中医药调控水通道蛋白4保护脑缺血再灌注损伤的研究进展

2015-01-25任非非,刘敬霞

中国老年学杂志 2015年7期

关键词：中医药

任非非刘敬霞

(宁夏医科大学，宁夏银川750004)

关键词〔〕脑缺血再灌注；水通道蛋白4(AQP4)；中医药

中图分类号〔〕R743.31〔文献标识码〕A〔

基金项目：国家自然科学

通讯作者：刘敬霞(1970-)，女，博士，副教授，主要从事中医药防治老年病研究。

第一作者：任非非(1987-)，男，在读硕士，主要从事中医药防治老年病研究。

缺血性脑损伤包括缺血期原发性损伤和再灌注期继发性损伤,脑缺血再灌注损伤(CIRI)可以发生于多种脑血管疾病中，其病理生理过程是多环节、多因素、多途径损伤的酶促级联反应，作用机制复杂。脑缺血后各种致炎因子表达上调，导致血脑屏障(BBB)完整性受损，通透性增加，加重脑水肿形成〔1〕。水通道蛋白(AQP)4是一种特异性分布于脑内星形胶质细胞和室管膜细胞上的对水有特异性通透作用的蛋白分子，研究表明AQP4通过影响BBB的通透性，对脑缺血后脑组织水肿的产生起着至关重要的作用〔2〕。中医药可通过调节AQP4的表达发挥保护BBB的作用，进而修复神经元损伤。本文拟从AQP4在CIRI中的作用及中医药对其调节方面进行综述。

1水通道蛋白家族(AQPs)的作用

水通道蛋白AQPs最早由Peter Agre课题组在分离红细胞时，在红细胞膜上发现的一种对水有特异性的蛋白分子〔3〕。到目前为止，已发现200余种水通道蛋白，仅在哺乳动物中，已克隆和鉴定出13种水通道蛋白(AQP0~AQP12)〔4〕。它们是一组与水通透有关的细胞膜转运蛋白，参与调节极性水分子的跨细胞膜转运，是影响水跨膜转运和细胞内外环境平衡调节的主要膜蛋白,为极性水分子透过以脂质双分子层为特征的细胞膜提供了分子结构依据。在13种水通道蛋白中，表达于脑内的主要AQP1、AQP4和AQP9。其中，AQP1表达在脉络丛上皮细胞顶膜上,参与介导脑脊液的生成过程〔5〕。AQP9在全脑都有较低水平的表达,但在邻近脑室和软脑膜下的星形胶质细胞上有较高的表达。有研究报道AQP9除了介导水的转运,可能还参与脑内能量代谢〔6〕。AQP4在脑组织内含量最高，广泛存在于蛛网膜下腔及毛细血管周围的星形胶质细胞足突、脑室的室管膜细胞上〔7〕，具有选择性转运水的功能。目前已证实AQP4与脑组织水的代谢调节有关〔8〕。Lee等〔9，10〕研究指出，AQP4参与了胶质细胞与脑脊液以及血管之间的水调节和运输，与脑脊液重吸收、渗透压调节及脑水肿形成的病理生理过程密切相关。Iacovetta等〔11〕发现主要存在于星形胶质细胞膜上的AQP4在大脑的水平衡中起着重要作用，并参与脑内钾离子的吸收和神经胶质细胞的迁移，影响多个脑部疾病，如癫痫、脑部肿瘤等的进程。

2AQP4对CIRI的影响

2.1BBB与CIRICIRI是缺血再灌注过程中不可避免的病理生理过程，其最显著的组织学变化是脑水肿和脑细胞坏死，而脑水肿作为脑缺血再灌注损伤常见的后遗症,不但会加重神经功能缺失,其引发的颅内压增高、脑疝甚至危及生命。在CIRI早期，即出现细胞因子和黏附分子的表达，激发炎症级联反应，导致白细胞黏附、聚集和迁移，是BBB损伤的基础。CIRI伴随炎性细胞因子、黏附分子的表达，白细胞浸润并产生大量的蛋白水解酶，特别是基质金属蛋白酶、氧化自由基和花生四烯酸代谢产物，破坏了脑毛细血管内皮细胞及基底膜，导致BBB结构的直接破坏〔12〕。CIRI后BBB不仅有结构的改变，也有功能的改变，即通透性的改变。有研究显示，基质金属蛋白酶、血管内皮生长因子、AQP、肿瘤坏死因子等的表达，均可改变BBB的通透性〔13~16〕。可见BBB结构和功能的改变是缺血再灌注早期一个重要的病理过程，且BBB通透性的增加将加重缺血脑组织的损伤〔17〕。

2.2AQP4对BBB的影响BBB主要由中枢神经系统中无窗孔的毛细血管内皮细胞及其之间的紧密连接、基底膜和围绕毛细血管的星形胶质细胞的突起构成。正常情况下相对不通透，主要起屏障功能，维持中枢神经系统的内环境稳定〔18，19〕。

近来研究发现，AQP4与CIRI后脑水肿的形成密切相关，其可能的作用机制主要是通过对脑缺血后BBB的调控发挥的〔20~22〕。鲁宏等〔23〕对栓塞组和再灌注组大鼠脑组织行免疫组织化学、原位杂交组织化学、荧光定量PCR和免疫印迹检测，发现无论是脑缺血或是再灌注，AQP4的表达均与细胞内水肿的程度一致；行TTC染色并分析后显示，缺血区的AQP4 mRNA表达与TTC染色显示的缺血区面积之间呈明显正相关(r=0.89,P<0.01)，再一次证明AQP4的表达与细胞内水肿的产生有必然的内在联系。

针对CIRI后脑组织水肿这一病理过程中AQP4与BBB之间的关系的研究，目前开展较多。大多数研究表明，在CIRI中，AQP4表达上调与BBB通透性增加、组织水肿呈正相关，且其时相基本相同。韦浩荣等〔16〕对大鼠脑缺血再灌注后AQP4表达与BBB通透性变化的研究也证实了AQP4表达参与了缺血性水肿的产生，且与BBB通透性改变呈正相关。Lo等〔24〕的研究表明缺血脑组织的AQP4表达上调必将导致BBB通透性的增加,以及缺血脑区血流的重建,将进一步加重脑水肿。黄垂学等〔25〕对自由落体硬膜外撞击方法致重度脑创伤模型大鼠AQP4与BBB通透性关系的研究中发现，脑损伤后BBB通透性的增加与脑水肿的形成密切相关，创伤后BBB通透性增加，可能与AQP4上调有关，且两者影响创伤后脑水肿发生与发展。张琳等〔26〕通过对大鼠外伤诱导AQP4表达增强脑水肿研究中发现，脑外伤引起BBB的通透性增加，产生血管性脑水肿，同时诱导AQP4表达增强引起细胞性脑水肿，加重外伤性脑水肿。Higashida等〔27〕也证实AQP4通过BBB影响脑水肿的发生发展。

2.3调节AQP4表达对CIRI的影响以上研究均表明，AQP4在CIRI中高表达，通过影响BBB通透性参与脑水肿的发生，两者相互影响的作用肯定。所以，正确地调节AQP4在CIRI后脑组织中的表达、间接影响BBB的通透性，从而保护因缺血再灌注所导致的脑组织损伤，为临床缺血性脑病的治疗提供思路，也为相关药物的研发提供信息。Badaut等〔28〕指出，AQP，尤其是AQP4的研究，可以为治疗脑水肿的药物研发方面提供思路。Papadopoulos等〔29〕研究发现，AQP4通过三个不同的过程参与脑组织活动：脑组织水平衡、星形胶质细胞的迁移和神经信号的转导，这就为AQP4抑制剂来改善脑部疾病的研究提供新的途径。

目前就AQP4在CIRI导致的脑水肿周围组织中表达的时间窗问题上尚存在争议。Ribeiro等〔30〕在对小鼠MCAO 30 min再灌注损伤模型研究中显示再灌注48 h时梗死周边组织AQP4表达明显增高，而再灌注7 d时降至正常水平。孙基栋等〔31〕在对大鼠脑缺血再灌注后AQP4表达的研究中发现，灌注时间相同，随缺血时间延长时AQP4表达增强；缺血时间相同，随再灌注时间延长时AQP4表达变化有差异，从而说明缺血时间与再灌注时间存在交互作用，缺血时间越短，进行再灌注时脑内AQP4的表达量越低。郑跃英等〔32〕研究发现，CIRI后期(7 d)AQP4表达上调，可能是机体的一种保护机制，它与BBB的损伤恢复共同促进损伤后期脑水肿的消退，也可能是损伤后期星形胶质细胞反应性增生的产物。张文生等〔33〕通过观察大鼠局灶性脑缺血再灌注后脑水肿发生发展及消退的整个过程，提出血管源性脑水肿在再灌注3 h后形成的混合性脑水肿中占据重要地位，并发现其水肿程度有时相变化差异，即24 h和48 h水肿程度最严重，96 h后水肿逐渐消退。针对AQP4在CIRI后表达数量及时段上的差异性，可能与脑缺血及再灌注时间、脑水肿的病理进程、BBB的开放、检测方法及时间等有一定相关性，其机制及表达时段的准确性有待进一步研究。

3中医药调节AQP4对CIRI的保护作用

由CIRI导致的脑病属中医“中风”范畴，中医理论中对其病机有气虚不能摄血，或气滞血瘀留滞经脉等虚实各异的认识，是临床常见的一种疾病，且预后较差。中医药以其整体调节和综合治疗优势在CIRI引起的脑水肿治疗及AQP4表达调控中作用显著，能够多层次、多靶点、多环节发挥优势作用，因而成为CIRI引起的脑病及其机制研究领域的热点。近年来随着分子生物学检测技术的飞速发展，针对CIRI引起的脑水肿治疗及AQP4表达调控的机制研究方面，单味中药、中药提取物、中药复方、中成药、针刺等开展日益增多。

3.1单味中药及其提取物对AQP4的调控作用张文生等〔33〕对大黄酸对LoVo细胞水通道蛋白4表达的调节效应研究中发现：随着大黄酸用药剂量的增加，AQP4表达持续下调，说明大黄酸可有效下调LoVo细胞AQP4mRNA及蛋白表达。陈艳艳等〔34〕应用中药脑脊液药理学方法观察芳香开窍类中药麝香、石菖蒲含药脑脊液对星形胶质细胞水通道表达的影响，发现含石菖蒲的含药脑脊液使原代培养的少数大脑星形胶质细胞AQP4基因表达降低，提示石菖蒲可能影响AQP4的表达，而麝香对AQP4表达的调节作用有待进一步研究。

王海合等〔35〕利用从中药婆罗子成熟果实中提取的β-七叶皂苷钠治疗脑缺血再灌注损伤，发现其可通过下调AQP4蛋白的表达，降低AQP4蛋白在细胞膜上的水转运功能，进而减慢脑梗死及脑水肿的发展进程。李庆安等〔36〕研究川芎嗪对脑缺血再灌注损伤的保护作用，发现其可有效对抗脑缺血再灌注损伤，其机制可能与川芎嗪具有抗氧化、减轻钙超载、抑制炎性反应作用有关。

3.2中药复方对AQP4的调控作用李妍等〔37〕通过观察活血化瘀中药三七、大黄、水蛭组成的复方对脑出血大鼠脑组织含水量及AQP4表达的影响，发现不同剂量活血化瘀中药对脑水肿、AQP4表达均有影响，且随着活血力度的加大，脑水肿及AQP4高表达改善明显，推测活血化瘀中药可能是通过调控AQP4表达影响脑水肿的形成而达到改善脑损伤的目的。杜志刚等〔38〕观察补阳还五汤对实验性脑缺血大鼠AQP4表达的影响发现该方药可以使脑缺血后AQP4表达减少，抑制脑水肿程度，消除脑损伤，保护正常脑组织并促进神经组织的重建和肢体功能的恢复。崔向宁等〔39〕研究发现活血、利水中药可下调AQP4的表达，减轻大鼠血肿周围的脑水肿，但作用强度和环节有差异。樊凯芳等〔40〕研究发现，三化汤对大鼠脑缺血再灌注后BBB损伤具有一定的保护作用。

王征等〔41〕通过观察中成药脑脉泰胶囊对大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤的影响和AQP4的关系，证实脑脉泰可降低AQP4的表达，减轻脑水肿，抑制神经细胞凋亡，减少线粒体及血脑屏障的损伤而发挥脑保护作用。

3.3电针、针刺对AQP4的调控作用彭拥军等〔42，43〕通过电针人中、百会两穴观察电针对脑缺血再灌注大鼠AQP4的调节作用，发现电针能有效地减轻脑水肿，减轻神经功能损伤程度，同时明显抑制AQP4蛋白和AQP4 mRNA表达，同时也发现电针可减轻脑缺血再灌注后血脑屏障损伤，促进神经功能恢复，其机制可能是通过调节AQP4的表达实现的。陈春芳等〔44〕通过采用电针对脑缺血再灌注大鼠脑水肿及AQP4影响的研究发现，针刺可有效降低AQP4表达，减轻缺血再灌注后脑水肿的程度，但就针刺如何降低脑缺血再灌注损伤后AQP4表达，目前尚不明确，有待进一步研究。任清潇等〔45〕通过对脑缺血再灌注后大鼠督脉穴位“百会”、“水沟”给予电针干预，观察脑内AQP4的表达与分布改变，发现电针下调因脑缺血而导致的AQP4蛋白的表达升高，并动态改变其在血管周边的分布，其改变机制可能与电针的神经保护机制相关。Peng等〔46〕研究电针刺对脑缺血再灌注大鼠AQP4的调节作用，电针刺能明显减少脑缺血损伤引起的脑水肿程度，并有效改善血脑屏障通透性，其作用机制可能与降低AQP4蛋白的表达有关。

4问题和展望

脑缺血再灌注损伤的发生机制复杂，其病理生理过程涉及多环节、多因素、多途径损伤，目前仍没有确切的治疗方法以减轻脑缺血再灌注所引起的神经元损伤。中医药可通过多层次、多靶点来发挥其防治脑缺血再灌注损伤的作用，以往实验研究已证实其在防治脑缺血再灌注损伤中的优势〔47〕，但大部分研究结果只说明中医药治疗确有其效，针对其进一步的治疗机理及干预的时间窗、不同中药剂型及给药途径仍有待深层次探索。中医药改善脑缺血再灌注损伤引起的脑水肿及AQP4调节等研究方面多停留于实验室，尚未广泛推广到临床，动物模型的稳定性尚有待研究。已证实AQP4与BBB相互影响调控再灌注损伤引起的脑组织水肿，但AQP4表达的分子调控机制及时间窗尚不清楚。因此，AQP4作为脑缺血再灌注损伤后导致的脑水肿治疗的新靶点，对其机制及中医药干预研究将是今后努力的方向。

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