張 放，張子良，洪健焜，劉宏發(fā)，黃 櫻

（1.贛南醫(yī)學(xué)院2019級碩士研究生；2.贛南醫(yī)學(xué)院2018級碩士研究生；3.贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江西 贛州 341000）

脊髓損傷（Spinal cord injury，SCI）是一種主要由車禍、墜落傷等所致神經(jīng)功能不同程度障礙的疾病。據(jù)統(tǒng)計，2016年僅美國就有28.2萬人患有SCI，并且以每年1.7 萬例的數(shù)量在增長［1］。因此深入探究SCI 的病理生理機制，對研究有效的治療手段有重要意義。SCI 分為原發(fā)性和繼發(fā)性損傷兩個階段，原發(fā)性SCI是指最初的機械性組織損傷，它包括脊髓微血管破裂，組織的出血、水腫。SCI 后的繼發(fā)性損傷包括一系列的生化和細胞事件，如大量神經(jīng)細胞死亡、軸突破裂和神經(jīng)傳導(dǎo)通路破壞等［2-3］。抑制或者減少神經(jīng)細胞死亡，是促進SCI 恢復(fù)的主要策略。本文就SCI 后神經(jīng)細胞死亡方式及特點、調(diào)節(jié)機制、干預(yù)靶點等進行綜述，以期為探究SCI的治療方法提供思路。

1 凋 亡（Apoptosis）

凋亡是最早被人類發(fā)現(xiàn)且目前研究最為明確的一種半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Cysteinyl aspar?tate specific proteinase，Caspase）依賴的程序性細胞死亡方式。有研究報道，細胞凋亡廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷中，包括腦卒中和SCI 等［4］，對SCI 動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，凋亡發(fā)生于神經(jīng)細胞中［5］。

經(jīng)典的細胞凋亡通路有兩種：一種是由Caspase-9啟動，依賴于線粒體釋放因子的內(nèi)源性凋亡。另一種是由死亡受體介導(dǎo)的，通過激活Caspase-8觸發(fā)的外源性凋亡。最終，這兩種凋亡途徑均由Caspase-3執(zhí)行。凋亡被認為是SCI后神經(jīng)細胞損傷的重要機制之一［6］，很多研究者都以細胞凋亡途徑為靶點，探討保護SCI 的可行策略。JIA Z Q 等［7］實驗表明，伊布硒可通過改變SCI 后Bcl-2/Bax 蛋白的比值，降低Caspase-3 的活化，從而抑制線粒體凋亡通路，減輕SCI 引起的繼發(fā)性損傷，發(fā)揮其對脊髓的保護作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，Caspase-9 抑制劑z-LEHD-fmk 也可以有效地阻止凋亡，并對損傷的大鼠提供神經(jīng)保護［8］。

此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Caspase-12 可被凋亡早期升高的鈣離子激活，活化的Caspase-12 轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中參與內(nèi)源性凋亡過程。針對這一機制，近期就有研究應(yīng)用成纖維細胞生長因子22 抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)細胞凋亡，促進了大鼠SCI 的恢復(fù)［9］。ZHAO L 等［10］發(fā)現(xiàn)，右美托咪定可通過降低SCI后大鼠Caspase-12表達，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與的凋亡通路，從而對SCI 后繼發(fā)性損傷提供神經(jīng)保護。但是，目前所有抗凋亡治療對SCI 具有神經(jīng)保護的證據(jù)，均停留在動物實驗層面，尚缺乏相關(guān)的臨床試驗驗證。

2 壞死（Necrosis）和壞死性凋亡（Necroptosis）

壞死在SCI 中是由物理、化學(xué)等傷害所致的不可調(diào)控的細胞死亡［5］，其主要途徑為：（1）脊髓暴力損傷后直接導(dǎo)致神經(jīng)細胞完整性受損；（2）SCI 后局部組織缺血水腫，細胞外液代償性流入細胞內(nèi)，導(dǎo)致神經(jīng)細胞水腫、破裂。與細胞壞死不同的是，壞死性凋亡是通過Caspase-8、受體相互作用蛋白激酶1（Receptor interacting protein kinase 1，RIPK1）和RIPK3來控制和調(diào)節(jié)的程序性細胞死亡。在死亡受體與其配體結(jié)合的刺激下，去泛素化的RIPK1 可誘導(dǎo)Caspase-8 介導(dǎo)的凋亡途徑。當Caspase-8 被抑制或缺失時，RIPK1 通過C 端的RIPK 同型相互作用基序結(jié)構(gòu)域與RIPK3結(jié)合，形成RIPK1/RIPK3復(fù)合物。該復(fù)合物激活混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域（Mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL）并觸發(fā)壞死性凋亡［11-12］。壞死性凋亡雖然與我們傳統(tǒng)認識的壞死不同，但形態(tài)學(xué)特征與其相似：細胞完整性受損、細胞內(nèi)容物流出、染色質(zhì)凝集等。它已被證實涉及許多病理過程，如腎、腦等的缺血再灌注損傷［12］，同時也被發(fā)現(xiàn)參與SCI 的病理過程。LIU M等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在成年小鼠SCI 模型中壞死性凋亡可導(dǎo)致SCI后早期神經(jīng)細胞損傷，甚至死亡。

現(xiàn)已清楚，RIPK1 在壞死性凋亡中起著重要的調(diào)節(jié)作用。有學(xué)者應(yīng)用靶向RIPK1 的壞死性凋亡抑制劑Necrostatin-1 治療大鼠SCI，發(fā)現(xiàn)可減少SCI區(qū)域的組織損傷，并且通過行為學(xué)表現(xiàn)證實了Necrostatin-1 對大鼠脊髓生理功能的改善和神經(jīng)保護作用［14］。然而RIPK1 可能只參與了某一種刺激誘導(dǎo)的壞死性凋亡，而RIPK3 可單獨啟動壞死性凋亡［12］，有研究發(fā)現(xiàn)，RIPK3在受損脊髓的各種神經(jīng)細胞中表達顯著升高，并可在損傷后3天達到峰值［15］。另外，最新的實驗用RIPK3 抑制劑處理SCI 小鼠，發(fā)現(xiàn)其可改善小鼠的運動功能，但并不完全［16-17］。提示RIPK3 并不是壞死性凋亡的唯一調(diào)節(jié)通路，也說明可能有更多的機制參與SCI的調(diào)控。

3 焦 亡（Pyroptosis）

焦亡是一種依賴于Gasdemin 蛋白家族成孔活性的細胞炎癥性死亡方式。SCI 所致的原發(fā)性和繼發(fā)性神經(jīng)細胞損傷，均包含炎癥性損傷過程。在SCI 早期以神經(jīng)細胞壞死和凋亡為主要現(xiàn)象，之后炎癥應(yīng)激引起的焦亡可加重繼發(fā)性損傷［18］。

焦亡主要有兩條途徑介導(dǎo)：一種是經(jīng)典的細胞焦亡途徑，主要是模式識別受體被危險信號分子刺激，通過凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（Apoptosis associated speck-like protein containing a CARD，ASC）招募procaspase-1 組裝形成炎癥小體，激活Caspase-1 后進一步切割Gasdemin 目的蛋白，引發(fā)焦亡。其中，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)性最強的炎癥小體是Nod樣受體家族蛋白1（Nod-like receptor protein 1，NLRP1）和NLRP3 兩種［19］。SCI 可 促進脊 髓 神經(jīng)細 胞 中NLRP1、ASC 和Caspase-1 的表達［20］。LIN W P 等［18］在大鼠SCI 模型的研究中發(fā)現(xiàn)，血紅素加氧酶-1 可有效減低NLRP1表達，減輕NLRP1炎性小體誘導(dǎo)的神經(jīng)細胞死亡。NLRP3也被發(fā)現(xiàn)表達于SCI大鼠神經(jīng)細胞中［21］。

另一種細胞焦亡途徑是在細胞質(zhì)的脂多糖（Lipopolysacchanrides，LPS）刺激下，LPS的保守結(jié)構(gòu)脂質(zhì)A 與Caspase-4、5、11結(jié)合，活化了的Caspase-4、5、11 可進一步切割Gasdemin 蛋白，促進焦亡發(fā)生［22］。在LPS 發(fā)揮免疫應(yīng)答的過程中，Caspase-11的激活還能導(dǎo)致縫隙連接蛋白1（Pannexin-1）斷裂并形成通道，把ATP 釋放到細胞外，并作用于嘌呤能受體7（Purinergic receptors 7，P2X7），進而使鉀離子、鈉離子、鈣離子外流，從而打破胞膜內(nèi)外離子平衡，使細胞發(fā)生滲透性損傷，導(dǎo)致細胞死亡［23］。并且有研究發(fā)現(xiàn)利用P2X7 受體抑制劑可減輕SCI 大鼠的組織損傷并促進運動功能的恢復(fù)［24］。

但是，目前針對SCI后的細胞焦亡，大多數(shù)研究的重點是尋求合適的治療方案對抗炎癥小體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。DAI W 等［25］研究發(fā)現(xiàn)SCI 大鼠腹腔注射雷公藤紅素可減少小膠質(zhì)細胞NLRP3、ASC、Caspase-1的表達，抑制焦亡途徑，減輕急性期炎癥反應(yīng)，進而促進SCI大鼠神經(jīng)功能的恢復(fù)。ZENDEDEL A等［21］發(fā)現(xiàn)，雌激素可減弱ASC、NLRP3、Caspase-1 等炎癥小體成分的表達；并在組織病理學(xué)水平上發(fā)現(xiàn)，雌激素處理組的大鼠脊髓小膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞損傷得到改善。也有研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素能抑制SCI大鼠NLRP3炎癥小體的激活，減弱組織損傷，促進神經(jīng)功能恢復(fù)［26］。高壓氧療法也被證實是一種有效的方法，其機制是能降低SCI 模型大鼠中NALP3（同NLRP3）、ASC 和Caspase-1 的mRNA 和蛋白表達水平，并且可減輕SCI 誘導(dǎo)的IL-1β 的釋放，進而發(fā)揮減輕SCI 的作用［27］。最近的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，減少炎癥浸潤對促進受損中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)細胞的再生有一定作用［28］。炎癥反應(yīng)在SCI過程中是一把“雙刃劍”，既可以促進軸突再生，又可以加重神經(jīng)損害［29］。所以研究中需要不斷優(yōu)化治療過程，使炎癥的不利方面減少到最小，有益方面增加，而不是完全抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生［25］。

4 自 噬（Autophagy）

自噬是一種受到嚴格調(diào)控的生理過程，它能在細胞成分的生產(chǎn)、受損細胞器和其他有毒細胞成分降解之間保持平衡［30］。自噬的整個過程被稱為自噬通量，它代表了自噬從細胞內(nèi)容物被隔離到降解的整個動態(tài)過程。自噬通量是衡量自噬降解活性的一種方法，增強自噬通量的干預(yù)措施可能在SCI模型中提供神經(jīng)保護作用。

自噬標志物包括自噬相關(guān)基因微管相關(guān)蛋白1輕 鏈3- Ⅱ（Microtubule ? associated protein 1 light chain 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ）、Beclin-1、p62 和自噬體，各標志物在SCI 實驗動物模型中的表達模式尚不統(tǒng)一。在SCI 實驗動物模型中，一些研究報道了自噬小體標志物LC3- Ⅱ在SCI 后24 h 內(nèi)表達就顯著升高［31-32］，而另一些研究只檢測到該標志物在損傷后3～7 d 才升高［33-34］，這可能與實驗?zāi)Ｐ?、損傷程度不同有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)啟動自噬的重要蛋白Beclin-1在SCI 后表達增加［35］，然而也有研究報道在SCI 后Beclin-1 和其他自噬的上游介質(zhì)和調(diào)節(jié)因子的水平?jīng)]有改變［32-33］。p62 的含量通常被用來描述自噬的降解率，低水平的p62蛋白與高自噬通量相關(guān)（促進降解），而高水平的p62 蛋白與低自噬通量相關(guān)（抑制降解），并且很多研究都報道了p62在受損脊髓組織中的積累［31-33］。

在SCI 中，不同神經(jīng)細胞對自噬反應(yīng)不同。在大鼠的挫傷SCI模型中，與背角感覺神經(jīng)細胞相比，腹角運動神經(jīng)細胞中LC3 和p62 的積累量大，盡管背角感覺神經(jīng)細胞更靠近撞擊部位［31，33］，這提示運動神經(jīng)細胞可能相對更容易受到自噬通量的破壞。另外，SCI 后自噬體在小膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞中均有數(shù)量增加的報道［32-33，36］。

自噬在SCI 后的繼發(fā)性損傷和功能恢復(fù)中的作用仍不明確，一些實驗結(jié)果表明，自噬在SCI中具有促進和阻礙的雙重作用［37］。在體內(nèi)用于控制自噬的最常見藥物是用于增強自噬的雷帕霉素靶向蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）抑制劑——雷帕霉素。一般來說，促進自噬通量的藥理學(xué)調(diào)節(jié)已被證明在脊髓損傷中提供神經(jīng)保護。但是另一方面mTOR的活性在少突膠質(zhì)細胞分化和髓鞘形成中起關(guān)鍵作用，并參與軸突的發(fā)芽［38］，這兩者都是SCI 后脊髓功能恢復(fù)所必需的。因此，對于SCI，抑制mTOR 可能不是最佳的治療方法。與此相一致，一些研究報道了雷帕霉素對SCI 后的功能恢復(fù)沒有影響［36］。海藻糖是一種天然存在的含有兩個葡萄糖分子的糖，被報道為一種新型的與mTOR無關(guān)的自噬增強劑，且已被證明在家兔脊髓缺血損傷模型中有神經(jīng)改善作用［39］。另外，海藻糖還可以獨立于自噬而減輕損傷和促進恢復(fù)［40］。然而，海藻糖是否能夠克服SCI 后自噬通量的阻滯，改善神經(jīng)細胞功能，還有待進一步研究。

5 鐵死亡（Ferroptosis）

鐵死亡是一種新發(fā)現(xiàn)的依賴鐵和活性氧（Reac?tive oxygen species，ROS）生成的細胞死亡形式，其特征是脂質(zhì)過氧化物積聚到致死水平［41］。谷胱甘肽過氧化物酶4（Glutathione peroxidase 4，Gpx4）在鐵死亡途徑中起著關(guān)鍵作用，它能將有毒的脂質(zhì)過氧化物轉(zhuǎn)化為無毒的脂醇。谷氨酸/半胱氨酸反轉(zhuǎn)運系統(tǒng)（System Xc-light chain，xCT）是參與半胱氨酸運輸?shù)哪嫦蜣D(zhuǎn)運體，半胱氨酸是谷胱甘肽（Gluta?thione，GSH）合成的重要原料。GSH 是Gpx4 的還原劑，當Gpx4 失活，會出現(xiàn)ROS 聚集，脂質(zhì)過氧化，引發(fā)細胞鐵死亡［41-42］。另一方面，鐵過載會通過激活脂氧合酶（Lipoxygenases，LOX）或芬頓反應(yīng)來促進脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生，從而誘發(fā)鐵死亡。LOX 的底物是膜磷脂，特別是含有花生四烯酸或腎上腺素的磷脂酰乙醇胺（Phosphatidylethanolamines，PEs）。這些分子的合成依賴于輔酶A與多不飽和脂肪酸的結(jié)合，多不飽和脂肪酸主要由?；o酶A 合成酶長鏈家族成員4（Acyl-CoA synthetase long chain family member 4，ACSL4）和溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3（Lysophosphatidylcholine acyltransferase 3，LPCAT3）這兩個可引起鐵死亡的重要因子降解［41-42］。

在原發(fā)性SCI 中有出血和活性氧（Reactive oxy?gen species，ROS）聚集［43］，由于出血損傷部位出現(xiàn)鐵過載［44］，且脊髓有高含量的多不飽和脂肪酸，其脂質(zhì)過氧化反應(yīng)可導(dǎo)致SCI［45］。以上現(xiàn)象都提示了SCI 中存在著鐵死亡。ZHANG Y 等［46］首先發(fā)現(xiàn)SCI后的脊髓組織中有鐵死亡的特征性形態(tài)表現(xiàn)：線粒體皺縮、嵴減少或消失，并且SCI時鐵死亡的負向調(diào)控因子Gpx4、xCT 表達下調(diào)，代表脂質(zhì)過氧化水平的四羥基壬烯（4-hydroxynonenal，4HNE）上調(diào)。證實了SCI中存在著細胞鐵死亡。

鑒于鐵死亡參與SCI 的病理過程，以鐵死亡通路為靶點研發(fā)SCI的治療途徑很有前景。其中鐵死亡特異性抑制劑是否能促進脊髓修復(fù)是研究重點。Ferrostatin-1 是第一代鐵死亡抑制劑，在體外被證明能有效地抑制鐵死亡［47］。然而，由于血漿和代謝的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致它在體內(nèi)的功能很弱。SRS16-86 作為第三代小分子鐵死亡特異性抑制劑，穩(wěn)定性高，可抑制脂質(zhì)ROS［46］。最新的研究將SRS16-86 注射到SCI大鼠中，發(fā)現(xiàn)其可促進大鼠SCI后運動功能恢復(fù)，增加神經(jīng)細胞存活率，降低膠質(zhì)增生和炎性細胞因子的表達水平［46］。另外，YAO X 等［48］也證實了鐵螯合劑去鐵胺可以通過抑制鐵死亡來修復(fù)大鼠SCI。以上實驗均表明，鐵死亡抑制劑在SCI 的修復(fù)中有保護作用，但這些研究尚處在實驗室階段，需要有更多的體內(nèi)實驗及臨床數(shù)據(jù)的支持。

6 總結(jié)與展望

SCI 后多種神經(jīng)細胞死亡方式的參與是造成機體神經(jīng)功能缺損的重要原因，各種死亡方式的分子機制既有不同又有交織，例如凋亡和自噬就有許多共同的調(diào)節(jié)因子，抗凋亡的Bcl-2蛋白不僅能抑制促凋亡蛋白下調(diào)凋亡的活性，而且還能與Beclin-1 相互作用負向調(diào)節(jié)自噬［49］。此外Caspase-8 作為外源性凋亡的啟動子，同時還是控制著細胞壞死性凋亡和焦亡的分子開關(guān)［50］，鐵死亡在某些條件下也伴隨著自噬的發(fā)生［51］。目前針對各種死亡方式的靶向性治療仍在實驗研究中，尚未進入臨床研究。但是面對SCI，有效的神經(jīng)保護策略需要充分考慮各種死亡方式在其中的地位、交互作用以及時序關(guān)系。