脑缺血后神经细胞凋亡通路及中药干预
【关键词】 脑缺血；细胞凋亡；凋亡通路；中药；综述
脑缺血后经一系列生化级联反应引起神经元凋亡,造成脑的相应区域的功能障碍而引发一系列的缺血症状。因此,寻找抑制脑缺血后神经细胞凋亡的有效药物,对改善缺血性脑卒中愈后显得尤为重要。
1 细胞凋亡的途径
1.1 死亡受体途径
细胞表面的死亡受体是肿瘤坏死因子受体(TNFR)超家族成员。主要包括：Fas(CD95)、TNFR-1[1]、DR3(death receptor 3)[2]、DR4(death receptor 4)[3]、DR5(death receptor 5)[4]。目前研究最清楚的是Fas-Fas-L信号传导途径。
Fas-L以同源三聚体复合物形式存在[5]。每一个Fas-L三聚体可结合三个Fas分子,导致三个Fas分子细胞内的DD(Death domain)相互串联。串联的Fas的DD可以与FADD(Fas-associated death domain)的DD结合。而这种结合又导致FADD的DED(Death effect domain)与Caspase-8酶原的DED类似区域结合,该区域是CARD(Caspase recruitment domain)的一种,从而激活Caspase-8,Caspase-8进一步激活下游的Caspase,最终导致细胞凋亡。
Caspase-蛋白酶(含半胱氨酸的天冬氨酸特异性蛋白酶)家族,目前被认为是执行细胞凋亡的中心环节[6]。凋亡信号通过激活上游Caspase-进而激活下游Caspase-,在凋亡执行阶段由下游Caspase-(如Caspase-3)对特定的底物(多为一些关键酶)进行切割,如激活核纤层蛋白、肌动蛋白等的蛋白酶及核酸内切酶等,抑制DNA修复酶,从而破坏细胞骨架蛋白和核蛋白,使染色体断裂成小片断,这些不可逆转的改变导致细胞凋亡。
1.2 线粒体途径
当细胞受到各种因素的刺激(如缺血、缺氧等),细胞内部发生一系列病理改变,其中之一就是线粒体膜去极化,线粒体膜电位下降,线粒体通透性转变孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)开放,凋亡诱导因子(apoptosis- inducing factor,AIF)、凋亡蛋白酶活化因子-1(apoptotic protease-activating factor-1,Apaf-1)和细胞色素C (cytochrome C,Cyt C)等从线粒体释放出来[7]。一方面,Apaf-1和Cyt C在dATP/ATP存在的情况下,形成凋亡体,激活Caspase-9,继而活化Caspase-3,引起细胞凋亡；而另一方面,AIF一旦释放至胞质即可直接到达细胞核。在细胞核内,AIF可通过其DNA结合区直接作用于核DNA,也可以和另外一个线粒体蛋白核酸内切酶G(Endonuclease G,Endo G)一起,导致DNA片断化,引起不依赖Caspase的细胞凋亡过程。与此同时,胞浆中的AIF能使线粒体释放更多的AIF,形成一个自身放大的反馈调节,从而加速细胞凋亡。
线粒体释放促凋亡因子可受B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)蛋白的调节[8],Bcl-2家族蛋白可以分为两大类,一类是抑制细胞凋亡的,主要有Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w及Mcl-1等,另一类是促进细胞凋亡的,主要包括Bax、Bak、Bcl-xs、Bad、Bik、Bid等。Bcl-2蛋白能直接与电压依赖性离子通道(VDAC)结合使关闭；而Bax等能加速VDAC开放,使CytC从VDAC漏出。Bcl-2的蛋白表达受P53基因的调节[9],人们发现bcl-2 5′端有一个P53的负应答元件,P53与之结合后,可抑制bcl-2基因的转录。
2 中药对脑缺血后神经细胞凋亡的影响
2.1 单味中药或中药单体
2.1.1 银杏
张氏等[10]利用大鼠大脑中动脉缺血再灌注模型,观察银杏制剂——金纳多注射液对大鼠局灶性脑缺血再灌注后神经细胞凋亡及Bcl-2、Bax蛋白表达的影响。结果金纳多能提高大鼠局灶性脑缺血再灌注后各时点的Bcl-2蛋白表达,降低Bax蛋白表达。季氏等[11]利用原代培养的大鼠大脑皮质神经元细胞,建立缺氧复氧的神经细胞损伤模型,同样也观察到银杏叶提取物能明显降低缺氧复氧损伤的神经细胞Bax蛋白表达。
2.1.2 三七
李氏等[12]研究三七总皂苷(PNS)对大鼠局灶性脑缺血再灌注后脑组织中Caspase-1、Caspase-3、Caspase-8表达的影响。采用大鼠大脑中动脉栓塞局灶性脑缺血再灌注模型,观察到缺血再灌注后,脑组织Caspase-1、Caspase-3表达增强,PNS能下调Caspase-1、Caspase-3蛋白的表达,但对Caspase-8的表达无影响。提示PNS能抑制脑缺血再灌注后Caspase-1、Caspase-3蛋白的表达,这可能是其促进脑缺血后神经元存活及损伤后修复的机制之一。 2.1.3 丹参 张氏等[13]采用沙土鼠前脑缺血再灌注模型,观察丹参注射液对脑缺血后的Bcl-2蛋白表达的影响。结果显示与对照组相比,丹参组Bcl-2的蛋白表达明显增加,特别是在海马CA1区及大脑皮层区。提示丹参能上调脑缺血后Bcl-2表达,从而发挥其神经保护作用。
2.1.4 川芎
曲氏等[14]采用大鼠大脑中动脉栓塞局灶性脑缺血再灌注模型,探讨川芎中有效成分川芎嗪对脑缺血再灌注后脑组织Bcl-2蛋白和Fas-L蛋白表达的影响。结果显示,川芎嗪可上调脑缺血再灌注后皮质神经元Bcl-2蛋白,下调Fas-L蛋白的表达。这可能是川芎嗪对脑缺血损伤保护作用的机制之一。
2.1.5 人参
樊氏等[15]采用大鼠大脑中动脉栓塞模型,研究人参皂苷Rb1、Rb3、Rg13种单体对Caspase-3蛋白表达的影响。结果表明3种人参皂苷单体均有保护大鼠海马和皮层神经元抗缺血损伤、降低Caspase-3蛋白表达的作用,其中以Rb3作用最为明显。胡氏等[16]采用大鼠右侧大脑中动脉阻断局灶性脑缺血再灌注模型,研究人参皂苷Rg1对大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤时细胞凋亡以及Caspase-3、Bcl-2的蛋白表达的影响。结果表明,人参皂苷Rg1对大鼠脑缺血再灌注损伤引起细胞凋亡的保护作用可能与其增加Bcl-2蛋白,降低Caspase-3蛋白表达有关。聂氏等[17]利用体外培养的神经细胞观察人参皂甙Rb1对新生大鼠大脑皮层神经元缺氧损伤及Bcl-2、Bax蛋白的表达的影响,结果提示,人参皂甙Rb1可通过提高Bcl-2,降低Bax蛋白的表达,提高Bcl-2/Bax比值来发挥对神经细胞的保护作用。
2.1.6 当归
杨氏等[18]应用大鼠局灶性脑缺血模型观察当归对脑缺血损伤的作用及对Bcl-2、Bax蛋白表达的影响。结果发现,当归能抑制Bax蛋白的表达,而对Bcl-2蛋白无影响,提示当归可能通过降低Bax蛋白表达,减少脑缺血区细胞凋亡的发生。