tPA与中枢神经系统疾病

李晓莉，袁永贵，张志珺

(东南大学附属中大医院 神经内科，江苏 南京 210009)

·综 述·

tPA与中枢神经系统疾病

李晓莉，袁永贵，张志珺

(东南大学附属中大医院 神经内科，江苏 南京 210009)

组织型纤溶酶原激活物(tPA)是一种普遍存在于血液、脑实质和神经血管单元中的丝氨酸蛋白酶，内皮组织释放的tPA主要功能是将纤溶酶原转化为纤溶酶，从而降解血凝块中纤维网；除了溶栓，tPA在中枢神经系统中也发挥着其他重要的生理学和病理学功能。作者对tPA的溶栓以外功能及其与中枢神经系统疾病之间的关系作一综述。

组织型纤溶酶原激活物；神经血管单元；神经元；胶质细胞；中枢神经系统；文献综述

1947年Astrup和Permin报道了动物组织内含有纤溶酶原激活物(tissue plasminogen activator，tPA)，1983年Pennica等在大肠杆菌中克隆与表达出人tPA[1]；1993年Sappino等发现，tPA在大脑定位和表达[2]，同年Qian等证实tPA受神经元活动的调节[3]。然而，截至到目前，人们对tPA在CNS疾病中作用的认识还很局限。因此，了解tPA在CNS中的功能及其与疾病之间关系将有助于我们深入理解相关疾病的病理生理机制。

1 tPA基本结构和主要功能

tPA是一种普遍存在于血液、脑实质和神经血管单元中69 KDa大小的丝氨酸蛋白酶，由K1、K2、EGF-like、Finger和Protease5个功能区域组成。 K1和K2功能区可与质膜、蛋白和磷脂等结合，与纤溶酶原激活物抑制因子-1 (PAI-1)及PDGF-CC等相互作用，调节催化纤维蛋白和纤溶酶原的活性和亲和力，；EGF-like区域可与血小板相互作用，维持催化位点稳定性；Finger区与Annexin Ⅱ、小胶质细胞激活、纤维蛋白的亲和力有关；Protease区域和其蛋白水解活性有关，并可与底物内的靶序列相互作用[4]。在血管中，tPA的主要酶作用底物是纤溶酶原。基于此功能，重组tPA被用于肺栓塞、心肌梗死和缺血性卒中的溶栓治疗中。可激活tPA的蛋白很多，除了纤维蛋白外，还有细胞外金属蛋白、血小板反应蛋白、富含组氨酸-脯氨酸的糖蛋白、乳腺丝抑蛋白、肌动蛋白等十几种蛋白。而tPA的抑制蛋白主要有两种:PAI-1和神经源性丝氨酸蛋白酶抑制剂(neuroserpin)[5]。

2 中枢神经系统中tPA的分布与功能

tPA在皮质、海马、杏仁核和小脑等脑区均有表达[6]，在神经血管单元中主要定位于<100 μm的微小血管[7]和神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞[8]中，与轴突生长、突触可塑和LTP有关，调节脑的结构和功能[7]。

在哺乳动物脑中，tPA的功能分为两种，一种是依赖转换纤溶酶原转化为纤溶酶发挥功能，降解细胞外基质，并为小胶质细胞迁移建立化学因子梯度，从而促进神经元死亡，或通过处理细胞外基质蛋白多糖从而促进神经轴突发芽和生长；另一种，tPA作为受体激动剂与小胶质细胞表面受体结合，并将其激活[9]，促进神经退化。

3 tPA与神经系统疾病

3.1 tPA与卒中

tPA的溶栓作用被广泛用于急性缺血性卒中患者，是目前卒中后唯一可以有效利用的治疗方法。然而大量证据提示，除了毋庸置疑的溶栓作用外，tPA对缺血大脑还存在有害作用。早在1998年就有报道认为，CNS中过量的tPA会导致神经元死亡[10]。后续研究发现，缺血脑组织中tPA既可以作为溶栓酶发挥有益作用，同时还有导致脑水肿和缺血后细胞死亡的毒性作用[11]。

神经元发生去极化后tPA和neuroserpin的表达均增加，而当缺血时间过长时，tPA与neuroserpin之间的平衡被打破，研究发现tPA所致的兴奋性毒性作用并不依赖于纤溶酶原的激活[12]。tPA可局部激活血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)，与周围细胞上低密度脂蛋白受体相关蛋白(low-density lipoprotein-receptor-related protein，LRP)结合，激活NF-κB或Akt信号通路上的iNOS、MMP-3、9等，MMPs可破坏血管基底膜，增加血管渗透性。tPA敲除的小鼠脑缺血后MMP-9的增加明显降低[12]。

值得注意的是，除了溶栓和上述作用外，tPA还具有白质保护功能。在老年小鼠脑内少突胶质细胞中tPA水平下降的同时常伴随着白质对缺血损伤易感性的增加。tPA 在少突胶质细胞中发挥抗凋亡作用，在老年鼠中注射tPA后发现缺血所致白质损害减少。因此，tPA在缺血性卒中是把双刃剑。

3.2 tPA与癫痫

神经活动如癫痫可诱发tPA的表达[3]。研究发现，癫痫在中枢神经系统的扩布伴随着tPA活性的增加，随之在受异常电活动影响的大脑区域出现大量neuroserpin。当tPA缺失或用neuroserpin处理并保持纤溶酶原或PAI-1不变时，脑中癫痫进程就会减缓。因此，tPA与neuroserpin的相互作用对神经环路电活动所必须的突触水平结构发育至关重要[13]。且这种作用不依赖于纤溶酶原，不能被PAI-1敲除鼠中PAI-1的缺失所修正，提示在CNS中neuroserpin是tPA的一个独立调节因子[13]。

海马中tPA可被癫痫、兴奋和长时程增强(Long-term potentiation，LTP)等不同形式的神经活动诱导表达；同样tPA可促进上述过程。在tPA缺失的小鼠中，海马部位的癫痫减少、LTP减弱、海马依赖的学习能力受损；当在海马中注射tPA或tPA过表达时，动物LTP和学习能力均能得到增强和提高[13-14]。tPA和neuroserpin的相互作用可直接影响神经元网络电活动所必须的突触水平的结构改变，tPA缺失或给予neuroserpin会影响癫痫的进展[14-15]。

3.3 tPA与多发性硬化

多发性硬化(multiplesclerosis，MS)是年轻人神经功能致残的第一位因素。实验性自发免疫性脑脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis，EAE)是MS的动物模型，在EAE大鼠血浆中tPA含量增加与症状出现有关[16]。单核细胞透过血脑屏障的渗出依赖于tPA活性:tPA可破坏紧密连接蛋白，导致神经血管单元渗透性增加、单核细胞渗出[17]。在EAE的小鼠中，tPA扮演着双重角色:tPA敲除小鼠表现出发病延迟，但症状更严重，恢复慢；PAI-1敲除EAE动物发病提前、症状减轻；即tPA在EAE病理起病上发挥着有害作用，但是却能促进EAE的恢复[5]。

健康中枢神经系统中不存在纤维蛋白，当血脑屏障受损时如MS状态下，纤维蛋白从受损的血脑屏障大量进入，并出现沉积。MS患者活检标本显示，PAI-1表达增加及tPA表达减少，纤溶能力下降，纤维蛋白降解减少，并在轴突沉积，造成轴突损害[5]。在CNS炎症发生的区域，受损的神经元和内皮组织释放的tPA除有助于MS过程中轴突受损部位巨噬细胞的迁移、促进白细胞渗出外，还可通过与相应的受体(LRP-1受体或MCP)结合激活作为tPA储存库的小胶质细胞，大量释放tPA，激活纤溶酶，降解MBP，或激活MMP2/9降解MBP[18]。因此，由于tPA增加对MBP的降解和后期tPA活性下降而致的纤溶能力受损，至少一定程度上与MS患者的神经炎症、神经退行性病变以及再生抑制有关[19]。

3.4 tPA与阿尔茨海默病

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease， AD)是目前导致老年人痴呆和认知障碍的最常见原因，其病理学特征之一是一种具有39-43氨基酸的多肽-β-淀粉样蛋白(Aβ)在中枢神经系统沉积所致的炎症反应[19]。在AD转基因小鼠模型中，PAI-1基因可被炎症所诱导，抑制tPA活性；研究证实，在小鼠或人体内，tPA/纤溶酶原系统均参与了Aβ的降解过程。在AD脑中存在tPA/纤溶酶活性降低和Aβ含量增高的恶性循环，且炎症诱发PAI-1表达增加，更进一步抑制tPA/纤溶酶活性而无法有效降解Aβ[20]。同时神经元脂质中纤溶酶原减少，进一步导致纤溶酶活性降低[21]。以上研究提示，tPA具有作为AD治疗靶标的潜在可能性。

3.5 tPA与脊髓损伤

脊髓损伤(spinal cord injury， SCI)的病理特征之一是在坏死中心周围出现二次损伤，因此，对二次损伤机制的深入了解有助于确定SCI的治疗策略[5]。研究提示，SCI动物模型中的二次损伤可能有丝氨酸蛋白酶的参与:在SCI不同动物模型中，tPA mRNA、蛋白水平和蛋白水解活性均上调，但这些研究均未对tPA的作用作深入探讨[5]。

细胞的迁移和延伸需要细胞外基质的退化，从而为轴突再生提供一个更可行的环境。有研究提出，tPA可能通过3种机制降解SCI后胞外基质:(1) tPA和纤溶酶原均能与硫酸软骨素酶NG2的核心蛋白紧密结合。NG2作为骨架蛋白，促进tPA催化纤溶酶原转化为纤溶酶，降解NG2的核心蛋白，为轴突再生提供更有利的环境[22]。(2) 在背根节中tPA还可通过不依赖于纤溶酶原激活的方式促进感觉轴突再生[23]。(3) tPA有助于巨噬细胞的迁移，从而增加局部可降解胞外基质成分的蛋白酶释放[24]。因此，tPA成为了SCI后一种有希望的治疗靶标[5]。

3.6 tPA与应激

tPA在边缘系统中高度表达，并调节神经元的生存能力和可塑性。在杏仁核中，tPA是应激诱导结构和功能重组关键调节因子。在快速束缚应激的小鼠中央核团中，tPA表达增加，突触后ERK磷酸化增加，提示tPA参与了杏仁核依赖的恐惧反应[19]。体内促肾上腺皮质激素水平增加时，CRF-R1受体在去极化过程中易化tPA释放；tPA缺陷小鼠不出现和应激相关的生化、结构及行为的特征性改变[6-7]。海马敲除tPA后，动物在强迫游泳和悬尾实验中不动时间增加，新奇觅食实验中觅食时间增加，高架十字迷宫开臂中停留时间减少；在海马中注射过表达tPA的载体后会逆转上述效应，且海马中BDNF水平增加[25]；这些结果提示，tPA是一种治疗抑郁和焦虑疾病可能有效的措施。

4 总 结

tPA/纤溶酶原裂解瀑布一直以来被关注在溶栓上，然而无论是生理状态下还是病理状态下，除了经典的溶栓作用外，tPA还具有许多其他生理学和病理学功能。因此，对tPA的深入研究有助于减缓一些疾病的病理发展或减弱疾病的症状严重程度等。

[1] PENNICA D,HOLMES W E,KOHR W J,et al.Cloning and expression of human tissue-type plasminogen activator cDNA in E.coli[J].Nature,1983,301(5897):214-221.

[2] SAPPINO A P,MADANI R,HUARTE J,et al.Extracellular proteolysis in the adult murine brain[J].J Clin Invest,1993,92(2):679-685.

[3] QIAN Z,GILBERT M E,COLICOS M A,et al.Tissue-plasminogen activator is induced as an immediate-early gene during seizure,kindling and long-term potentiation[J].Nature,1993,361(6411):453-457.

[5] LEMARCHANT S,DOCAGNE F,EMERY E,et al.TPA in the injured central nervous system:Different scenarios starring the same actor？[J].Neuropharmacology,2012,62(2):749-756.

[6] PAWLAK R,MAGARINOS A M,MELCHOR J,et al.Tissue plasminogen activator in the amygdala is critical for stress-induced anxiety-like behavior[J].Nat Neurosci,2003,6(2):168-174.

[7] RODRIGUES S M,SCHAFE G E,LEDOUX J E.Molecular mechanisms underlying emotional learning and memory in the lateral amygdala[J].Neuron,2004,44(1):75-91.

[8] CHO K S,KWON K J,CHOI C S,et al.Valproic acid induces astrocyte-dependent neurite outgrowth from cultured rat primary cortical neuron via modulation of tPA/PAI-1 activity[J].Glia,2013,61(5):694-709.

[9] YEPES M,ROUSSEL B D,ALI C,et al.Tissue-type plasminogen activator in the ischemic brain:more than a thrombolytic[J].Trends Neurosci,2009,32(1):48-55.

[10] WANG Y F,TSIRKA S E,STRICKLAND S,et al.Tissue plasminogen activator (tPA) increases neuronal damage after focal cerebral ischemia in wild-type and tPA-deficient mice[J].Nat Med,1998,4(2):228-231.

[11] YEPES M,LAWRENCE D A.Tissue-type plasminogen activator and neuroserpin:a well-balanced act in the nervous system？[J].Trends Cardiovasc Med,2004,14(5):173-180.

[12] NAGAI N,De MOL M,LIJNEN H R,et al.Role of plasminogen system components in focal cerebral ischemic infarction:a gene targeting and gene transfer study in mice[J].Circulation,1999,99(18):2440-2444.

[13] YEPES M,LAWRENCE D A.New functions for an old enzyme:nonhemostatic roles for tissue-type plasminogen activator in the central nervous system[J].Exp Biol Med,2004,229(11):1097-1104.

[14] LUKASIUK K,WILCZYNSKI G M,KACZMAREK L.Extracellular proteases in epilepsy[J].Epilepsy Res,2011,96(3):191-206.

[15] YEPES M,SANDKVIST M,COLEMAN T A,et al.Regulation of seizure spreading by neuroserpin and tissue-type plasminogen activator is plasminogen-independent[J].J Clin Invest,2002,109(12):1571-1578.

[16] EAST E,BAKER D,PRYCE G,et al.A role for the plasminogen activator system in inflammation and neurodegeneration in the central nervous system during experimental allergic encephalomyelitis[J].Am J Pathol,2005,167(2):545-554.

[17] REIJERKERK A,KOOIJ G,Van Der POL S M,et al.The NR1 subunit of NMDA receptor regulates monocyte transmigration through the brain endothelial cell barrier [J].J Neurochem,2010,113(2):447-453.

[18] SICONOLFI L B,SEEDS N W.Mice lacking tissue plasminogen activator and urokinase plasminogen activator genes show attenuated matrix metalloproteases activity after sciatic nerve crush [J].J Neurosci Res,2003,74(3):430-434.

[19] MELCHOR J P,STRICKLAND S.Tissue plasminogen activator in central nervous system physiology and pathology[J].Thromb Haemost,2005,93(4):655-660.

[20] MELCHOR J P,PAWLAK R,STRICKLAND S.The tissue plasminogen activator-plasminogen proteolytic cascade accelerates amyloid-beta (Abeta) degradation and inhibits Abeta-induced neurodegeneration[J].J Neurosci,2003,23(26):8867-8871.

[21] LEDESMA M D,ABAD-RODRIGUEZ J,GALVAN C,et al.Raft disorganization leads to reduced plasmin activity in Alzheimer′s disease brains [J].EMBO Rep,2003,4(12):1190-1196.

[22] FITCH M T,SILVER J.CNS injury,glial scars,and inflammation:Inhibitory extracellular matrices and regeneration failure [J].Exp Neurol,2008,209(2):294-301.

[23] MINOR K,PHILLIPS J,SEEDS N W.Tissue plasminogen activator promotes axonal outgrowth on CNS myelin after conditioned injury [J].J Neurochem,2009,109(3):706-715.

[24] LING C,ZOU T,HSIAO Y,et al.Disruption of tissue plasminogen activator gene reduces macrophage migration [J].Biochem Biophys Res Commun,2006,349(3):906-912.

[25] BAHI A,DREYER J L.Hippocampus-specific deletion of tissue plasminogen activator “tPA” in adult mice impairs depression-and anxiety-like behaviors[J].Eur Neuropsychopharmacol,2012,22(9):672-682.

2014-12-24

2015-2-3

国家自然科学基金资助项目(81071101)；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXLX12_0125)

李晓莉(1981-)，女，河南商丘人，在读博士研究生，住院医师，助理研究员。E-mail:lixiaolifirst@163.com

张志珺 E-mail:janemengzhang@vip.163.com

李晓莉，袁永贵，张志珺.tPA与中枢神经系统疾病[J].东南大学学报：医学版，2015，34(3)：466-469.

R741.02

A

1671-6264(2015)03-0466-04

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.03.034