正五聚蛋白3与急性脑梗死发生发展的关系概述

杨 渺综述，郦忆文审校

脑梗死，又称缺血性脑卒中，是指脑局部供血障碍导致的脑组织缺血缺氧，进而产生局灶性脑功能障碍的临床表现。目前已知的危险因素为：高血压、糖尿病、冠状动脉粥样硬化性心脏病、高脂血症、高同型半胱氨酸血症、吸烟、酗酒、年龄、肥胖等，与此同时，炎症级联反应在脑梗死的发生发展中也起到重要的作用。其中急性期蛋白PTX3属于正五聚蛋白家族，被认为是一种新的炎症介质，参与急性缺血性脑卒中后血脑屏障渗透性的调节、血管生成及神经再生，而且PTX3在致动脉粥样硬化的不同方面均发挥重要作用，也可能是评价缺血性脑卒中严重程度及预后的一种新的指标[1]。现就近年来 PTX3 在急性缺血性脑卒中发生发展过程中可能起到的作用进行总结，为急性缺血性脑卒中的深入研究提供参考。

1 PTX3家族

1.1 PTX3家族成员 PTX3与C反应蛋白(C reactive protein，CRP)同属于五聚蛋白超家族[2]。正五聚蛋白依据结构不同，可分为两支：短正五聚蛋白和长正五聚蛋白[3]。经典的短正五聚蛋白包括CRP和血清淀粉样蛋白 P(Serum amyloid A，SAP)，其中CRP为人类的急性期蛋白，SAP为小鼠的急性期蛋白。CRP 和 SAP是在肝脏中产生的非特异性炎症因子，最显著的刺激因子为白介素-6(interleukin-6，IL-6)。长正五聚蛋白家族除了PTX3，还包括豚鼠精子中的顶体蛋白、神经元正五聚蛋白 1(neuronal pentraxin 1，NPTX1)、神经元正五聚蛋白 2(neuronal pentraxin 2，NPTX2)、神经元正五聚蛋白受体(neuronal pentraxin receptor，NPR)即神经元的跨膜蛋白[4]以及正五聚蛋白4(pentraxin 4，PTX4)[5]。

1.2 PTX3的结构及产生 人PTX3基因定位于第3条染色体q25带上，由3个外显子组成，分别编码先导肽、氨基末端及羧基末端[6]。该家族为进化偏保守的蛋白家族，其特征为环状多聚体结构及羧基末端200个氨基酸组成的结构域。长正五聚蛋白可由单核细胞、中性粒细胞、内皮细胞、树突状细胞、成纤维细胞等产生，且不同的信号通路均可影响PTX3的产生，取决于细胞类型及刺激因子[3]。PTX3作为人类急性期蛋白，正常情况下水平较低(约2 ng/ml)，在接受炎症刺激后会迅速增加(峰值在6～8 h)，可多至数百纳克[7]。PTX3还可以储存在中性粒细胞的特定颗粒中，识别一部分微生物和炎症信号时被释放入血[8]。

2 PTX3的相关作用

2.1 PTX3可维持卒中后血脑屏障的完整性 血脑屏障(Blood-brain barrier，BBB)是一个独特的动态调节边界，限制并调节血液和中枢神经系统之间的物质交换，是维护大脑内部环境平衡的重要条件[9]。BBB的一级结构中含有脑内皮细胞、星形胶质细胞、周细胞、神经元、支持结构(小胶质细胞、少突胶质细胞)和细胞外基质[10]，其中，相邻内皮细胞之间由紧密连接蛋白claudins和occluddin以及其他辅助细胞溶质蛋白如胞质紧密粘连蛋白1、2，极性蛋白AF6等与细胞骨架相连，在维持血脑屏障中起重要作用[9]。缺血条件下，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor VEGF)表达同样增加，VEGF能对claudin 5蛋白和其mRNA进行下调，增加脑内皮细胞的通透性[11]，卒中患者血管炎性水肿、出血性转化和死亡率也同样增加[9]。

在Shindo等的研究中，发现梗死周围区域BBB的渗漏主要发生在PTX3含量低的区域，而PTX3含量高的区域则相反，这种负相关(R=0.7123，P<0.05)提示星形胶质细胞来源的PTX3可能在急性脑卒中时调节BBB通透性中起关键作用，其机制可能与PTX3能够增加ZO-1和claudin 5水平相关。在体外试验时证实，PTX3通过与VEGF强结合，抵消VEGF对BBB的负性影响，从而保护血脑屏障[11]。

2.2 PTX3对血管、神经的影响 卒中后，血管生成依赖于血管生成因子和抑制剂相互协调[12]。新血管的形成是增加受影响组织供氧的潜在机制，VEGF是最有效的血管生成因子[9]。血管生成因子诱导内皮细胞增殖迁移，在缺血边界区进行血管生成[13]。缺血边缘区的血管生成可能通过恢复存活神经元的细胞代谢而有助于危险组织的恢复，并为新产生的神经元提供必要的营养支持。缺血半暗带神经元的存活和功能保存是临床治疗的最终目标。目前基本认为PTX3在缺血性脑损伤血管生成方面起促进作用。在小鼠大脑中动脉栓塞模型中，PTX3基因缺乏的小鼠缺血14 d和28 d后脑血流量的恢复明显低于野生型小鼠，且血管直径、血管增殖、血管密度和反应性星形胶质细胞明显减少，因此可认为PTX3能够促进脑缺血后脑血流量、血管生成的修复[14]。Rodriguez-Grande等的研究中也同样证实了PTX3的血管生成作用[15]。

神经发生是从神经干/祖细胞(neural sten cells，NSCs)中产生新功能神经元的过程，包括内源性NSCs的增殖、迁移和向成熟功能神经元的分化[13]。目前认为血管生成与神经发生是相耦合的，且这种耦合介质为VEGF。生长因子如成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2，FGF-2)、VEGF等诱导内源性神经干细胞增殖、侧脑室脑室下区(sub-ventricular zone，SVZ)神经母细通过吻侧迁移流向嗅球迁移、而SVZ血管内皮细胞缺乏紧密连接，中风会增加脑干龛中BBB的通透性，VEGF表达升高，VEGFR-2通过Delta样配体(deltalike 4，DLL4)激活下游Notch信号，进而诱导干细胞的显著增殖及神经发生[16]。PTX3基因敲除的小鼠缺血损伤后海马体齿状回的神经发生明显减少，表现在巢蛋白阳性的神经干细胞明显减少，BrdU-NeuN双标记阳性的成熟神经元同样缺乏。而在体外试验，将重组PTX3加入含有白介素1β(interleukin 1β，IL-1β)的神经球，可具有神经源性[15]。因此可以认为PTX3有望成为脑缺血后血管修复和神经发生的关键靶点。尽管目前研究认为PTX3对卒中后神经发生起重要作用，但大多都是从侧面证实的，PTX3参与神经发生的机制还暂未得到明确阐述。

2.3 PTX3可促进卒中后胶质瘢痕形成及水肿消退 缺氧引起脑组织损伤后，纤维性星形胶质细胞增生，形成胶质瘢痕，胶质纤维酸性蛋白染色呈强阳性。胶质瘢痕是限制损伤扩散的基础。研究表明，PTX3缺乏会减少脑损伤后胶质瘢痕的形成。PTX3基因敲除小鼠中，胶质纤维酸性蛋白阳性细胞明显较少，瘢痕形成也显著减少，梗死周边只有52%的区域被瘢痕覆盖，而野生型小鼠的覆盖率则能达到87%。而两组小鼠同侧半球星形胶质细胞的数量和增殖能力并无明显差别，分析两组之间瘢痕形成的差异，考虑PTX3促进瘢痕形成的机制可能在于：(1)PTX3基因缺乏的小鼠瘢痕间隙中层黏连蛋白a-4明显减少，损害了脑损伤后的胶质反应和细胞外基质沉积；(2)PTX3基因缺乏的小鼠梗死周围瘢痕和纹状体梗死中心的小胶质细胞增殖明显减少，这对胶质瘢痕的形成也很重要。PTX3的缺乏严重损害了缺血性损伤后恢复期血脑屏障的完整性和脑水肿的消退，可认为PTX3在脑内介导胶质瘢痕的形成和脑水肿的消退方面有独特的作用[17]。

2.4 PTX3与动脉粥样硬化及缺血性脑卒中之间的关系 机体中促炎介质的表达在动脉粥样硬化的发生发展中起到重要的作用。研究表明，对206例缺血性脑卒中患者进行头部CTA检查，其中颈动脉狭窄组患者血浆PTX3水平明显高于无颈动脉狭窄组(P值=0.000)。在颈动脉狭窄组中，狭窄≥50%组PTX3显著高于<50%组(P值=0.001)，PTX3水平升高是颈动脉狭窄发生的独立危险因素，且PTX3水平与颈动脉狭窄程度相关[18]。易立等认为其促进颈动脉狭窄的机制可能与动脉粥样硬化脂质代谢有关[19]。

目前认为PTX3可能从以下几个方面参与动脉粥样硬化发生发展：(1)颈总动脉分叉血管的存在，导致复杂的血管内流动结构，包括流动分离和再循环，从而导致低剪切应力[20]。PTX3处理的单核细胞来源的树突状细胞(monocyte-derived dendritic cells，moDCs)在低切条件下组织因子活性显著增加，表明PTX3在一定程度上参与了炎症条件下moDCs 组织因子表达的增加，且血栓弹性分析显示，即使没有moDCs的补充，PTX3也能引起全血的高凝状态。组织因子是外源性凝血途径的开始，因此可以认为PTX3从此方面广泛参与动脉粥样硬化的发展和斑块形成[21]；(2)PTX3可能通过影响巨噬细胞脂质的积累参与动脉粥样硬化进展。增强子结合蛋白(enhancer-binding protein delta，CEBPD)在人动脉粥样硬化斑块的巨噬细胞中表达，能够上调PTX3，通过对低密度脂蛋白巨胞饮促进M1巨噬细胞的脂质沉积，还可以通过过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator activatedreceptor，PPARγ)下调三磷酸腺苷结合盒转运体A1(ABCA1)的表达，降低M1巨噬细胞内胆固醇的流出，从而参与动脉粥样硬化的发生[22]；(3)PTX3可能与颈动脉内膜中层厚度及斑块稳定性相关[22]。研究表明[23]，颈动脉内膜中层厚度与血清 PTX3 呈显著正相关(P<0.05)，且颈动脉斑块易损组的血浆PTX3水平均高于斑块稳定组，是急性脑梗死患者颈动脉粥样斑块稳定性的独立危险因素[24]，曹端华[23]、王金成等[25]的试验中也证实了这一点。而Tazaki等则应用光层相干断层扫描技术(OCT)直接评估冠状动脉斑块易损性，与纤维斑块或厚帽纤维粥样瘤等表型更稳定的患者相比，在薄帽纤维粥样瘤患者中检测到高水平的PTX3[26]；(4)缺血性脑卒中发生后，PTX3的水平升高，大剂量PTX3可能在人体具有促凝血活性，从而加重缺血性脑卒中的发生发展[21]。

但Baragetti等的前瞻性研究试验则认为血浆PTX3水平不能作为评估动脉粥样硬化发生发展的因子[27]。尽管目前PTX3能否作为评估动脉粥样硬化发生发展的因子仍有争议，但国际上多数研究更倾向于承认PTX3在动脉粥样硬化斑块形成及发展中的作用。

缺血性脑卒中发生后，PTX3处于高表达状态，进行体外细胞培养试验，基本认定大鼠急性缺血性卒中后PTX3的来源为反应性星形胶质细胞[11]。研究表明[1]，老年急性脑梗死患者PTX3的高水平与神经缺损程度(依据NIHSS评分获得)严重、预后(出院90 d后依据改良Rankin量表评分获得)不良相关，且PTX3对预后的预测价值优于CRP。在Ryu等的研究中，纳入了376名缺血性脑卒中患者，依据三分位数将血浆PTX3水平分为3组进行随访观察，平均随访时间为1574 d，PTX3水平最高的分组患者的死亡率比PTX3水平最低的分组患者死亡率高2.6倍，证实了高水平的PTX3与缺血性脑卒中后患者死亡率的增加独立相关[2]。

尽管针对PTX3关于缺血性脑卒中的研究日益增加，但我们对PTX3在缺血性脑卒中的发生的作用及其机制仍然知之甚少。例如，PTX3是从哪几个方面来对缺血后脑组织进行保护与伤害等，在急性期和非急性期的作用是否不同，不同点在哪里等。目前关于PTX3对缺血脑组织前后的作用及作用机制大多是通过侧面加以验证的，具有的机制还未经直接明确阐述，因此尚需进一步的研究与探索，完善对PTX3作用的了解。此外，现有的国内外各项研究中针对PTX3对急性脑梗死的发生发展研究样本量均较少，有可能造成数据的偏倚，后续仍需扩大样本量进行进一步的完善和验证。