缺血性脑损伤的酸敏感离子通道研究进展

【关键词】  酸敏感离子通道；缺血性脑损伤；酸中毒；神经保护

    　　    缺血性脑血管疾病的发病率、死亡率及致残率均较高，它与心脏病、恶性肿瘤构成了人类三大死因。探索缺血性神经元损伤的机制将有助于缺血性脑损伤的预防和。尽管最近几年从细胞学和分子学角度研究脑缺血损伤机制已取得了巨大的进步，但到目前为止仍找不到有效的治疗缺血性脑卒中的神经保护药物。虽然离体试验结果提示，谷氨酸受体介导的兴奋毒性效应在缺血性细胞损伤中起着重要的作用。但由于谷氨酸受体拮抗剂在临床应用的失败，人们开始在谷氨酸受体以外寻求有效的神经保护因子。多年来，酸中毒被认为是缺血性脑损伤的主要机制之一［1］。最近的研究发现，胞外pH值的下降能激活一种在中枢和周围神经元中广泛存在的特殊的配体门控通道，即酸敏感离子通道。这个发现极大地改变了对脑缺血损伤的认识，为酸中毒介导的、谷氨酸非依赖的神经元损伤机制提出了一个新的研究方向，也让在缺血性脑卒中病人身上寻找新的有效的治疗靶点的人们看到了曙光。

    1 酸敏感离子通道(Acid-sensing ion channels，ASICs)

    酸敏感离子通道(Acid-sensing ion channels，ASICs)也称作H+ -门控离子通道（H+ -gated cation channels），属于ENaC/DEG（Epithelial Na+ channel/degenerin，上皮钠通道/退变素）超家族中的一员［2］。迄今为止已发现4种不同基因编码的7个亚基：ASIC1a、ASIC1b、ASIC1b2、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3和ASIC4［3］。ASICs在中枢神经元和周围感觉神经元中广泛存在，但不同的亚基存在分布特异性。

    Alvarez等［4］应用免疫组织化学和蛋白质印迹分析技术发现，ASIC1a在大脑皮层、海马、杏仁核和小脑等脑组织中有广泛的分布，胞外轻微的pH值下降可激活这些通道。此通道的pH0.5(pH0.5即酸激活的离子电流为最大值50%时的pH值)是6.2。同源的ASIC1a对Na+和Ca2+［5］由选择性的通透性。ASIC1b仅在感觉神经元上有表达。同源ASIC1b的pH0.5是5.9，仅通透少量的钙离子。ASIC2a亚单位在外周感觉和中枢神经系统中分布广泛，其同聚体通道对H+的敏感性较高（pH0.5=4.4）。ASIC2b亚单位在外周感觉和中枢神经系统中均有表达，其同聚体是没有功能的质子门控通道，但可和其它ASIC亚基形成有功能的异聚体。ASIC3主要在背根神经节内表达。ASIC4在脑垂体前叶有高度表达，如同ASIC2b一样不能形成功能性通道。另外有研究证明，异聚体通道ASICla+ASIC2a在脑中有表达，而ASIC2a+ASIC3则在脑和DRG中均有表达。各种同聚体和异聚体ASICs有不同的pH敏感性、离子选择性和通道动力学特性。

    2 ASICs的激活与缺血性脑损伤

    对局部脑缺血标本的超微结构研究发现，胞内线粒体的衰竭和Ca2+的超载在形态学上显示了局部脑缺血细胞损伤的主要特征。胞内过量的Ca2+激活一连串的细胞毒性事件导致胞内的酶激活从而引发蛋白质、脂类和核酸的降解［6］。

    2.1 酸中毒与缺血性脑损伤  在正常的脑组织中，胞外的pH（pHo）维持在7.3，而胞内pH(pHi)在7.0。而各种生化反应和细胞的新陈代谢依赖一个稳定的酸碱平衡环境，所以维持组织pH值的稳定对正常脑功能的发挥是至关重要的。同样，各种膜受体和离子通道的激活也受pH值的影响。正常脑组织需要通过葡萄糖的有氧氧化来提供能量。但在脑缺血期间，氧供不足致使脑组织进行无氧的糖酵解，产物乳酸和ATP水解产物质子的积聚致缺血性组织周围的pH值显著下降，严重脑缺血或血糖过高时可导致缺血区组织周围的pH值明显地从6.5降到6.0［7,8］。

    长期以来认为酸中毒是引起缺血性脑损伤的主要机制之一。大量的体内外研究表明，酸中毒极大的加重了神经元的缺血性损伤，并且梗死面积和酸中毒的程度直接相关［9］。由缺血产生的酸中毒如何引起神经元损伤的确切机制多年来一直存在争论。最近的研究发现酸中毒激活了一种特殊的膜通道家族成员，即ASICs，极大地改变了对脑缺血损伤机制的认识，并为谷氨酸非依赖的神经元损伤提出了新的学说［5,10］。

    2.2 谷氨酸在缺血性脑损伤中的作用  谷氨酸是存在中枢神经系统内主要的兴奋性神经递质。脑缺血时胞外大量释放的谷氨酸激活NMDA受体后引起胞内Ca2+超载而导致的神经元损伤是多年来一直关注的焦点。然而，大量的临床试验结果表明NMDA受体拮抗剂在临床上的神经保护作用不尽人意，主要原因是该拮抗剂严重的副作用和它在脑缺血超早期＜1 h的治疗时间窗［11］。另外，它抑制脑缺血后期神经元正常生理功能的恢复。Tang等人［12,13］发现胞外pH值的下降能抑制NMDA通道的活性，这种结果表明脑缺血酸中毒发生时，通过NMDA受体门控通道进入的Ca2+在神经损伤中不能够发挥关键性的作用。因此，在脑缺血中肯定存在NMDA通道以外的Ca2+进入途径。最近人们把焦点转向了可通透Ca2+的酸敏感离子通道的研究。

    2.3 ASIC1a的激活与谷氨酸非依赖性神经元损伤  在中枢神经系统中，ASICs参与了突触的塑造以及学习、记忆和惊恐条件反射等生命活动［14］。

    Xiong等人［5］用膜片钳技术在皮层培养物的完整细胞上测出了ASIC电流，并证明在pH。(胞外pH值)范围内局部缺血通常会激活ASIC电流。钙离子萤光成像和离子交换试验显示皮层神经元在NMDA、AMPA和电压门控的钙通道存在的情况下也可经ASICs转运Ca2+，而体外细胞毒性模型证明酸中毒能诱导谷氨酸非依赖性神经元损伤。使用非特异性或特异性ASICla阻滞剂和降低Ca2+减少神经元损伤。另外，缺失或敲除ASICla基因的神经元能抑制酸诱导的损伤，而具有Ca2+通透性的ASICla转染于COS-7细胞后可引起其对酸的敏感。

    脑局部缺血模型的活体内研究结果也支持ASIC1a在脑缺血损伤中的作用。通过脑室内注射ASIC1a非特异性拮抗剂Amiloride或特异性拮抗剂PcTX1都可以减少梗死面积且高达60%。敲除ASIC1a的小鼠脑局部缺血模型也显示了同样的脑保护效应。另外，即使在谷氨酸受体激动剂Memantine存在的情况下，ASIC1a阻断剂和敲除ASIC1基因都对脑缺血损伤起着显著的脑保护作用。

    在正常脑神经突触传递中局部的［H+］是ASICs功能性激动剂，是无害的［14］，但在严重脑缺血时出现的pH下降却是有害的。

    动物实验中，单纯脑组织周围的pH值下降到6.5，或单纯缺氧都不会引起脑组织的损伤［15,16］。然而，Xiong［5］等人的体外研究表明，缺血（缺氧）合并酸中毒时（缺血性酸中毒），显著增强ASIC1a通道的毒性作用，导致明显的脑损伤。

    2.4 ASIC2a在脑缺血损伤中的作用  通过Western blots、Northern blot和免疫组织化学法测定脑缺血后ASIC2aRNA的转录水平及ASIC2a蛋白的表达，结果显示全脑缺血后在皮质和海马处神经元的ASIC2a表达增加，但在可检测到DNA破坏的神经元却没有这种变化。这种表达方式与抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-w的表达方式是一样的，由此推测ASIC2a在脑缺血中可能起保护作用［17］。

    ASIC1a和ASIC2a是脑内广泛存在的亚基，尤以ASIC1a的含量最高，而其它亚基的含量相对较少［18］。因此了解ASIC1a和ASIC2a在脑缺血损伤中的作用非常关键。

    3 缺血相关生物化学物质或信号加重了ASIC1a介导的神经元损伤

    可通透Ca2+的ASIC1a在脑缺血损伤中发挥的作用最为关键性。因此，了解影响ASIC1a活性的因素可为控制脑缺血损伤提供新的干预手段。

    Jun［18,19］等人发现在脑缺血时释放的内源性谷胱甘肽等还原性物质对ASIC1a的氧化还原调节进一步加重了ASICs介导的神经元损伤。

    另外，缺血期间细胞的肿胀、花生四烯酸的释放、乳酸的生成加重了ASICs介导的神经元损伤。内源性的RF酰胺肽类物质对ASICs的调控也进一步增强了酸中毒的毒性反应［20］。

    4 兴奋毒性和酸毒性之间的协同作用

    兴奋毒性和酸毒性是引起脑缺血损伤的两个最重要的机制。NMDARs允许Ca2+内流，而Ca2+能激活CaMKⅡ，CaMKⅡ又依次调节NMDARs本身和通过磷酸化调节ASICs。在缺血过程中，NR2B-NMDARs的激活增强了ASIC电流，而这又进一步增加了通过ASIC1a同聚体及异聚体通道的Ca2+和Na+的内流。同时ASIC诱导的膜去极化可以扰乱神经元兴奋［21］，这是发生在缺血之后的早期事件之一，并且这种去极化有增强NMDARs的功能。因此，在海马CA1区NR2B-NMDARs和ASICs的协同作用，再加上CaMKⅡ膜移位，可能给予缺血海马神经元以特异的缺血信号，使神经元损伤进一步恶化。

    5 前景展望

    可通透Ca2+的ASIC1a的激活是存在于缺血性脑损伤中的一种新颖的、谷氨酸非依赖的生物学事件。因此靶向ASIC1a和ASIC1a的氧化还原调控位点为脑卒中病人的提供了新思路。展望前景我们确信这样思路将会给缺血性脑卒中病人带来新的福音。

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