慢性乙醇暴露与神经细胞凋亡的关系

马 超，宫子木，李 烨(综述)，张国华(审校)

(中国医科大学，沈阳110001)

随着现代社会的发展，人们生活水平的提高，饮酒成为社会交往过程中必不可少的一项环节。然而，长期饮酒会给身体带来各种害处，尤其是对神经细胞凋亡有重要影响。乙醇中毒在国外是列于心血管疾病、癌症之后，占第三位的最严重的三个问题之一［1］。慢性乙醇摄入不仅引起机体新陈代谢功能的改变，而且对中枢系统的影响也很大，尤其是对学习记忆的损害［2］。细胞凋亡，又称细胞程序性死亡，是诱导性的细胞自杀过程，它使生物体可以有序地清除受损或无用的细胞。它对于生物发育过程中控制细胞数量平衡起着重要作用，因此，许多病理过程，如缺血/再灌注损伤、坏死、神经退行性疾病等都与细胞凋亡有关［3］。现就慢性乙醇暴露诱导细胞内Ca2+变化以及Ca2+稳态破坏与神经细胞凋亡的关系予以综述。

1 慢性乙醇暴露与细胞内Ca2+浓度的关系

N-甲 基-D-天 冬 氨 酸 (N-methyl-D-aspartat，NMDA)受体是一类离子型谷氨酸受体，其功能主要参与发育过程中神经回路的细化及触发多种形式的突触可塑性［4］。NMDA受体位于突触后致密带，对Ca2+具有高通透性，NMDA受体激活可引起受体介导的Ca2+通道开放，导致大量Ca2+内流。细胞内Ca2+的过多堆积是引起细胞死亡的共同途径［5］。Goussakov等［6］通过研究发现，兴奋性氨基酸(如谷氨酸)可通过神经细胞上的NMDA受体激活引起Ca2+内流，过量的Ca2+可作用于突触后膜的NMDA受体与非NMDA受体，Ca2+通过电压依赖性钙通道或NMDA受体耦联的钙通道内流，造成细胞内 Ca2+超负荷，后者可通过一系列反应导致细胞凋亡。乙醇对NMDA受体的影响主要通过两条途径:一是对NMDA受体介导的突触反应的影响;二是对NMDA受体表达的直接调制。

研究表明，乙醇是NMDA受体的非竞争性拮抗剂，乙醇的拮抗作用具有区域特异性，在黑质网状部、腹侧被盖核、深中脑核和红核，乙醇仅能抑制部分神经元对NMDA的反应，而在海马部则能抑制所有神经元［7］。有研究者发现，在使用了非竞争性抑制剂MK-801后导致脑内NMDA受体亚型mRNA表达增加，且NR1、NR2A、NR2B的mRNA增加不一致［8］，慢性乙醇中毒模型动物与之相比较，结果十分相似，提示神经元在乙醇的作用下，更易受兴奋性毒性损伤，而NMDA受体拮抗剂MK-801能减轻戒断小鼠的神经症状和神经损害程度，进一步证实了NMDA受体超兴奋性参与乙醇对神经系统的损伤。长期乙醇喂养大鼠的海马结构内，NMDA受体亚基NR1和NR2B的蛋白表达量也都高于对照组［9］。提示长期受乙醇作用可使NMDA受体上调，NMDA受体结合力和数量改变，是NMDA受体超兴奋状态产生的基础。此时Ca2+的通透性增强，使过多的Ca2+进入细胞内。而胞质内Ca2+浓度增高，又可作用于内质网上的三磷酸肌醇受体，使内质网中Ca2+释放入胞质，导致胞质内Ca2+浓度的进一步升高，从而诱导细胞凋亡。

2 钙稳态破坏引发神经细胞凋亡的机制

一系列研究发现Ca2+与凋亡密切相关。破坏Ca2+的稳态易诱导凋亡。胞内Ca2+浓度增加引起凋亡，相应的Ca2+螯合剂则抑制凋亡，而胡云章等［10］的研究则发现，升高胞外 Ca2+能抑制辛德毕斯(Sindbis)病毒及无血清诱导的凋亡。这些研究说明Ca2+对凋亡的调控受细胞类型、胞外刺激、凋亡信号转导等方面的影响。Ca2+作为人体内最普遍使用的信号转导因子，在细胞的分裂、生长、凋亡过程中起着重要作用，调控着生命的受精、发育、细胞的繁殖、神经兴奋传导、细胞的死亡。

凋亡信号通过死亡受体通路使胞外Ca2+大量进入胞内，通过内质网通路使内质网内贮存的Ca2+释放到胞质内，这些Ca2+移至邻近的线粒体，被其膜上的钙蛋白摄取，并促进通透性转换孔开放，使细胞色素C及凋亡蛋白酶激活因子释放，引起级联反应，激活caspase-9，再激活caspase-3，从而分解蛋白，致使细胞死亡。同时凋亡信号也直接作用于线粒体，使通透性转换孔开放，释放出的细胞色素C又能与内质网三磷酸肌醇受体结合，进一步加强Ca2+从内质网中释放，形成正反馈。凋亡后期级联反应产生的caspase-3也能作用于三磷酸肌醇受体，形成另一个正反馈，双重正反馈导致细胞内Ca2+持续和急剧升高，使促凋亡作用得以放大［11］。

细胞内还有一些蛋白家族参与细胞凋亡的调控，其中Bcl-2家族蛋白作用较为明显，Bcl-2家族按其凋亡作用分为两类:一是凋亡抑制因子，主要有Bcl-2、Bcl-xL、CED9等;另一类是促凋亡诱导因子，主要有Bax、Bak、Bid等。其中Bcl-2是最主要的凋亡抑制基因，而Bax是最主要的凋亡促进基因，Bax过度表达能对抗Bcl-2的活性。Bcl-2家族中抑制和促进细胞凋亡的两类蛋白的比例决定了细胞在受到凋亡信号刺激时是否发生凋亡，其中主要是Bcl-2与Bcl-xL数量之和与Bax的比值。Bax过度表达可促进细胞凋亡蛋白的比例上升，细胞凋亡增多，而Bcl-2过度表达时，它与Bax结合形成异二聚体，抑制细胞凋亡。研究发现，在小鼠心肌细胞内，随着乙醇浓度的增加，Bcl-2表达减少。相反，Bax的表达则成增高趋势［12］。另有实验表明，乙醇对成骨细胞及生精细胞中 Bcl-2的表达均有抑制作用［13，14］。进而推测，慢性乙醇暴露对神经细胞凋亡有促进作用。

3 乙醇的细胞毒作用及对线粒体的损伤

有研究表明，长期饮酒者CT和磁共振成像显示大脑导水管变大，小脑萎缩［15］。组织显微镜下观察到弥漫性片状神经元变小和消失，这称为乙醇的细胞毒性作用，在海马切片培养实验中，神经元在35 mmol/L或75 mmol/L乙醇中放置6 d或12 d，然后NMDA作用24 h，再用碘化丙啶标记无活性细胞，发现35 mmol/L和75 mmol/L乙醇组碘化丙啶标记是对照组的2倍和4倍，说明慢性乙醇神经细胞毒性作用中有NMDA受体的激活［16］。

相关研究表明，乙醇可以降低编码复合体Ⅱ-A、Ⅳ和Ⅴ的mRNA在线粒体基因组中的表达，同时增强p53和NADPH氧化酶1和3的表达，导致神经细胞内线粒体损伤［17］。啮齿动物模型的体内体外研究显示，乙醇可减少发育中小脑颗粒细胞、普肯耶细胞、海马和皮质神经元的数量，导致细胞凋亡［18］。

4 小结与展望

慢性乙醇中毒对人体的损害是一个长期的过程，可造成精神、神经系统和多器官的损害，尤其是对大脑皮质的损害，影响认知功能，可产生精神病性症状［19］。神经细胞长期暴露在乙醇环境中，能够使位于突触后膜上的NMDA受体上调，从而使细胞外的Ca2+大量进入细胞内，最终通过一系列反应诱导神经细胞凋亡，而大量神经细胞的凋亡又会造成某些神经退行性疾病的发生。其临床症状表现为不同程度的头痛、头晕，睡眠障碍，记忆力减退，判断、计算、分析能力下降，有人格改变、妄想、情感异常及幻视、幻听等精神症状、抽搐、肢体震颤、意识障碍，伴手抖、手足麻木、嗜睡、共济失调［20］，从而严重危害人类身体健康。如何才能避免这些疾病的发生?控制乙醇的摄入无疑是一个最好的方法。而在无法避免乙醇摄入或者已经有慢性乙醇摄入的情况下，可以通过阻止细胞外的Ca2+进入细胞内或中止细胞凋亡过程中的某一环节(如阻止内质网中Ca2+的释放、降低caspase-3的活性)来达到抗细胞凋亡的目的。另外，增加Bcl-2在神经细胞中的表达，或者抑制Bax在神经细胞的表达，也是治疗慢性乙醇中毒的办法。

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