脊髓缺血再灌注損傷相關信號通路研究進展

李雪煥，陳向華（.安徽中醫(yī)藥大學03級碩士研究生，安徽　合肥　30038；.安徽中醫(yī)藥大學針灸骨傷臨床學院，安徽　合肥　30038）

脊髓缺血再灌注損傷相關信號通路研究進展

李雪煥1，陳向華2
（1.安徽中醫(yī)藥大學2013級碩士研究生，安徽合肥230038；2.安徽中醫(yī)藥大學針灸骨傷臨床學院，安徽合肥230038）

［摘要］目前對SCII的發(fā)生、發(fā)展及轉歸已取得較為深入的研究，但其細胞信號轉導機制尚不明確。研究表明，多條細胞信號通路參與了SCII的病理生理過程，其中核因子-κB（NF-κB）、分裂原激活蛋白激酶（MAPK）、PI3K-Akt/PKB、JAK-STAT、蛋白激酶C（PKC）在SCII中發(fā)揮著重要作用，各信號通路之間也存在交互對話，相互調控。

［關鍵詞］脊髓缺血再灌注；信號通路；PI3K-Akt/PKB；NF-κB；MAPK

脊髓缺血再灌注損傷（Spinal cord ischemic reperfusion injury，SCII）是指導致脊髓缺血的因素去除后，脊髓恢復血供，神經功能不僅得不到改善，反而在原缺血損傷基礎上進一步加重，甚至出現不可逆性脊髓神經元遲發(fā)性死亡的現象，常導致四肢癱瘓，甚至死亡［1］。這種細胞信號轉導機制復雜，是細胞對應激原的反應以及細胞凋亡的系統(tǒng)調控［2］。研究表明，多條細胞信號通路參與了SCII的病理生理過程，其中JAK-STAT、PI-3K-Akt/ PKB、核因子-κB（NF-κB）、蛋白激酶 C（PKC）、分裂原激活蛋白激酶（MAPK）等信號系統(tǒng)在SCII中發(fā)揮著關鍵性作用，現綜述如下。

1　NF-κB信號通路

NF-κB是普遍存在于真核細胞中的一種轉錄因子，1986年首先發(fā)現它是B淋巴細胞中免疫球蛋白κ輕鏈轉錄所需的核轉錄因子，故命名NF-κB［3］。近年來，NF-κB的活化被認為是介導和加劇脊髓缺血再灌注損傷的重要環(huán)節(jié)，并開始初步探討阻斷NF-κB激活過程來保護脊髓組織。

1.1 TLR介導NF-κB信號通路

Toll樣受體（Toll like ，receptor，TLR）作為先天免疫系統(tǒng)中細胞因子分泌的上游開關，成為炎癥免疫基礎研究的重要分子，SCII時，組織細胞合成釋放TLR4內源性配體，被TLR4識別并結合［4］，這些配體激活TLR4后，可與接頭蛋白髓樣分化蛋白88結合，經一系列轉導激活I-κ激酶（IKK）蛋白激酶復合體，IKK的激活可引發(fā)NF-κB的抑制因子I-κB發(fā)生磷酸化，導致NF-κB激活并轉位［5］，最終導致NF-κB活化，形成SCII的炎癥信號轉導。NF-κB位于TLR4下游信號通路的樞紐位置，活化的NF-κB可直接調控參與缺血再灌注炎癥損傷的多種介質的基因表達，升高細胞間黏附分子-1 （ICAM-1）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）等炎癥因子水平［6］。研究證實，給與TLR4內源性配體HMGB1，小劑量預耐受處理可以明顯降低NF-κB活性，從而抑制炎性反應［7］。

1.2TNF-α介導NF-κB信號通路

SCII發(fā)生時，脊髓組織缺血缺氧，釋放炎癥因子（如IL-1，TNF-α），導致氧化應激反應［8］，TNF-α是在炎癥反應中最早表達的一種炎癥細胞因子，TNF-α與細胞表面TNF-a受體（TNFR）體結合，激活IKK后使IκB發(fā)生磷酸化并與NF-κB解離，NF-κB活化即可快速移位進入胞核內，引起靶基因轉錄表達［9］，NF-κB轉錄調節(jié)的連接位點位于許多促炎細胞因子（如IL-1，IL-6，TNF-α等）與免疫調節(jié)因子的啟動區(qū)，這些炎性因子表達后又作用于中性粒細胞，介導白細胞向損傷區(qū)遷移聚集，大量活化的白細胞聚集在脊髓微血管內并浸潤到脊髓組織中，釋放細胞炎性物質、蛋白酶等引起脊髓損傷，形成一種正反饋增加損傷區(qū)的炎癥反應［10］。TNF-α是眾多細胞因子的重要啟動因子，能誘導ICAM-1的表達，協(xié)同放大炎癥級聯，加重細胞水腫及繼發(fā)性損傷，所以TNF-α/NF-κB通路可能是誘導SCII的重要途徑。

2　MAPK信號通路

細胞外的各種刺激信號通過不同的感受器激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated proteinkinas，MAPK）而引起的信號轉導通路是廣泛存在于真核細胞中的一條重要信號轉導通路，經過一系列級聯反應傳遞信號，引起基因轉錄、蛋白合成、細胞分化、增值及凋亡。MAPK家族中以細胞外信號調節(jié)激酶（ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、蛋白激酶p38三種蛋白為代表［11］。

2.1JNK介導的MAPK信號通路

研究證實JNK信號通路參與了許多細胞凋亡的發(fā)生［12］，SCII可通過誘導JNK的上游信號分子細胞凋亡信號調節(jié)激酶1（ASK1）的活化，進而激活JNK，JNK的活化是通過其氨基酸殘基磷酸化而實現的，激活后JNK由胞漿移位至細胞核［13］，活化的JNK可以和轉錄因子c-Jun的氨基末端區(qū)域結合，使轉錄因子的活性區(qū)域發(fā)生磷酸化，因為轉錄因子同二聚體或異二聚體復合物的形式和許多基因啟動子上的AP-1和AP-1樣位點結合，從而可以提高AP-1的轉錄活性，促進基因的表達和蛋白質的合成［14］，促細胞凋亡因子Bcl-xL/Bcl-2相關死亡啟動因子（BAD）激活可誘發(fā)脊髓神經細胞的凋亡，SCII時可能激活JNK/BAD途徑，造成脊髓損傷，應用JNK抑制劑和抗氧化劑提前干預可部分抑制脊髓損傷。

2.2p38介導的MAPK信號通路

研究表明AsK1-p38介導的凋亡信號轉導通路參予到SCII中，p38活化促進脊髓神經細胞的凋亡［15］，有學者發(fā)現抑制劑通過抑制p38MAPK通路的活化可以降低小膠質細胞的活化，小膠質細胞是中樞神經系統(tǒng)主要的炎癥介導細胞，其所引發(fā)的炎癥反應負責原發(fā)性外傷性脊髓損傷后的繼發(fā)性損傷［16］。電針也可以抑制大鼠脊髓p38MAPK信號轉導通路的激活而達到消炎止痛作用［17］。

2.3ERK1/2介導的MAPK信號通路

近年來，眾多學者發(fā)現SCII時有ERK1/2磷酸化的發(fā)生，但其作用機制存在爭議，Kang Lu等［18］認為ERK1/2信號通路可能在SCII中起有害作用，參與炎癥反應和細胞因子的產生。楊成偉等［19］發(fā)現SCII過程中ERK1/2的活化以及在胞核外區(qū)域的滯留導致了脊髓神經細胞的凋亡，而G蛋白耦聯受體激酶相互作用分子1（GIT1）作為細胞漿內局部黏附蛋白同pERK1/2的結合可能導致了其在胞漿區(qū)的滯留。另外有學者們卻發(fā)現ERK1/2的活化對脊髓有保護作用［20］，艾春雨等［21］發(fā)現脊髓缺血再灌注期間微循環(huán)障礙，導致缺氧從而啟動修復機制，脊髓組織p-ERK1/2表達上調，缺血后控制性低壓處理可使p-ERK1/2蛋白表達顯著上調，從而減輕脊髓缺血再灌注損傷；然而p-ERK1/2的保護作用隨時間逐漸下降，再灌注12小時P-ERK的表達最少，此時脊髓神經細胞凋亡突然開始增加，推測此時P-ERK的神經保護作用降到最低，為干預治療的最佳時間。

3　PI3K-Akt/PKB信號通路

磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3 kinase，PI-3K）是一個包括許多脂質激酶的家族，是由催化亞基和調節(jié)亞基組成的異源二聚體蛋白質，具有脂質激酶和蛋白激酶的雙重活性，被激活后產生磷酸化的磷脂酰肌醇，磷酸化的磷脂酰肌醇再通過活化的磷酸肌醇依賴性激酶-1（PDK-1）激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶B （PKB，Akt）。PI-3K/Akt通路的激活是SCII過程中抗凋亡途徑之一，研究發(fā)現，在SCII防治中Akt的激活直接或間接的調節(jié)細胞凋亡［22］，提示PI3K/Akt信號途徑的激活在SCII過程中起到有效的保護作用。

4　JAK-STAT信號通路

有研究發(fā)現SCII動物模型中睫狀神經營養(yǎng)因子（CNTF）受體有兩個重要功能區(qū)，能與非受體型酪氨酸蛋白激酶（JAKs）相互作用，磷酸化后借助JAKs激活信號轉導因子和轉錄激活因子（STAT），導致胞體、核內及樹突內磷酸化的STAT3明顯增加，提示SCII后CNTFJAK-STAT3信號通路的激活參與自我修復，改變細胞生存狀態(tài)［23］。STAT1已被報道與腦缺血后神經細胞死亡有關，而STAT3參與調節(jié)細胞的存活，Koji Osuka等［24］發(fā)現脊髓缺血損傷后STAT3信號轉導到細胞核內促進神經元存活，神經元的存活或死亡由STAT1和STAT3之間的平衡調制確定。

5　PKC信號通路

蛋白激酶是能催化腺苷三磷酸（ATP）上的γ-磷酸轉移到蛋白質分子中的絲氨酸（Ser）、蘇氨酸（Thr）殘基羥基、酪氨酸（Tyr）殘基酚羥基，或賴氨酸（Lys）殘基的ε-氨基、組氨酸（His）殘基之咪唑基和精氨酸（Arg）殘基之胍基上的一類磷酸轉移酶，PKC-γ是唯一存在于中樞神經系統(tǒng)的蛋白激酶C亞型，位于突觸前，被視為神經再生研究中皮質脊髓束（corticospinal tracts）的順行標記物，研究發(fā)現PKC-γ參與調節(jié)SCII［25］，但PKC-γ在SCII中的作用機制有待更深一步的探討，為臨床開發(fā)新的靶向治療劑提供依據。

6　小　結

SCII是多因素導致的病理過程，介導SCII的信號途徑有PI3K-Akt/PKB、PKC、MAPK、JAK-STAT信號通路途徑，其中NF-κB、JNK、P38通路能加重SCII過程中脊髓損傷，PI3K-Akt/PKB通路激活是SCII過程中抗凋亡途徑之一，而ERK1/2和JAK-STAT激活對SCII過程中脊髓神經的保護作用和損害作用則都有報道，PKC在SCII中的作用則有待深一步的探討。同一種致SCII的信號可以同時作用于不同的細胞信號轉導通路，如TNF可同時激活NF-κB和JNK途徑，IL-1是NF-κB和p38途徑共同的刺激因子。各信號通路之間也存在交互對話、相互調控，如PKC活化后可直接激活NF-κB系統(tǒng)，在p38MAPK途徑中位于傳導的上游，Akt/PKB能直接激活IKK，進一步活化NF-κB，ERK1/2活化后能激活STAT?？梢?，在SCII的發(fā)生、發(fā)展和轉歸中，細胞信號轉導系統(tǒng)存在著廣泛而復雜的交匯和網絡調控，從細胞分子水平闡明SCII的細胞信號轉導機制，找出其關鍵環(huán)節(jié)，對于臨床找出新的靶向治療劑有重大的推動作用。

［參考文獻］

［1］陳向華，劉瑩瑩，張俐.藥物治療脊髓缺血再灌注損傷的機理研究現狀與探討［J］.中國中醫(yī)骨傷科雜志，2010，18（10）：62-64.

［2］黃文林，朱孝峰.信號轉導［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2005.

［3］Volker Blank，Philippe Kourilsky，Alain Isral.NF-κB and related proteins： Rel/dorsal homologies meet ankyrin-like repeats.TIBS，1992，17：135-140.

［4］陳雪峰，何桂珍，董良廣.TLR4及內源性配體對缺血-再灌注損傷的作用［J］.基礎醫(yī)學與臨床，2008，28（12）：1332-1335.

［6］Shibiao Chen，Jiangqin Xiong，Yanping Zhan，et al.Wogonin Inhibits LPS-Induced Inflammatory Responses in Rat Dorsal Root Ganglion Neurons Via Inhibiting TLR4-MyD88-TAK1-Mediated NF-κB and MAPK Signaling Pathway［J］.Cellular and Molecular Neurobiology，2014，2014：2.

［7］薛婷如，劉丹彥，安民.高遷移率族蛋白B1預處理對大鼠脊髓缺血再灌注損傷的影響［J］.重慶醫(yī)科大學學報，2013，37（2）：138-142.

［8］陳向華，王和鳴，張俐，等.丹參酮對脊髓缺血再灌注損傷細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-1Ra的影響［J］.中國中醫(yī)骨傷科雜志，2012，20（4）：1-3.

［9］Laia Tolosa，Víctor Caraballo-Miralles，Gabriel Olmos，et al.TNF-a potentiates glutamate-induced spinal cord motoneuron death via NF-κB［J］. Molecular and Cellular Neuroscience，January，2011，46（1）：176-186.

［10］劉秉銳，馬玉林，丁磊，等.甘草酸二銨對大鼠脊髓缺血再灌注損傷后炎癥影響的研究［J］.寧夏醫(yī)學雜志，2009，31（2）：97-99.

［11］Chandler L. Walker，Nai-Kui Liu，Xiao-Ming Xu.PTEN/PI3K and MAPK signaling in protection and pathology following CNS injuries［J］.Frontiers in Biology，2013，8（4）：421-433.

［12］Kanaga Sabapathy.Role of the JNK Pathway in Human Diseases［J］，Progress in Molecular Biology and Translational Science，2012，106：145-169.

［13］Chengwei Yang，Yongxin Ren，Feng Liu，et al.Ischemic preconditioning suppresses apoptosis of rabbit spinal neurocytes by inhibiting ASK1-14-3-3 dissociation［J］.Neuroscience Letters，2008，441 （3）：267-271.

［14］Jin Fan，Guangxu Xu，David J.Nagel，et al.A model of ischemia and reperfusion increases JNK activity，inhibits the association of BAD and 14-3-3，and induces apoptosis of rabbit spinal neurocytes［J］.Neuroscience Letters，2010，473 （3）：196-201.

［15］Peng Wang，Xiaojian Cao，David J.Nagel，et al.Activation of ASK1 during reperfusion of ischemic spinal cord［J］.Neuroscience Letters，2007，415 （3）：248-252.

［16］Wen-sheng Qu，Dai-shi Tian，Zhi-bao Guo，et al.Inhibition of EGFR/MAPK signaling reduces microglial inflammatory response and the associated secondary damage in rats after spinal cord injury［J］. Journal of Neuroinflammation，2012，9：178.

［17］Jian-Qiao Fang，Jun-Ying Du，Yi Liang，et al.Intervention of electroacupuncture on spinal p38 MAPK/ATF-2/VR-1 pathway in treating inflammatory pain induced by CFA in rats［J］. Molecular Pain，2013，9：13.

［18］Kang Lu，Chung-Lung Cho，Cheng-Loong Liang，et al.Inhibition of the MEK/ERK pathway reduces microglial activation and interleukin-1-beta expression in spinal cord ischemia/reperfusion injury in rats［J］.The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery，2007，133（4）：934-941.

［19］楊成偉，劉鋒，殷國勇，等.GIT1和ERK1/2在兔脊髓缺血再灌注損傷中作用的初步研究［J］.南京醫(yī)科大學學報（自然科學版），2008，28 （4）：508-512.

［20］Jun Fu，Hong-bin Fan，Zheng Guo，et al.Salvianolic acid B attenuates spinal cord ischemiareperfusion-induced neuronal injury and oxidative stress by activating the extracellular signal-regulated kinase pathway in rats［J］.Journal of Surgical Research，2014，188（1）：222-230.

［21］艾春雨，江曉菁，馬虹，等.控制性低壓后處理對兔脊髓缺血再灌注損傷的影響及其機制探討［J］.山東醫(yī)藥，2014，54（28）：7-9.

［22］余奇勁，陶紅，楊云朝.SOD1和PI3K/AKT信號轉導通路在丙泊酚防治兔脊髓缺血-再灌注損傷中的作用［J］.醫(yī)藥導報，2014，33（10）：1273-1277.

［23］陳珊珊，郭小兵，金華.動脈移植BMSCs對大鼠缺血再灌注損傷脊髓CNTF和STAT3的影響［J］.中風與神經疾病雜志，2014，31（6）：492-496.

［24］Koji Osuka，Yasuo Watanabe，Nobuteru Usuda，et al.Activation of STAT1 in Neurons Following Spinal Cord Injury in Mice［J］.Neurochemical Research，December，2011，36（12）：2236-2243.

［25］陳珊珊，郭小兵，金華.動脈移植骨髓間充質干細胞對缺血再灌注損傷大鼠脊髓可塑性恢復的影響［J］.廣東醫(yī)學，2014，35（16）：2517-2521.

［收稿日期］2015-05-15

［通訊作者］陳向華

［基金項目］安徽省自然科學基金（1408085MH202）

［中圖分類號］R541.7

［文獻標識碼］B

［文章編號］1004-2814（2015）10-0982-03