颅脑损伤后钙调节蛋白激酶活性的研究进展

颅脑损伤后钙调节蛋白激酶活性的研究进展

刘佳琦李建民

(华北理工大学附属医院神经外科河北唐山063000)

[关键词]颅脑损伤钙调蛋白蛋白激酶活性

[中图分类号]R 651

[文章编号]2095-2694(2015)04-073-3

【通讯作者】李建民。

颅脑损伤(TBI)是威胁人类生命的主要损伤之一。在临床病例及法医学活体伤害案件中，是最常见的外伤类型，已成为全球关注的严重的公共卫生问题[1]。

1颅脑损伤的生理机制

1.1原发性颅脑损伤的发生机制原发性颅脑损伤[2]是由创伤暴力所致，包括直接暴力和间接暴力，直接暴力是指直接作用于头部所造成损伤的致伤力。而间接暴力主要是指作用于其他身体部位后传递到头部而引起颅脑损伤的暴力作用。

1.2继发性颅脑损伤的发生机制正常情况下，Ca2+主要储存于内质网和线粒体之中或是借助ATP泵被转移到细胞外，一旦神经细胞发生缺血损伤或是坏死，N型电压依赖性钙通道就会开放，引起钙离子和钠离子大量的内流。实验研究[3]显示，大量钙离子内流能够触动细胞损伤的内源性杀伤机制，当胞内游离的钙浓度达到一定水平时，就会激活胞内磷脂酶，致使细胞膜崩解。游离的钙离子同线粒体结合，减少ATP能量的生成，同时使电子转移离开线粒体形成氧自由基。氧自由基和磷脂酶一同破坏胞膜的结构，致使氧自由基和氧化应激反应形成循环反应。氧化应激反应最后致使溶酶体释放、磷酸酶以及蛋白酶耗尽，细胞破坏死亡[4]。此外，一些学者认为[5]，颅脑损伤时，可以引起代谢性受体与G蛋白相耦联，调节细胞第二信使，致使钙离子立即从组织间液向神经细胞扩散，而且大量钙离子从线粒体、内质网中释放出来，造成胞浆内游离的钙离子迅速增多(细胞钙超载)，破坏神经细胞的功能及结构，加重缺血性脑损伤，导致神经细胞水肿甚至发生死亡。其主要途径[6]是：①Ca2+超载严重影响氧化磷酸化的功能，导致ATP能量生成的减少；②能够激活对细胞结构具有破坏作用的Ca2+依赖酶，例如溶酶体中性蛋白酶、磷脂酶A以及核酸内切酶[7]等，最终导致细胞结构的破坏；③突触前后膜蛋白的磷酸化，也能导致Ca2+超载；④Ca2+的增加能够引起脑血管痉挛，导致血管通透性增加，进一步加剧了缺血和脑水肿的形成。

1.3TBI后损伤程度分级颅脑创伤时间的长短、医生对脑外伤认知程度、血液动力学指标参数[8]以及兴奋制剂麻醉类药物均会影响对TBI严重程度的判断，因此，准确判定TBI严重程度变得十分困难。目前TBI严重程度分级方法的相关文献报道[9]很多，最广泛使用的是GCS评分法，根据患者对不同程度刺激的睁眼反应能力、语言能力及运动能力分级，将13~15分之间评为轻度颅脑损伤，9~12分评为中度颅脑损伤，<9分则认为构成了重度颅脑损伤。

1.4TBI并发症及后遗症随着医疗水平的提高，TBI后病死率已经有了显著的下降，但多数遗留有并发症及后遗症。外伤后并发症及后遗症主要包括脑脊液漏、颅神经的损伤、外伤性癫痫、感染、颅骨缺损、脑外伤后综合征及迁延性昏迷等[10]。尽管医学水平的不断提高使TBI致死率由以前的50%降到现在的30%，但在存活的患者中，每年约有超过5万人因脑创伤成为残疾，其中10%的轻度创伤患者会遗留永久性残疾，而在中度和重度创伤患者中这一比例更是高达到66%和100%。其中大脑半球任何一侧多部位受到损伤都会出现认知障碍，以右侧半球损伤所致的障碍更加严重，而且额叶、海马区域的损伤表现更为显著[11]。

2钙调蛋白激酶(CaMK)研究现状

2.1钙调蛋白的成分和结构钙调蛋白是Ca2+的受体蛋白，活化的CaM经Ca2+/CaM依赖性蛋白激酶途径[12]。钙调蛋白(calmodulin;CaM)又名钙调素，是一种重要的钙结合蛋白，它广泛存在于动植物的细胞质当中，是一种与钙结合的调节蛋白，结合钙离子后构象发生变化，从而调节细胞的活动。钙调蛋白有两个球形的末端,末端有两个能与钙离子结合的结构域，一个钙调蛋白可以4个钙离子结合而发挥生理功能。

2.2钙调蛋白的作用机制钙调蛋白广泛存在于真核细胞的细胞核中，它与钙离子结合形成形成Ca2+_CaM复合物才能发挥生理功能，具有活性的钙调蛋白复合物可以作为许多酶的激活物，如磷酸二酯酶、腺苷酸环化酶[13]等。钙调蛋白通过改变靶酶的构象，在细胞信号转导、神经递质的合成和释放等过程中发挥了重要作用。

2.3颅脑损伤与钙调蛋白关系脑损伤是一种常见的脑部疾病，根据脑损伤后脑组织是否与外界相沟通分为闭合性脑损伤和开放性脑损伤[14]。人体内的钙离子分为细胞内钙离子和细胞外钙离子2种，正常情况下细胞外钙离子浓度远远高于细胞内，细胞通过一系列转运机制可保持这种浓度梯度差，从而保证人体正常生理活动，这种状态称为钙稳态[15]。脑损伤时各种有害因素导致细胞内钙浓度异常性升高，即钙超载。随着细胞内钙离子不断增多，钙离子-钙调蛋白复合物大量形成，引起神经细胞继发性损害或死亡。

2.4钙调蛋白在脑损伤中的作用机制颅脑损伤后主要表现为脑水肿形成、蛛网膜下腔出血、脑挫裂伤等，这与脑血管痉挛密切相关。脑血管痉挛主要是由于血管平滑肌收缩造成的。在平滑肌的收缩过程中，肌球蛋白轻链(myosin light chain，MLC)的磷酸化水平是决定平滑肌收缩程度的一个重要因素，MLC的磷酸化水平受到依赖Ca2+钙调蛋白(calmodulin，CaM)的肌球蛋白轻链激酶(myosin light chainkinase，MLCK)和Ca2+非依赖的肌球蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phosphase，MLCP)的双重调节[16]。MLCK磷酸化MLC的Ser19位点，引起肌动蛋白-肌球蛋白系统的活化，导致平滑肌收缩；MLCP的抑制可以使MLC的磷酸化和平滑肌的收缩进一步增强，即增加了收缩或调节装置对Ca2+的敏感性，这种现象被称之为“钙敏化”(Ca2+sensitization)[17]。通过阻断Rho激酶对MLCP的抑制作用，抑制钙敏化效应，介导血管平滑肌舒张,扩张血管。抑制平滑肌收缩的最终阶段肌球蛋白轻链的磷酸化而扩张血管。抑制了Rho激酶参与的细胞黏附、细胞迁移、平滑肌细胞收缩、胞质分裂的调节，从而抑制了动脉粥样硬化的发生与发展。改善脑血管痉挛引起的脑缺血症状，选择性地增加脑和冠脉血流量。 抑制自由基的产生，以保护神经元细胞[18]。

CaMKⅡ主要表达于神经组织，其与神经细胞凋亡关系密切。钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ (CaMKⅡ)，主要表达于神经组织，是脑内含量最丰富的激酶之一，尤其在海马中大量表达[19]。海马内CaMKⅡ的激活对神经元的可塑性、基因表达和学习记忆起着重要作用。CaMKⅡ对细胞增殖的起促进作用，参与神经递质的合成、细胞骨架修饰和突触传递，其与神经细胞凋亡密切相关[20]。活化的CaMK可进一步使下游蛋白CREB等核转录因子磷酸化，从而对多种基因的转录和表达进行调控，抑制神经细胞的凋亡。CaM(钙调蛋白)作为细胞内的主要Ca2+受体蛋白，介导Ca2+对一系列酶特别是蛋白激酶的刺激[21]。CaMKⅡ是Ca2+的一个重要靶酶[22]，在脑组织含量最高，对中枢神经系统正常的生理活动发挥重要作用，CaMKⅡ的活性与细胞内Ca2+浓度直接相关，在微摩尔Ca2+存在下，使 CaM构象改变，后者与CaMKⅡ结合从而使其活化，CaMKⅡ能够自身磷酸化，由此调节该酶的活性。当神经细胞去极化使胞内Ca2+水平增高时，CaMKⅡ发生自身磷酸化，其活性即由Ca2+/CaM依赖型[23]向Ca2+/CaM非依赖型[24]转变，导致磷酸化型(P-CaMKⅡ)剧增，而非磷酸化CaMKⅡ锐减，致使CaMKⅡ活性下降[25]。研究发现，减少CaMKⅡ单位量可使颅脑损伤小鼠[26]神经元更容易受到更严重损伤，推测CaMKⅡ活性具有一定的神经保护作用。研究发现，脑缺血后Ca2+超载时，CaMKⅡ磷酸化作用增强，引起P- CaMKⅡ表达增强。最终导致CaMKⅡ活性下降，致使神经组织更易受损害，由此可知 CaMKⅡ与神经细胞的凋亡[26]有密切关系。

3展望

CaM在颅脑损伤后的变化情况和对细胞凋亡情况国内外虽有相关研究，但法舒地尔[27]干预后颅脑损伤大脑中的钙调蛋白变化情况及对细胞凋亡[28]情况国内外相关研究甚少。如能从此角度对颅脑损伤后钙调蛋白及细胞凋亡情况进行深入研究及探讨，将对临床有较大的指导意义。对颅脑损伤患者的治疗及用药提供指导，对预后将有明显的帮助。

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(2015-04-28收稿)(岳静玲编辑)