右美托咪定脑保护作用及其信号通路研究进展

黄青青，袁立邦，巩 固

右美托咪定（DEX）作为一种新型肾上腺素能α2受体激动剂，与世界上首次人工合成的第一个肾上腺素α2受体激动剂可乐定相比，其对α2受体的选择性是后者的8倍[1]，效价是后者的3倍，这使得DEX具有更强的镇静镇痛作用。此外，它还具有抗交感、减少麻醉药物剂量、稳定围术期血流动力学、无呼吸抑制等作用，因而广泛用于临床麻醉中。而脑缺血导致的脑损伤是围术期最严重的并发症，具有高致残率和病死率。Hoffman等[2]首先在1991年提出了DEX的脑保护作用，他们在实验中发现，DEX能显著降低血浆中的儿茶酚胺浓度，减轻神经元损害。有大量研究证明，DEX主要通过以下5条途径发挥脑保护作用：（1）抑制交感神经的兴奋，调节体内儿茶酚胺的释放；（2）调节中枢谷氨酸盐的释放；（3）抑制细胞凋亡以及炎症因子释放；（4）抗氧化应激；（5）调节 IF-1α、血管内皮生长因子(VEGF)和脑源性神经营养因子（BDNF）的表达，而细胞凋亡以及炎症因子释放被认为是其中的重要原因[3]。笔者对DEX抑制细胞凋亡以及炎症因子释放相关的信号通路的调节作用作一综述，旨在为DEX在围手术期的脑保护应用提供参考。

1 炎症反应相关的信号通路

1.1 抑制TLR4/NF-κB途径 TLR4广泛分布于中枢神经系统，研究表明，TLR4可以识别缺血再灌注损伤释放的内源性配体，引起一系列的炎症反应，严重影响神经功能[4]。NF-κB的激活可导致黏附分子和相应的受体在炎症反应中发挥重要作用[5]。Zhao等[6-7]发现，在局灶性脑缺血再灌注损伤大鼠中，NF-κB 和 TLR4 表达增加，TLR4/NF-κB 信号通路被激活，而抑制TLR4/NF-κB信号通路，可以缓解大鼠的脑缺血再灌注损伤，发挥脑保护的作用。Wang等[8]发现，DEX预处理可明显防止缺血诱导的海马和皮质神经元损伤，显著降低凋亡细胞的数量，并明显抑制脑缺血区GFAP、TLR4和NF-κB的表达，同时增加TRIF的表达。该研究结果表明，DEX可能通过抑制TLR4/NF-κB途径，减少炎症损伤，从而发挥脑保护作用。Kim等[9]也通过实验发现，DEX可通过抑制TLR-4/NF-κB通路参与的炎症反应，部分逆转缺血后的脑损伤。

1.2 抑制NF-κB/COX-2途径的激活 核转录因子NF-κB是能调节多种炎症和免疫基因表达的一种重要的转录调节因子。在中枢神经系统中，NF-κB控制神经损伤后的炎症反应和凋亡性细胞死亡[10]。姚小梅等[11]发现，COX-2和NF-κB p65在局灶性脑缺血再灌注后的半暗区和血脑屏障中表达增高，在血管周围的中性粒细胞内阳性表达，提示炎症参与了脑缺血再灌注损伤。在免疫反应阳性细胞内， 胞浆或胞核 COX-2、NF-κB p65和 I-κ Bα为主的阳性表达，提示它们在脑缺血再灌注后细胞内胞浆和胞核之间转录激活的密切相关性，而NF-κB对脑损伤后神经细胞COX-2的表达起着调控作用[12]。Pan等[13]发现，缺氧能引起显著的神经毒性，包括破坏组织结构，上调caspase-3蛋白水平、Bax/Bcl-2比率和NF-κB/COX-2比率。而DEX预处理则可有效改善组织学结果，并抑制caspase-3表达水平，下调Bax/Bcl-2比率和NF-κB/COX-2比率，表明DEX可以通过抑制NF-κB/COX-2途径的激活发挥神经保护作用。

1.3 抑制JAK2-STAT3途径 JAK2/STAT3通路的信号转导，在缺血性中风相关炎性神经元损伤的下游信号通路调节中起重要作用[14]。另外，有研究表明，JAK2/STAT3通路参与蛛网膜下腔出血（SAH）后HMGB1调节，介导炎症反应导致的脑损伤[15]。而抑制JAK2/STAT3信号通路可减少脑缺血后脑组织中HMGB1的表达，发挥脑保护作用[16]。Cheng等[17]在大鼠体外循环(CPB)2 h后，通过静脉输注不同剂量的DEX，观察到DEX通过抑制炎症和减少神经元凋亡产生了神经保护作用，这种保护作用具有剂量-效应关系。此外，DEX给药后抑制了大鼠海马中JAK2和STAT3蛋白的磷酸化，因此，推测JAK2-STAT3途径在DEX诱导的CPB脑损伤后的神经保护作用中发挥重要作用。

2 细胞凋亡相关的信号通路

2.1 激活PI3K/Akt/mTOR信号传导途径 PI3K/AKT/mTOR信号传导通路的基本作用是促进细胞增殖、抑制细胞凋亡，其活化对细胞增殖、分化、转移、侵袭及血管生成的各个环节均有着重要作用[18]。曾凡军等[19]在大鼠肺性脑病细胞模型中发现，PI3K-AKT-mTOR信号通路的失活，激活了自噬信号通路，导致大脑神经元自噬增强，从而损伤大脑神经元。Sheng等[20]在使用DEX组外伤性脑损伤（TBI）大鼠 中 发 现 ，pp-PI3K/t-PI3K、p-Akt/t-Akt、p-mTOR/t-mTOR、ZO-1和紧密连接蛋白-5的表达升高，提示DEX在TBI大鼠中，通过激活PI3K/Akt/mTOR信号传导途径发挥神经保护作用。

2.2 激活BAX/CYTOCHROME-C/CASPASE途径 局灶性脑缺血后的神经元死亡具有急性和延迟之分，有研究表明，细胞死亡受体会激活线粒体途径[21]。延迟的神经元死亡通过激活非神经元细胞中类似细胞凋亡的分子信号传导途径而发生。其中枢介质是两个分子家族：半胱天冬酶（caspase）和bcl-2家族的分子。caspase启动并执行细胞死亡，而bcl-2家族成员调节死亡信号，并导致线粒体膜间隙释放促凋亡分子，如cytochrome-c。cytochrome-c通过激活caspase-9 和 caspase-3，诱导细胞死亡[22]。 Wu 等[23]发现，神经-2a细胞被DEX处理后，可减弱I/R诱导的Bax蛋白从胞质到线粒体的易位和降低线粒体膜电位，使细胞色素C从线粒体释放到细胞质中，随后在I/R处理的神经-2a细胞中级联激活caspase-9、caspase-3和caspase-6。表明DEX通过内在的Bax-mitochondria-cytochrome c-caspase途径，对I/R诱导的细胞凋亡损伤发挥神经保护作用。

2.3 激活ERK1/2信号通路 脑缺血可引发ERK1/2信号级联反应，使大脑适应缺血性损伤。有研究表明，ERK1/2信号通路会影响海马CA1锥体神经元I/R后的凋亡[24]。Hu等[25]发现，DEX可通过α2-肾上腺素受体调控与5-HTR偶联的信号转导相关基因，且通过纹状体多巴胺神经元中ERK1/2信号通路调节组蛋白H3的乙酰化，从而发挥神经保护作用。Wang等[26]在蛛网膜下腔出血发作后即刻或2 h，使用DEX2 d后评估神经学结果。发现DEX治疗后减弱了蛛网膜下腔出血导致的神经功能评分的降低，抑制了脑水肿和血脑屏障通透性的增加，增加了活化的ERK。而这种针对SAH的神经保护作用是由ERK介导的。

2.4 抑制Notch/NF-κB信号通路 Notch和NFκB信号传导途径主要参与调节细胞增殖、分化和凋亡。Notch和NF-κB信号通路具有许多共同的特征：两者都被常见的刺激如 TNF-α 和缺氧激活；活化的 Notch（NICD）和 NF-κB通过调节SMRT/N-COR等辅助因子介导转录；两者调节相似的靶基因，如 IκBalpha。因此，推测 Notch 和 NF-κB 信号通路在大脑发育中可能协同调控干细胞更新和分化[27]。Liu等[28]用暴露于氧糖剥夺（OGD）环境的PC12细胞建立局部缺血模型，发现DEX显著增加了OGD处理的PC12细胞的细胞活力，并降低细胞凋亡及Bax/Bcl-2比率，改善了LDH、MDA、SOD和GSH-Px的变化以及神经营养因子的减少。Notch/NF-κB信号通路中的关键激酶被OGD上调，而上调被DEX降低。另外，Notch或NF-κB抑制剂可以增强DEX对OGD诱导的细胞损伤的作用。最后，在原代神经元细胞中，验证了DEX的保护作用。该实验说明，DEX对OGD诱导的PC12细胞损伤的保护作用取决于其抗凋亡、抗氧化活性和抑制Notch/NF-κB活化。

2.5 激活线粒体ATP敏感K+（mitoKATP）通道 有研究发现，大鼠脑线粒体中富含活性mitoKATP，在脑保护中起关键作用，其调节作用与心脏和肝脏调节mitoKATP性质相同[29]。随后，Shimizu等[30]研究了mitoKATP通道的选择性开放剂二氮嗪对Wistar大鼠MCAO后脑损伤的影响，证实mitoKATP通道的开放对大鼠脑缺血再灌注损伤具有神经保护作用。近期，Yuan等[31]也发现，mitoKATP通道的激活可能有助于DEX发挥对局灶性脑缺血再灌注损伤大鼠的神经保护作用。

3 小结

DEX由于其独特的药理特点，现已作为麻醉辅助药，广泛用于各类手术的临床麻醉。DEX的应用不仅能减少相关麻醉药的用量，获得较为稳定的血流动力学，并且还具有明显的脑保护效应，但DEX脑保护效应的剂量、使用方法及其作用机制尚未完全阐明，还需进一步深入研究。揭示DEX的脑保护效应及其机制，对围手术期脑保护策略的制定和应用具有重要意义。