整合素α5β1与缺血性卒中的研究进展

姚 霞，张 明

(南昌大学第二附属医院神经内科，江西南昌330006)

2010年美国最新公布的流行病学调查显示，美国年卒中发生率为2.9%，其中缺血性卒中占87%。而在中国，Sino-MONICA-北京计划对1994 ～2004年卒中发生率进行统计，年卒中发生率为6.7%，其中缺血性卒中呈逐年上升趋势。溶栓被认为是挽救梗死部位、改善全身症状的最有效措施，但是其治疗时间窗短及引起高出血率的风险大大的限制了其在临床上的使用，也为寻找新的切实有效的药物敲响了警钟。近年来随着整合素在脑血管疾病中的作用被相继提出，其在治疗中的可能作用也越来越得到重视。α5β1 整合素是整合素家族中的重要成员，随着α5β1 整合素在脑缺血半暗带区的高表达促进新生血管的形成，从而挽救缺血半暗带区神经元的凋亡［1］的发现，α5β1 整合素作为缺血性卒中的治疗药物而成为近期研究的热点，本文就此进行综述。

1 整合素5β1 的生物学特性

整合素是由α 和β 亚单位以非共价键结合的异二聚体跨膜糖蛋白，迄今已发现α5β1 19 种α 亚单位和9 种β 亚单位，组成至少24 种整合素［2］。α5β1 是由α5 及β1 亚单位形成。α5 及β1 亚基均包含一个大的细胞外的N-末端区域、单次跨膜区域及短的C-末端细胞质尾部区域;纤连蛋白(fibronectin，FN)是α5β1 的配体，α5β1 的N-末端形成整合素头部与FN 的Arg-Gly-Asp 序列相连，而C-末端区域横跨质膜，与细胞骨架相连，通过激活细胞内信号通路，促进细胞骨架形成，即“外-内”信号通路;α5β1 介导的细胞内信号又可激活细胞外区域，协助ECM 组装，即“内-外”信号通路。通过双向信号通路调节各种生物活动，如细胞的生长、迁移及存活，这些行为可被特异性缩肽如Arg-Gly-Asp 序列缩肽及特异性抗体调节;改变表面糖基化数量［3］也可进行调控。α5β1 因细胞的不同状态而表达改变，在静息期脑血管内皮细胞表面α5β1 低水平表达，但在血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)介导的新生血管的内皮细胞明显表达［1］。

2 整合素α5β1 参与缺血、低氧后血管形成

成熟中枢神经系统中血管形成主要包括:血管新生，成熟血管以出芽的形式形成新的毛细血管;动脉形成，已存在血管扩大管径形成动脉血管。

2.1 对新生血管的影响

在C57/B16 鼠大脑动脉栓塞模型中发现，在缺血半暗带血管表面ki67 与CD31 均表达增加［1］，提示有内皮细胞新生和血管重塑。而这种新生的血管与其表面高表达FN 及其受体α5β1 及αVβ3 相一致，提示α5β1 及αVβ3 可能参与血管新生。另一研究［4］发现在启动缺血性卒中20 min前应用β1 阻断抗体，3 d后血管密度明显减少，且表现为更严重的结局，但在卒中后1 天却无明显差异，所以认为β1整合素在卒中后血管新生中起着至关重要的作用，且和时间有一定关系，可能在24 h后开始起作用。而在低氧环境下α5β1 及αVβ3 与新生血管关系一文中［5］，低氧后新生血管高峰在第4 天，均高表达α5β1 及αVβ3，但时间上是不一致的，α5β14 d 即达高峰，而αVβ3 却在低氧后第7 天。且在敲除β3(不表达αV)的小鼠血管新生并不受影响，反而促进α5β1 表达增加，脑新生血管内皮细胞增殖显著。提示αVβ3 对于低氧诱导新生血管形成并不是必需的，事实上αVβ3 缺乏可通过上调VEGF 水平和增加α5β1 表达促进血管新生，敲除α5 的小鼠血管新生作用减弱，减少了低氧引起的新生血管密度的增加及延缓了有丝分裂细胞增殖反应，而这种作用主要发生在早期，对于7 d 后无明显影响［6］，进一步说明α5β1 在促进血管内皮新生中的重要作用及其与时间的关系。

2.2 对动脉形成的影响

近期研究发现，低氧明显增加脑大血管的数量而对小血管影响小［7］。在慢性低氧诱导动脉血管重建的研究［8］中也发现低氧主要增加大管径血管，而小管径血管轻度减少，提示低氧可诱导小管径血管重塑形成大管径血管，经证实为动脉血管，并且新的动脉血管可被低表达CD105 标识，可能与其低氧暂时性下调CD105 表达，改变TGF-β1 信号，从而上调α5β1 表达，促进动脉血管形成相关。这与早期研究［9］发现低氧诱导动脉血管表面上调α5β1 表达不谋而合，进一步说明α5β1 可能参与低氧后动脉血管形成。

3 整合素α5β1 参与缺血低氧后胶质细胞的活性调节

在上述［1］模型中还存在表达GFAP 的神经胶质细胞和Mac-1 的小胶质细胞的增生。一项关于基底膜聚糖片段V 区域(perlecan domain V，DV)及其受体对星型胶质细胞聚集的影响研究［10］显示星型胶质细胞DV 表达受体α5β1 增加，从而启动神经保护功能，包括引导胶质细胞星型和伪足样结构形成，增加胶质细胞活性和加强神经生长因子的活性［11］，前者可促进胶质细胞迁移和抑制胶质细胞增殖，既限制缺血半暗带的进一步扩大，又抑制胶质瘢痕的形成，利于神经组织的再生长;后者在梗死早期促进星形胶质细胞聚集从而限制半暗带进一步扩大，梗死后期促进神经突发生和神经突触的生长［12－13］。现有观点认为星型胶质细胞在维持血脑屏障(blood brain barrier，BBB)完整性中起重要作用，甚至被认为治疗脑梗死的关键在于保护神经胶质细胞。

一项关于实验性自身免疫性脑脊髓炎致脱髓鞘模型中首次阐述了整合素可调节小胶质细胞活性［14］，FN 通过整合素α5β1 介导增强小胶质细胞活性，一方面吞噬凋亡的神经元和淀粉样物实现自我保护，另一方面降解基膜基质介导炎性反应，破坏BBB，增加基质金属蛋白酶-9 表达，后者可直接诱导神经元凋亡，也可降解紧密接头蛋白，进一步加重BBB 的破环，形成恶性循环。脑梗死发生后小胶质细胞从静止的网状无活性状态转变成虫形的活性形式，迁移到损伤区域，启动神经炎性反应［15］。但在缺血性卒中小胶质细胞的激活是否与α5β1 有关，若有关哪种作用占优势仍缺乏有力依据。

4 整合素α5β1 在缺血脑组织中的作用

研究表明［16］FN 缺乏的小鼠脑损伤后不能与神经元表面整合素α5β1 相互作用，加大损伤面积，加重运动及认知功能障，该研究总结了FN 与整合素α5β1 结合可活化和募集小胶质细胞，促进巨噬细胞对毒性坏死细胞的吞噬作用，减少死亡细胞的进一步扩大，并且释放促炎性细胞因子，帮助后期损伤修复。随后关于基底膜聚糖片段V 区域(perlecan domain V，DV)对缺血性卒中的保护作用的研究［17］，卒中24 h后给予DV 可从第2 天明显限制梗死区域的增大，第3 天运动功能开始恢复。这被认为与DV诱导脑血管内皮细胞产生和分泌血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)有关，后者可促进神经元表达VEGF 受体增加，抑制神经元凋亡。但不同的是，DV 治疗对BBB 的通透性是没有影响的，这与早期研究结果显示VEGF 增加BBB 的通透性背道而驰，这可能因为DV 对VEGF 产生和释放的作用依赖于α5β1 整合素，而α5β1 在卒中24 h前表达水平低。DV 组在卒中后3 d，标志为CD31和Ki67 的内皮细胞明显增多，提示DV 促进脑血管内皮细胞增殖和内皮细胞管样结构形成。卒中后3 d DV 组脉管系统高表达α5β1 整合素，应用α5β1功能抑制剂后在第1 天VEGF 明显减少，2 ～3 d梗死面积明显增大，血管密度在第5 ～7 d 显著减少，这与之前DV 的作用时间相同。敲除α5β1 基因的小鼠VEGF 产生和释放明显减少，再次证明了DV 与α5β1 整合素结合调节VEGF 水平，实现脑保护及促血管新生作用。该试验不仅提出α5β1 整合素在脑卒中中的保护作用，还揭示:1)α5β1 整合素介导DV即使在脑梗死24 h后仍可促进脑功能损伤修复;2)DV 是卒中后基底膜聚糖蛋白水解产物，且在卒中发生后2 h合成及分泌，可持续数天，我们假设如果在卒中2 h后提高α5β1 整合素表达，是否可提前启动DV 的促血管生成及脑保护作用，且不存在rtPA 和uPA 等溶栓药物带来的增加脑水肿和出血转化风险。

目前关于整合素α5β1 与缺血性卒中直接关系的研究尚且不多，整合素α5β1 与脑卒中的关系是非常复杂的，可促进新生血管形成，增加星型胶质细胞和小胶质细胞活性，一方面为远端缺血区输送血氧，限制缺血面积，促进神经组织再生长;另一方面介导炎性反应，破坏BBB。如何使其促新生血管形成的同时又实现脑保护是今后面临的一大难点，将治疗时间窗延至24 h或早期管理高表达α5β1 可能是一个突破。现整合素作为疾病治疗靶点很多已经用于临床前实验阶段［18］，α5β1 的拮抗剂也已经用于抗肿瘤及新生血管形成，但α5β1 对脑血管的积极作用却未用于实验中，我们深信在不久的将来整合素α5β1 将给脑卒中患者带来新的希望。

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