線粒體質(zhì)量控制失調(diào)介導(dǎo)卒中后認(rèn)知障礙的研究進(jìn)展*

陳麗敏， 白艷杰， 王 巖， 陳淑穎， 張雍闖， 李曉曉， 丁志敏

（1河南中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州 450046；2河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450099）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，腦卒中已經(jīng)成為導(dǎo)致殘疾和血管性死亡的主要原因，其中以缺血性腦卒中最常見(jiàn)，并且腦卒中的發(fā)病率在年輕人群中逐漸增加［1］。約有1/3的腦卒中幸存者可能發(fā)生認(rèn)知障礙，這種并發(fā)癥的發(fā)病率在不斷上升，但經(jīng)常被人們忽視［2］。卒中后認(rèn)知障礙（post-stroke cognitive impairment，PSCI）主要表現(xiàn)為執(zhí)行、注意、記憶、語(yǔ)言及視空間等能力的減弱，包括從卒中后非癡呆型認(rèn)知障礙到卒中后癡呆的一系列癥狀。目前PSCI 的發(fā)病機(jī)制尚不明確，現(xiàn)有研究主要集中于腦血管損傷、腦神經(jīng)退行性病變、炎癥反應(yīng)和氧自由基損傷等機(jī)制。臨床上PSCI的藥物治療主要參考阿爾茨海默病，常用膽堿酯酶抑制劑和N-甲基-D-天冬氨酸受體拮抗劑等防止PSCI轉(zhuǎn)向癡呆，但是療效并不顯著［3］。

線粒體是高度可塑和動(dòng)態(tài)的細(xì)胞器，與腦組織的缺血缺氧聯(lián)系緊密，線粒體功能障礙是創(chuàng)傷性和神經(jīng)退行性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制之一［4］。而線粒體質(zhì)量控制對(duì)于線粒體網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)和線粒體功能的正常發(fā)揮有重要意義，它主要包括線粒體生物發(fā)生、線粒體動(dòng)力學(xué)和線粒體自噬3 個(gè)部分。機(jī)體通過(guò)線粒體的這3 種活動(dòng)可以產(chǎn)生新的線粒體，修復(fù)和清除受損線粒體，減少活性氧（reactive oxy-gen species，ROS）的產(chǎn)生，調(diào)控細(xì)胞凋亡，進(jìn)而可能影響大腦海馬區(qū)的功能狀態(tài)［5］。因此，本文綜述線粒體質(zhì)量控制體系在PSCI中的作用機(jī)制。

1 線粒體質(zhì)量控制的概述

線粒體生物發(fā)生、線粒體動(dòng)力學(xué)和線粒體自噬相互協(xié)調(diào)，共同調(diào)控線粒體的形態(tài)、數(shù)量、周轉(zhuǎn)和遺傳。ROS 是線粒體和細(xì)胞代謝的副產(chǎn)物，過(guò)多的ROS 積聚可破壞線粒體形態(tài)和功能，受損線粒體會(huì)發(fā)生分裂和融合，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)ROS生成，線粒體分裂則會(huì)引起線粒體自噬，進(jìn)而清除細(xì)胞內(nèi)的線粒體碎片和ROS，當(dāng)線粒體數(shù)量減少時(shí)，線粒體生物發(fā)生會(huì)被激活，以增加線粒體數(shù)量［6-7］。

1.1 ROS 調(diào)控線粒體功能 氧化應(yīng)激是由生物系統(tǒng)中氧化和抗氧化之間的不平衡產(chǎn)生的一種情況，這種不平衡的發(fā)生是ROS水平過(guò)高或抗氧化系統(tǒng)功能不正常所造成的［8］。線粒體產(chǎn)生ATP 依賴于氧化磷酸化，而該過(guò)程的副產(chǎn)品就是ROS［9］。ROS會(huì)破壞細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，從而阻礙線粒體對(duì)細(xì)胞的能量供應(yīng)。它還對(duì)線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）產(chǎn)生有害影響，使mtDNA 的啟動(dòng)子失活并下調(diào)相關(guān)線粒體基因的表達(dá)。然而，在生理情況下ROS 的生成和清除是保持平衡的［10］。ROS 過(guò)量產(chǎn)生的主要原因是線粒體中各種氧化還原酶富集和線粒體功能障礙，而這些功能障礙主要包括線粒體動(dòng)力學(xué)紊亂、線粒體自噬異常和線粒體生物發(fā)生減少［11-13］。因此，維持線粒體質(zhì)量控制體系的正常工作對(duì)ROS的動(dòng)態(tài)平衡有重要意義。

1.2 線粒體動(dòng)力學(xué)調(diào)控線粒體功能 在細(xì)胞中，線粒體不斷分裂和融合，使線粒體處于動(dòng)態(tài)平衡之中，這對(duì)線粒體穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞穩(wěn)定性和細(xì)胞存活都有關(guān)鍵作用，因此常將線粒體分裂和融合的動(dòng)態(tài)過(guò)程稱為線粒體動(dòng)力學(xué)。促使線粒體融合的關(guān)鍵蛋白有3種，分別是視神經(jīng)萎縮蛋白1（optic atrophy 1，OPA1）和線粒體融合蛋白1/2（mitofusin 1/2，Mfn1/2）。其中OPA1主要介導(dǎo)線粒體內(nèi)膜融合，而Mfn1/2主要介導(dǎo)線粒體外膜融合［14-15］。OPA1 由 OMA1 或 YME1L 蛋白酶進(jìn)行蛋白水解，形成長(zhǎng)式OPA1（long OPA1，LOPA1）和短式OPA1（short OPA1，S-OPA1），L-OPA1介導(dǎo)線粒體融合，而S-OPA1 介導(dǎo)線粒體分裂［16］。但隨后的研究表明，YME1L 蛋白酶在S3 切割位點(diǎn)水解生成的S-OPA1 也能夠調(diào)節(jié)線粒體融合［17］。線粒體的融合過(guò)程需要三步：（1）兩個(gè)線粒體被拴在一起，并在外膜之間的接觸點(diǎn)周圍形成對(duì)接環(huán)結(jié)構(gòu)；（2）兩外膜由 GTP 水解，通過(guò) Mfn1/2 融合在一起；（3）兩個(gè)內(nèi)膜通過(guò) OPA1 融合［18-19］。盡管 Mfn1、Mfn2 和 OPA1對(duì)于控制線粒體融合都是必不可少的，但是Mfn1 和Mfn2之間存在功能差異。例如，OPA1的過(guò)表達(dá)可以抵消Mfn2敲除對(duì)線粒體形態(tài)的影響，但是不能抵消Mfn1缺失的影響［20］。

線粒體分裂常發(fā)生在線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的接觸位點(diǎn)上，發(fā)動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白1（dynamin-related protein 1，Drp1）充當(dāng)主調(diào)節(jié)劑，在線粒體分裂中起核心作用，盡管發(fā)動(dòng)蛋白2（dynamin 2，Dyn2）在線粒體分裂中也起一定的作用，但它對(duì)于Drp1 介導(dǎo)的分裂并不是必需的［21-22］。Drp1 向線粒體的募集由 4 種錨定在線粒體外膜上的受體蛋白介導(dǎo)：分裂蛋白1（fission protein 1，F(xiàn)is1）、線粒體分裂因子（mitochondrial fission factor，Mff）、線粒體延伸因子 1（mitochondrial elongation factor 1，MIEF1/MiD51）和線粒體延伸因子2（mitochondrial elongation factor 2，MIEF2/MiD49）。激活的Drp1 從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體膜，然后與Drp1 受體相互作用以產(chǎn)生分裂復(fù)合物，接著線粒體通過(guò)Drp1 寡聚化進(jìn)一步收縮，Dyn2 立即被招募到收縮的位點(diǎn)，通過(guò)GTP水解完成線粒體的切割［23-24］。然而，近期有研究表明，F(xiàn)is1不能將細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Drp1募集到線粒體表面，而另外3 種蛋白已經(jīng)被確定為Drp1 易位到線粒體的主要受體［25-27］。因此，線粒體分裂和融合可以改變線粒體形態(tài)，重新分配線粒體的受損部分，進(jìn)而穩(wěn)定神經(jīng)元內(nèi)線粒體的功能。

1.3 線粒體自噬調(diào)控線粒體功能 線粒體利用其衍生的囊泡特異性地吞噬受損或者多余的線粒體，然后將其輸送到溶酶體或過(guò)氧化物酶體進(jìn)行降解，以維持線粒體的穩(wěn)態(tài)，這是線粒體自噬的重要過(guò)程?，F(xiàn)有研究表明，線粒體自噬分為泛素依賴型和受體依賴型，前者由PTEN 誘導(dǎo)假定激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）/parkin信號(hào)通路介導(dǎo)，后者由線粒體外膜上的Bcl-2/腺病毒E1B 19 kD 相互作用蛋白3（Bcl-2/adenovirus E1B 19 kD-interacting protein 3，BNIP3）、Nip 樣蛋白X（Nip-like protein X，NIX/BNIP3L）和含 FUN14 域蛋白 1（FUN14 domain containing 1，F(xiàn)UNDC1）受體誘發(fā)［28］。其中，泛素依賴性PINK1/parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬與神經(jīng)退行性疾病有明顯聯(lián)系且得到廣泛研究。在生理?xiàng)l件下，PINK1 作為線粒體靶向蛋白通過(guò)在線粒體外膜定位的外膜轉(zhuǎn)位酶（translocase of the outer membrane，TOM）復(fù)合物和在線粒體內(nèi)膜定位的內(nèi)膜轉(zhuǎn)位酶（translocase of the inner membrane，TIM）23 復(fù)合物導(dǎo)入線粒體，再由線粒體加工肽酶（mitochondrial processing peptidase，MPP）和早老素相關(guān)菱形樣蛋白（presenilin-associated rhomboid-like protein，PARL）切割并逆向易位到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)行降解［29-30］。然而，這種過(guò)程依賴穩(wěn)定的線粒體膜電位，當(dāng)線粒體功能失調(diào)時(shí)，PINK1 不能插入線粒體中進(jìn)行降解，積聚在線粒體上并進(jìn)行磷酸化，然后招募并激活E3 泛素連接酶parkin、泛素和TANK 結(jié)合激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1），導(dǎo)致線粒體外膜泛素化，最后通過(guò)視神經(jīng)蛋白（optineurin）、核點(diǎn)蛋白 52（nuclear dot protein 52，NDP52）及其泛素與自噬體的微管相關(guān)蛋白 1 輕 鏈 3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）結(jié)合，介導(dǎo)受損線粒體的自我清除，維持線粒體的正常功能［31-32］。

1.4 線粒體生物發(fā)生調(diào)控線粒體功能 在線粒體生命周期中，線粒體生物發(fā)生不僅能夠維持線粒體穩(wěn)態(tài)，還可以滿足真核細(xì)胞的生理需求。它是線粒體的一種增殖過(guò)程，常發(fā)生在線粒體功能受損之后。線粒體生物發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要細(xì)胞和線粒體基因組的協(xié)調(diào)表達(dá)來(lái)調(diào)控幾個(gè)不同的過(guò)程：（1）線粒體內(nèi)外膜的合成；（2）線粒體編碼蛋白的合成；（3）核基因組編碼蛋白的合成和導(dǎo)入；（3）脂質(zhì)導(dǎo)入；（5）氧化磷酸化；（6）mtDNA 的復(fù)制；（7）線粒體的融合與分裂［33］。與線粒體生物發(fā)生相關(guān)的基因表達(dá)譜包括過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）、核呼吸因子1/2（nuclear respiratory factor 1/2，NRF-1/2）及線粒體轉(zhuǎn)錄因子B1（mitochondrial transcription factor B1，TFB1M）。PGC-1α 是一種高度通用的轉(zhuǎn)錄共激活劑，是線粒體生物發(fā)生的主調(diào)節(jié)劑。PGC-1α誘導(dǎo)2個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NRF-1 和NRF-2 表達(dá)并激活它們的轉(zhuǎn)錄，從而增加TFAM 表達(dá)和細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化；隨后，TFAM 促進(jìn)線粒體編碼多肽的表達(dá)及mtRNA 的復(fù)制，刺激線粒體生物發(fā)生，新生線粒體可減輕大量線粒體受損引起的能量代謝異常［34-35］。

2 線粒體質(zhì)量控制體系與PSCI的關(guān)系

當(dāng)機(jī)體患有缺血性腦卒中時(shí)，局灶性腦血流量的顯著下降導(dǎo)致葡萄糖和氧氣缺乏，并且可能引起海馬神經(jīng)元的損傷。臨床上進(jìn)行溶栓治療后，堵塞血管被疏通，大腦中的供氧逐漸恢復(fù)，然而在腦缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）過(guò)程中，線粒體以氧氣為底物，生成大量ROS，損害線粒體的功能，進(jìn)而引起海馬神經(jīng)元的程序性死亡，導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)學(xué)習(xí)記憶方面的障礙［36-37］。如圖1所示。

Figure 1. The relationship between mitochondrial quality control system and post-stroke cognitive impairment（PSCI）. When stroke occurs in the body，mitochondrial damage and increase in reactive oxygen species（ROS）interact. Damaged mitochondria can fuse with normal mitochondria mediated by optic atrophy 1（OPA1）and mitofusin 1/2（MFN1/2），and also show fission mediated by dynamin-related protein 1（Drp1），fission protein 1（Fis1），mitochondrial fission factor（Mff），etc. After mitochondrial fission，severely damaged mitochondria undergo mitochondrial autophagy and degradation in phagosomes. A large number of mitochondrial fragments inhibit mitochondrial biogenesis mediated by peroxisome proliferatoractivated receptor γ coactivator-1α（PGC-1α），mitochondrial transcription factor A（TFAM），nuclear respiratory factor-1/2（NRF-1/2），etc. These changes in mitochondria lead to impaired mitochondrial number and function and the death of hippocampal neurons，which in turn cause PSCI. MIEF1/2：mitochondrial elongation factor 1/2； LC3： microtubuleassociated protein 1 light chain 3；TFB1M：mitochondrial transcription factor B1.圖1 線粒體質(zhì)量控制體系與PSCI的關(guān)系示意圖

2.1 線粒體氧化應(yīng)激參與PSCI 的發(fā)展 大腦神經(jīng)元是機(jī)體耗氧量最大的細(xì)胞，當(dāng)大腦缺血時(shí)，線粒體中的氧氣含量下降，抑制線粒體內(nèi)氧化磷酸化的過(guò)程和ATP 的生成，線粒體電子傳遞鏈（electron transport chains，ETCs）也會(huì)遭到破壞，線粒體抗氧化防御能力下降，此后大腦的再灌注會(huì)激活線粒體的有氧呼吸，利用ETCs 產(chǎn)生過(guò)量的ROS。在這個(gè)過(guò)程中，線粒體產(chǎn)生的過(guò)量ROS 會(huì)促使細(xì)胞的氧化能力超過(guò)薄弱的抗氧化能力，增強(qiáng)氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致mtDNA 被破壞、線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化、鈣離子穩(wěn)態(tài)被打破和線粒體膜去極化。線粒體功能的紊亂會(huì)促進(jìn)細(xì)胞色素C（cytochrome C，Cyt C）釋放，進(jìn)而促進(jìn)海馬神經(jīng)元的凋亡［38-39］。在大鼠海馬區(qū)灌注不足時(shí)，海馬線粒體內(nèi)抗氧化劑含量和呼吸復(fù)合酶（復(fù)合物I、II 和IV）活性下降，ETCs 產(chǎn)生大量ROS，Cyt C 氧化酶IV 表達(dá)減少，海馬神經(jīng)元大量凋亡，大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力下降［40］。異丙酚是一種廣泛使用的靜脈麻醉劑，對(duì)ROS的生成具有抑制作用，在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有神經(jīng)保護(hù)作用。Zhong等［41］向腦I/R 小鼠注射異丙酚后，觀察到神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)ROS含量下降，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放減少，線粒體去極化減弱，線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腫脹及神經(jīng)元的凋亡減輕。依達(dá)拉奉是一種自由基清除劑，在I/R 過(guò)程中它能減少ROS 產(chǎn)生，降低線粒體內(nèi)膜通透性，進(jìn)而抑制神經(jīng)元凋亡［42］。此外，褪黑素作為一種抗氧化劑能夠抑制海馬神經(jīng)元中ROS生成，減輕線粒體氧化應(yīng)激，維持線粒體正常功能，改善機(jī)體學(xué)習(xí)和記憶［43］。上述研究表明，線粒體ROS 的過(guò)量產(chǎn)生會(huì)引起海馬神經(jīng)元凋亡，減少線粒體ROS生成可緩解PSCI。

2.2 線粒體動(dòng)力學(xué)參與PSCI 的發(fā)展 線粒體形態(tài)對(duì)于維持線粒體動(dòng)力學(xué)至關(guān)重要，腦I/R 損傷后海馬區(qū)神經(jīng)元中的線粒體從桿狀分裂成球狀［44］。碎片化的線粒體可導(dǎo)致能量供應(yīng)紊亂、氧化應(yīng)激的發(fā)生以及ROS 的過(guò)度產(chǎn)生，ROS 的過(guò)度積累會(huì)誘導(dǎo)線粒體過(guò)渡孔的打開(kāi)。這些病理變化隨后導(dǎo)致線粒體膜電位受損、線粒體中促凋亡因子的釋放，進(jìn)一步激活線粒體依賴性凋亡途徑并最終加重腦組織損傷［45］。除此之外，OPA1 促使Cyt C 維持在線粒體內(nèi)膜的絲狀褶皺中，當(dāng)腦組織發(fā)生I/R 損傷時(shí)，海馬神經(jīng)元胞質(zhì)中的Cyt C 含量隨著OPA1 寡聚物的減少而增加，Cyt C 從線粒體膜中釋放出，隨后誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元的凋亡［46］。而且，Drp1 可以提高促凋亡蛋白 Bax 的表達(dá)，增加線粒體外膜通透性和氧糖剝奪（oxygen-glucose deprivation，OGD）海馬細(xì)胞的死亡率［47］。線粒體分裂抑制劑1（mitochondrial division inhibitor-1，Mdivi-1）是Drp1 的變構(gòu)抑制劑。一項(xiàng)研究對(duì)小鼠創(chuàng)傷性腦損傷后大腦皮質(zhì)細(xì)胞的生存狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示Mdivi-1 減少了細(xì)胞的凋亡并改善了小鼠的空間記憶能力［48］。但是，許多學(xué)者質(zhì)疑Mdivi-1 的特異性和有效性［49］。有實(shí)驗(yàn)表明，大腦中動(dòng)脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠海馬神經(jīng)元中的缺氧/缺血狀態(tài)引起了Mfn2 含量下降，降低了Bcl-2/Bax 的比值，增加了 caspase-3 和 Cyt C 的釋放，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，然而Mfn2過(guò)表達(dá)可以減弱以上現(xiàn)象［50］。以上結(jié)果表明，腦卒中發(fā)生后，海馬神經(jīng)元大部分線粒體可能會(huì)出現(xiàn)分裂和融合的失衡，激活促凋亡蛋白，抑制抗凋亡蛋白的表達(dá)，進(jìn)而促使大量海馬神經(jīng)元凋亡，破壞大腦的認(rèn)知功能。

2.3 線粒體自噬參與PSCI 的發(fā)展 在大腦缺血期和再灌注期均觀察到線粒體碎片化和分裂增強(qiáng)，線粒體分裂可選擇性地將線粒體內(nèi)的受損成分分布到某個(gè)后代中，從而導(dǎo)致其中一個(gè)線粒體嚴(yán)重受損，線粒體將會(huì)通過(guò)自噬清除掉無(wú)法參與融合的受損線粒體［51］。線粒體自噬是細(xì)胞存活的雙刃劍：當(dāng)腦組織I/R 損傷程度較輕，線粒體自噬適度激活，此時(shí)自噬體不僅通過(guò)降解蛋白質(zhì)來(lái)提供能量，還去除受損線粒體以保護(hù)神經(jīng)元；當(dāng)腦組織損傷程度較重時(shí)，線粒體自噬不足以清除受損的線粒體或線粒體自噬過(guò)度使自噬系統(tǒng)超負(fù)荷，這兩種情況都會(huì)激活細(xì)胞凋亡相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白，促使受損部位的神經(jīng)元凋亡［52］。有研究將自噬激活劑RAP 加入到OGD 海馬細(xì)胞的培養(yǎng)基中，觀察到通過(guò)適度激活海馬神經(jīng)元中LC3、PINK1 和parkin 的表達(dá)，可增強(qiáng)線粒體自噬，從而降低神經(jīng)元內(nèi)ROS的水平，抑制海馬神經(jīng)元凋亡，從而減輕大鼠腦組織I/R 所引起的認(rèn)知功能障礙［53］。同時(shí)，該研究還檢測(cè)到線粒體自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）可加重海馬神經(jīng)元凋亡，這進(jìn)一步驗(yàn)證了以上結(jié)論。但是，F(xiàn)eng 等［54］的研究顯示，PINK1/parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬通過(guò)募集激活的Drp1 到受損的線粒體，加劇大鼠大腦I/R 損傷，而注射3-MA 或Mdivi-1 能減輕神經(jīng)元凋亡。因此，在缺血性腦卒中發(fā)生后，線粒體自噬不足或過(guò)度都可能引起海馬神經(jīng)元凋亡，并且適度的線粒體自噬可以保護(hù)神經(jīng)元，在未來(lái)應(yīng)更深入地研究線粒體自噬在PSCI 中的作用，尋求能夠適度調(diào)控線粒體自噬的治療方案。

2.4 線粒體生物發(fā)生參與PSCI 的發(fā)展 當(dāng)機(jī)體發(fā)生腦卒中時(shí)，細(xì)胞內(nèi)ROS大量堆積，線粒體內(nèi)的蛋白質(zhì)和DNA 受損，隨后線粒體開(kāi)始自噬以清除受損線粒體，而神經(jīng)元內(nèi)線粒體的減少激活了線粒體的生物發(fā)生，這為細(xì)胞提供大量新生線粒體，維持細(xì)胞能量代謝的平衡。但是，因?yàn)樵谀X卒中發(fā)病過(guò)程中線粒體可能受損嚴(yán)重，所以它不能有效地啟動(dòng)生物發(fā)生過(guò)程，這會(huì)造成因線粒體供能不足而使神經(jīng)元死亡的現(xiàn)象，并且會(huì)進(jìn)一步加重腦組織的損傷［55-56］。PGC-1α 是線粒體生物發(fā)生的“激發(fā)器”，近些年，有研究證實(shí)了在I/R 損傷的早期TFAM 和PGC-1α 的表達(dá)增加，但是隨著疾病的進(jìn)展這2 種分子在神經(jīng)元內(nèi)的表達(dá)逐漸減弱，并且神經(jīng)元會(huì)大量凋亡［57］。C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白3（C1q/tumor necrosis factor-related protein 3，CTRP3）常表達(dá)在脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)元等多種細(xì)胞中，參與細(xì)胞增殖、凋亡、炎癥反應(yīng)和體內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)。一項(xiàng)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，CTRP3過(guò)表達(dá)可以通過(guò)上調(diào)AMP 活化蛋白激酶和沉默信息調(diào)節(jié)因子1 蛋白表達(dá)及磷酸化PGC-1α，增加 NRF-1、NRF-2 和 TFAM 的蛋白含量，促進(jìn) OGD海馬神經(jīng)元線粒體生物發(fā)生，進(jìn)而減少海馬神經(jīng)元的凋亡［58］。隨后，通過(guò)細(xì)胞轉(zhuǎn)染抑制PGC-1α的表達(dá)，結(jié)果顯示CTRP3的過(guò)表達(dá)不能保護(hù)線粒體，這進(jìn)一步證實(shí)了以上結(jié)論。單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（monocarboxylic acid transporter 2，MCT2）在激活PGC-1α和腦能量代謝中起著重要作用，一項(xiàng)在體實(shí)驗(yàn)對(duì)MCAO大鼠的蛋白進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示海馬神經(jīng)元中MCT2、PGC-1α 和 TFAM 的蛋白水平下降，大鼠出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙［59］。然而，當(dāng) MCT2 過(guò)表達(dá)時(shí)，線粒體生物發(fā)生增強(qiáng)并且海馬神經(jīng)元功能恢復(fù)。上述研究顯示，線粒體生物發(fā)生受損是導(dǎo)致腦卒中后出現(xiàn)認(rèn)知障礙的重要機(jī)制之一，增加新生線粒體數(shù)量可能成為治療PSCI的一種新方式。

3 調(diào)控線粒體質(zhì)量控制體系可緩解PSCI

隨著線粒體研究的逐漸深入，許多學(xué)者認(rèn)為治療腦血管疾病和認(rèn)知功能障礙的關(guān)鍵在于調(diào)控線粒體質(zhì)量控制體系，見(jiàn)表1。丁基苯酞（dl-3-n-butylphthalide，NBP）不但可以治療缺血性腦卒中，而且還能改善慢性腦灌注不足（chronic cerebral hypoperfusion，CCH）引起的認(rèn)知功能障礙。一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)使用NBP 干預(yù)OGD 神經(jīng)元，觀察到NBP 能夠上調(diào)Mfn1和Mfn2蛋白，下調(diào)Drp1和Fis1蛋白，減少神經(jīng)元缺血缺氧所引起的死亡［60-61］。隨后，有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，辣椒素可以增加CCH 大鼠體內(nèi)的Mfn2 水平、上調(diào)海馬線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)偶聯(lián)（mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes，MAMs）的表達(dá)，進(jìn)而改善受損大鼠的認(rèn)知功能［62］。另外，Klimova 等［63］認(rèn)為煙酰胺單核苷酸（nicotinamide mononucleotide，NMN）可刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）產(chǎn)生，抑制腦缺血后海馬神經(jīng)元線粒體蛋白的乙?；OS 的生成及線粒體的碎片化。同時(shí)，他們還認(rèn)為抗氧化劑mitoquinone（MitoQ）可降低缺血后海馬區(qū)線粒體ROS含量，進(jìn)而減輕小鼠學(xué)習(xí)記憶障礙。黃芪甲苷（astragaloside IV，AST-IV）是黃芪的主要生物活性成分，在中醫(yī)中被廣泛用于PSCI的治療。Xue等［64］觀察到，AST-IV通過(guò)激活蛋白激酶A/cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白信號(hào)通路降低OGD神經(jīng)元中線粒體的膜電位水平及ROS和ATP含量，并減少神經(jīng)元的凋亡數(shù)量。這說(shuō)明AST-IV可能通過(guò)保護(hù)海馬神經(jīng)元線粒體活性而緩解PSCI。近期大量研究證實(shí)，槲皮素能夠抑制神經(jīng)元的凋亡，減緩腦卒中的發(fā)生發(fā)展。例如，槲皮素可上調(diào)I/R 大鼠PINK1、parkin和LC3-II通路蛋白表達(dá)，促進(jìn)線粒體自噬，維持海馬神經(jīng)元內(nèi)線粒體的正常形態(tài)［65］。此外，參麻益智方通過(guò)提高線粒體關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，促進(jìn)線粒體的新生，維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的完整性，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，最終緩解大鼠血管性認(rèn)知障礙［66］。盡管尚未有研究直接證明通過(guò)某種手段治療PSCI的機(jī)制是維持線粒體質(zhì)量控制體系的平衡，但以上研究從各種角度證實(shí)了治療腦血管疾病引起的認(rèn)知障礙可通過(guò)調(diào)控線粒體質(zhì)量控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表1 通過(guò)干預(yù)線粒體治療PSCI的潛在靶點(diǎn)Table 1. Potential targets of treatment of PSCI through mitochondrial intervention

4 結(jié)語(yǔ)與展望

綜上所述，線粒體質(zhì)量控制體系失衡對(duì)腦卒中的發(fā)病過(guò)程及大腦認(rèn)知功能損害有重要作用。因此，線粒體質(zhì)量控制體系的紊亂極有可能出現(xiàn)在PSCI的發(fā)病過(guò)程中：當(dāng)機(jī)體發(fā)生腦卒中，大腦海馬神經(jīng)元發(fā)生氧化應(yīng)激，ROS 大量堆積，破壞線粒體的正常功能；然后，線粒體動(dòng)力學(xué)會(huì)出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，一方面受損較輕的線粒體將不會(huì)與正常線粒體進(jìn)行融合，另一方面線粒體受損嚴(yán)重的部分也不會(huì)與正常部分分裂或線粒體碎片化嚴(yán)重；隨后，線粒體自噬不足會(huì)導(dǎo)致ROS 和線粒體碎片不能被完全清除，而線粒體自噬過(guò)度又可能使自噬系統(tǒng)超負(fù)荷；最后，線粒體生物發(fā)生受到抑制，新生線粒體減少。這些線粒體分裂、融合、自噬和生物發(fā)生的異常都可能破壞線粒體數(shù)量和功能，引起海馬神經(jīng)元的供能不足，導(dǎo)致神經(jīng)元程序性死亡，進(jìn)而損害機(jī)體的認(rèn)知功能。

現(xiàn)階段，關(guān)于PSCI 的有效治療較少，需要進(jìn)一步開(kāi)展機(jī)制研究。線粒體質(zhì)量控制失衡引起認(rèn)知障礙的證據(jù)在腦卒中發(fā)病過(guò)程中尤為明顯，但是很少有學(xué)者將這種機(jī)制與治療PSCI 的方法聯(lián)系起來(lái)。因此，筆者提出以下假說(shuō)：以線粒體質(zhì)量控制為靶點(diǎn)，通過(guò)各種手段來(lái)調(diào)控海馬神經(jīng)元內(nèi)ROS 含量及線粒體融合、分裂、自噬和生物發(fā)生的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而改善線粒體的功能狀態(tài)，防止海馬神經(jīng)元死亡，可能有助于PSCI的治療。在今后PSCI的防治過(guò)程中，該假說(shuō)仍需進(jìn)一步探索。