完整性，從而增加其通透性，其與神經(jīng)炎癥、腦中風(fēng)、癲癇、腦腫瘤等多種疾病的發(fā)生相關(guān)[32]。在炎癥反應(yīng)過程中，白細(xì)胞通過細(xì)胞因子相互作用黏附到血管壁，產(chǎn)生IL-6和TNF-α,刺激MMP產(chǎn)生，破壞血腦屏障[33]。Gao等[34]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)缺血再灌注損傷的小鼠MMP-9的表達(dá)明顯增加。Cheng等[35]將神經(jīng)元細(xì)胞經(jīng)氧糖剝奪處理后，發(fā)現(xiàn)MMP-9較正常狀態(tài)下明顯上升，當(dāng)經(jīng)白藜蘆醇處理后發(fā)現(xiàn)，伴隨PPAR-α的表達(dá)增加，MMP-9的水平明顯下降，提示PPAR-α在抑制MMP-9的表達(dá)中發(fā)揮重要作用。黃濤等[36]研究同樣發(fā)現(xiàn)，小鼠大腦遭受缺血再灌注損傷后，MMP-9的表達(dá)明顯增多，經(jīng)D-阿洛糖處理后，小鼠大腦壞死面積和水腫程度明顯減輕，且MMP-9的表達(dá)明顯減少，可以說明D-阿洛糖抑制腦缺血再灌注損傷是通過減少M(fèi)MP-9的表達(dá)，起到神經(jīng)保護(hù)的作用。

作為一種理想的神經(jīng)保護(hù)劑，需要具有不良反應(yīng)少、易于院前應(yīng)用的特點(diǎn)[37]，D-阿洛糖作為一種潛在的神經(jīng)保護(hù)劑，未來可能擁有更加廣闊的應(yīng)用前景(圖1)。

圖1 D-阿洛糖抑制在缺血再灌注損傷中表達(dá)增加的TNF-α、Glu、Lac、NF-κB、COX、MKP-1和MMP等炎性因子

3 小結(jié)

D-阿洛糖在各器官的缺血再灌注損傷中都發(fā)揮著重要的保護(hù)作用，通過抑制缺血再灌注后某些損傷分子的表達(dá)發(fā)揮保護(hù)作用，但其保護(hù)機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。目前，尚無關(guān)于其在人體中的代謝途徑、生理作用、毒性或安全性的系統(tǒng)研究，所以何種劑量在人體中可以發(fā)揮保護(hù)作用還需進(jìn)一步研究。另外，D-阿洛糖的化學(xué)合成相對(duì)昂貴，如何獲取成本低廉且純凈的D-阿洛糖，也是在其應(yīng)用于臨床治療缺血再灌注損傷前需要解決的問題之一。當(dāng)前，對(duì)于D-阿洛糖與其他抗缺血再灌注損傷藥物的聯(lián)合作用的研究還處于空白階段，因此未來還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證D-阿洛糖與其他抗缺血再灌注損傷藥物的聯(lián)用效果，闡明它們之間的相互作用機(jī)制，為解決缺血再灌注損傷開辟新的方向。

綜上所述，隨著對(duì)D-阿洛糖在缺血再灌注損傷保護(hù)作用機(jī)制研究的不斷深入，可以更加全面、完整地了解這種稀有單糖的生理功能，并且為缺血再灌注損傷疾病的治療、改善其預(yù)后提供新思路。