白超博 董曉宇 佡劍非

Apelin-13在腦血管病中神經(jīng)保護(hù)作用的研究進(jìn)展

白超博 董曉宇 佡劍非

1 背 景

腦血管疾病(cerebrovascular disease, CVD)是指腦血管由于血栓形成或者破裂出血引起的以腦部缺血性或者出血性損傷,造成神經(jīng)功能缺損癥狀為主要臨床表現(xiàn)的一組疾病。CVD是神經(jīng)系統(tǒng)的常見及多發(fā)病，是造成人類死亡和殘疾的三大疾病之一。在腦血管疾病中缺血性腦血管病占比例較大，嚴(yán)重危害人類健康[1-4]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國CVD病死率已達(dá)120人/10萬，在幸存者中大約3/4的人留下偏癱、失語等后遺癥狀，部分患者喪失勞動能力和生活自理能力，嚴(yán)重威脅我國居民的身體健康[5]。

腦血管閉塞繼而再通伴隨著一系列的病理生理事件，包括缺血期間ATP耗竭、乳酸堆積、酸中毒、再灌注期間的活性氧的產(chǎn)生等。因此，對于缺血-再灌注損傷機(jī)制的深入研究能夠?yàn)槟X卒中的臨床治療提供新的理論依據(jù)。有研究發(fā)現(xiàn)Apelin-13能對抗興奮性毒性和氧化應(yīng)激等對神經(jīng)細(xì)胞的損傷以及抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，具有神經(jīng)保護(hù)作用，是一種新型的神經(jīng)保護(hù)因子[6-7]。

2 Apelin-13的生物學(xué)特性

1993年O'Dowd等[8]在人類基因中識別出一種血管緊張素受體AT1相關(guān)的G蛋白偶聯(lián)受體(putative receptor protein related to the angiotensin receptor AT 1, APJ)。Apelin是由Tatemoto等在1998年從牛的胃分泌物中提取出來的一種多肽[9]，是目前已知的APJ唯一的內(nèi)源性配體。

人類的apelin基因位于染色體Xq25～26.1，分子量為12876，含有3個外顯子和2個內(nèi)含子，mRNA由3125個堿基對組成[10]，編碼含有77個氨基酸的Apelin前肽，Apelin前肽在不同物種之間具有高度同源性[11]。Apelin前肽的氨基端為氨基酸的信號肽序列，而其羧基端為含有具有生物活性的序列及與APJ受體特異性結(jié)合的區(qū)域。Apelin前肽在蛋白酶水解酶的作用下分解為有生物學(xué)活性的Apelin片段，主要包括有Apelin 36, Apelin 17, Apelin 16， Apelin l3, Apelin 12等[12]。不同長度的Apelin多肽片段在體內(nèi)的分布情況以及與APJ的結(jié)合能力均不盡相同，因此在體內(nèi)發(fā)揮的生理與藥理作用也不同[13]。其中，Apelin-13在神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)水平較高，與神經(jīng)系統(tǒng)關(guān)系密切[14]。

Apelin分布于人體的多個器官、組織和細(xì)胞中包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺臟、腎臟、心臟、乳腺、胎盤、血管內(nèi)皮細(xì)胞和心內(nèi)膜細(xì)胞等。在神經(jīng)系統(tǒng)中Apelin/APJ系統(tǒng)在神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞中有大量表達(dá)，而在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)水平較低。在神經(jīng)元的突觸和胞體中Apelin/APJ系統(tǒng)均有表達(dá)，而突觸的表達(dá)水平相對較低[15-16]。APJ和其配體Apelin在神經(jīng)系統(tǒng)中的許多區(qū)域均大量表達(dá)。Apelin/APJ表達(dá)的區(qū)域包括端腦外側(cè)中隔核、杏仁核、紋狀核等。在中腦導(dǎo)水管周圍的中央灰質(zhì)、腦橋的被蓋網(wǎng)狀核、延髓的外側(cè)網(wǎng)狀核等區(qū)域也均有表達(dá)[17-18]。Apelin具有促進(jìn)血管生成、降低血壓、增強(qiáng)心肌收縮力、調(diào)節(jié)水鹽平衡、促進(jìn)垂體激素釋放及調(diào)節(jié)免疫等多種生物學(xué)效應(yīng)[19]。目前對于apelin-13的腦缺血-再灌注動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，apelin-13具有對抗興奮性毒性、抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡、對抗氧化應(yīng)激等作用，因而被認(rèn)為具有神經(jīng)保護(hù)作用。

3 Apelin-13的神經(jīng)保護(hù)作用

3.1 對抗氨基酸興奮性毒性

興奮性氨基酸主要包括天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸，其屬于興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的突觸末梢。大腦在缺血后釋放的興奮性氨基酸主要為谷氨酸，與其突觸后膜上的興奮性氨基酸受體結(jié)合，產(chǎn)生神經(jīng)毒性造成神經(jīng)元損傷[20]。神經(jīng)細(xì)胞中富含N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor, NMDA)，能介導(dǎo)谷氨酸等興奮性氨基酸的毒性。谷氨酸激活NMDA受體，刺激Ca2+通道，促使大量Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致缺血早期細(xì)胞內(nèi)的Ca2+超載,是興奮性毒性損傷的機(jī)制之一，可造成細(xì)胞死亡。Cook等人證實(shí)apelin-13通過直接減少NMDA受體膜的離子流電位來降低NMDA的活性，劑量依賴的apelin-13通過影響Ca2+，IP3, PKC, MEK-1/2及ERK-1/2信號通路的磷酸化來對抗谷氨酸鹽的興奮性毒性作用，進(jìn)而對大腦皮質(zhì)神經(jīng)元起到保護(hù)作用。Cook等的研究也發(fā)現(xiàn)Apelin-13能抵抗谷氨酸或HIV誘導(dǎo)的大腦皮質(zhì)神經(jīng)元興奮性毒性損傷，促進(jìn)神經(jīng)元存活，其機(jī)制可能是通過活化IP3, PKC, MEK1/2及ERK 1/2信號通路，調(diào)節(jié)NMDA受體的NR2B亞單位的1480絲氨酸的磷酸化，減少神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+積聚，降低鈣蛋白酶活化而保護(hù)大腦皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞[21]。在O'Donnell等人研究的HIV神經(jīng)毒性模型中他們發(fā)現(xiàn)HIV感染的人單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞釋放的興奮性神經(jīng)毒性物質(zhì)可將海馬細(xì)胞殺死。其原因與海馬富含NMDAR-2A及NMDAR-2B亞單位有關(guān)，HIV感染的單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞可通過激活NMDA受體導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。NMDA受體拮抗劑可對抗HIV感染的單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞的興奮毒性作用，因而具有神經(jīng)保護(hù)作用。在此模型的研究基礎(chǔ)上他們進(jìn)一步研究比較單獨(dú)或聯(lián)合apelin-13及apelin-36預(yù)處理的海馬細(xì)胞和由apelin-17競爭肽或牛血清白蛋白預(yù)處理的海馬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)海馬細(xì)胞的存活率由25%上升至50%～75%，這提示apelin-13通過對抗興奮性毒性損害來起到神經(jīng)保護(hù)作用。其神經(jīng)保護(hù)作用與apelin-13激活A(yù)KT及ERK-1/2有關(guān)[22-23]。

3.2 抑制細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞對環(huán)境的病理性刺激信號、環(huán)境條件的變化或緩和性損傷產(chǎn)生的應(yīng)答有序變化的死亡過程。楊燚等通過選用成年雄性CD-1小鼠作為研究對象，采用改良線栓法制備大腦中動脈閉塞再灌注模型，觀察apelin-13對腦缺血-再灌注小鼠的神經(jīng)保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)其可減輕鼠腦缺血-再灌注后神經(jīng)功能缺損以及腦水腫，減小梗死體積，并上調(diào)Bcl-2、下調(diào)Bax、caspase-3的表達(dá)，從而抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡。由此得出結(jié)論，apelin-13對小鼠腦缺血-再灌注損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用，對抗細(xì)胞凋亡是其作用靶點(diǎn)之一[24]。

AMP激活的蛋白激酶(AMPK)是主要的能量感受器，可以控制核心能量代謝產(chǎn)物的水平，在腦缺血-再灌注過程中AMPK通過AMPKαThr172的磷酸化激活并產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)。Yang等人通過研究apelin-13在缺血性腦卒中的抗凋亡機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，apelin-13可顯著增加p-AMPKα在缺血-再灌注后的磷酸化水平，從而激活A(yù)MPK，抑制細(xì)胞凋亡。其機(jī)制與apelin-13影響與AMPK有聯(lián)系的某些信號有關(guān)，如apelin-13可下調(diào)Bax及caspase-3，上調(diào)Bcl2，從而產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用[25]。

3.3 對抗炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)是腦缺血-再灌注損傷的主要病理生理機(jī)制之一。有研究表明，腦缺血-再灌注損傷在促進(jìn)氧自由基產(chǎn)生的同時也觸發(fā)了一系列的炎癥級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致炎性細(xì)胞浸潤及炎癥因子的大量釋放。大量炎性因子的釋放可刺激花生四烯酸的代謝，加重氧化應(yīng)激損傷，導(dǎo)致神經(jīng)元的凋亡[26]。氧化應(yīng)激是引起腦缺血-再灌注損傷的重要機(jī)制。氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受有害刺激時產(chǎn)生了大量的活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，超出了機(jī)體對其清除能力，從而對細(xì)胞的DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等造成巨大的損傷[27]。Zhuge等人[28]研究發(fā)現(xiàn)無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)(血清剝奪)聯(lián)合CYP2E1的表達(dá)會導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)一步可導(dǎo)致下游的細(xì)胞凋亡及細(xì)胞壞死。超氧化物歧化酶1 (superoxide dismutase, SOD)是體內(nèi)主要抗氧化應(yīng)激的酶，SOD的缺失可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。Zeng等通過研究apelin-13在無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)(血清剝奪)的原代大腦皮質(zhì)細(xì)胞中的作用發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過Apelin-13預(yù)處理能夠減少血清剝奪誘導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生、線粒體膜電位去極化、細(xì)胞色素C的釋放以及capase-3的激活。此外，Apelin-13可改變血清剝奪誘導(dǎo)的小鼠皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞中Akt、ERK-1/2通路的磷酸化水平，apelin-13可減少Akt的磷酸化水平并增加ERK-1/2的磷酸化水平。Apelin-13還能顯著減少NMDA介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)Ca2+積聚，防止細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。這些結(jié)果表明Apelin-13作為一個內(nèi)源性的神經(jīng)保護(hù)因子，可以通過細(xì)胞及分子機(jī)制阻止細(xì)胞凋亡及興奮性毒性作用[29]。Xin等人的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)Apelin-13處理的腦缺血-再灌注大鼠，Apelin-13能夠明顯改善大鼠的神經(jīng)功能缺損，減小梗死體積。其機(jī)制與減少炎癥因子IL-1β、TNF-α、ICAM-1表達(dá)有關(guān)[30]。Huang等人在研究apelin-13在缺血性神經(jīng)血管單元損傷中的作用以及其是否獨(dú)立作用于血管生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)中通過測定apelin-13注射誘導(dǎo)的大腦中動脈栓塞動物模型中的VEGF及其受體在1、3、7、14天的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)apelin-13可顯著增加VEGF及其受體(VEGFR-2)的表達(dá)，其作用機(jī)制可能與apelin-13促進(jìn)血管生成、減少神經(jīng)元的死亡及星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活有關(guān)，達(dá)到改善神經(jīng)系統(tǒng)功能的作用。他們進(jìn)一步研究相關(guān)信號傳導(dǎo)通路發(fā)現(xiàn)，apelin-13可抑制細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)拮抗劑U0126以及磷脂酰肌醇激酶-3(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)抑制劑LY294002，其神經(jīng)保護(hù)作用可能與激活ERK及PI3K/Akt通路有關(guān)[31]。Kalantaripour等人評估apelin-13在戊四唑誘導(dǎo)的大鼠癲癇模型中的效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，通過比較apelin-13預(yù)處理組，apelin-13與apelin受體拮抗劑預(yù)處理組，apelin-13與納洛酮預(yù)處理組，接受戊四唑處理的對照組，發(fā)現(xiàn)相對于對照組，apelin-13預(yù)處理組可顯著控制癲癇發(fā)作閾值和強(qiáng)直陣攣發(fā)作；組織學(xué)及免疫組化研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)apelin-13可通過對抗戊四唑誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡，起到保護(hù)皮層神經(jīng)元的作用[32]。

4 與腦血管病預(yù)后的關(guān)系

張學(xué)敏等通過研究50例急性腦梗死患者不同時期的Apelin-13水平，發(fā)現(xiàn)Apelin-13在發(fā)病第1 d下降，后隨著病程進(jìn)展，Apelin-13水平逐漸升高，且預(yù)后良好組Apelin-13數(shù)值較預(yù)后不良組Apelin-13數(shù)值高，急性腦梗死患者發(fā)病時Apelin-13下降可能與其表達(dá)減少有關(guān)，提示Apelin-13具有神經(jīng)保護(hù)作用，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究[33]。Khaksari等通過對大腦中動脈閉塞模型小鼠的側(cè)腦室注射不同劑量的Apelin-13，發(fā)現(xiàn)注射50 ug及100 ug Apelin-13能分別減小梗死體積的45%及55%，而注射低劑量的Apelin13(25 ug)則不能減小梗死體積[34]。Bao等人通過研究apelin-13在腦出血大鼠模型的神經(jīng)保護(hù)作用發(fā)現(xiàn)，發(fā)生腦出血的大鼠在立即接受apelin-13處理后大鼠的運(yùn)動功能得到顯著改善，AQP-4、MMP-9、caspase-3、Bcl-2在腦出血24 h及48 h后表達(dá)下調(diào)，表明apelin-13可通過抑制細(xì)胞凋亡、減小腦水腫、減少細(xì)胞死亡等途徑來達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用[35]。

5 展 望

近年來對于神經(jīng)保護(hù)劑的研究，一些天然的或者合成的物質(zhì)逐漸被發(fā)現(xiàn)并被證實(shí)對于腦血管病引起的損傷有保護(hù)作用。綜上所述，apelin-13與腦血管病關(guān)系密切，在對抗興奮性毒性、氧化應(yīng)激以及抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，其具體作用機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。隨著apelin-13與腦血管病研究的深入，其將會為腦血管病的治療提供新的依據(jù)。

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(2016-12-06收稿)

《卒中與神經(jīng)疾病》參考文獻(xiàn)書寫格式

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專著中析出文獻(xiàn)時

[序號]作者名.文獻(xiàn)題名//專著主要責(zé)任者.專著名[文獻(xiàn)類型標(biāo)志].版本項(xiàng)(第1版不著錄).出版地：出版社名稱，年：起頁-止頁.

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電子文獻(xiàn)中析出文獻(xiàn)時

[序號]作者名. 文獻(xiàn)題名[文獻(xiàn)類型標(biāo)志]//專著主要責(zé)任者.專著名.版本項(xiàng)(第1版不著錄).出版地：出版社名稱，年.

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110004 沈陽，中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

R743.3

A

1007-0478(2017)04-0375-04

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.04.028