張慧艷 冀兵

創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是一種常見的外傷性疾病，損傷原因主要包括交通事故、墜落傷、工傷及鈍器擊打等，致殘率、致死率較高，居各類創(chuàng)傷之首，已成為一個非常重要的社會醫(yī)學問題[1]。TBI的病理類型分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷，其中繼發(fā)性腦損傷帶來的嚴重后果遠遠比原發(fā)性腦損傷更為嚴重，是導致死亡率高、預(yù)后差的重要原因之一[2]。繼發(fā)性腦損傷是在原發(fā)性腦損傷的基礎(chǔ)上發(fā)生的一系列病理生理變化，主要包括神經(jīng)細胞凋亡、腦組織氧自由基及炎癥因子的釋放及物質(zhì)代謝紊亂等，研究證明神經(jīng)細胞凋亡是TBI 后最嚴重的繼發(fā)性腦損傷[3-5]。能否有效控制神經(jīng)細胞凋亡，成為臨床上治療TBI的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也成為研究熱點。本文就CXCL12 與TBI 后神經(jīng)細胞凋亡關(guān)系的研究進展展開綜述。

一、TBI神經(jīng)細胞凋亡的信號通路

神經(jīng)細胞凋亡主要有兩條通路：一條是半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶依賴途徑 （cysteinyl aspartate proteinases，Caspases），一條是半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶非依賴途徑。而對于TBI 后的神經(jīng)細胞凋亡主要以前者為主要途徑，并且兩條途徑均被B 細胞淋巴瘤/白血病-2（B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）家族蛋白所調(diào)控[6,7]。Caspases 屬半胱氨酸蛋白酶家族，目前發(fā)現(xiàn)至少有16 種，按照順序依次命名為Caspases-1～Caspases-16，在細胞凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，是多條凋亡通路的匯聚點[8,9]。其中，Caspases-3 較為活躍，是哺乳動物中細胞凋亡的關(guān)鍵蛋白酶[10]。Caspases-3 活化后主要有3 條凋亡信號轉(zhuǎn)導途徑，分別為死亡受體介導的外源凋亡通路、線粒體介導的內(nèi)源性凋亡通路以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導的凋亡通路，3 條途徑中發(fā)揮主要作用的是線粒體介導的凋亡途徑[11]。Bcl-2 家族蛋白是一類重要的凋亡調(diào)節(jié)蛋白，包括抑制凋亡蛋白和促進凋亡蛋白，在TBI 后神經(jīng)細胞凋亡調(diào)控中發(fā)揮重要作用。促凋亡蛋白包括Bax、Bak、Bad、Bid、Bim 等，抑制凋亡蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1 等，由于蛋白鏈上都存在BH1、BH2 和BH3 結(jié)構(gòu)域的3 個結(jié)構(gòu)基序，而且BH4 是抗凋亡蛋白所特有的結(jié)構(gòu)域，BH3 是與促凋亡有關(guān)的結(jié)構(gòu)域，所以Bcl-2 家族成員對凋亡的調(diào)節(jié)具有雙向性[12]。Bcl-2 是Bcl-2家族中抑制凋亡蛋白的其中一種，具有保護細胞生存而不促進細胞增殖的特征，在線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)均有表達，通過穩(wěn)定線粒體膜的功能，阻止線粒體釋放Caspase、凋亡誘導因子和細胞色素C 等作用抑制細胞凋亡[13]。Bax 是Bcl-2 家族中促凋亡蛋白的其中一種，Bcl-2 與Bax 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達，兩者是一對相對立的凋亡調(diào)控蛋白，Bcl-2 與Bax 形成異源二聚體時抑制細胞凋亡，Bcl-2 與Bax 形成同源二聚體時誘導細胞凋亡，并且Bcl-2/Bax 的比率影響著TBI 后神經(jīng)細胞是否生存，當Bax 比率大時，細胞對凋亡的敏感性增加[14,15]。

二、CXCL12 的分子結(jié)構(gòu)與功能

趨化因子是一類功能相關(guān)的小分子肝素結(jié)合蛋白，分子量為8000～14 000，因其具有白細胞趨化性和細胞因子活性而被命名為“趨化因子”，在人體內(nèi)，這個家族由大約50 種相關(guān)分子組成[16]。根據(jù)半胱氨酸的數(shù)量和間距，可將趨化因子分為4 個亞族，分別標記為CC、CXC、XC 和CX3C，C 代表半胱氨酸，X 代表其他任意的氨基酸，隨著研究的進展，認為趨化因子是趨化因子配體，因此，又被重新標記為CCL、CXCL、XCL 或CX3CL[17,18]。CXCL12 是CXCL 亞族中 的一種細 胞 因子，又稱為基質(zhì)細胞衍生因子-1（stromal cell-derived factor-1，SDF-1），具有趨化活性，由基質(zhì)細胞持續(xù)分泌產(chǎn)生，其編碼基因位于染色質(zhì)10q11.1，開放讀碼框為270 bp，編碼89 個氨基酸殘基，主要以單體形式存在，也可在生理條件下發(fā)生二聚化[19]。CXCL12 由單個基因編碼，分別為SDF-1α、-1β、-1γ、-1δ、-1ε 和-1φ，具有6 個變體剪接異構(gòu)體，有共同的前3 個外顯子[20]。CXCL12 需要通過與受體結(jié)合激活細胞內(nèi)下游的信號通路來發(fā)揮其生物學效應(yīng)。CXCL12 的受體有兩種，即CXCR4 和CXCR7，N 端功能區(qū)是CXCL12 與受體相互作用的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，C 端主要維持CXCL12 的構(gòu)象和生物活性[21]。其中，受體CXCR4 是由352 個氨基酸構(gòu)成的高度保守的7 次跨膜G 蛋白偶聯(lián)受體，其編碼基因位于染色質(zhì)2q21，包括1 個可與配體結(jié)合的胞外N 端，1 個包含絲氨酸/蘇氨酸位點的胞內(nèi)C 端及3 個跨膜區(qū)，DRYLAIV 基序在第3 個跨膜區(qū)，對CXCR4 與G 蛋白的偶聯(lián)及磷脂酞肌醇-3 激酶（phosphatidylphthaleinol-3 kinase，PI3K），絲裂原活化蛋白激酶等下游信號通路的活化至關(guān)重要，CXCR4 表達則有利于細胞增殖和遷移。受體CXCR7 由362 個氨基酸殘基組成，具有誘餌受體和功能受體的雙重性質(zhì)，缺乏DRYLAIV 基序，不能與G 蛋白耦合，主要通過β-arrestins 發(fā)揮生物學功能，CXCR7 表達有利于細胞生長、存活和黏附。CXCL12 參與大腦可塑性過程，在大腦生理和病理狀態(tài)下都發(fā)揮著非常重要的作用[22,23]。其中，CXCL12/CXCR4 軸在中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛表達，主要分布于膠質(zhì)細胞、神經(jīng)細胞、顆粒細胞等，在神經(jīng)保護、神經(jīng)功能調(diào)節(jié)、神經(jīng)細胞發(fā)生和神經(jīng)炎癥反應(yīng)中都起著關(guān)鍵作用[22]。

三、CXCL12 與神經(jīng)細胞凋亡的相關(guān)性

近年研究發(fā)現(xiàn)，TBI 后出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)細胞凋亡，神經(jīng)細胞凋亡是一個潛在的可逆過程，因此很多學者研究TBI后神經(jīng)細胞凋亡的機制，試圖找到治療的靶點。研究證明，CXCL12 與受體CXCR4 的結(jié)合參與TBI的病理過程[24]。CXCL12 與受體CXCR4 結(jié)合后，可通過促進CXCR4 二聚體形成、空間構(gòu)象改變、內(nèi)化，以及激活與其相偶聯(lián)的G 蛋白等機制而激活多種信號轉(zhuǎn)導通路。（1）CXCL12/CXCR4 軸通過G 蛋白依賴的信號轉(zhuǎn)導通路激活異源三聚體G 蛋白激活PI3K 激活PI3K-AKT 信號通路抗凋亡和促進細胞的生長和增殖；（2）CXCL12/CXCR4 軸能夠通過神經(jīng)遞質(zhì)的釋放調(diào)節(jié)細胞的存活。在正常情況下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的CXCL12 都維持在較低的水平，動物實驗研究證明，大腦發(fā)生損傷之后，血液循環(huán)中的CXCL12 水平升高，這說明CXCL12 可能參與了組織的修復[25]。有報道表明，CXCL12/CXCR4 軸可通過提高Bcl-2/Bax 比率，對人T 細胞系、胸腺樹突狀細胞以及顆粒細胞等起到抑制凋亡的作用[26-28]。也有研究提示給予CXCL12 治療后，通過作用受體CXCR4，提高Bcl-2/Bax 比率，進而下調(diào)Caspase-3 的活化，抑制TBI 后的神經(jīng)細胞凋亡，減輕了TBI后的繼發(fā)性損傷，改善預(yù)后[29]。這些研究說明CXCL12 可能通過對Bcl-2、Bax 表達的影響在神經(jīng)細胞凋亡中發(fā)揮作用。還有研究發(fā)現(xiàn)，CXCL12 通過激活星型膠質(zhì)細胞核轉(zhuǎn)錄因子κB誘導其死亡[30]。在小動物模型中發(fā)現(xiàn)，CXCR4 的拮抗劑AMD3100能通過增加細胞的凋亡及降低腫瘤細胞的增殖抑制膠質(zhì)母細胞瘤的生長[31]。這些研究均表明，CXCL12 與神經(jīng)細胞凋亡有著密切的關(guān)系，CXCL12 可能參與神經(jīng)功能的恢復。

四、結(jié)語與展望

神經(jīng)細胞凋亡是TBI 中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，CXCL12 可能在TBI 后神經(jīng)細胞凋亡中發(fā)揮著重要作用，為TBI 后的治療提供新的方向。目前治療TBI的方法不盡人意，還沒有一種藥物對TBI 有確切的療效，TBI 后神經(jīng)細胞凋亡是一個復雜的過程，CXCL12 在TBI 中的作用還有待于進一步研究證實，但為進一步明確CXCL12 的神經(jīng)保護作用及研發(fā)治療TBI的理想藥物奠定了基礎(chǔ)。隨著對TBI 病理生理研究的不斷深入，神經(jīng)凋亡方面展現(xiàn)出較強的應(yīng)用前景，希望通過進一步的研究，尋找到新的治療靶點，提高TBI 患者臨床療效。