颅脑创伤并发应激性溃疡中Ghrelin保护作用的研究进展

严贵忠，王登峰，侯博儒，任海军

730030 甘肃，兰州大学第二医院神经外科



·综述·

颅脑创伤并发应激性溃疡中Ghrelin保护作用的研究进展

严贵忠，王登峰，侯博儒，任海军

730030 甘肃，兰州大学第二医院神经外科

【摘要】颅脑创伤(TBI)是一种严重而又复杂的创伤，不仅中枢神经系统发生原发性损伤，机体内环境紊乱引发的全身脏器功能障碍也是影响患者预后的重要因素。应激性溃疡的发生是颅脑创伤后常见的并发症之一，胃肠道黏膜破坏时肠内细菌和毒素发生移位，诱发机体发生严重的全身炎症反应，严重者可导致全身炎症反应综合征，最终发生多脏器功能衰竭。因此，对于颅脑创伤患者的治疗，不仅要控制神经系统原发性损伤，还要关注并发症的防治。Ghrelin是一种具有多种生物学功能的脑肠肽，不仅能在颅脑创伤后保护神经，还可以缓解颅脑创伤诱发的胃肠道功能障碍。因此Ghrelin有可能是未来临床治疗颅脑创伤的重要方法之一。

【关键词】颅脑创伤； 应激性溃疡； Ghrelin

Ghrelin是一种含有28个氨基酸的多肽，主要由胃底细胞合成，但是也在其他一些组织中表达。1999年日本科学家首次在大鼠胃黏膜和下丘脑中发现了Ghrelin，并确定其为生长激素促分泌素受体(GHSR)的内源性配体[1]。血浆中Ghrelin以两种形式存在，即辛酰化和非辛酰化，前者在N端第3位丝氨酸上添加了辛酰基，具有重要的生物学功能。辛酰化的Ghrelin能够识别生长激素促分泌激素受体1a(GHS-R1a)，并调节生长激素的释放。目前已经认识到的Ghrelin功能包括调节摄食和代谢[2]；在饥饿状态下，Ghrelin通过下丘脑信号通路，增加摄食和贮存能量；Ghrelin还参与大脑的奖赏和动机系统[3]、学习和记忆及应激反应[4]。最近的研究表明，Ghrelin能够缓解由于下丘脑-垂体-肾上腺轴对应激的反应[5]。

GHSR是典型的G蛋白偶联七跨膜受体，有1a和1b两种类型，具有生物学作用的主要是GHSR1a型[6]。GHSR1a在大脑中广泛表达，包括弓状核、海马CA2、CA3、齿状核、腹侧被盖区、黑质致密部(黑质致密部)、中缝背等。Ghrelin与受体结合后，通过磷脂酶/蛋白激酶C/三磷酸肌醇(PLC/PKC/IP3)信号通路，使细胞内IP3依赖的钙释放，同时细胞外钙离子进入胞内，并激活下游的应答反应。Ghrelin自身可以通过血脑屏障并与脑内存在的受体结合，发挥其生物学功能。现在的研究证明，Ghrelin还在保护神经和其他的一些疾病中起重要作用。

1Ghrelin神经保护作用

TBI引起神经细胞死亡的形式包括细胞凋亡、坏死及自噬。TBI后继发颅内压升高，使神经细胞发生缺血低氧，促凋亡基因被激活，促凋亡蛋白Bax激活，抗凋亡蛋白Bcl-2抑制。当Bax被激活时，线粒体释放的细胞色素c与Apaf-1相互作用，使Apaf-1与pro-caspase-9形成复合体，激活caspase-9和caspase-3。Spencer等[7]研究表明，Ghrelin通过激活ERK1/2、丝裂原活化蛋白激酶、蛋白激酶A(PKA)、蛋白激酶C(PKC)、磷酯酰肌醇3-激酶(PI3K)通路抑制细胞凋亡。这些通路中Bax被抑制，使Bcl-2/Bax比例升高，抑制凋亡，提高了细胞的存活。Ghrelin还以通过上调解偶联蛋白-2(UCP-2)，解偶联蛋白的上调可以缓冲产生的活性氧，保护细胞免受氧化应激损伤而抑制凋亡。但是目前尚无关于Ghrelin参与细胞坏死和自噬过程的报道。Qi等[8]发现，Ghrelin治疗TBI动物试验中，大脑皮层中UCP-2表达的上调，不仅能减小损伤面积，而且能减轻脑水肿的程度；而Ghrelin拮抗剂Genipin可以抵消这种保护作用；切除迷走神经后，Ghrelin的神经保护作用也被抵消。因此认为，Ghrelin在TBI后发挥神经细胞保护作用是通过上调UCP-2机制实现的，但是这一过程依赖于完整的迷走神经系统。

TBI诱导大脑炎症反应过程中，涉及很多的调节因子，包括残留小胶质细胞的激活、白细胞的浸润、损伤部位促炎因子和趋化因子的释放。浸润的白细胞主要是中性粒细胞和炎性单核细胞，是TBI后脑水肿和神经元损伤的主要因素。Lee等[9]使用Ghrelin治疗TBI后,能使局部白细胞的浸润减少2～8倍,并能提高生存率和改善神经功能障碍。Lopez等[10]已经证明，Ghrelin可以上调UCP-2，使TBI中神经细胞线粒体的结构和功能维持稳定，原位末端转移酶标记技术(TUNEL)检测发现损伤区域凋亡细胞数量减少，并且检测到caspase-3水平降低；同时发现，TBI后脑血管的通透性较假手术组增加3倍，Ghrelin治疗能够维持血管的通透性，保护血脑屏障的完整性，对减轻TBI后脑水肿的发生意义重大。后来的研究证明[11]，TBI后血管通透性增加与炎症因子TNF-α、IL-6的释放及水通道蛋白-4高表达有关。Ghrelin能够保护血脑屏障的完整性，与抑制炎症反应、降低水通道蛋白-4有关；同时在Ghrelin治疗后，神经损伤标志物S100B的水平也恢复至正常水平。

2Ghrelin消化道保护作用

研究观察到TBI引起的上消化道应激性溃疡也能被Ghrelin改善，使胃肠道黏膜屏障及绒毛结构能保持完整性。这种保护作用的机制可能与抗凋亡、抗炎作用有关。Ghrelin自身可以通过血脑屏障，TBI后血脑屏障破坏，使Ghrelin进入脑内更加容易，故Ghrelin可以作用于脑内下丘脑、黑质、垂体、海马及其他区域受体，调节神经内分泌轴例如下丘脑-垂体-肾上腺(HPA) 轴下丘脑-垂体-性腺(HPG) 轴活性而参与应激反应[5]。

TBI后消化道黏膜屏障的破坏使胃肠道的通透性增加，导致肠内菌群毒素移位，诱发全身炎症反应。Bansal等[12]为研究Ghrelin在TBI小鼠胃肠中的保护作用，对比假手术组、颅脑创伤组、颅脑创伤/Ghrelin治疗组发现，与颅脑创伤组比较，Ghrelin能够降低胃肠道黏膜的通透性，保护黏膜的完整性，并使紧密连接蛋白肌球蛋白轻链激酶水平维持在假手术组水平；同时，Ghrelin也能抑制TNF-α的释放。Ghrelin的保护作用可能与作用于中枢神经系统、调节内分泌的改变或通过与单核细胞和T细胞上的受体结合直接发挥抗炎作用相关。

在应激性胃黏膜损伤的模型中，分别给予不同剂量的Ghrelin后，可以改变胃酸和胃蛋白酶的分泌。Ghrelin可以改变胃酸的分泌，可能与Ghrelin影响血清内胃泌素的水平有关，使用不同剂量的Ghrelin治疗胃黏膜损伤模型时，胃泌素升高的水平不同。试验发现，应激条件下，胃黏膜内Ghrelin mRNA的表达升高，紧接着血清内Ghrelin的水平也有所升高。内源性Ghrelin可能限制了应激相关性胃黏膜的损伤，可以视为保护胃黏膜完整性的肽类物质。应激条件下，Ghrelin通过调节多种保护因子的表达，保护胃肠道的功能。Brzozowski等[13]在应激性动物实验模型中发现，接受腹腔注射Ghrelin后，能够上调结构性一氧化氮合酶(cNOS)mRNA在胃肠道黏膜内的表达，而并没有检测到诱导型一氧化氮合酶(iNOS)mRNA的变化。因此认为在应激环境下，Ghrelin可以通过上调cNOS而不是iNOS产生大量的一氧化氮(NO)，同时也说明了Ghrelin对胃黏膜的保护作用与调节NO有关。前列腺素在保护胃黏膜完整性中的作用已经得到大家的认可。研究表明，Ghrelin保护应激相关胃黏膜的过程中，通过调节环氧合酶(COX)通路中前列腺素的表达发挥着重要作用，非选择性COX抑制剂能够抵抗Ghrelin对胃黏膜的保护和血管扩张作用[14]。

Zhang等[15]发现Ghrelin能使迷走神经背核处的神经细胞再生和增殖，Ghrelin可能通过迷走神经发挥胃肠道保护作用。另外，乙酰胆碱可以提高血清内Ghrelin的水平，进一步说明迷走神经参与了Ghrelin对消化系统的调节作用。Bansal等[16]通过刺激TBI小鼠的迷走神经，发现刺激迷走神经后小鼠血清内TNF-α水平下降，而Ghrelin水平明显上升；同时在胃、肠、脑、肺及肝组织内也检测到了高表达的Ghrelin，但是胃内Ghrelin的表达水平是最高的。内脏感觉神经在Ghrelin发挥胃肠道保护作用中也扮演重要的作用。研究表明，辣椒素诱导内脏感觉神经元失活后，可以明显地削弱Ghrelin的保护作用，使胃黏膜内的血流量明显减少。另外，使用源于内脏感觉神经的分泌性物质降钙素基因相关肽替代治疗，可以恢复外周或中枢神经系统内Ghrelin的保护作用和胃黏膜充血的效果。因此认为，这种降钙素基因相关肽是参与改善微循环的重要物质，也是Ghrelin发挥胃肠道保护作用中的重要因子[17]。Wu等[18]发现，Ghrelin可以作用于脑内GHSR1a，调节迷走神经的活性，降低血清内高迁移率族蛋白1(HMGB-1)的水平，缓解胃肠黏膜屏障的通透性。

综上所述，在应激条件下，Ghrelin对消化系统的保护作用依赖于迷走神经和内脏感觉神经结构和功能的完整，通过调节NOS、降钙素基因相关肽及环氧化酶-前列腺素系统等通路，改善胃黏膜的血供。同时，最新的研究表明，Ghrelin不仅可以通过中枢神经系统的受体，还可以直接作用于胃黏膜内相关受体，调节炎症因子的释放、抑制细胞凋亡而保护胃黏膜。

3Ghrelin临床应用

Ghrelin的使用能使GHSR1a的数量上调[19]，因此在治疗期间，需要根据Ghrelin对受体的敏感性调整药物用量。但是，Ghrelin的半衰期只有20～30min[20]，如果脑创伤后单次剂量使用，也许只能对早期的细胞凋亡和炎症反应有作用，而对继发性损伤没有太大的意义。因此，长期Ghrelin的使用似乎是脑创伤后最好的选择。但是Ghrelin长期使用的不良反应需要认真考虑。谷氨酸能神经传递是Ghrelin对中脑边缘系统多巴胺奖赏通路、记忆形成所必需的[21-22]，但是过量的谷氨酸存在明显的兴奋性毒性，这在脑创伤后表现地尤为突出。在全身性使用Ghrelin时还需要评估长期使用对机体内环境改变的影响。因为外源性的辛酰化Ghrelin作用于GHSR1a后能表现出多种生物学作用，如刺激食欲，增加摄食导致体重增加。对一般人群来说，这可能是需要避免的问题，但是脑创伤患者却能从中获益，脑创伤由于患者长期进食障碍、消化道功能障碍，致使营养不良、体重减轻等影响预后不良。而非辛酰化Ghrelin不作用于GHSR1a，不会出现类似的代谢效应，但体外试验证明脑创伤后非辛酰化Ghrelin同样具有神经保护作用[23]，对改善预后也有重要的意义。

Ghrelin治疗TBI动物模型已经取得了长足的进展，并且在不同的神经损伤模型中，Ghrelin也表现出了神经保护、稳定内环境的作用。确实，Ghrelin在提高细胞存活、减小损伤区域及改善神经功能缺失方面效果显著。随着对脑肠轴研究的深入，TBI致应激性溃疡的预防和治疗理念也将发生改变，Ghrelin作为一种脑肠肽，不仅能治疗TBI原发性损伤，通过脑肠轴调节对消化系统的控制，还可以直接作用于消化系统，改善消化系统局部的功能。但是，Ghrelin是否参与了TBI后神经细胞和胃黏膜细胞坏死和自噬过程，仍需要进一步的研究。

参考文献：

[1] Kojima M,Hosoda H,Date Y,et al.Ghrelin is a growth-hormone-releasing acylated peptide from stomach[J].Nature，1999，402(6762):656-660.

[2] Lin L,Nuotio-Antar AM,Ma X,et al.Ghrelin receptor regulates appetite and satiety during aging in mice by regulating meal frequency and portion size but not total food intake[J].J Nutr，2014,144(9):1349-1355.

[3] Kawahara Y,Kaneko F,Yamada M,et al.Food reward-sensitive interaction of Ghrelin and opioid receptor pathways in mesolimbic dopamine system[J].Neuropharmacology,2013,67:395-402.

[4] Babri S，Amani M，Mohaddes G,et al.Effects of intrahippocampal injection of Ghrelin on spatial memory in PTZ-induced seizures in male rats[J].Neuropeptides,2013,47(5):355-360.

[5] Spencer SJ,Xu L,Clarke MA,et al.Ghrelin regulates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and restricts anxiety after acute stress[J].Biol Psychiatry,2012,72(6):457-465.

[6] Inoue H,Sakamoto Y,Kangawa N,et al.Analysis of expression and structure of the rat GH-secretagogue/Ghrelin receptor (Ghsr) gene: roles of epigenetic modifications in transcriptional regulation[J].Mol Cell Endocrinol,2011,345(1-2):1-15.

[7] Spencer SJ,Miller AA,Andrews ZB.The role of Ghrelin in neuroprotection after ischemic brain injury[J].Brain Sci,2013,3(1):344-359.

[8] Qi L,Cui X,Dong W.Ghrelin protects rats against traumatic brain injury and hemorrhagic shock through upregulation of UCP2[J].Ann Surg,2014,260(1):169-178.

[9] Lee J,Costantini TW,D’Mello R,et al.Altering leukocyte recruitment following traumatic brain injury with Ghrelin therapy[J].J Trauma Acute Care Surg,2014,77(5):709-715.

[10] Lopez NE,Gaston L,Lopez KR,et al.Early Ghrelin treatment attenuates disruption of the blood brain barrier and apoptosis after traumatic brain injury through a UCP-2 mechanism[J].Brain Res,2012,1489:140-148.

[11] Lopez NE,Krzyzaniak MJ,Blow C,et al.Ghrelin prevents disruption of the blood-brain barrier after traumatic brain injury[J].J Neurotrauma,2012,29(2):385-393.

[12] Bansal V,Ryu SY,Blow C.The hormone ghrelin prevents traumatic brain injury induced intestinal dysfunction[J].J Neurotrauma,2010,27(12):2255-2260.

[13] Brzozowski T,Konturek PC,Konturek SJ,et al.Exogenous and endogenous ghrelin in gastroprotection against stress-induced gastric damage[J].Regul Pept，2004,120(1-3):39-51.

[14] Sibilia V,Pagani F,Rindi G,et al.Central ghrelin gastroprotection involves nitric oxide/prostaglandin cross-talk[J].Br J Pharmacol，2008，54(3):688-697.

[15] Zhang WZ，Lin TR，Hu YX.Ghrelin stimulates neurogenesis in the dorsal motor nucleus of the vagus[J].J Physiol,2004,559(3):729-737.

[16] Bansal V,Ryu SY，Lopez N.Vagal stimulation modulates inflammation through a ghrelin mediated mechanism in traumatic brain injury[J].Inflammation,2012,35(1):214-220.

[17] Brzozowski T,Konturek PC,Sliwowski Z,et al.Neural aspects of ghrelin-induced gastroprotection against mucosal injury induced by noxious agents[J].J Physiol Pharmacol，2006,57(6):63-76.

[18] Wu R,Dong W，Qiang X.Orexigenic hormone ghrelin ameliorates gut barrier dysfunction in sepsis in rats[J].Crit Care Med,2009,37(8):2421-2426.

[19] Nogueiras R,Tovar S,Mitchell SE.Regulation of growth hormone secretagogue receptor gene expression in the arcuate nuclei of the rat by leptin and ghrelin[J].Diabetes,2004,53(10):2552-2558.

[20] Stoyanova II.Ghrelin:A link between ageing, metabolism and neurodegenerative disorders[J].Neurobiol Dis,2014,72:72-83.

[21] Zhou Y,Danbolt NC.Glutamate as a neurotransmitter in the healthy brain[J].J Neural Transm(Vienna),2014,121(8):799-817.

[22] Jerlhag E,Egecioglu E,Dickson S.Glutamatergic regulation of ghrelin-induced activation of the mesolimbic dopamine system[J].Addict Biol,2011,16(1):82-91.

[23] Stevanovic DM,Grefhorst A,Themmen AP.Unacylated ghrelin suppresses ghrelin-induced neuronal activity in the hypothalamus and brainstem of male rats[J].PLoS One,2014,9(5):98180.

(本文编辑： 黄小英)

The role of Ghrelin in preventing stress ulcer after traumatic brain injury

YANGui-zhong,WANGDeng-feng,HOUBo-ru,RENHai-jun

(Department of Neurosurgery，Second Hospital of Lanzhou University,Lanzhou730030,China)

【Abstract】Traumatic brain injury (TBI) is a serious and complex trauma, which is known to injury the central nervous system directly and cause several secondary effects,resulting in peripheral organs dysfunction. The close relationship between brain injury and subsequent intestinal mucosal injury has been recognized. This pathologic course may not only influence the intestinal itself but also impair the remote organs,leading to systemic inflammatory response syndrome and multiple-organ dysfunction syndrome. The treatment of TBI should focus on the control of primary nerve injury as well as the prevention of complications. Ghrelin,a gastrointestinal peptide with a major role in regulating feeding and metabolism,has recently been investigated for its neuroprotective effects and ameliorating intestinal barrier dysfunction,which suggest Ghrelin treatment may be a useful intervention after TBI in clinic.

【Key words】brain injury; stress ulcer; Ghrelin

文章编号：1009-4237(2016)03-0179-03

基金项目：甘肃省自然科学基金(145RJZA146)

通讯作者：任海军，E-mail：renhaijunldey@163.com

【中图分类号】R 651.1; R 573.1

【文献标识码】A【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2016.03.018

(收稿日期：2015-04-25； 修回日期： 2015-07-01)