李瀾芯，何 甜，石清明，胡 諜，李丹鳳，肖 莉

(1.成都醫(yī)學(xué)院2018級(jí)麻醉學(xué)專業(yè)，四川 成都 610500；2.成都醫(yī)學(xué)院2018級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)，四川 成都 610500；3.西部戰(zhàn)區(qū)疾病預(yù)防控制中心，甘肅 蘭州 730020；4.成都醫(yī)學(xué)院2018級(jí)預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)，四川 成都 610500；5.成都醫(yī)學(xué)院2017級(jí)醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)，四川 成都 610500；6.成都醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室/發(fā)育與再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500)

缺血—再灌注(ischemia-reperfusion,I/R)是指組織和器官在發(fā)生缺血后重新得到血液的過程。有些情況下I/R可使組織器官的功能得到恢復(fù)，但有時(shí)I/R不僅不能恢復(fù)組織器官的功能，反而會(huì)加重組織器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷，這種現(xiàn)象稱為I/R損傷。I/R損傷已經(jīng)成為許多疾病中較嚴(yán)重的致死因素，其中最為棘手的是腦I/R損傷。在許多疾病中都非常容易發(fā)生腦缺血，但機(jī)體為了維持穩(wěn)態(tài)會(huì)產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?，使大腦快速得到血液重新供應(yīng)，從而導(dǎo)致腦I/R損傷。腦

I/R損傷較容易發(fā)生在缺血性腦血管疾病(ischemic cerebral vascuIar disease，ICVD)中，ICVD已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)致死率、致殘率較高的疾病之一，是重點(diǎn)防治的一種疾病。研究表明，導(dǎo)致腦I/R損傷的機(jī)制很多，如炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激等[1]。腦I/R易引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，釋放大量的炎癥因子，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，進(jìn)而導(dǎo)致腦功能障礙，甚至導(dǎo)致患者死亡[2]；細(xì)胞凋亡是一種可逆的損傷，是腦I/R導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡的重要病理機(jī)制；而氧化應(yīng)激是因?yàn)樽杂苫隗w內(nèi)生成過多而造成，是導(dǎo)致腦I/R損傷的另一個(gè)重要因素。本文擬從信號(hào)通路對(duì)腦I/R損傷的保護(hù)性和損傷性作用機(jī)制入手，系統(tǒng)闡述導(dǎo)致腦I/R損傷的常見信號(hào)通路，從而加深臨床對(duì)其病理生理機(jī)制的了解，以便為臨床治療和針對(duì)性藥物的研發(fā)提供參考。

1 損傷性機(jī)制

1.1 NF-κB信號(hào)通路

核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor-kappaB，NF-κB)是氧化應(yīng)激信號(hào)的靶目標(biāo)。NF-κB蛋白在胞質(zhì)中與抑制蛋白I-κB結(jié)合形成了三聚體復(fù)合物而處于失活狀態(tài)，上游信號(hào)因子腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)與細(xì)胞膜表面受體結(jié)合后，受體構(gòu)象改變并將信號(hào)傳遞給I-κB激酶(I-κB kinase，IKK)，進(jìn)而使I-κB蛋白磷酸化并將其從三聚體中解離出來，隨后NF-κB二聚體露出核定位序列(nuclear localization sequence，NLS)，NF-κB二聚體迅速?gòu)募?xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與核內(nèi)DNA上的特異序列相結(jié)合，促進(jìn)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[3]。相關(guān)研究表明，NF-κB信號(hào)通路的激活可導(dǎo)致許多蛋白異常和一些炎癥細(xì)胞因子的合成與釋放[4]，引發(fā)更多的免疫細(xì)胞聚集，過度激活局部炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致腦I/R損傷[2]。NF-κB的持續(xù)性激活會(huì)導(dǎo)致與細(xì)胞周期相關(guān)的蛋白活性異常，同時(shí)還能調(diào)控某些生長(zhǎng)因子水平。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是介導(dǎo)新血管生成的基因，也受NF-κB的調(diào)節(jié)，通過調(diào)控NF-κB信號(hào)通路增強(qiáng)介導(dǎo)新血管生成基因的轉(zhuǎn)錄又會(huì)對(duì)腦起到保護(hù)作用[5]。Du等[6]研究發(fā)現(xiàn)，紅花黃色素B對(duì)氧化應(yīng)激所致的腦損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用，其通過AMP依賴的蛋白激酶抑制NF-κB信號(hào)通路，減少炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，從而保護(hù)腦I/R損傷。

1.2 JNK信號(hào)通路

c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)又被稱為應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)。在細(xì)胞未受刺激時(shí)，JNK主要存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，在受到刺激后，其迅速在細(xì)胞核內(nèi)積累，導(dǎo)致相應(yīng)基因表達(dá)發(fā)生變化。梁勇等[7]研究表明，神經(jīng)調(diào)節(jié)素1β可通過抑制JNK信號(hào)通路，從而緩解大鼠腦I/R損傷。JNK信號(hào)通路也可通過其他物質(zhì)對(duì)腦I/R損傷產(chǎn)生影響。有實(shí)驗(yàn)研究表明，異氟醚后處理可通過調(diào)節(jié)TGF-β1/SMAD信號(hào)通路進(jìn)而抑制p-JNK1/2的表達(dá)，發(fā)揮對(duì)大鼠腦I/R損傷的神經(jīng)保護(hù)作用[8]。

1.3 JAK-STAT信號(hào)通路

JAK是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶。STAT是信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子，內(nèi)含有SH2結(jié)構(gòu)域，可與特定的含磷酸化酪氨酸的肽段結(jié)合。受上游受體分子的信號(hào)激活，JAK蛋白迅速聚集在受體上被激活?；罨腏AK激活受體發(fā)生酪氨酸磷酸化，而受體分子上被磷酸化的酪氨酸是STATSH2信號(hào)分子的識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)。與受體結(jié)合后的STAT也發(fā)生酪氨酸磷酸化，并形成二聚體進(jìn)入細(xì)胞核。有些不具激酶活性的受體胞內(nèi)段也有酪氨酸激酶JAK的結(jié)合位點(diǎn)，通過受體與配體結(jié)合、JAK的激活，多種靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)由胞外到胞內(nèi)的傳遞。近年來，中醫(yī)藥在通過JAK-STAT信號(hào)通路抗細(xì)胞凋亡方面取得了一定的進(jìn)展，細(xì)胞凋亡對(duì)腦I/R損傷造成的影響不可忽略，而苦參堿和氧化苦參堿都是苦參中有效抑制增殖和凋亡的成分，馬錢子堿、黃芩苷可通過JAK-STAT信號(hào)通路抑制抗損傷[9-10]。魏小于等[11]研究發(fā)現(xiàn)，白及多糖能夠通過調(diào)節(jié)JAK2/STAT3通路抑制腦I/R大鼠的腦細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)，從而發(fā)揮保護(hù)作用。通過對(duì)JAK-STAT信號(hào)通路作用機(jī)制的了解，可以準(zhǔn)確地運(yùn)用靶向藥物來緩解腦I/R損傷。

2 保護(hù)性機(jī)制

2.1 PI3K/AKT信號(hào)通路

PI3K是一種細(xì)胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，由調(diào)節(jié)亞基P85和催化亞基P110組成。PI3K本身具有絲氨酸激酶(Ser)、蘇氨酸激酶(Thr)的活性。蛋白激酶B又稱AKT,是一種絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶，在多種細(xì)胞存活和凋亡中發(fā)揮關(guān)鍵作用，當(dāng)PI3K與生長(zhǎng)因子受體結(jié)合后，可改變AKT的蛋白結(jié)構(gòu)使其活化，并以磷酸化作用激活或抑制下游一系列底物，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化和凋亡[12]。AKT也可激活I(lǐng)KK，與NF-κB通路相互影響。Wen等[13]的研究顯示,6’-O-沒食子酰芍藥苷(6’-O-Galloyl paeoniflorin，GPF)是從芍藥根中分離得到的芍藥苷的沒食子?；?galloylated)衍生物，具有抗氧化潛力，且體內(nèi)研究表明，GPF可顯著減少大鼠腦I/R所致的梗塞體積，并改善其神經(jīng)功能缺損，減輕氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。因此，在PI3K/AKT/Nrf2途徑激活后，I/R損傷后GPF對(duì)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡具有神經(jīng)保護(hù)作用。

2.2 Keap1/Nrf2/ARE信號(hào)通路

Keap1是指經(jīng)酵母雙雜交方法分離得到的具有Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1，相對(duì)分子量為69 kD。Keap1有5個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別是NTR、IVR、BTB、DGR和CTR，其中DGR區(qū)域又稱Kelch區(qū)域，是Keap1和Nrf2的Neh2結(jié)合區(qū)域[14]。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-E2-related factor 2,Nrf2 ) 包含一個(gè)高度保守的基本區(qū)域——亮氨酸拉鏈(bZIP)結(jié)構(gòu)。Itoh等[15]根據(jù)Nrf2的保守序列，將Nrf2劃分為6個(gè)特定功能的相關(guān)蛋白同源結(jié)構(gòu)域(Nfr2-ECH Homology,Neh)，并將這些結(jié)構(gòu)功能域命名為Neh1～Neh6，Neh2區(qū)上的絲氨酸殘基稱degron結(jié)構(gòu)，是泛素化依賴蛋白酶作用的靶分子。Keap1/Nrf2可以理解為兩部分，一部分在細(xì)胞質(zhì)，另一部分在細(xì)胞核。Keap1與Nrf2在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合是處于未激活狀態(tài)，若一直未被激活，Nrf2會(huì)被泛素化進(jìn)而被降解，但Neh2區(qū)上的degron結(jié)構(gòu)可被磷酸化而使構(gòu)象改變，從而阻礙泛素化依賴蛋白酶的降解。當(dāng)受到自由基或其他親核劑刺激，Keap1/Nrf2的結(jié)合就不穩(wěn)定，釋放出Nrf2并被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核與ARE結(jié)合，激活下游基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)控Ⅱ代謝酶、抗氧化酶或藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)錄活性，從而發(fā)揮抗氧化損傷作用。線粒體在進(jìn)行有氧呼吸提供能量方面具有十分重要的作用，一旦線粒體功能障礙，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作失常(比如細(xì)胞酸中毒)，進(jìn)而導(dǎo)致離子分布異常，動(dòng)作電位傳導(dǎo)異常，神經(jīng)元功能障礙。王亞楠等[16]研究表明，在腦I/R損傷中，Keap1/Nrf2/ARE信號(hào)通路能調(diào)控線粒體分裂，減少細(xì)胞凋亡，減輕腦損傷。還有研究表明Keap1/Nrf2/ARE信號(hào)通路通過調(diào)節(jié)線粒體自噬作用對(duì)腦I/R損傷起保護(hù)作用[17]。

2.3 Nrf2/HO-1信號(hào)通路

Nrf2是調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原功能的轉(zhuǎn)錄因子，Nrf2蛋白由605個(gè)氨基酸組成，有6個(gè)特定功能的相關(guān)蛋白同源結(jié)構(gòu)域[18]。血紅素加氧酶(heme oxygenase，HO)是血紅素分解代謝過程中的限速酶，可以催化血紅素降解為一氧化碳、膽綠素和亞鐵離子，HO分為HO-1、HO-2、HO-3幾種亞型，幾乎所有的細(xì)胞在應(yīng)激狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生HO-1，HO-1具有抗炎、抗氧化等作用，可能與啟動(dòng)子中的高多態(tài)性(GT)n片段有關(guān)，研究表明較長(zhǎng)的(GT)n序列與HO-1表達(dá)減少和抗氧化應(yīng)激能力降低有關(guān)，而短的(GT)n重復(fù)序列可使HO-1基礎(chǔ)表達(dá)更高，刺激后上調(diào)更強(qiáng)[19]。Nrf2/HO-1是調(diào)控內(nèi)源性氧化應(yīng)激的關(guān)鍵信號(hào)通路，而氧化應(yīng)激是腦I/R損傷的重要途徑，Nrf2/HO-1信號(hào)通路的激活可以通過增強(qiáng)偶聯(lián)反應(yīng)和細(xì)胞抗氧化能力控制基因的表達(dá)，從而調(diào)控參與解毒及消除活性氧的蛋白產(chǎn)生，同時(shí)通過轉(zhuǎn)錄保護(hù)性誘導(dǎo)基因來維持細(xì)胞氧化還原的穩(wěn)態(tài)，從而抵抗I/R對(duì)機(jī)體造成的氧化應(yīng)激損傷[20]。鞏敏杰等[21]研究褪黑素對(duì)腦I/R損傷的保護(hù)作用，其機(jī)制可能為褪黑素激活Nrf2/HO-1信號(hào)途徑，促進(jìn)抗氧化蛋白HO-1的表達(dá)。Gao等[22]研究首次證明了從枸杞果實(shí)中分離出來的酚酰胺的二聚體Lyciumamide A可通過激活Nrf2/HO-1途徑來預(yù)防腦I/R損傷，改善氧化損傷和神經(jīng)細(xì)胞凋亡。

3 展望

腦I/R損傷的機(jī)制有興奮性氨基酸毒性作用、自由基和活性氧物質(zhì)與炎癥介質(zhì)增多、鈣超載等。本文就信號(hào)通路方面進(jìn)行詳述，列舉了一些損傷性和保護(hù)性信號(hào)通路。NF-κB信號(hào)通路的激活可調(diào)節(jié)炎癥狀態(tài)下的細(xì)胞增殖和凋亡；JNK信號(hào)通路在受到刺激后通過導(dǎo)致相應(yīng)基因表達(dá)改變來對(duì)腦I/R產(chǎn)生損傷作用；PI3K/AKT信號(hào)通路可以通過調(diào)節(jié)一氧化氮合酶磷酸化產(chǎn)生一氧化氮來調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷；Nrf2/HO-1抗氧化元件信號(hào)通路的激活是細(xì)胞防御氧化應(yīng)激的主要機(jī)制。Keap1/Nrf2/ARE信號(hào)通路和NF-κB信號(hào)通路可通過Keap1聯(lián)系在一起，Keap1除了能調(diào)節(jié)Nrf2，還能直接影響NF-κB信號(hào)通路[9]。由于腦I/R損傷的病理機(jī)制十分復(fù)雜，各種信號(hào)通路之間又相互關(guān)聯(lián)、共同作用，因此對(duì)于其機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。