曾立三，李雪斌，蘇蓬勃

(右江民族醫(yī)學(xué)院，廣西 百色533000)

縫隙連接(gap junction，GJ)通道是對抗細(xì)胞間電阻，實(shí)現(xiàn)興奮在細(xì)胞間傳播的主要途徑。縫隙連接蛋白(connexin，Cx)是構(gòu)成細(xì)胞間GJ 通道基本結(jié)構(gòu)和功能的一大類膜蛋白，6 個(gè)Cx 單體形成同源六聚體，其間具有親水通道，膜的每一側(cè)上的通道對應(yīng)于半通道，兩側(cè)的膜相對以形成GJ 通道［1］。大部分情況下，這些通道呈開放狀態(tài)，允許水溶性分子和離子通過，一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的動作電位傳播到另一個(gè)細(xì)胞可通過GJ 的局部電流來實(shí)現(xiàn)。GJ 是細(xì)胞間僅有的物質(zhì)和信息的交換通道，其作為電突觸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)能使神經(jīng)元活動迅速發(fā)生改變［2］。GJ 在神經(jīng)元之間的信號傳遞作用非常重要，神經(jīng)元胞膜上的GJ 能使相鄰兩個(gè)細(xì)胞間的小信號分子(如環(huán)腺苷酸、鈣離子、三磷酸肌醇等)互相傳遞［3］。Cx 是由多基因家族編碼的包括多個(gè)成員的一類膜蛋白，至今在哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)20 多種［4］，所有Cx 都具有4 個(gè)保守的α 螺旋跨膜區(qū)，根據(jù)相對分子質(zhì)量不同而命名，Cx43 因相對分子質(zhì)量為43 000 而得名。近年來，隨著人們對Cx43 研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)Cx43 表達(dá)變化與神經(jīng)精神疾病密切相關(guān)?，F(xiàn)就Cx43 與神經(jīng)精神疾病的研究進(jìn)展予以綜述。

1 Cx43 的病理生理學(xué)功能

Cx 作為GJ 的基本結(jié)構(gòu)和功能蛋白的一大類膜蛋白，水溶性分子和離子被允許通過這些通道，GJ 的局部電流接通了細(xì)胞間的電位傳導(dǎo)，GJ 是電突觸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)并能飛快地改變神經(jīng)元活動，細(xì)胞間進(jìn)行物質(zhì)交換及信息傳導(dǎo)需靠GJ［1，4-5］。Cx43 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛分布，對維持神經(jīng)系統(tǒng)正常功能起到了重要的作用;GJ 的功能在一定程度上依賴于Cx43 的磷酸化狀態(tài)［6］。Kim 等［7］研究表明，神經(jīng)細(xì)胞凋亡可能受到Cx43 表達(dá)水平的影響。Kucheryavykh 等［8］通過對具有Cx43 內(nèi)源性表達(dá)的Novikoff 和A172 神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的研究表明，細(xì)胞內(nèi)氫離子和鈣離子水平升高、細(xì)胞缺血或其他病理情況可引起Cx43 水平下降，進(jìn)而導(dǎo)致GJ 通道信息傳遞障礙，且使用多胺可以逆轉(zhuǎn)這種現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)，通過小干擾RNA 剔除Cx43 可以顯著阻斷GJ 通道的信息傳遞，表明Cx43介導(dǎo)的GJ 通道是信息傳遞調(diào)節(jié)的目標(biāo)。神經(jīng)精神疾病的發(fā)生可能由于Cx43 磷酸化參與GJ 重構(gòu)，經(jīng)過細(xì)胞GJ 通信而導(dǎo)致［9］。

2 Cx43 與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

2.1 Cx43 與創(chuàng)傷性腦損傷 導(dǎo)致顱腦損傷的過程極其復(fù)雜，其中涉及缺血、缺氧、代謝性應(yīng)激產(chǎn)物釋放及腦細(xì)胞水腫等的改變。GJ 作為細(xì)胞之間的重要結(jié)構(gòu)，并且這些變化可能具有特別復(fù)雜的物質(zhì)和信息傳遞機(jī)制。細(xì)胞GJ 通信允許許多細(xì)胞的代謝偶聯(lián)，GJ 在細(xì)胞凋亡和壞死信號由損傷及應(yīng)激細(xì)胞向鄰近活細(xì)胞的擴(kuò)散中起著重要作用［10］。Chen 等［11］研究表明，創(chuàng)傷性腦損傷的嚴(yán)重程度與Cx43 的水平以及Cx43 的磷酸化狀態(tài)有關(guān)。創(chuàng)傷性腦損傷的嚴(yán)重程度與Cx43 和蛋白激酶C/促分裂原活化的蛋白激酶磷酸化之間的關(guān)聯(lián)也可以支持涉及腦損傷的特定途徑，特別是在Cx43 基因剔除動物海馬切片中，創(chuàng)傷誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡和突觸功能損傷均減少［12］。Sun 等［13］研究表明，創(chuàng)傷性腦損傷后GJ 和自噬之間具有一定的相關(guān)性，并確定星形膠質(zhì)細(xì)胞GJ/Cx作為控制海馬神經(jīng)元自噬的調(diào)節(jié)因子。由于Cx 的表達(dá)或星形膠質(zhì)細(xì)胞GJ 偶聯(lián)在各種形式腦損傷中均受到影響，可能在病變腦中尤為突出。因此，利用Cx43 參與顱腦損傷的機(jī)制，防止進(jìn)一步的損傷具有重要的價(jià)值。

2.2 Cx43 與腦水腫 既往研究表明，Cx43 的上調(diào)可以加重腦水腫，由于腦損傷后大量釋放谷氨酸并通過GJ 半通道釋放到細(xì)胞外空間，誘發(fā)受體神經(jīng)元興奮性毒性，導(dǎo)致顱腦損傷后腦水腫加重［14］。血腦屏障的完整性需要Cx43 的參與，Cx43 表達(dá)減少導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞水腫，血腦屏障功能下降，加重腦水腫［15-17］。Chu 等［18］研究表明，芍藥苷和黃芪甲苷都能減輕腦缺血后引起的腦水腫，與Cx43 下調(diào)密切相關(guān)。Wu 等［19］研究表明，大鼠在創(chuàng)傷后發(fā)生反應(yīng)性腦水腫、星形膠質(zhì)細(xì)胞增多以及Cx43 表達(dá)增加，而抑制Cx43 在大腦中的表達(dá)水平可降低創(chuàng)傷后的腦水腫。由此推測，腦損傷后Cx43 過表達(dá)可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間穩(wěn)態(tài)失衡，導(dǎo)致反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增多和腦水腫。章科娜等［20］也證實(shí)了腦水腫時(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞上的Cx43 表達(dá)上調(diào)，可通過抑制Cx43的表達(dá)來減輕腦水腫。因此，可利用這類機(jī)制減少損傷并修復(fù)受損細(xì)胞。

2.3 Cx43 與癲癇 加強(qiáng)神經(jīng)元間GJ 溝通是神經(jīng)元同步驅(qū)動癲癇發(fā)作活動的重要因素［21］。既往有研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞之間(而非神經(jīng)元之間)的GJ 通訊增加以及Cx43 的表達(dá)變化可能在癲癇發(fā)作中起重要作用［22］。Hussein 等［23］研究證實(shí)，內(nèi)酰胺類抗生素對戊四氮誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作具有神經(jīng)保護(hù)作用，表現(xiàn)為癲癇發(fā)作階段和發(fā)作時(shí)間的縮短、發(fā)作潛伏期的延長、氧化應(yīng)激的減弱以及海馬CA3 區(qū)Cx43表達(dá)的下調(diào)。Motaghi 等［24］發(fā)現(xiàn)，獲得局灶性癲癇發(fā)作后，海馬Cx43 蛋白表達(dá)增加，且由Cx43 組成的海馬GJ 在顳葉癲癇的毛果蕓香堿模型中獲得局灶性癲癇發(fā)作期間上調(diào)。也有研究表明，Cx43 半通道關(guān)閉可抑制癲癇發(fā)作活動，而Cx43 半通道開放則促進(jìn)癲癇發(fā)作活動［25］。Ran 等［26］研究發(fā)現(xiàn)，GJ 阻斷劑可抑制Cx43 的表達(dá)，進(jìn)而減輕癲癇發(fā)作程度。然而，對于Cx30 基因和Cx43 基因雙剔除小鼠的研究表明，星形細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)在基礎(chǔ)突觸活動期間的谷氨酸清除、鉀緩沖和細(xì)胞外空間體積調(diào)節(jié)中具有主要作用。在Cx43 和Cx30 剔除小鼠中，由于星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸和鉀清除率降低，癲癇樣放電的閾值降低，并且海馬突觸傳遞和神經(jīng)元興奮性增加［24］。上述研究提示，Cx43 與癲癇的發(fā)病和進(jìn)展有著緊密的關(guān)聯(lián)。隨著Cx43 在癲癇發(fā)病中作用機(jī)制研究的深入，將有可能為癲癇的臨床治療提供新的思路。

2.4 Cx43 與缺血性腦血管疾病 促紅細(xì)胞生成素可上調(diào)Cx43 表達(dá)，基于促紅細(xì)胞生成素與Cx43 密切相關(guān)的證據(jù)以及兩者對神經(jīng)血管單元的重要作用，Zhou 等［27］證實(shí)，促紅細(xì)胞生成素對腦缺血后神經(jīng)血管單位損傷有保護(hù)作用，這與磷酸化Cx43 的增加密切相關(guān)，從而改善GJ 通信對神經(jīng)毒性物質(zhì)的還原作用。Cx43 的磷酸化在連接蛋白中表達(dá)最豐富、最普遍。Cx43 的磷酸化可將連接蛋白組裝調(diào)節(jié)為GJ、GJ 翻轉(zhuǎn)和通道門控，因此引出其生物效應(yīng)十分重要［28］。既往研究表明，缺血/缺氧后Cx43 磷酸化水平降低，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞死亡［29］。這表明Cx43磷酸化可以產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用。Kozoriz 等［30］研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43 有助于調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡，并支持Cx43 C 端區(qū)域在腦缺血保護(hù)中的重要作用。Cx43 是形成GJ 和半通道的主要Cx，在腦中特別是在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)［31］。缺血后大量半通道打開，導(dǎo)致離子紊亂，重要代謝物質(zhì)流失，細(xì)胞腫脹甚至死亡。Kozoriz 等［30］曾證實(shí)，選擇性剔除星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Cx43 后腦梗死大鼠腦體積增大，表明星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43 限制了由卒中引起的腦損傷。Hou等［32］的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體Cx43 和磷酸化的線粒體Cx43 可能是由腦缺血再灌注損傷引起的細(xì)胞死亡、蛋白質(zhì)降解和通道功能障礙引起;同時(shí)，甘珀酸相對增加了線粒體Cx43 的表達(dá)，保持了通道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以確保功能，并且在使用線粒體ATP 敏感性鉀通道激動劑的干預(yù)中，線粒體Cx43 水平相對較高，與甘珀酸的結(jié)果相似。然而，Cx43 的磷酸化可能導(dǎo)致Cx43 通道閉合，因此在腦缺血再灌注損傷中，Cx43的磷酸化水平下調(diào)，并且Cx43 通道開放，允許有害分子在細(xì)胞間傳播［33］。因此，Cx43 抑制劑在腦缺血后具有保護(hù)作用?？傊?，線粒體Cx43 經(jīng)過啟動蛋白激酶C 而被線粒體ATP 敏感性鉀通道的激動劑上調(diào)。這些發(fā)現(xiàn)揭示了線粒體Cx43 在神經(jīng)保護(hù)作用中的機(jī)制，提供了對腦梗死保護(hù)的潛在機(jī)制的深入了解，并預(yù)測Cx43 是臨床研究中治療腦梗死的可能靶點(diǎn)。此外，其他途徑也可能涉及這一過程，未來的研究應(yīng)該解決這種可能性。Orellana 等［34］研究發(fā)現(xiàn)，Cx43 半通道的表達(dá)被阻滯后神經(jīng)元的單獨(dú)存活力減弱。也有研究發(fā)現(xiàn)，再灌注后增加氫的攝入后上調(diào)了Cx43 的表達(dá)程度，對神經(jīng)元的損傷程度降低，說明Cx43 對神經(jīng)元的保護(hù)起到一定的作用［35］。然而，Cx43 如何作用于腦缺血仍有待深入研究。Cx43基因剔除可加重缺血損傷［33］。又有研究表明，Cx43在腦缺血再灌注早期，加劇腦卒中后腦組織損傷［36］;Cx43 抑制劑在腦缺血后表現(xiàn)出保護(hù)作用并且能縮小梗死面積［37-38］。目前的研究為腦缺血的治療提供了雙重目標(biāo)，為藥物開發(fā)提供了新的思路。

3 Cx43 與精神疾病

3.1 Cx43 與抑郁癥 Cx43 可能與抑郁癥有關(guān)。孫建棟［39］首先提出了GJ 功能障礙在前額葉皮質(zhì)抑郁癥病理生理學(xué)中的作用。這項(xiàng)研究幫助解釋抑郁癥的病理發(fā)生，進(jìn)一步補(bǔ)充完善了抑郁癥的膠質(zhì)細(xì)胞假說，并有利于抗抑郁藥物的開發(fā)，可能是抗抑郁藥物的潛在靶點(diǎn)。Miguel-Hidalgo 等［40］對源于尸體解剖的腦樣本前額葉進(jìn)行研究，提出抑郁癥和酗酒者前額葉功能障礙伴隨著Cx43 水平的降低，并且發(fā)現(xiàn)酗酒者的Cx43 免疫反應(yīng)陽性斑點(diǎn)的密度減低，認(rèn)為精神行為異常的病理生理學(xué)變化中可能存在GJ 或以半通道為基礎(chǔ)的細(xì)胞通信的改變。也有研究表明，抑郁障礙危險(xiǎn)因子星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43 在前邊緣皮質(zhì)減少［41］。曹敏玲等［42］研究表明，酸棗仁湯可以增加抑郁大鼠的蔗糖消耗和自主活動，減輕大鼠的神經(jīng)元損傷，降低大腦皮質(zhì)區(qū)Cx43 的表達(dá)。Cx43 的表達(dá)降低可能是造成抑郁癥患者藍(lán)斑中谷氨酸信號、生長因子和神經(jīng)膠質(zhì)基因表達(dá)改變的原因［43］。Shen 等［44］在染料木素通過靶向Cx43 抑制微RNA-221/222 的表達(dá)來改善抑郁癥的研究中發(fā)現(xiàn)，染料木素處理后微RNA-221/222 的表達(dá)水平顯著降低，而Cx43 的表達(dá)上調(diào)。這些結(jié)果表明，染料木素可能通過抑制微RNA-221/222 或增加Cx43 的表達(dá)水平來改善重度抑郁癥。以上可驗(yàn)證抑郁癥患者的大腦表現(xiàn)出Cx43 表達(dá)的下調(diào)，而抗抑郁藥物治療則表現(xiàn)出Cx43 表達(dá)的上調(diào)［45-47］。相反，據(jù)報(bào)道，Cx43 缺乏可導(dǎo)致抗抑郁/抗焦慮樣行為的某些特征性標(biāo)志的表達(dá)和認(rèn)知性能的改善［48］。值得注意的是，這兩個(gè)相互矛盾的報(bào)告使用組成型Cx43 剔除小鼠來研究海馬Cx43 在已知抑郁癥中受影響的行為中的作用。有可能不同的大腦區(qū)域受到不同的影響，或者組成型Cx43 剔除小鼠的使用對結(jié)果的影響未知。

3.2 Cx43 與其他精神疾病 Walrave 等［49］研究發(fā)現(xiàn)，在延遲的自發(fā)性交替迷宮任務(wù)中，Cx43 阻滯確實(shí)顯著損害了空間短期記憶。表明，Cx43 半通道在空間短時(shí)記憶中發(fā)揮作用。然而，以上的研究還處于初步階段，需要進(jìn)一步研究才能充分闡明Cx43 半通道的調(diào)控途徑。另有研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43 半通道在恐懼記憶鞏固中起著至關(guān)重要的作用［50］。因此，可以將星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Cx43 半通道作為治療精神疾病，尤其是創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等記憶相關(guān)疾病的新藥理靶點(diǎn)。自殺是一個(gè)重要的公共健康問題，是社會心理和生物因素相互作用的結(jié)果。自殺意念和自殺行為的基礎(chǔ)是特定的神經(jīng)生物學(xué)過程，但對其中涉及的具體因素仍然知之甚少。然而，Ernst 等［51］發(fā)現(xiàn)，在自殺死亡者的背外側(cè)前額葉皮質(zhì)中Cx43 的表達(dá)減少，提示星形膠質(zhì)細(xì)胞連接蛋白的改變可能與自殺過程有關(guān)，并為星形膠質(zhì)細(xì)胞參與精神病理提供了進(jìn)一步的證據(jù)。Qi 等［52］的研究結(jié)果表明，Cx43 基因剔除小鼠的延遲神經(jīng)元遷移改變了成年小鼠的動物行為，動物行為測試顯示，在成人階段，神經(jīng)元Cx43 剔除小鼠表現(xiàn)出焦慮行為增加但沒有認(rèn)知障礙。因此，可以推測，星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的相互作用可能通過在遷移神經(jīng)元和靶向放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間形成Cx43 同源GJ，而在早期神經(jīng)元遷移過程中發(fā)揮重要作用。而上述假設(shè)還需要形態(tài)學(xué)變化的進(jìn)一步證據(jù)證明。Bi 等［53］通過實(shí)驗(yàn)證明，七氟醚通過激活發(fā)育中大鼠海馬c-Jun 氨基端激酶/細(xì)胞內(nèi)活化蛋白1 信號通路可誘導(dǎo)Cx43 上調(diào)和凋亡，并可引起青春期認(rèn)知功能下降，而抑制該通路可減輕七氟醚誘導(dǎo)的Cx43 表達(dá)和細(xì)胞凋亡，改善七氟醚暴露于發(fā)育中大鼠大腦后的學(xué)習(xí)和記憶功能。因此，可以推測Cx43 在七氟醚誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中發(fā)揮重要作用，可為今后如何通過調(diào)控以上的信號通路改變Cx43 的表達(dá)來提高認(rèn)知功能提供新的思路。綜上所述，Cx43 還與記憶障礙、焦慮及自殺等精神癥狀有關(guān)，因此，如何更好地調(diào)控Cx43 表達(dá)變化與上述精神癥狀發(fā)病的機(jī)制具有十分重要的意義。

4 小 結(jié)

隨著GJ 研究的深入，人們對Cx43 與人類疾病的關(guān)系有了進(jìn)一步認(rèn)識。通過對Cx43 與神經(jīng)精神疾病的研究，發(fā)現(xiàn)了Cx43 表達(dá)水平與創(chuàng)傷性腦損傷有一定的相關(guān)性，Cx43 表達(dá)水平降低可減輕腦水腫，抑制癲癇的發(fā)作，且Cx43 表達(dá)水平下調(diào)與Cx43磷酸化上調(diào)對神經(jīng)元的保護(hù)起到一定的作用。Cx43表達(dá)水平降低既可加重缺血損傷，又在腦缺血后表現(xiàn)出保護(hù)作用。此外，Cx43 的表達(dá)降低還存在于抑郁癥、記憶障礙、自殺死亡者、焦慮障礙中，說明Cx43 表達(dá)水平與神經(jīng)精神疾病有著直接或間接的關(guān)系，可通過對Cx43 表達(dá)水平的調(diào)控，達(dá)到對神經(jīng)精神疾病預(yù)防和治療的目的，但其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。希望在Cx43 表達(dá)水平的精準(zhǔn)調(diào)控方面取得突破，為神經(jīng)精神疾病的預(yù)防和治療的新靶點(diǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。