急性一氧化碳中毒迟发性脑病发病机制中相关通路的研究进展

刘小慧，王宝军

（内蒙古科技大学包头医学院，内蒙古 包头 014010）

急性一氧化碳中毒迟发性脑病（delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning,DEACMP）是一氧化碳（CO）中毒后严重的并发症之一，CO 中毒后经治疗，部分患者意识有所恢复，但约1/3 急性CO 中毒存活患者经过2～60 d 不等的“假愈期”后逐渐发展为DEACMP，后表现出以认知、记忆功能障碍等为主的神经精神症状[1]。该疾病具体发病机制多样且复杂，当前临床尚无有效治疗方式。目前认为其发生机制大致分为缺血缺氧、免疫炎症损伤、再灌注及自由基损伤几种类型[2]。近些年也有研究不断证实多条信号通路的激活及炎症因子释放参与DEACMP 的发病过程，常见的信号通路包括核转录因子-κB-基质金属蛋白酶-9（NF-κB-MMP-9）信号通路、核因子-κB/神经型一氧化氮合酶（NF-κB/nNOS）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶-c-Jun 氨基末端激酶（MAPKs-JNK）通路、受体酪氨酸激酶家族TAM-Toll-1ike 受体（TAM-TLRs）信号通路[3]。本文对参与DEACMP 发病机制中一些信号通路进行以下综述。

1 NF-κB-MMP-9 信号通路

NF-κB 是指P50/P65 组成的异源二聚体，此类异源二聚体可与κB 家族中起抑制作用的κB 抑制蛋白（IκB）结合并转换为三聚体，转换后的三聚体会以无活性的复合物形式存在于胞浆中。当细胞遭受炎症刺激时，胞浆中细胞核转录因子κB 抑制蛋白（NF-κB-IκB）三聚体解离成二聚体形式，从而暴露P50、P65 两个基因结合位点并表现为激活状态，活化后的NF-κB 可从胞浆进入胞核内，与相应靶位基因结合，参与下游一系列转录调控，如多种炎症基因的表达，而这些随之产生的炎性因子，又会以正反馈的形式上调NF-κB，并加重机体炎症损伤[4]。基质金属蛋白酶系（MMPs）是锌钙依赖性蛋白酶的一个家族，主要以蛋白酶分解激活的非活性原酶的形式分泌神经元表达的，在突触中产生，以非活性的酶原形式释放于细胞外，其最具特征性表达为MMP-9，它是由成年脑神经元和胶质细胞表达的，在生理和病理条件下随着神经元活性的增强而释放[5]。有研究表明，MMPs家族中MMP-9 为NF-κB 二聚体下游重要的炎症因子，其基因中启动含有一段与NF-κB/P65 位点结合的基因序列，其与位点结合后，MMP-9 转化为激活状态，可通过降解细胞外基质引起突触重塑，通过改变突触可塑性影响学习记忆力，过度表达时即可引起一系列神经系统疾病，如卒中、癫痫等[6]。在一项DEACMP动物研究中也证实，使用NF-κB 特异性抑制剂吡咯烷二硫代氨基甲酸盐（PDTC）阻断此信号通路时，海马区域内NF-κB、MMP-9 显著减少，神经凋亡减少、突触重塑现象减轻，同对照组比，动物水迷宫实验平均潜伏期缩短、穿越平台次数增加，学习记忆能力较之前有较大改善[7]。当然，此保护作用仅在持续应用此阻滞剂时间有明显效果，并不能够阻止迟发性脑病的发生，由此可见NF-κB-MMP-9 信号通路，仅是DEACMP 认知功能障碍中发挥重要作用的通路之一。

2 NF-κB/nNOS 信号通路

NF-κB 是一个复杂的信号传导系统，静息状态与其抑制蛋白结合，停留于胞浆中，受到刺激时被磷酸化随之进入胞核，调控并产生多种不同的转录复合物如细胞因子、黏附因子、一氧化氮合酶等。而这些复合物的形成和稳定性又受到多种蛋白修饰调节，包括磷酸化、泛素化、谷胱甘肽化及活性氧和氮物种的修饰，被修饰后的物质进一步参与神经系统中的炎症损伤过程[8]。而一氧化氮（NO）在神经系统中，作为神经传递、突触可塑性和大脑发育的调节因子，在神经毒性和神经变性的神经细胞死亡事件中起着非常重要的作用，它是由L-精氨酸通过3 种一氧化氮合酶亚型合成的：神经型一氧化氮合酶（nNOS 或1 型）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS或2 型)和内皮型一氧化氮合酶（eNOS 或3 型），其中nNOS 在神经系统中的作用较为突出[9]。NO 本身具有神经毒性及神经保护的双重作用，这种双重作用也取决于炎症损伤的程度及NO 的来源，生理情况下来源于eNO 所产生的NO 通过一系列的反馈调节，对神经系统有着积极作用；但当损伤加重时来源于nNOS的NO 积聚却可出现细胞死亡、潜在的神经毒性和神经变性的病理事件。有研究证实，NO 对NF-κB 介导的促炎细胞因子在巨噬细胞的转录中起着关键作用，两者之间存在较为密切的联系并成为影响发病机制的相关传导通路[10]。这条信号通路虽在多种细胞中有所表达，但在海马组织中表达甚多，尤以小胶质细胞表达更为明显。在一项CO 中毒脑损伤动物模型研究中显示，当遭受氧化应激、炎症因子等刺激时，胞内的NF-κB 蛋白活化，细胞中NF-κB/nNOS 信号通路激活，诱导nNOS 表达增多，产生大量NO 并进一步积聚，从而诱导神经细胞凋亡的发生，之后的动物行为学研究，也均显示动物存在较为明显的认知功能障碍[11]。可见NF-κB/nNOS 信号通路参与DEACMP 疾病的发生发展过程。

3 MAPKs-JNK 通路

丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是一种丝氨酸苏氨酸激酶，在中枢神经系统中广泛存在，受多种因素调控，介导与细胞增殖、分化、存活、死亡、转化等多种细胞活动相关的细胞内信号传导[12]。哺乳动物MAPK 家族由细胞外信号调节激酶（ERK）、p38 和JNKs 组成。有研究表明其中JNK 是一种应激激活激酶，是细胞内信号通路中最重要的MAPK 之一，由JNK1/2/3 组成，JNK1/2在机体中存在广泛表达，而JNK3 于神经系统表达更为明显，是介导真核细胞对外部细胞微环境中多种不同类型刺激的细胞内反应的重要分子，且是维持机体健康及疾病状态的重要靶点之一；同时这些信号分子又可通过一连串磷酸化事件将细胞外信号从细胞膜传递到细胞核中，当细胞遭受炎症、渗透压改变、辐射、缺血缺氧刺激时，JNK 可由其上游双特异性激酶MKK4/MKK7 经双磷酸化激活[13-14]。活化后的磷酸化应激活化蛋白激酶（p-JNK）蛋白可从胞质移入胞核内，激活与细胞凋亡有关的靶向因子如转录因子激活蛋白-1（AP-1）、p53、c-Myc 及其他相关凋亡因子，并诱发其表达增强，发挥其生物学作用。在一项DEACMP 动物研究中显示，中毒后动物海马组织CA1 区中1/3 段磷酸化JNK（p-JNK）明显增强，且凋亡细胞也增多，后期动物行为学研究提示动物有明显的学习、认知功能障碍；当使用特异性抑制剂SP60012 抑制通路中JNK 磷酸化后，发现海马区p-JNK 表达明显减弱，对应神经元凋亡相应也减少；Morri 水迷宫实验也显示动物平均潜伏期缩短、穿越平台次数增加，提示其学习记忆功能有所改善[15]。而此实验仅表明MAPKs-JNK 通路为DEACMP 发病机制中较为重要的一条通路，其他信号通路也可能参与DEACMP 的发生，此疾病的病理生理过程仍需不断探讨研究。

4 TAM-TLRs 信号通路

TLRs 是一类较为重要的模式识别受体，这类受体在天然免疫中发挥重要作用，同时也参与宿主的免疫识别和免疫反应调控。不仅表达于多种免疫细胞，如小胶质细胞、树突状细胞中，且表达于多种组织黏膜上皮细胞，如肺、肾、小肠和生殖管道。当机体组织遭受损伤时，TLRs 被激活并产生多种宿主防御因子，从而引起局部炎症。小胶质细胞作为中枢神经系统中重要的免疫细胞，被证实TLR 受体中Toll 样受体2/4（TLR2/4）参与了其调控，此受体是小胶质细胞对外来刺激产生信号传导的一类很关键的受体蛋白[16]。而TAM-RTKs 也是调控小胶质细胞的受体之一，亚家族在多种组织中，如免疫、神经、生殖系统中广泛表达，主要由Tyro3、mer、Axl 构成，它们拥有相同配体：生长停滞特异性基因产物6（Gas6）和ProteinS；这类受体具有重要生理学效应，包括调节细胞因子、受体或TLR 介导的信号传导通路中重要的靶基因[17-18]。有研究显示，当机体受到外来病原体入侵时，树突状细胞表面的TLR 受体被激活，诱发炎症反应，此时异源二聚体受体-信号传导转录激活因子（IFNAR-STAT1）通路被生产的α-干扰素（IFN-α）等炎症因子激活，促使TAM 受体表达上调并激活Gas6/ProS-TAM 信号系统，后者诱导产生TLR 通路的抑制物，最终对炎症反应过程起到负调控作用[19-20]。可见TAM-TLRs 信号通路通过免疫细胞介导的一系列免疫炎症反应参与神经损伤过程。DEACMP 发病机制中免疫炎症损伤占重要比重，这促使我们猜想，TAM、TLR信号通路可能参与DEACMP 的发病机制，目前关于此类型的研究证据尚不足，所以仍需对TAM、TLRs 通路进行更深层次的研究，或许可为DEACMP 发病机制的研究提供更多的证据及思路。

5 小结与展望

DEACMP 发病过程十分复杂，发病过程中涉及较多信号分子及信号通路的参与，而这些信号通路相互交错，共同参与DEACMP 的发生。NF-κB-MMP-9 信号通路通过促进海马区域内NF-κB、MMP-9 表达，诱导神经细胞凋亡及突触重塑现象，进而参与疾病的发病过程；正常生理情况下，神经系统遭受损伤刺激时eNOS 合成的微量NO 虽可发挥保护作用，但当损伤加重时，伴随NF-κB/nNOS 信号通路的激活，大量NO 的堆集，即可诱导神经细胞凋亡的发生，造成脑细胞的损伤及一系列神经精神症状；而MAPKs-JNK 通路通过一系列磷酸活化后，激活与细胞凋亡有关的基因，诱发其表达增强并加重神经细胞的凋亡，参与疾病的病理生理过程。当疾病发生时，使用其通路的特异性抑制剂后发现神经细胞凋亡程度、相关动物行为学较之前均有较大改善。今后有望通过免疫炎症将疾病的发生与TAM、TLRs 通路联系起来，这也可能为DEACMP 发病机制的研究提供更多的证据及思路。随着对这些信号通路的不断深入研究及阐明，将为DEACMP 的发生机制提供新的认知，进而研发出有效控制DEACMP 的途径及方法。