半乳糖凝集素-3对脑卒中后认知功能障碍的预测作用研究进展

马甜甜 综述，王振宇，王学新审校

(1.山东省滨州医学院康复医学院，山东 烟台 264003；2山东省烟台毓璜顶医院康复科，山东 烟台 264001)

认知是高级脑功能范畴，包括定向、记忆、延迟记忆、视觉空间功能障碍、执行功能、注意力、计算等。认知功能障碍是指上述认知功能中的一项或多项受损，当上述认知域有2项或2项以上受累，并影响个体的日常或社会能力时，可考虑痴呆[1]。发布于2020年的《中国卒中报告》显示，我国约1/3的脑卒中患者会经历脑卒中后认知功能障碍(PSCI)，其生活质量及生存时间受到严重影响，PSCI是目前脑卒中疾病负担的重要原因之一[2]。在《卒中后认知障碍管理专家共识(2021)》中给出了PSCI的最新定义[3]：PSCI是指在脑卒中事件后出现并持续到6个月时仍存在的以认知损害为特征的临床综合征。由于脑卒中后谵妄和一过性认知损伤等可早期恢复，PSCI诊断常常要在脑卒中后3～6个月进行认知评估来最终确定。PSCI按照认知受损严重程度可分为脑卒中后认知功能障碍非痴呆(PSCIND)和脑卒中后痴呆(PSD)，二者均有至少一个认知域受损，区别在于PSD患者生活、工作能力严重受损，而PSCIND患者生活和工作能力完全正常或轻度受损。

目前研究发现，脑内的内皮功能障碍、血脑屏障损伤、淀粉样物质沉积、遗传因素、缺血低灌注等是导致脑卒中发生的重要机制。其中，脑卒中发病的主要病理生理机理是动脉粥样硬化[4]。半乳糖凝集素-3(Gal-3)是一种炎症因子，可通过激活炎性反应、纤维化及氧化应激等病理生理过程来加重动脉粥样硬化[5-6]。近期研究发现，Gal-3与PSCI有关，并可对其发展做出预测[6-7]。本文综述了Gal-3在PSCI中的病理生理机制及其对PSCI的预测作用，希望为PSCI的预防和治疗提供新思路。

1 Gal-3的结构及生化活性

半乳糖凝集素分为原始类型、嵌合型和串联重复类型[7]。在半乳糖凝集素成员中，Gal-3是唯一的嵌合型半乳糖凝集素。Gal-3又称糖类结合蛋白-35，是一种高度保守的β-半乳糖苷结合凝集素，可与乳糖苷糖特异性结合。Gal-3在细胞质中的游离核糖体上合成且分布广泛，可在细胞核、细胞质、细胞外空间中找到[8]。Gal-3包含C端碳水化合物识别域(CRD)、胶原样序列和N端肽。N端肽是由110～130个氨基酸组成，其结构多变且富含重复的脯氨酸-甘氨酸-丙氨酸-酪氨酸序列，后跟一个独特的短端[9]。CRD是一种球状结构，由130个氨基酸残基组成，能特异性地识别并结合β-半乳糖残基，使Gal-3能结合细胞内外的各种配体，从而起到生物作用。Gal-3主要从其细胞内转移到细胞外，与信号肽和内质网高尔基复合体无关。Gal-3根据其分布执行不同的功能。细胞内Gal-3主要与具有调控晚期糖基化终产物受体功能、肿瘤转移、细胞黏附和炎症能力的前信使RNA剪接、细胞增殖、分化和凋亡有关。当Gal-3水平较高或有配体存在时，特殊情况下的Gal-3可形成二聚体或五聚体[4,7]。

2 Gal-3在PSCI中的病理生理机制

2.1Gal-3参与粥样硬化 动脉粥样硬化是一个复杂的多因素病理过程。颈动脉粥样硬化可引起颈动脉内膜中层厚度增加、斑块形成甚至颈动脉狭窄、闭塞，严重影响脑区血液供应。达拉斯一项以人群为基础的多民族心脏研究发现，亚临床动脉粥样硬化与患者认知功能有关[10]。提示脉粥样硬化可导致认知功能障碍的发生。有研究发现，Gal-3与动脉粥样硬化过程密切相关[6,11]。在载脂蛋白E缺乏小鼠模型中，与具有活性Gal-3表达的小鼠相比，在小鼠敲除Gal-3基因后，其病变的动脉粥样硬化程度明显下降，血管周围炎症浸润减轻[12]。提示Gal-3会促进动脉粥样硬化的进程。

此外，Gal-3可通过多种途径引起动脉粥样硬化，其中包含了介导单核细胞向巨噬细胞分化及随后转化为泡沫状巨噬细胞[13-14]。这些泡沫细胞被视为是动脉粥样硬化病变的病理标志[15]。当泡沫细胞释放时，Gal-3可作为化学引诱剂，使更多的炎性细胞向动脉粥样硬化斑块募集[16]。而且，Gal-3与血管平滑肌细胞转化为巨噬细胞及氧化低密度脂蛋白和先进的糖基化终产物的细胞摄取有关，从而导致产生更多的泡沫细胞[14]。Gal-3还可以通过激活β1-RhoA-Jun氨基酸末端激酶信号通路，最终加重内皮损伤[17]。因此，Gal-3通过参与内皮细胞损伤、泡沫细胞的形成及诱导泡沫细胞的转化，促进动脉粥样硬化的动脉内膜中层厚度增加、斑块形成甚至颈动脉狭窄、闭塞，使脑组织处于低灌注状态或使斑块及微栓子脱落，导致脑卒中发生，进而诱发PSCI。

2.2Gal-3参与炎性反应 小胶质细胞是大脑中固有免疫细胞，其活性受促炎和抗炎细胞因子受体的调节。小胶质细胞模式识别受体(PRR)可检测病原体相关分子模式或组织损伤相关分子模式。其中，小胶质细胞PRR包括Toll样受体(TLR)、NOD样受体(NLRs)和C型凝集素受体，其过度激活和失调可产生严重的神经毒性损害[18]。此外，Gal-3是急性和慢性炎症过程的中央调节器，在固有免疫系统的细胞中广泛表达[19-20]，在急慢性炎症中具有促炎作用[21]。Gal-3是介导多种免疫细胞免疫功能的关键因子，其可下调白细胞介素(IL)-6、IL-1β和IL-23 p19的表达，上调TLR/NLRs刺激的人单核细胞源性树突状细胞的IL-10和IL-12 p35的表达，进而抑制Th17和Th2细胞的发育[22]。Gal-3作为人类树突状细胞的细胞因子中枢，能对先天免疫信号作出反应。在一项将脂多糖注射小鼠体内的研究发现，诱导急性炎症后释放的Gal-3可充当TLR4配体。Gal-3通过在小胶质细胞上与TLR4结合，激活小胶质细胞成为炎性变体，从而使炎症蔓延，加重细胞损伤[23]。因此，Gal-3可通过作为小胶质细胞的TLR4与NLRs配体，募集一系列炎性因子，进一步激活小胶质细胞使其失调，加重神经细胞损伤，从而导致PSCI的发生、发展。

2.3Gal-3参与氧化应激 小胶质细胞可表达产生超氧化物和活性氧的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶，以及将L-精氨酸转化为一氧化氮的诱导型一氧化氮合酶。一氧化氮能够增加谷氨酸的毒性，且增强N-甲基-D-天冬氨酸受体介导的神经毒性。用NADPH氧化酶依赖性诱导剂处理单核细胞可增加Gal-3在mRNA和蛋白中的表达水平[20]。Gal-3能刺激中性粒细胞分泌氧化物，激活NADPH Ⅱ，使细胞表面糖蛋白表达增加，并使血管病变进一步加重，从而增强因缺血或再灌注而引起的氧化应激[24]。Gal-3通过在培养的肥大细胞中使其释放O2-来诱导氧化应激，而抗超氧化物歧化酶可阻断这种效应[25]。有研究显示，外周动脉疾病患者血浆Gal-3水平升高，并与氧化应激的血清学标志物F2异前列腺素相关[19]。因此，小胶质细胞产生的NADPH氧化酶和诱导型一氧化氮合酶可诱导产生Gal-3的表达，而Gal-3通过参与因缺血或再灌注引起的氧化应激，进而加重脑细胞的损伤，导致PSCI的发生。

3 Gal-3对PSCI的预测价值

Gal-3是一种来自小胶质细胞的炎症介质，参与各种神经系统疾病的病理生理过程。目前有不少文献表明，Gal-3参与认知功能障碍的发生、发展，如帕金森综合征[26]、阿尔茨海默症[27]及精神分裂症[28-29]。美国VENKATRAMAN等[30]进行的一项大型队列研究纳入了455例突发认知功能障碍患者和546例非认知功能障碍患者，结果显示，血清Gal-3与偶发性认知功能障碍发生概率的增加有关，但该结果仅在非糖尿病患者中出现。因此，在非糖尿病患者中，Gal-3可增加PSCI的发生风险，但在糖尿病患者中，Gal-3是否能增加PSCI的发生风险，还有待进一步研究。王丽香等[31]做了一项急性脑梗死(AIS)患者静脉溶栓前后血清Gal-3水平变化的研究，治疗后随访6个月，按蒙特利尔认知评估量表(MoCA)将患者分为认知功能障碍组和非认知功能障碍组，结果显示，认知功能障碍组患者血清Gal-3水平明显高于非认知功能障碍组，且血清Gal-3水平与MoCA评分呈负相关，提示血清Gal-3过度表达可能参与了AIS认知功能障碍的发生，Gal-3可能对AIS患者溶栓后的认知功能障碍有一定预测价值。此外，WANG等[32]对416例AIS患者进行了连续性和前瞻性研究，入院后收集AIS患者基线数据，并对其血清Gal-3水平进行测定，并在脑卒中2个月后，采用MoCA评分评估AIS患者认知功能。该研究结果显示，血清Gal-3水平升高与PSCI风险升高有关，并且血清Gal-3诊断PSCI的阈值为6.3 ng/mL。提示当血清Gal-3≥6.3 ng/mL时，对脑卒中患者发生认知功能障碍具有一定的预测性。已有临床研究表明，Gal-3与PSCI的发生具有相关性，当Gal-3高于一定水平时，意味着患者发生PSCI的风险增加，且数值越高，患者预后越差。这为Gal-3预测PSCI的发生、发展提供了更多现实证据。

4 小 结

在正常生理状态下，Gal-3以无活性的酶原形式存在于细胞质中，且表达水平较低，但发生脑卒中时，神经细胞受损会使Gal-3激活且水平升高，进而可诱导神经细胞凋亡，使神经功能缺损程度增大[33]。此外，Gal-3过度表达可促进炎性因子的大量合成，启动瀑布式级联反应，从而加重脑组织的损伤[34]。Gal-3还可促进巨噬细胞的分化，形成泡沫细胞，促使动脉粥样硬化，使斑块的不稳定性增加，使狭窄的脑动脉管腔变得更加狭窄或彻底闭塞，并且进一步加剧了脑组织的缺血和缺氧，使神经细胞更多地发生变性和坏死。这样反过来又会促进Gal-3水平升高，从而形成恶性循环[35]，导致PSCI的发生、发展。Gal-3作为促炎因子，可预测脑卒中患者的预后及PSCI的发生、发展，为脑卒中后的康复提供新的评估手段。