辛晶晶 綜述,楊 陽(yáng) 審校

0 引 言

血管性癡呆(vascular dementia,VaD)是一種以大腦認(rèn)知、記憶功能受損為主要癥狀的臨床綜合征。許多危險(xiǎn)因素,包括一系列心血管或腦血管功能障礙,會(huì)導(dǎo)致缺血性、腦灌注不足或出血性腦損傷,也導(dǎo)致了VaD的發(fā)生發(fā)展[1]。近幾年,我國(guó)心腦血管疾病發(fā)病率逐漸升高,而VaD患病率也隨之升高。VaD發(fā)病機(jī)制目前尚不完全明確,還無(wú)批準(zhǔn)的VaD標(biāo)準(zhǔn)治療方法,用于VaD的藥物僅適用于對(duì)癥治療,不能預(yù)防或延遲VaD的病程[2]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞凋亡與VaD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),因此抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡有望成為防治VaD的重要手段[3-4]。本文就神經(jīng)細(xì)胞凋亡與VaD關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1 神經(jīng)細(xì)胞凋亡的概述

神經(jīng)細(xì)胞凋亡是一個(gè)受基因調(diào)控的程序性細(xì)胞死亡的過(guò)程,指在某些病理和生理因素共同作用下激活細(xì)胞膜信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng),促使相關(guān)凋亡調(diào)控因子啟動(dòng),從而造成神經(jīng)細(xì)胞死亡。神經(jīng)細(xì)胞凋亡主要由三種途徑觸發(fā):內(nèi)在線粒體途徑、外在死亡受體途徑以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑。

2 神經(jīng)細(xì)胞凋亡途徑對(duì)VaD影響研究

2.1 caspase家族成員介導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡作用目前,國(guó)內(nèi)外眾多研究表明,caspase家族中多種成員參與了神經(jīng)細(xì)胞凋亡過(guò)程[5-6]。通過(guò)抑制caspase激活的表達(dá),能減輕因其介導(dǎo)的神經(jīng)元損害。Wang等[7]研究證實(shí),血管性癡呆模型通常在大腦中表現(xiàn)出裂解的caspase,作者認(rèn)為可將抑制caspase作為今后VaD的治療靶點(diǎn)。介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路主要有caspase-8介導(dǎo)的死亡受體(外部)途徑、caspase-9介導(dǎo)的線粒體(內(nèi)部)途徑和caspase-12介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑[8]。PARP-1/AIF介導(dǎo)的非依賴(lài)caspase的途徑是獨(dú)立于caspase依賴(lài)途徑的細(xì)胞凋亡通路[9]。由上可知,caspase在啟動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞凋亡中發(fā)揮著重要作用,且其啟動(dòng)途徑多樣,這為深入探索VaD發(fā)病機(jī)制提供了新思路。

2.2死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路為胞外信號(hào)所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路,即外源性凋亡途徑。外源性凋亡途徑由細(xì)胞表面腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)家族死亡受體的連接觸發(fā)[10]。受體連接可導(dǎo)致Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(Fas-associated death domain, FADD)的募集,FADD又與caspase-8分子結(jié)合,從而允許發(fā)生caspase-8的自蛋白降解處理和激活。一旦激活,caspase-8又可通過(guò)直接蛋白水解裂解或間接通過(guò)BH3蛋白Bid的裂解激活下游效應(yīng)器caspase,以產(chǎn)生tBid,tBid易位到線粒體以誘導(dǎo)Bax活化和線粒體外膜通透性。TNF-Fas配體可在炎癥過(guò)程中誘導(dǎo)某些神經(jīng)元凋亡,在那些表達(dá)TNF-α受體的神經(jīng)元中,TNF-β可通過(guò)激活caspase-8誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,如果caspase-8失活,則導(dǎo)致細(xì)胞壞死。Fricker等[10]通過(guò)在神經(jīng)元細(xì)胞中缺乏caspase-8特異性表達(dá)的小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元特異性caspase-8缺失使神經(jīng)元對(duì)TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有抵抗能力。因此,抑制外源性途徑可讓VaD獲益,這為今后臨床治療該病提供了一定參考依據(jù)。

2.3線粒體介導(dǎo)的凋亡通路內(nèi)在凋亡途徑集中于Bcl-2家族蛋白對(duì)線粒體外膜通透性的調(diào)節(jié)。抗凋亡蛋白Bcl-2,具有非活性Bax和BH3-only結(jié)構(gòu)域蛋白。凋亡的內(nèi)部(線粒體)途徑在細(xì)胞內(nèi)觸發(fā),導(dǎo)致BH3-only結(jié)構(gòu)域蛋白的表達(dá)或激活,BH3-only蛋白主要通過(guò)抑制BCL-2抗凋亡蛋白的表達(dá)或促進(jìn)促凋亡蛋白Bax的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。這些蛋白激活Bax以在線粒體外膜中形成孔,釋放細(xì)胞色素c以結(jié)合APAF-1,激活caspase-9以切割和激活下游caspase-3,從而降解細(xì)胞蛋白[11]。促凋亡成員Bax被認(rèn)為幾乎完全是通過(guò)內(nèi)在途徑執(zhí)行凋亡所必需的因子,神經(jīng)元內(nèi)在凋亡的誘導(dǎo)完全依賴(lài)于Bax的表達(dá)和激活,Bax的缺失和抑制在許多神經(jīng)變性的體外和體內(nèi)模型中防止了異常神經(jīng)元細(xì)胞的死亡。因此,神經(jīng)元內(nèi)在凋亡的調(diào)節(jié)幾乎以Bax激活的控制為中心[12]。而且,在線粒體介導(dǎo)的凋亡途徑中,細(xì)胞色素C的釋放是腦缺血后血管性癡呆中海馬CA1區(qū)神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生凋亡關(guān)鍵的步驟。劉雨霞等[13]發(fā)現(xiàn)VaD模型大鼠海馬神經(jīng)元胞漿蛋白中Cyt C表達(dá)顯著升高;Chen等[14]在VaD模型的沙鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),模型組沙鼠的促凋亡因子Bax增加,番茄紅素治療組促凋亡因子Bax相對(duì)減少,證明了VaD的發(fā)生發(fā)展與促凋亡因子Bax密切相關(guān)。以上研究證明線粒體介導(dǎo)的凋亡通路參與了VaD的發(fā)生及發(fā)展,今后可將此通路的相關(guān)因子作為治療該病的潛在靶點(diǎn)。

2.4內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)介導(dǎo)的的通路包括折疊未成功、折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)大量聚集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi),并引起未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(unfolded protein response,UPR),造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能異常,觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,從而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡。Shi等[15]研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激幾乎與所有神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)。牛小莉等[16]研究發(fā)現(xiàn),ERS能抑制海馬神經(jīng)元凋亡,使VaD大鼠學(xué)習(xí)和記憶能力得到顯著改善。UPR有3條重要通路:PERK、ATF6以及IRE-1α。長(zhǎng)時(shí)間劇烈的ERS則會(huì)促使這3條信號(hào)通路激活下游的促凋亡信號(hào)通路CHOP/GADD153、caspase-12、JNK以及GSK-3/3β,引起細(xì)胞凋亡[17]?？梢?jiàn),ERS參與了VaD病理機(jī)制過(guò)程,且ERS與UPR途徑被激活存在密切關(guān)聯(lián),臨床可將其作為切入點(diǎn),為VaD臨床干預(yù)提供理論依據(jù)。

2.4.1CHOP通路CHOP通路是轉(zhuǎn)錄因子CHOP的激活。CHOP通路是調(diào)節(jié)ERS誘導(dǎo)凋亡的主要通路,ERS的發(fā)生,誘導(dǎo)CHOP的高表達(dá),CHOP可下調(diào)Bcl-2的表達(dá),上調(diào)Bax表達(dá),Bax寡聚后,寡聚物通過(guò)線粒體通透性導(dǎo)致細(xì)胞色素c(Cyt-c)和凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)等凋亡因子的釋放,最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡[18]。多項(xiàng)研究表明CHOP介導(dǎo)的ER應(yīng)激在腦缺血、阿爾茨海默病、帕金森病神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)CHOP的誘導(dǎo)可能引發(fā)ERS應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,CHOP介導(dǎo)的凋亡參與了神經(jīng)退行性疾病、腦缺血等疾病。

2.4.2caspase-12通路ERS介導(dǎo)凋亡的另一個(gè)關(guān)鍵因子是caspase-12,其作為ER外膜上ERS特異性凋亡因子,在線粒體凋亡途徑及死亡受體凋亡途徑中可不被活化[20]。當(dāng)caspase-12的前體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下被切割后激活,活性caspase-12從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入到細(xì)胞液中作用于caspase-9,激活caspase-3引起細(xì)胞凋亡[21]。Xu等[22]研究發(fā)現(xiàn)17β-雌二醇(E2)可以顯著降低VaD大鼠海馬CA1區(qū)caspase-12的活性,并增加了神經(jīng)元核蛋白(NeuN)陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量。

2.4.3JNK通路JNK信號(hào)通路被認(rèn)為是除CHOP和caspase-12之外的另一條促凋亡途徑[23]。JNK信號(hào)通路是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的一條重要通路,與腦組織缺血缺氧所導(dǎo)致的血管性癡呆有密切聯(lián)系[22]。Wang等[24]研究表明調(diào)節(jié)的JNK磷酸化途徑在全腦缺血神經(jīng)元凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。武澤惠[25]研究發(fā)現(xiàn)VaD 模型大鼠海馬組織JNK表達(dá)升高,證明JNK通路參與介導(dǎo)了VaD模型大鼠海馬神經(jīng)元凋亡過(guò)程。綜上,JNK通路激活以及JNK過(guò)量表達(dá)均參與了VaD病理過(guò)程。

2.4.4GSK-3/3β介導(dǎo)的凋亡通路糖原合成酶激酶-3 ( GSK-3)主要為GSK-3α和GSK-3β兩種亞型,其中GSK-3β高度表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)并具有神經(jīng)系統(tǒng)特異性。GSK-3β誘導(dǎo)凋亡途徑主要包括:抑制促存活轉(zhuǎn)錄因子,促進(jìn)促凋亡轉(zhuǎn)錄因子、激活凋亡相關(guān)蛋白激酶等。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)血管性癡呆模型大鼠大腦皮層和海馬組織中的GSK-3β水平明顯增高。Guo等[27]研究結(jié)果顯示,和厚樸酚(HKL)可以抑制GSK-3β的活性從而對(duì)VaD大鼠的神經(jīng)元起到保護(hù)作用。以上研究表明GSK-3/3β與VaD大鼠海馬神經(jīng)元凋亡密切相關(guān)。

2.5PARP-1/AIF介導(dǎo)的凋亡通路PARP-1/AIF通路是非Caspase依賴(lài)性凋亡通路。Caspase非依賴(lài)性途徑,主要是由凋亡誘導(dǎo)因子來(lái)誘導(dǎo)下游蛋白的活化,促進(jìn)凋亡的發(fā)生。PARP-1大部分位于細(xì)胞核中,還有一部分位于線粒體,PARP-1被過(guò)度激活時(shí)直接引起線粒體損傷,導(dǎo)致能量耗竭進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。與此同時(shí),大量被激活的PARP-1誘發(fā)促凋亡蛋白AIF的釋放,AIF通過(guò)促進(jìn)線粒體釋放 Cytochrome c而增強(qiáng)凋亡信號(hào),并最終進(jìn)入細(xì)胞核引起DNA的破壞,導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[28-29]。Long等[30]研究發(fā)現(xiàn)多糖通過(guò)PARP-1/AIF信號(hào)通路可以減輕腦缺血損傷導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞凋亡。以上研究發(fā)現(xiàn),PARP-1/AIF通路介導(dǎo)的非caspase依賴(lài)性細(xì)胞凋亡可見(jiàn)于缺血缺氧引起的神經(jīng)細(xì)胞死亡,PARP-1/AIF與血管性癡呆疾病的發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

VaD發(fā)病的主要因素是由于腦缺血損傷后神經(jīng)細(xì)胞凋亡所導(dǎo)致,腦缺血導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞凋亡是一個(gè)多途徑多因素的復(fù)雜病理過(guò)程,其發(fā)病機(jī)制尚未完全明確,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)缺血性血管性癡呆病的研究很多,但臨床上其治療藥物及治療方法卻很少,通過(guò)不斷總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)控死亡受體介導(dǎo)、線粒體介導(dǎo)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)、PARP-1/AIF介導(dǎo)的凋亡通路可以抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡,從而延緩VaD的發(fā)生發(fā)展。介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡通路相關(guān)研究逐漸增多,尋找其抑制劑或抑制其活性的方法及藥物,有望成為防治VaD的新方向。