脑缺血再灌注损伤与自噬关系的研究进展

侯 杨综述， 冯 娟审校

缺血性脑卒中是神经系统中最为高发的疾病之一，且在脑血流再灌注后会引发一系列的病理反应从而造成更为严重的二次损伤。自噬是一种复杂的细胞代谢过程，在不同因素刺激下促使溶酶体吞噬细胞器等胞质组分，广泛参与机体的生理及病理过程，它是异于坏死和凋亡的并可作为细胞自我防御的代谢过程。脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI)可激活受损后的神经细胞发生自噬，自噬又与CIRI的发展紧密相关。本文对自噬的形成过程及其与CIRI的关系机制进行综述，为进一步研究CIRI的治疗靶点提供依据。

1 缺血再灌注损伤与自噬

缺血性卒中是最常见的神经系统疾病之一，其特征在于大脑动脉阻塞导致脑部的血液循环不畅，而血流再灌注又造成血液供应再循环和氧气、营养物质再供应的二次神经损伤[1，2]。在生理情况下，自噬通常处于较低水平，其主要作用是通过降解细胞内的缺陷蛋白和长寿命蛋白等，为细胞提供所需的基础营养物质，以实现生存原料的再更新循环[3]；在如脑缺血损伤等病理生理情况下自噬可被激活，但其对受损细胞有利与否目前仍存在争议，越来越多的证据支持自噬是双刃剑的概念[4]。

1.1 炎症损伤与自噬 炎症损伤在缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，I/R)的病理生理过程中起着关键作用，抑制炎症可改善I/R的神经功能缺损。小胶质细胞分为促炎症作用的M1表型和抗炎作用的M2表型，两者的比例决定着炎症损伤程度。核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)是M1表型的主要调节剂伴随着高水平的肿瘤坏死因子-α( tumer necrosis factor-α，TNF-α)、诱导型一氧化氮合成酶( inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS)、环氧化酶2( cyclooxygenase-2，COX2)；环腺苷酸反应元件结合蛋白( cAMP-response element binding protein，CREB) 是NF-ΚB转录竞争者参与M2表型的极化伴随着高水平白介素10( interleukin 10，IL-10)、脑源性神经营养因子( brain derived neurotrophic factor，BDNF)[5，6]。研究发现在氧糖剥夺/再灌注( oxygen-glucose deprivation/ reoxygenation，OGD/R)发生时自噬即被激活，而在OGD/R 72 h时自噬通量却被抑制，抑制后的自噬流可增强NF-κB通路上调，M1表型标志物TNF-α、iNOS、COX2表达，促进小胶质细胞向M1表型极化，并且通过抑制CREB通路下调M2标志物IL-10、BDNF水平[7]。

1.2 谷氨酸毒性损伤、钙超载与自噬 N-甲基-D-天冬氨酸受体( N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR) 为离子型谷氨酸受体，谷氨酸可使大量的钙离子流入神经细胞造成钙超载引起严重的神经兴奋性毒性损伤，在I/R的神经元损伤中起关键作用[8]。R025-6981是NMDAR的选择性拮抗剂，可通过抑制I/R激活的自噬发挥对I/R损伤神经细胞的保护作用[9]。此外，Ca+内流还依靠α-氨基-3-羟基-5-甲基-4异恶唑丙酸型谷氨酸受体( α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR) 形成的Ca+内流通道完成，该通道主要由谷氨酸受体1-4组成，而谷氨酸受体的降解与自噬也密切相关[10，11]。

1.3 氧化应激与自噬 缺血组织再灌注后会引起明显的氧化应激，伴随着活性氧(reactive oxygen species，ROS)、活性氮( reactive nitrogen species，RNS) 等产生量的明显升高，氧化应激触发蛋白质损伤，形成毒性蛋白质低聚物，蛋白质聚集和氧化细胞成分的积累，最终导致神经元的死亡和损伤[12，13]。ROS自噬的内部调控机制可归纳为转录和转录后调控，其包括各种分子信号途径，如ROS-FOXO3-LC3 / BNIP3自噬，ROS-NRF2-P62自噬，ROS-HIF1-BNIP3 / NIX自噬和ROS-TIGAR-自噬；自噬也可以通过线粒体途径、P62传递等途径等调节ROS水平[14]。而RNS调节的自噬是否对缺血组织有益目前仍存在争议，但越来越多的证据表明RNS介导的自噬会加重I/R损伤，可作为未来治疗的靶点[15]。

1.4 内质网应激与自噬 内质网(endoplasmic reticulum，ER)主要负责分泌蛋白和跨膜蛋白等的合成、折叠和加工，但当ER的加工能力不能满足蛋白质的折叠要求时，错误折叠及未折叠的蛋白质就会在ER管腔中逐渐积累导致ER应激，造成触发信号进入一个自适应的信号网络中即未折叠蛋白反应( unfolded protein response，UPR)，而UPR可能会诱导细胞发生功能障碍进而引起细胞凋亡[16]。蛋白激酶R样内质网激酶( protein kinase R-like ER kinase，PERK)、需肌醇酶1(Inositol-requiring kinase 1，IRE1 )是ER应激诱导自噬的潜在介质，一些研究发现在I/R中ER应激明显增高，未折叠的蛋白通过PERK、IRE1通路激活自噬来加重神经元的损伤[17]。一些研究发现激活的自噬可以降解内质网内错误折叠的蛋白以减轻ER应激来发挥对细胞的保护作用[18]。

泛素-蛋白酶系统(ubiquitin-proteasome system，UPS)和自噬溶酶体系统是真核细胞内蛋白质降解的两条主要途径，两者可相互影响且与ER应激关系密切。蛋白酶体抑制剂预处理缺氧再复氧( hypoxia-reoxygenation，H/R) 的细胞后其自噬水平显著增强且ER应激相关蛋白如X盒结合蛋白、CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白表达明显增加，而经蛋白酶体促进剂阿霉素处理后的自噬和ER应激相关蛋白水平均显著降低，提示UPS可负向调节自噬和ER应激水平；经自噬激活剂预处理的H/R细胞后其自噬与UPS共同联系蛋白即组蛋白脱乙酰酶6( histone deacetylase，HDAC6)、P62表达升高，ER应激相关蛋白和促凋亡相关蛋白csapase-3等表达降低，说明UPS、ER应激、细胞凋亡均受自噬的影响，且ER应激被自噬和UPS负向调节[19]。

1.5 线粒体功能障碍与自噬 缺血后的氧化应激和ER应激可诱发线粒体自噬，最初可通过离子稳态来预防细胞凋亡和坏死，但过度的线粒体自噬又会导致细胞的死亡[20]。线粒体通透性转换孔( mitochondrial permeability transition pore，mPTP)是内膜的重要的复杂通道，其开放可导致线粒体膜电位的耗散及线粒体的肿胀，在I/R中可能刺激自噬消除异常的线粒体[21]。有研究发现脑缺血的酸性后处理能通过PARK2基因激活线粒体自噬来延长缺血再灌注后的时间窗[22]。而又有些观点认为活性氮激活的线粒体自噬可能通过加速细胞内ATP的消耗导致细胞死亡，缩短再灌注后的治疗时间窗[15]。

2 自噬对缺血再灌注损伤脑组织的影响

2.1 自噬对再灌注损伤的脑组织的保护作用 CIRI引起的大脑微血管内皮细胞( brain microvascular endothelial cells，BMEC)的损伤是血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)被破坏的起始步骤，也是造成I/R患者预后效果不理想的主要原因，而激活后的自噬可减轻再灌注后BMEC的损伤，有益于BBB的完整性[23]。最近研究发现长链非编码RNA(lncRNA)Malat1在OGD/R损伤后的BMEC中表达上调，且这些BMEC的自噬水平和存活率均有升高；进一步研究发现，lncRNA Malat1只能显著降低miR-26的表达；自噬相关基因ULK2是miR-26的潜在靶标，表达与Malat1相一致与miR-26相反，而ULK2敲除后的BMEC的自噬水平和存活率均降低，因此通过激活Malat1-mir-26b-ULK2通路可提高细胞的自噬水平进而发挥对I/R中BMEC的保护作用[24]。

2.2 自噬对再灌注损伤的脑组织的损伤作用 OGD/R中神经元的钙蛋白酶的活性可被强烈激活，引起溶酶体发生膜透化和组织蛋白酶B释放到胞质溶胶，造成自噬/溶酶体的功能障碍，最终导致神经元的死亡[25]。OGD/R还可通过激活自噬诱导谷氨酸受体的表达，通过Ca+-AMPAR通道促进Ca+内流加重大脑缺血再灌注损伤[26]。最近研究发现在叶酸缺乏时I/R的皮质神经元中自噬体的积累增多，微管相关蛋白轻链及Beclin1蛋白的表达显著增加，且作为氧化性DNA损伤的敏感标志物即8羟基脱氧鸟苷水平亦升高，提示叶酸缺乏可加强I/R脑组织自噬的激活进而加重神经元损伤，而氧化损伤可能参与其机制[27]。

3 调节自噬保护再灌注损伤脑组织的药物

NOD样受体蛋白3( NOD-like receptor protein 3，NLRP3)是NOD样受体家族的成员，当被激活时会促进炎症因子如IL-1β、IL-18的释放[28]。静息信息调节器1(sirt1)可抑制NLRP3及增强自噬对缺血脑组织起保护作用[29]，白藜芦醇通过激活sirt-自噬通路，进而抑制NLRP3蛋白及其下游炎症因子的表达，从而发挥脑缺血再灌注损伤的保护作用[30]。近期研究发现低温可改善OGD/R损伤后的溶酶体和自噬流，促进海马神经元的自噬体和溶酶体的相互融合，间接促进自噬的发生发挥对受损神经元作用[31]。

体内外实验证明右美托咪定( dexmedetomidine，DEX)可通过上调缺氧诱导因子1α( hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)抑制自噬，进而减轻MACO后脑梗死灶的面积及促进OGD后神经元的存活[32]。作为神经营养因子的神经节苷脂可通过降低在MACO中过度激活的自噬来减少脑缺血面积并改善神经功能[33]。

4 总 结

自噬与CIRI关系密切，可以被CIRI激活并通过多个方面参与其发病过程。一方面被激活的自噬可发挥对受损神经细胞的保护作用，但另一方面又可能加重脑组织损伤，这可能与激活自噬的方式和程度有关。而对CIRI具有治疗作用的不同种类的药物对自噬的激活或抑制作用也不尽相同，通过深入研究自噬在CIRI的动态调节机制以在适当时间应用适当的治疗药物，可为CIRI的临床治疗提供新的突破。

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