張歡歡，劉寒，何林，高原雪，代旭陽，張曉雙，李敏，王斌

(陜西中醫(yī)藥大學，陜西咸陽712046)

星形膠質細胞對腦缺血后神經元保護機制的研究進展

張歡歡，劉寒，何林，高原雪，代旭陽，張曉雙，李敏，王斌

(陜西中醫(yī)藥大學，陜西咸陽712046)

腦缺血時神經元發(fā)生損傷，星形膠質細胞活化，變?yōu)榉磻孕切文z質細胞。星形膠質細胞在缺血狀態(tài)下耐受力較強，可通過多種途徑保護神經元，但也可通過產生興奮性氨基酸、釋放炎癥介質、降低縫隙連接等損傷神經元。因此，星形膠質細胞在腦缺血病理過程中具有損傷或保護神經元的雙重作用。星形膠質細胞對腦缺血時神經元的保護機制可能為：①攝取興奮性氨基酸，減少其對神經元突觸后膜的持續(xù)興奮作用；②抑制炎癥介質釋放，減輕炎癥反應對神經元的損傷；③加大細胞間的縫隙連接作用，快速調節(jié)細胞內、外環(huán)境的平衡；④抗氧化作用；⑤能量調節(jié)作用；⑥抑制凋亡作用；等等。本研究主要就星形膠質細胞對腦缺血后神經元的保護機制研究進展作一綜述。

腦血管疾病；星形膠質細胞；神經保護

星形膠質細胞(As)數量是神經元的5倍，其在生理和病理過程中具有重要作用。As的胞體上有許多長且?guī)в蟹种У耐黄?，能夠包圍神經元的細胞體和突起，具有支持和分隔神經細胞的作用；其細胞終足包繞血管壁和神經突觸，參與調控細胞代謝、離子平衡、神經傳輸等。腦缺血患者As增殖、肥大，特異性分子生物學標記物膠原纖維酸性蛋白和波形蛋白表達明顯升高；As在缺血狀態(tài)下耐受力較強，可通過多種途徑保護神經元，但也可通過產生興奮性氨基酸、釋放炎癥介質、降低縫隙連接等損傷神經元。因此，As在腦缺血病理過程中具有損傷或保護神經元的雙重作用。本研究主要就As對腦缺血后神經元的保護機制研究進展作一綜述。

1 攝取興奮性氨基酸

興奮性氨基酸是一種具有2個羧基和1個氨基的酸性氨基酸，其水平升高易引起興奮毒性損傷，而興奮毒性損傷是導致腦缺血時神經元死亡的主要機制之一。興奮性氨基酸主要包括谷氨酸和天冬氨酸，是中樞神經系統(tǒng)的重要氨基酸。谷氨酸在中樞神經系統(tǒng)中含量高、分布廣、作用強，可作為神經遞質從神經末梢釋放進入突觸間隙，作用于突觸后膜，當作用結束后會被機體快速清除。清除谷氨酸的主要方式是胞內攝取，這一過程依賴于As的谷氨酸轉運體系統(tǒng)。As胞膜上有5類豐富的谷氨酸轉運體，其中谷氨酸轉運體1(GLT- 1)的數量及其對谷氨酸的親和力遠遠高于其他轉運體，其轉運谷氨酸的能力最強。谷氨酸被攝入至As內迅速轉化為谷氨酰胺，通過“谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)”返回神經元[1,2]，終止興奮性神經元的信號轉導，并維持較低的谷氨酸水平。在高谷氨酸環(huán)境中，肌肽[3]、頭孢曲松鈉[4]、二氮嗪[5]可能分別通過調節(jié)As中GLT- 1介導谷氨酸的轉運能力、上調As中GLT- 1表達、開放線粒體KATP(mitoKATP)等途徑，以增強As的葡萄糖轉運體功能。另外，As中代謝性谷氨酸受體的急性激活可提高谷氨酸轉運體的活性[6]，從而維持突觸間隙較低的谷氨酸水平，達到保護神經元的目的。

2 抑制炎癥介質釋放

腦部缺血缺氧能夠引起一系列炎癥反應，輕度炎癥反應有益于保護大腦，但是隨著炎癥反應程度加重，其對大腦造成的損傷程度亦會加重。As在不同炎癥反應階段扮演的角色不同：在炎癥反應初期階段，As充當抗原提呈細胞參與炎癥啟動過程，分泌促炎抗原提呈細胞因子，防御組織損傷；在炎癥反應高峰期和修復期階段，As則充當炎癥反應調控細胞，分泌抑炎細胞因子，促進組織修復[7]。Dvoriantchikova等[8]研究發(fā)現，敲除NF- κB基因的大鼠缺血區(qū)神經元受損數量明顯降低，且血管細胞黏附分子、TNF- α等表達均下降，因此認為抑制NF- κB通路可降低促炎因子表達，發(fā)揮神經保護作用。研究表明，咪唑克生[9]、NF- κB特異性抑制劑SN50及TLR3激動劑PolyI:C[10]均可通過抑制NF- κB表達，促使炎癥因子表達下調，從而減輕炎癥反應。Zhang等[11]研究發(fā)現，8- O- 乙酰基山梔甲酯可通過抑制缺血性腦組織中高遷移率族蛋白1 表達及NF- κB磷酸化而減少炎癥介質釋放，最終發(fā)揮保護神經元作用。

5- 脂氧酶(5- LOX)主要分布于細胞質和細胞核內，當細胞受到病理性刺激后，其被激活并轉移至核膜。5- LOX是催化花生四烯酸生成中間產物白三烯類的關鍵酶，而白三烯類廣泛參與體內的炎癥反應，因此認為5- LOX通路可能參與腦組織缺血后的炎癥反應[12]。半胱氨酰白三烯(CysLTs)亦屬于白三烯類，可激活白三烯受體。急性腦缺血患者應用CysLTs受體抑制劑后，白三烯類與其受體結合作用減弱，故可減輕5- LOX引起的炎癥反應，同時抑制As增殖、減輕膠質瘢痕形成[13]。研究發(fā)現，急性腦缺血12～24 h 5- LOX主要表達于神經元，而腦缺血7～14天時主要表達于As，腦缺血后給予5- LOX抑制劑或CysLTs受體抑制劑均可減輕腦缺血損傷及后期膠質細胞增殖，從而減輕炎癥反應，發(fā)揮保護神經元的作用[13,14]。

雌激素可通過刺激As釋放神經元保護因子，因此調控As胞膜及胞核上的雌激素受體(ERs)發(fā)揮對神經元的保護作用[15]。近期研究發(fā)現，β- 淀粉樣蛋白可引起As釋放 IL- 1β、TNF- α等炎癥因子，而孕酮能濃度依賴性地抑制β- 淀粉樣蛋白表達，減少由功能亞單位p65核轉位引起的NF- κB信號通路激活，保護As活化所致的神經元損傷[16]。表明在炎癥反應后期使用孕酮可在一定程度上抑制As活化，減輕炎癥反應造成的神經損傷。Morizawa等[17]研究發(fā)現，從雌鼠As中獲得的谷氨酸比從雄鼠As獲得的谷氨酸活性更高，且As因具有不易受攻擊的表型而具備自主調控能力，從而發(fā)揮神經保護作用。

3 加大縫隙連接

縫隙連接又稱通訊連接，是廣泛存在于組織、細胞間的一種連接形式，是構成相鄰細胞間相互連接的通道。相鄰As之間存在豐富的縫隙連接，可調節(jié)神經元內外離子濃度，特別是K+、Ca2+，以維持內環(huán)境的穩(wěn)定性。中樞神經系統(tǒng)中偶聯(lián)的As由于細胞外液Ca2+濃度持續(xù)升高，可活化轉錄因子和蛋白激酶C，進行細胞間Ca2+信號傳遞，改變神經元附近的突觸形態(tài)和興奮性。As攝入的K+和谷氨酸也可通過縫隙連接進行傳遞，加快K+和谷氨酸的清除速度，從而保護神經元[18,19]。腦缺血時As之間的縫隙連接開放程度增大，有利于加快缺血區(qū)神經元的營養(yǎng)供應，從而減輕神經元損傷、延緩腦損傷擴散進程[20]。

4 抗氧化作用

腦缺血時體內會產大量自由基，如超氧負離子、NO等。在這種過氧化環(huán)境中，酶活性下降，由于機體的氧化能力大大超過抗氧化能力而發(fā)生氧化應激反應，造成蛋白質、脂質和核酸的過氧化而喪失活性，同時可造成細胞膜損傷，最終導致神經元受損，甚至死亡。As能夠調節(jié)腦組織微環(huán)境，釋放細胞因子及趨化因子，并且可為神經元提供抗氧化底物——谷胱甘肽。谷胱甘肽為一種低分子清除劑，可清除體內的超氧離子及其他自由基，防御過氧化物與自由基對細胞膜的損害，穩(wěn)定含巰基的酶，防止血紅蛋白及其他輔助因子氧化損傷，具有細胞解毒作用。谷胱甘肽的抗氧化作用可能機制：①在谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)的催化下，谷胱甘肽能夠清除H2O2，防止H2O2聚集；同時阻止H2O2與鐵反應生成毒性更強的羥自由基。②As與其他神經元相比可釋放更多的還原輔酶Ⅱ(NADPH)，NADPH能為還原型谷胱甘肽提供電子，生成新的谷胱甘肽[21,22]；但隨著腦缺血時間的延長及腦組織炎癥反應的加劇，As釋放的谷胱甘肽、GPx逐漸減少，抗氧化能力逐漸減弱[23]。由此可見，臨床上可通過減輕炎癥反應，延長谷胱甘肽清除自由基的時間，可減輕腦缺血損傷；或可通過服用藥物補充谷胱甘肽或GPx，增強機體抗氧化能力，繼而減輕腦缺血損傷。另有研究發(fā)現，干擾后的內源性小分子抗氧化蛋白可通過增強As對H2O2誘導氧化應激反應的敏感性，提高抗氧化蛋白2- Cys Prdxs的活性，同時可激活NF- κB信號通路，通過抗氧化損傷發(fā)揮神經元保護作用[24,25]。

5 能量調節(jié)作用

腦組織缺血時神經元的能量代謝發(fā)生障礙，不能及時補充能量，從而影響其正常的生理功能。腦血管附近的As終足包裹在血管壁上，能從血管中攝取葡萄糖等營養(yǎng)物質，并通過As之間的縫隙連接被迅速傳遞至其他As中。As攝取的葡萄糖部分通過有氧酵解產生ATP供自身需要，而多余的葡萄糖則以糖原形式儲存在As中。腦缺血時，As中的糖原降解生成丙酮酸，進入三羧酸循環(huán)；另一方面，As可進行無氧代謝生成乳酸及少量ATP，部分乳酸進入神經元后生成丙酮酸，進入三羧酸循環(huán)。但體內乳酸生成過多可導致腦內pH值降低，引起酸中毒，可對神經元造成更嚴重損傷[26,27]。

6 抑制凋亡作用

腦缺血后由于興奮性氨基酸不斷增多，炎癥介質不斷釋放，以及自由基產生增多等一系列級聯(lián)反應，可激活細胞凋亡信號，引起細胞凋亡。神經元是不可再生細胞，其凋亡使神經系統(tǒng)的完整性遭到破壞，嚴重影響機體的正常功能。細胞凋亡的途徑之一為內源性凋亡途徑，又稱線粒體凋亡通路，由死亡信號相關特異蛋白決定。Bcl- 2蛋白家族是調節(jié)細胞凋亡的關鍵元件，分為抗凋亡因子(如Bcl- 2)及促凋亡因子(如Bax)。研究顯示，腦缺血再灌注18 h后的As培養(yǎng)液可促進Bcl- 2分泌、抑制Bax和凋亡調控蛋白酶caspase- 3的激活，從而保護受損的神經元[28]。

綜上所述，As可通過攝取興奮性氨基酸、抑制炎癥介質釋放、加大縫隙連接、抗氧化作用、能量調節(jié)作用、抑制凋亡作用等多個機制保護腦缺血時受損的神經元，延緩腦缺血損傷進程。As對腦缺血后神經元的保護作用可為腦缺血的治療策略和實驗研究提供參考。

[1] 錢貽崧，關騰，湯旭蓁，等.星形膠質細胞與缺血性腦損傷[J].中國新藥雜志，2008，17(11)：897- 900.

[2] Lan CL, Beart PM, O’Shea RD. Transportable and non- transportable inhibitions of L- Glutamate uptake produce astrocytic stellation and increase East2 cell surface expression [J]. Neurochem Res, 2010,35(5):735- 742.

[3] 沈耀，李娟，田月洋，等.高谷氨酸環(huán)境下肌肽對星形膠質細胞谷氨酸轉運體- 1表達及活性的正調節(jié)作用[J].中國藥理學與毒理學雜志，2013，27(5)：789- 794.

[4] 李義沙，任玉騰，任士卿.頭孢曲松鈉減輕水通道蛋白4抗體對星形膠質細胞的毒性作用[J].中國神經免疫學和神經病學雜志，2015，22(3)：162- 165.

[5] 戴翠萍，曾曉寧，孫秀蘭，等.線粒體KATP開放劑二氮嗪促進星形膠質細胞攝取谷氨酸[J].中國臨床藥理學與治療學，2006，11(4)：398- 401.

[6] Vermeiren C, Najimi M, Vanhoutte N, et al. Acute up- regulation of glutamate uptake mediated by mGluR5a in reactive astrocytes[J]. J Neurochem, 2005,94(2):405- 416.

[7] Regunathan S, Piletz JE. Regulation of inducible nitric oxide synthase and agmatine synthesis in macrophages and astrocytes[J]. Ann N Y Acad Sci, 2003,1009(1):20- 29.

[8] Dvoriantchikova G, Barakat D, Brambilla R, et al. Inaetivation of astroglial NF- κB promotes survival of retinal neurons following ischemic injury[J]. Eur J Neurosci, 2009,30(2):175- 185．

[9] 錢掩映，楊慧民，鄭榮遠，等.咪唑克生對脂多糖誘導的皮質星形膠質細胞相關炎癥細胞因子的影響[J].中國臨床神經科學，2008，16(3)：225- 230.

[10] 李學忠，周媛.脂多糖對星形膠質細胞的生長具有雙重性[J].細胞與分子免疫學雜志，2007，23(10)：934- 936.

[11] Zhang L, Kan ZC, Zhang XL, et al. 8- O- Acetyl Shanzhiside methylester attenuates cerebral ischaemia/reperfusion injury through an anti- inflammatory mechanism in diabetic rats[J]. Basic Clin Pharmacol Toxicol, 2014,115(6):481- 487.

[12] 陳文健，張麗慧.5- 脂氧酶與腦缺血炎癥反應的關系[J].健康研究，2009，29(6)：471- 473.

[13] 魏爾清，張緯萍，盧韻碧，等.半胱氨酰白三烯受體2對腦損傷的調節(jié)作用及其信號轉導[J].中國藥理學與毒理學雜志，2011，25(增刊)：43.

[14] Zhou Y, Wei EQ, Fang SH, et al. Spatio- temporal properties of 5- lipoxygenase expression and activation in the brain after focal cerebral ischemia in rats[J]. Life Sci, 2006,79(17):1645- 1656.

[15] 李蕊，胡學強.星形膠質細胞在雌激素神經保護中的作用[J].中國神經免疫學和神經病學雜志，2014，21(1)：62- 65.

[16] 吳潔，吳紅海，于洋，等.孕酮抑制Aβ誘導星形膠質細胞活化所致神經元損傷[J].中國藥理學通報，2014，30(11)：1539- 1543.

[17] Morizawa Y, Sato K, Takaki J, et al. Cell- Autonomous enhancement of glutamate- uptake by female astrocytes [J]. Cell Mol Neurobiol, 2012,32(6),953- 956．

[18] Ben Achour S, Pont- Lezica L, Bechade C, et al. Is astrocyte calcium signaling relevant for synaptic plasticity[J]. Neuron Glia Biol, 2010,6(3):147- 155．

[19] Longnemare MC, Rose CR, Farrell K, et al. K(+)- induced reversal of astrocyte glutamate uptake is limited by compensatory changes in intracellular Na+ [J]. Neuroscience, 1999,93(1): 285- 292.

[20] 陳曉靜，謝敏杰.星形膠質細胞CX43及其介導的半通道與縫隙連接通訊在腦缺血損傷中的作用[J].神經損傷與功能重建，2013，8(1)：46- 50.

[21] Hommes DW, Peppelenbosch MP, Deventer SJ. Mitogen activated protein kinase signal transduction pathways and novel anti- inflammatroytargets[J]. Gut, 2003,52(1):144- 151．

[22] Jovanovic Z, Jovanovic S. Resistance of nerve cells to oxidative injury [J]. Med Preql, 2011,64(7- 8):386- 391.

[23] 李學忠，周媛，劉春風，等.脂多糖通過MAPK通路影響星形膠質細胞的谷胱苷肽和腫瘤壞死因子生成[J].江蘇醫(yī)藥，2008，34(4)：389- 391

[24] 周楊，周云川，巫靜嫻，等.Sulfiredoxin- 1通過調節(jié)peroxiredoxins提高大鼠星形膠質細胞抗氧化作用[J].基礎醫(yī)學與臨，2014，34(9)：1193- 1198.

[25] 喻姍姍，劉遠玲，陳曦，等.Sulfiredoxin- 1對大鼠星形膠質細胞缺血損傷的保護作用[J].第三軍醫(yī)大學學報，2015，37(1)：11- 15.

[26] 趙海軍，李燕，盧巖，等.星形膠質細胞對神經元能量代謝的影響[J].卒中與神經疾病，2015，22(6)：382- 384.

[27] 楊杰，李華棟，王宏瑜，等.星形膠質細胞糖代謝對神經元的支持及保護作用[J].現代生物醫(yī)學進展，2014，14(9)：1793- 1795.

[28] 宋岳濤，唐一鵬，洪慶濤.星形膠質細胞條件培養(yǎng)液對體外模擬腦缺血再灌注損傷神經元抗凋亡作用的研究[J].中國病理生理雜志，2006，22(4)：821- 823.

國家自然科學基金資助項目(81473385)；陜西省教育廳重點實驗室科研計劃項目(13JS029)。

王斌(E- mail: wangbin812@126.com)

10.3969/j.issn.1002- 266X.2017.36.033

R743

A

1002- 266X(2017)36- 0097- 03

2016- 11- 10)