方芳，嚴(yán)彩霞，方成志，張丙宏

新生兒缺氧缺血性腦損傷（hypoxic-ischemic brain damage，HIBD）是各種生理性或病理性因素導(dǎo)致圍生期窒息，引起大腦部分或完全缺氧及腦血流減少或中斷而導(dǎo)致新生兒腦損傷，是引起新生兒死亡及兒童發(fā)育障礙和永久性神經(jīng)功能缺失（如腦癱）的重要原因［1］。HIBD發(fā)病率約為3‰，其中約有60%病兒存活，30%病兒遺留有神經(jīng)功能障礙后遺癥［2］。由于HIBD的分子機(jī)制和途徑尚未明確，因此沒有針對新生兒HIBD的特定藥物療法，氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥、線粒體功能障礙、谷氨酸興奮毒性等因素被認(rèn)為與HIBD相關(guān)，并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而神經(jīng)元細(xì)胞死亡是HIBD后神經(jīng)功能缺損的關(guān)鍵因素［1］。因此迫切需要闡明HIBD后細(xì)胞死亡機(jī)制并確定HIBD的潛在治療方法。親環(huán)素A（cyclophilin A，CypA）是親環(huán)素家族中關(guān)鍵成員，在蛋白質(zhì)折疊運(yùn)輸、免疫調(diào)節(jié)、機(jī)體炎癥、細(xì)胞增殖、遷移等過程中發(fā)揮重要作用［3］。CD147又稱細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)因子（extracellular matrix metalloproteinase inducer，EMMPRIN），是一種高度糖基化的跨膜糖蛋白，屬于免疫球蛋白超家族成員，在神經(jīng)炎癥、維護(hù)血腦屏障、神經(jīng)元代謝等過程中具有重要功能［4］。CD147是CypA最主要的受體，在氧化應(yīng)激、炎癥、缺氧缺血等刺激下CypA可分泌到細(xì)胞外，與細(xì)胞表面受體CD147結(jié)合參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。CypA/CD147信號通路的生物學(xué)功能廣泛并與HIBD的病理機(jī)制相關(guān)，有可能為HIBD的治療提供新的干預(yù)靶點(diǎn)。本研究就CypA/CD147信號通路的生物學(xué)功能及其與HIBD的關(guān)系以及在HIBD的診斷、治療中的作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 CypA和CD147蛋白概述

CypA是親免蛋白家族中細(xì)胞內(nèi)分布最廣、含量最多的成員，占細(xì)胞質(zhì)蛋白總含量的0.1%～0.6%［5］。人類CypA基因位于染色體7p13，互補(bǔ)DNA（cDNA）片段全長2 276 bp，編碼165個氨基酸，相對分子質(zhì)量為18 kD。CypA在大腦皮質(zhì)中的含量最高，在胞質(zhì)、核膜、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞結(jié)構(gòu)中均有表達(dá)，CypA結(jié)構(gòu)高度保守的特性決定其在各種組織中表達(dá)差異小。CypA最早是從牛胸腺中分離出的一種胞質(zhì)蛋白，對細(xì)胞免疫抑制劑環(huán)孢素A（cyclosporin A，CsA）的親和力極高，CypA-CsA復(fù)合物通過抑制T細(xì)胞活化來發(fā)揮免疫抑制作用，用于移植后排斥反應(yīng)［6］。隨后研究者發(fā)現(xiàn)它具有肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶活性，催化反式脯氨酸殘基上肽鍵異構(gòu)化為順式，并促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和運(yùn)輸，除參與免疫調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)折疊和運(yùn)輸、膽固醇代謝等，細(xì)胞內(nèi)的CypA還在鈣離子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、血小板活化及胞質(zhì)分裂等生物過程中發(fā)揮重要作用［7］。在氧化應(yīng)激、炎癥、缺氧、缺血等條件下，CypA通過囊泡運(yùn)輸分泌至細(xì)胞外，發(fā)揮類細(xì)胞因子功能，促進(jìn)細(xì)胞增殖、趨化，誘導(dǎo)基質(zhì)降解、細(xì)胞凋亡及活性氧生成等，從而參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、病毒感染、腫瘤、心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。

CD147是免疫球蛋白超家族的Ⅰ型跨膜糖蛋白，最先被命名為腫瘤細(xì)胞衍生膠原酶刺激因子，后被發(fā)現(xiàn)能誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）產(chǎn)生，被稱為EMMPRIN［8］。因在不同物種、組織和細(xì)胞中分離并檢測到相同的氨基酸序列，又被稱為gp42、BSG、HT7、neurothelin、OX-47、M6、5A11［9］。人CD147基因位于染色體19p13.3，由10個外顯子組成，跨度約12 kb。其結(jié)構(gòu)包括兩個免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域、一個跨膜結(jié)構(gòu)域和一個胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域，由于糖基化的不同，在不同組織中的表現(xiàn)各異，體現(xiàn)其功能的多效性［10］。除了細(xì)胞膜上表達(dá)外，還可作為可溶性蛋白由細(xì)胞分泌并釋放到細(xì)胞外發(fā)揮生理功能。CD147廣泛存在于血小板、內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞等多種細(xì)胞中，是一種多效分子，對胚胎的植入和正常生育至關(guān)重要，也是血腦屏障的構(gòu)成以及視網(wǎng)膜發(fā)育和成熟所必需的。CypA/CD147在細(xì)胞遷移、黏附、侵襲、能量代謝、T細(xì)胞活化、基質(zhì)降解等生理病理過程發(fā)揮作用，從而影響創(chuàng)傷愈合、心臟肥大和重塑、炎癥、血栓形成及腫瘤的發(fā)生［11-13］。

2 CypA/CD147信號通路激活與HIBD的關(guān)系

2.1 破壞血腦屏障 血腦屏障是維持神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要部分，由排列在血管壁上的微血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞末端、周細(xì)胞以及基底層組成，與神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞一起組成神經(jīng)血管單元。血腦屏障將營養(yǎng)物質(zhì)從血液運(yùn)輸?shù)酱竽X，并防止血液中的毒素進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)并適當(dāng)促進(jìn)神經(jīng)元功能［14］。正常情況下血腦屏障通過阻止T淋巴細(xì)胞進(jìn)入，維持大腦內(nèi)的微環(huán)境穩(wěn)態(tài)和免疫系統(tǒng)，內(nèi)皮細(xì)胞活化、緊密連接蛋白的喪失和細(xì)胞骨架重排可能是缺氧缺血后血腦屏障通透性增加的基礎(chǔ)［15］。有研究表明CypA激活基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-9破壞血腦屏障的緊密連接，抑制CypA不僅恢復(fù)了血腦屏障的完整性，還逆轉(zhuǎn)和防止了神經(jīng)元丟失和行為缺陷［16］。Pan等［17］研究證實(shí)，CypA通過激活下游核因子κB（NF-κB）通路，誘導(dǎo)MMP-9表達(dá)增加蛋白酶的水解，降解內(nèi)皮緊密連接蛋白（閉鎖連接蛋白-1、密蛋白-5等）和膠原蛋白Ⅳ，導(dǎo)致血腦屏障的分解，并且神經(jīng)元和突觸修復(fù)需要通過抑制CypA/NF-κB/MMP-9途徑使血腦屏障完整性正常。并且CD147被證實(shí)是CypA介導(dǎo)血腦屏障破壞的必需分子［16］。表明CypA/CD147誘導(dǎo)MMP產(chǎn)生，導(dǎo)致血腦屏障的破壞及通透性增加，誘導(dǎo)外周免疫細(xì)胞募集，促進(jìn)細(xì)胞因子釋放，最終導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙，因此CypA、CD147是維持血腦屏障完整性的重要分子，CypA/CD147通路激活參與誘導(dǎo)腦缺氧缺血后的早期血腦屏障損傷。

2.2 參與氧化應(yīng)激和炎癥 氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是HIBD致病機(jī)理的重要環(huán)節(jié)，氧化應(yīng)激在炎癥系統(tǒng)之間的相互干擾中起作用，創(chuàng)造了HIBD的“易感窗口”。缺氧缺血發(fā)生后，引起外周和中樞免疫系統(tǒng)激活，活化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和浸潤的白細(xì)胞產(chǎn)生多種促炎因子（包括細(xì)胞因子、趨化因子、活性氧、興奮性毒性谷氨酸等）。過量的活性氧引起羥自由基增多并介導(dǎo)蛋白質(zhì)氧化、脂質(zhì)過氧化、DNA損傷和線粒體抑制致細(xì)胞死亡。釋放的炎性因子激活下游通路引發(fā)炎癥聯(lián)級反應(yīng)，致軸突和髓鞘損傷、少突膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元的丟失，影響大腦發(fā)育并產(chǎn)生長期后果，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)或精神障礙。CypA在氧化應(yīng)激和炎癥增加的情況下分泌，可響應(yīng)各種細(xì)胞中的活性氧，其分泌量隨著氧化應(yīng)激程度的增加而增加［7］。p47phox是煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶活性部位的關(guān)鍵亞基，Cao等［18］表明分泌的CypA通過胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular signalregulated kinase1/2，ERK1/2）磷酸化啟動p47phox的膜易位，激活NADPH氧化酶促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生，并且CD147是介導(dǎo)胞外CypA作用所必需的。白細(xì)胞聚集和遷移是炎癥反應(yīng)的重要部分，主要涉及以下機(jī)制：（1）CypA對人白細(xì)胞具有直接的化學(xué)吸引，CD147被確定為白細(xì)胞上CypA的主要信號受體，并且CypA通過與CD147胞外域（殘基22-205）直接結(jié)合誘導(dǎo)白細(xì)胞趨化［19］；（2）CypA與CD147結(jié)合是重要的促炎信號，CypA/CD147激活NF-κB、ERK1/2通路誘導(dǎo)腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素（IL）-6、IL-1β、IL-8等細(xì)胞因子分泌，阻斷CD147后，單核細(xì)胞的趨化性、促炎因子表達(dá)以及CypA誘導(dǎo)的信號通路均受抑制［20］；（3）CypA與CD147相互作用后激活NF-κB、蛋白激酶B（Akt）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，刺激內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)血管細(xì)胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）、細(xì)胞間黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和E-選擇素。VCAM-1與淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞表面整合素α4β1結(jié)合促進(jìn)白細(xì)胞的滾動和黏附［21］。以上研究表明CypA、CD147是中樞和外周免疫反應(yīng)的重要介質(zhì)，靶向CypA-CD147相互作用可能提供一種減輕組織炎癥的新方法。

2.3 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 神經(jīng)元細(xì)胞凋亡是HIBD的重要病理機(jī)制，是導(dǎo)致新生兒發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥的重要原因。在蛛網(wǎng)膜下腔出血的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，CypA/CD147相互作用激活ERK1/2、NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致腦細(xì)胞死亡及神經(jīng)功能障礙，抑制CypA/CD147通路后顳葉皮層神經(jīng)元中p53、胱天蛋白酶-3（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase-3）表達(dá)降低，并可減輕腦水腫和神經(jīng)元細(xì)胞死亡［17］。NF-κB不僅作為炎癥級聯(lián)反應(yīng)中最重要的調(diào)控因子，介導(dǎo)腦缺血再灌注的重要信號，還參與調(diào)控下游多種凋亡信號分子如B細(xì)胞淋巴瘤-2（Bcl-2）、Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bax）等，Bcl-2的下降或Bax的升高引起線粒體膜解體，導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放到細(xì)胞質(zhì)中誘導(dǎo)caspase-3發(fā)生級聯(lián)活化致DNA斷裂和染色質(zhì)凝聚。NF-κB通過誘導(dǎo)p53的磷酸化和乙?；约吧险{(diào)促凋亡p53靶基因PERP來增加p53表達(dá)，刺激線粒體產(chǎn)生高毒性氧自由基引發(fā)細(xì)胞凋亡［22］。以上研究說明CypA/CD147信號通路參與線粒體相關(guān)凋亡途徑，或可成為合適的治療靶點(diǎn)。

3 CypA/CD147與HIBD的診治進(jìn)展

目前HIBD的診斷主要依據(jù)神經(jīng)系統(tǒng)、影像學(xué)和腦電圖檢查，存在一定的漏診和局限性，可能錯過有效的治療時間窗。因此需要尋找敏感性的生物標(biāo)志物幫助HIBD的早期診斷及病情評估。Kyng等［23］利用新生豬仔制備HIBD模型，發(fā)現(xiàn)腦損傷后CypA在血漿和腦脊液中均升高，可作為有希望的候選生物標(biāo)志物。Patrizz等［24］研究發(fā)現(xiàn)血清高CD147水平與中風(fēng)病人的不良預(yù)后相關(guān)，并將CD147確定為缺血性卒中的新型臨床相關(guān)靶點(diǎn)。說明CypA、CD147蛋白在HIBD的診斷中可能具有重要意義，有望成為HIBD診斷及評估預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物。

HIBD發(fā)生最常見的類型表現(xiàn)為白質(zhì)受損，可導(dǎo)致終生神經(jīng)功能障礙，如腦癱，主要原因是成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生減少導(dǎo)致髓鞘化形成不足［25］。動物模型證實(shí)抑制CD147可改善少突膠質(zhì)細(xì)胞生成并促進(jìn)缺血性中風(fēng)后小鼠的白質(zhì)完整性和功能恢復(fù)［26］。不僅如此，Jin等［27］發(fā)現(xiàn)抑制CD147還能防止血腦屏障損傷，通過減少血栓及炎細(xì)胞浸潤來改善小鼠急性腦缺血。敲除CypA基因或抑制CypA通過阻斷NF-κB/MMP-9通路來防止神經(jīng)元變性［28］。到目前為止，很明顯CyPA與腦損傷有關(guān)，盡管在一些與缺血性或出血性腦損傷相關(guān)的動物實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)者表明CyPA可以減弱被破壞的血腦屏障通透性，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，改善腦損傷，從而改善神經(jīng)功能，但CyPA觸發(fā)的神經(jīng)保護(hù)的確切機(jī)制仍不清楚［5］。并且，更多研究證實(shí)細(xì)胞外CyPA是一種促炎因子，通過CD147受體促進(jìn)神經(jīng)炎癥并導(dǎo)致選擇性運(yùn)動神經(jīng)元死亡［29］。以上研究說明CypA/CD147通路激活參與缺氧缺血后繼發(fā)性腦損傷，阻止CypA/CD147通路的過度激活有望成為治療HIBD的新思路。CsA已廣泛用于免疫抑制治療，CypA作為CsA體內(nèi)作用的靶蛋白，在CsA介導(dǎo)的免疫抑制作用中發(fā)揮重要作用，有研究表明CsA對缺血性再灌注腦損傷小鼠模型具有神經(jīng)保護(hù)作用［30］。因此CsA或可為治療HIBD提供一條新思路。進(jìn)一步研究CypA/CD147在HIBD中的下游通路及具體機(jī)制具有重要意義。

4 小結(jié)

CypA/CD147參與各種生物過程，包括炎癥、增殖、趨化、凋亡等，CypA和CD147在中樞系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用是研究熱點(diǎn)，雖然目前的研究結(jié)果提示CypA及CD147可作為急性腦損傷的分子標(biāo)志物，有助于疾病嚴(yán)重程度的判斷及預(yù)后評估，但CypA/CD147信號通路在HIBD中具體功能、下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制尚未完全闡明，仍需要進(jìn)一步深入研究。