詹云亮 楊夢嬌 高 梅

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院（江蘇省人民醫(yī)院），江蘇 南京 210029

通信作者：高梅

與腦功能相關(guān)的疾病是世界上任何一個國家都無法回避的嚴重醫(yī)療問題，包括神經(jīng)退行性疾病、精神疾病、腦卒中、腦外傷等。在這類疾病的發(fā)生、發(fā)展中，不同層面的因素都發(fā)揮了作用，從蛋白分子到系統(tǒng)之間的相互作用。到目前為止，對于這類疾病的治療效果也常常不能滿意，因此，各領(lǐng)域的專家們積極探索具有腦功能保護作用的激素。2013 年，WRANN 團隊首次在文章中闡述鳶尾素（Irisin）可以通過提高腦內(nèi)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的水平改善認知功能，開啟了對Irisin在腦保護領(lǐng)域深入研究的序幕［1］。2019年，LOURENCO 等［2］將Irisin 應(yīng)用于阿爾茨海默病的研究，證明其可修復(fù)阿爾茨海默小鼠的突觸可塑性及緩解記憶損傷，這些發(fā)現(xiàn)進一步使Irisin成為神經(jīng)功能研究領(lǐng)域的熱門因子。

Irisin 是一種由含Ⅲ型纖連蛋白域蛋白5（fibronectin type Ⅲ domain-containing protein 5，F(xiàn)NDC5）裂解而來，存在于血液循環(huán)中的多肽。LOURENCO等［2］在實驗中利用免疫印跡和質(zhì)譜分析方法鑒別FNDC5 中包含的各種多肽，發(fā)現(xiàn)FNDC5/Irisin 以多種形式存在于大腦中，且具有不同的表觀分子量，表明它們可能是經(jīng)歷翻譯后修飾或存在不同形式的聚合體。Irisin主要由運動中的肌肉纖維產(chǎn)生，并受過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子-1 α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）基因調(diào)控［3］。在動物實驗中研究者發(fā)現(xiàn)，Irisin 可通過促進白色脂肪組織轉(zhuǎn)變?yōu)樽厣窘M織改善小鼠的能量代謝。因此，學(xué)者們早期主要關(guān)注的是它在內(nèi)分泌領(lǐng)域的影響［4］。而Irisin 作為一種調(diào)節(jié)機體生化代謝的物質(zhì)，也可對神經(jīng)組織產(chǎn)生影響。在腦代謝方面，已有多項研究表明，F(xiàn)NDC5 可通過血-腦屏障間接提高腦內(nèi)BDNF 水平以增強大腦功能。若直接向?qū)嶒瀯游锬X內(nèi)注射Irisin 也可增加ATP 的產(chǎn)生促進腦代謝，給因病無法運動的老年人腦保護提供了一條可能的新途徑［5］。在神經(jīng)內(nèi)分泌方面，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，Irisin 可通過下丘腦-腺垂體-性腺軸影響生殖系統(tǒng)的功能［6］，認為Irisin 是啟動青春期的重要因素。最后，在神經(jīng)發(fā)育方面，若在神經(jīng)元前體細胞中敲除FNDC5 則可以抑制小鼠胚胎干細胞向神經(jīng)元的分化和星形膠質(zhì)細胞的成熟［7］，HASSANZADEH 等［8］發(fā)現(xiàn)，浦肯野細胞中FNDC5 表達的變化也可能與小腦的神經(jīng)發(fā)生有關(guān)。這些結(jié)果均表明，Irisin 從多方面影響生物體的神經(jīng)功能。

1 Irisin與神經(jīng)退行性疾病

神經(jīng)退行性疾病是由神經(jīng)元或其髓鞘的喪失所致，隨著時間的推移而惡化，最終導(dǎo)致功能障礙。由于缺乏明確的治療方法扭轉(zhuǎn)神經(jīng)元的逐漸退化，這些疾病被認為是不治之癥。近期的生物醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，這些疾病在亞細胞水平上有許多相似之處，包括異常蛋白質(zhì)組合（如蛋白質(zhì)構(gòu)象?。┖统绦蛐约毎劳觥Ｒ虼?，有學(xué)者猜想，針對某一種神經(jīng)退行性疾病的治療進展也可能改善其他腦疾?。?-10］。阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，隨時間推移病情逐漸惡化，在所有癡呆癥中60%～70%是由AD 造成的。AD 最常見的早期癥狀是難以記住最近的事件，進而出現(xiàn)包括語言問題、迷失方向（包括容易迷路）、情緒波動、失去動力、自我忽視和行為異常［11］。隨著病情進展，他們往往不得不退出家庭和社會，逐漸喪失身體功能至最終死亡。關(guān)于AD的形成機制，目前的共識歸咎于腦內(nèi)異常tau 蛋白和老年斑塊。而Irisin 作為阿爾茨海默病的潛在治療因子，目前有兩個機制備受關(guān)注。第一，通過Irisin 前體FNDC5 調(diào)節(jié)BDNF 的表達來改善學(xué)習(xí)記憶功能。WRANN的團隊發(fā)現(xiàn)，使用siRNA在皮層神經(jīng)元中干擾FNDC5的表達會導(dǎo)致BDNF表達的減少，且BELVIRANLI 等［12］通過大鼠的莫里斯水迷宮試驗證實運動在海馬區(qū)產(chǎn)生的BDNF 可以保護老年大鼠空間學(xué)習(xí)和記憶功能。綜合這兩個實驗的結(jié)果，提示阿爾茨海默病的記憶學(xué)習(xí)能力下降有可能是BDNF缺乏導(dǎo)致的?，F(xiàn)有研究表明，BDNF一方面抑制AD 中Aβ蛋白介導(dǎo)的神經(jīng)元毒性反應(yīng)，另一方面改善Aβ蛋白造成的大腦學(xué)習(xí)功能下降［13-14］，由此可以看出FNDC5/BDNF 這個信號通路的治療潛力。第二，Irisin促進神經(jīng)干細胞分化成神經(jīng)元，并促進星形膠質(zhì)細胞的成熟。這種促神經(jīng)元發(fā)育的機制或許可以為神經(jīng)退行性疾病提供研究的新方向［7］。除了這兩種潛在的治療機制，LOURENCO 等［2］還觀察到Irisin 可增強AD 小鼠的神經(jīng)元長時程后增強效應(yīng)（long-term potentiation，LTP）及保護突觸可塑性。同時，在離體人腦切片實驗中發(fā)現(xiàn)，重組Irisin 可以刺激人皮質(zhì)切片中的cAMP/PKA/CREB 通路——在記憶形成中發(fā)揮重要作用的信號途徑，提示Irisin在AD實驗?zāi)Ｐ椭刑峁┯洃洷Ｗo的可能機制［2］。對于阿爾茨海默病的發(fā)病機制，還有一個著名的tau 蛋白假說。磷酸化的tau蛋白相互纏繞形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，失去促進微管裝配形成的生物學(xué)功能并失去維持微管穩(wěn)定的作用。為了研究Irisin 對阿爾茨海默病患者tau 蛋白的影響，ABD-ELRAHMAN 等［15］隨機插入人類微管相關(guān)蛋白質(zhì)tau（microtubule-associated protein tau，MAPT）基因到“tau 敲除”小鼠中去，以此作為受tau 蛋白影響的動物模型。實驗的結(jié)論非常有趣，腹腔注射鳶尾素治療降低了雌性小鼠海馬磷酸化tau 水平，但對雄性無效，故性別不同導(dǎo)致的藥物效果差異也應(yīng)在未來的阿爾茨海默病治療中引起重視。

2 Irisin與抑郁癥

主要抑郁癥（major depressive disorder，MDD）簡稱抑郁癥，是一種精神障礙疾病，其特征是有至少2 周的情緒低落、自卑，在正常人感覺愉快的活動中失去興趣或快樂，偶爾也會有妄想或幻覺，可對一個人的工作生活產(chǎn)生負面影響。2017 年約1.63 億人（占世界人口的2%）患抑郁癥，受影響人的比例從日本的7%到法國的21%不等。2019年，北京大學(xué)第六醫(yī)院黃悅勤教授在《柳葉刀·精神病學(xué)》發(fā)表研究文章稱，在中國抑郁癥12 個月的患病率為3.6%，而終身患病率則達到6.9%，以此估算，中國約有9 500 萬的抑郁癥患者［16］。抑郁癥給國家社會帶來不穩(wěn)定因素及經(jīng)濟負擔(dān)，研究Irisin與抑郁癥的關(guān)系也是一個嘗試解決這個問題的方法。在動物行為學(xué)實驗中，SITENESKI 等［17］發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中隨Irisin 劑量的增加會逐漸減少小鼠在尾巴懸掛試驗及強迫游泳試驗中的靜止時間，說明中樞Irisin的含量增加與小鼠抑郁的程度減少是同步的。在基因?qū)用妫X室內(nèi)Irisin注射治療1 h后，海馬區(qū)和前額葉皮質(zhì)中PGC1α基因表達降低，6 h 后表達提高，提示Irisin 可能在管理情緒的腦區(qū)中發(fā)揮與時間相關(guān)的促基因轉(zhuǎn)錄作用。從能量代謝的層面上看，與未應(yīng)激的大鼠相比，慢性壓力組大鼠前額葉皮層的2-脫氧葡萄糖攝取顯著降低，而這個過程可被Irisin所逆轉(zhuǎn)。Irisin治療顯著增加了慢性壓力組大鼠前額葉皮質(zhì)的ATP 水平。HUANG等［18］認為，Irisin可能通過增加慢性壓力組大鼠大腦前額葉皮質(zhì)層的葡萄糖攝取和代謝調(diào)節(jié)能量代謝和抑郁樣行為。腦卒中后抑郁（post-stroke depression，PSD）是腦卒中后引起的一種最常見的情緒障礙，嚴重影響腦卒中患者的心理健康，降低患者的生活質(zhì)量，精神錯亂可能會對長期預(yù)后產(chǎn)生持久的影響，延緩患者的功能恢復(fù)，增加復(fù)發(fā)率和病死率［19］。TU 等［20］在2015-01—2016-12 關(guān)于腦卒中后抑郁患者的臨床隊列研究中發(fā)現(xiàn)，Irisin 水平與卒中量表NIHSS 分數(shù)呈負相關(guān)（Spearman 相關(guān)系數(shù)r=—0.343，P＜0.001），且與其他生物標(biāo)志物相比，如高敏C 反應(yīng)蛋白（hs-CRP）、同型半胱氨酸（Hcy）、年齡和血清素，Irisin在預(yù)測腦卒中后抑郁方面表現(xiàn)出更強的鑒別能力。最近的一項研究表明，JAK/STAT和STAT3 通路在誘導(dǎo)海馬NMDA受體依賴的長期抑郁中有關(guān)鍵作用［21］，而Irisin 可以降低海馬中STAT3 的激活［22］。因此，Irisin具有一定的緩解抑郁作用，可能與改善腦部代謝及提高情緒管理的腦區(qū)活性有關(guān)。

3 Irisin與2型糖尿病導(dǎo)致的認知損傷

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）是一種以糖代謝紊亂為主的代謝性疾病，截至2019 年中國約有1.16億人患糖尿病。糖尿病既可以造成各種心血管事件，也與輕微認知損傷有密切聯(lián)系。Irisin 的出現(xiàn)為代謝性疾病的研究開辟了新領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)Irisin可提升腦組織中BDNF的含量，間接預(yù)防2型糖尿病導(dǎo)致的癡呆［18］。糖尿病患者的Irisin 水平比正常人要低，這或許也從反面說明Irisin對正常代謝及腦功能的保護作用［23］。除提高BDNF這個途徑外，NAKANO等［24］認為還有兩個途徑可改善糖尿病導(dǎo)致的認知障礙，第一個途徑是調(diào)控星形膠質(zhì)細胞活動，第二個途徑則是調(diào)節(jié)觸發(fā)神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)的信號通路。星形膠質(zhì)細胞的激活與認知功能障礙密切相關(guān)已經(jīng)是領(lǐng)域內(nèi)的共識，最近的一份報告表明，修復(fù)受損的星形膠質(zhì)細胞可以改善由鏈脲佐素（streptozocin，STZ）誘導(dǎo)的DM 小鼠的認知障礙，所以WANG 等［22］在實驗中用星形膠質(zhì)細胞激活標(biāo)志物——膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）反映星形膠質(zhì)細胞是否在這些DM小鼠中受到調(diào)控，免疫印跡法檢測發(fā)現(xiàn)，STZ 處理誘導(dǎo)GFAP 蛋白表達顯著增加，而Irisin可抑制GFAP蛋白水平的上調(diào)。先前的研究表明，海馬體中突觸前囊泡蛋白突觸蛋白（synaptotagmin，SYP）的丟失與人類患者的認知能力下降相關(guān)［22］。STZ導(dǎo)致DM小鼠中SYP的表達降低，而Irisin共處理可有效逆轉(zhuǎn)這個過程。這兩個結(jié)果提示Irisin 可抑制DM小鼠星形膠質(zhì)細胞的激活，防止突觸蛋白的丟失，以此緩解DM 對大腦的損傷。在信號通路方面，先前的研究已經(jīng)很好地證實STAT3在神經(jīng)炎癥中的作用［25］。STAT3是參與許多細胞因子級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵因素之一，包括IL-6、IL-10和TNF-α。WANG等［24］用蛋白免疫印跡法檢測到Irisin降低DM小鼠腦海馬組織中p38、STAT3 和NF-κB 蛋白的激活，說明Irisin可以調(diào)控神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)的信號通路。綜上所述，Irisin作為一種調(diào)控代謝的因子，具有治療2型糖尿病所致認知損傷的潛力。

4 Irisin與腦卒中

腦卒中是一種臨床常見的急癥，會導(dǎo)致大腦的某些部分停止正常工作。卒中的跡象和癥狀可能包括身體一側(cè)無法移動或感覺、理解或說話的問題、頭暈或一側(cè)視力喪失。卒中的癥狀可能是永久性的，除偏癱及大小便失禁外，由腦缺血造成的功能損傷更是引起臨床醫(yī)生的高度關(guān)注。生理上Notch 信號通路決定發(fā)育中的大腦神經(jīng)祖細胞的命運，并調(diào)節(jié)細胞的增殖。而在腦缺血的研究中，它的激活與神經(jīng)干細胞的增殖、調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的激活、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)以及神經(jīng)元凋亡均有關(guān)。YANG等［26］研究發(fā)現(xiàn)，嚙齒動物腦缺血損傷后Notch信號通路上調(diào)，在此基礎(chǔ)上，有研究發(fā)現(xiàn)Irisin 可通過激活經(jīng)典的Notch信號通路，緩解缺血后炎癥和減少神經(jīng)元凋亡［27］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，Klotho 基因信號通路的變異與特定腦區(qū)皮質(zhì)體積的增大有關(guān)。右腦背外側(cè)前額 葉 皮 層（right dorsal lateral prefrontal cortex，rDLPFC）是一個與執(zhí)行能力相關(guān)的腦區(qū)，且易受結(jié)構(gòu)和功能衰退影響，這一結(jié)構(gòu)與病理性衰老和精神疾病相關(guān)。而Klotho 基因雜合變異的人比正常人擁有更大的rDLPFC 體積，故這類人有更好的短期記憶、更佳的執(zhí)行能力和較高的信息處理率［28］。JIN 等［29］深入研究Irisin 對Klotho 基因信號通路的影響，結(jié)果表明，Irisin 可通過上調(diào)Klotho 基因的表達來減輕氧化應(yīng)激，從而改善腦缺血損傷后的認知功能障礙。該結(jié)果也再次強調(diào)了Klotho 基因信號通路的激活與腦保護相關(guān)。除Notch 信號通路和Klotho 基因信號通路外，LI等［30］的免疫印跡分析顯示，Irisin可增強大腦中動脈閉塞小鼠腦組織中ERK1/2和Akt的磷酸化水平，表明ERK1/2和Akt信號通路也是Irisin起作用的可能途徑，于是使用拮抗劑U0126 和MK-2206 抑制ERK1/2 和Akt 信號通路，并通過小鼠平衡木試驗發(fā)現(xiàn)被Irisin 改善的神經(jīng)功能再次惡化；此外，Irisin對腦中TNF-α和IL-6 mRNA 上調(diào)的抑制作用也被拮抗劑顯著抑制［31-36］，提示Irisin 在缺血性腦疾病中的保護作用不僅僅是調(diào)節(jié)有關(guān)細胞增殖的信號通路，也有對腦內(nèi)神經(jīng)炎癥因子的抑制作用［37-44］。

5 總結(jié)與展望

Irisin在多種臨床常見的腦功能相關(guān)疾病中具有重要作用，但目前Irisin改善神經(jīng)功能的機制其實并沒有完全研究透徹，大部分研究只停留于Irisin促進BDNF的表達而改善大腦功能，只有少部分的實驗表明有特定的信號通路參與其中。此外，到目前為止，研究Irisin 與自閉癥、精神分裂癥、癲癇及膿毒癥腦病等疾病關(guān)系的文獻數(shù)在國際各大數(shù)據(jù)庫中幾乎為零。雖然Irisin 與腦中BDNF 同步增加或減少，但目前關(guān)于Irisin通過血-腦屏障的機制尚不清楚。參考其他運動因子（如乳酸）的機制，通過單羧酸轉(zhuǎn)運體2（monocarboxylate transporter 2，MCT2）進入海馬神經(jīng)元，并誘導(dǎo)信號級聯(lián)（SIRT1-PGC-1α-FNDC5-BDNF），使老鼠海馬區(qū)中BDNF水平增加。研究肌肉-腦軸的學(xué)者們設(shè)想可能存在針對Irisin/FNDC5 的特殊轉(zhuǎn)運體幫助其通過血-腦屏障。最后，Irisin的細胞受體仍未確定，這也是限制對下游信號機制研究的關(guān)鍵點，有待進一步研究。