脊髓损伤的药物治疗及相关自噬机制研究进展▲

金 哲 杨建文 罗春山,

(1 贵州医科大学研究生院，贵阳市 550000，电子邮箱:jinzhe671@163.com；2 贵州省骨科医院脊柱外科，贵阳市 550002)

【提要】 自噬是真核细胞在各种因素的作用下,将细胞内的物质进行降解并代谢的过程。自噬参与细胞内多种重要功能的调节，其作用机制复杂，涉及多种信号通路和免疫反应的调节。细胞自噬在脊髓损伤中扮演重要角色，是减轻创伤性脊髓损伤发病机制的潜在治疗靶点，在脊髓损伤的药物治疗及相关自噬机制已逐渐成为研究热点。然而，自噬在创伤性脊髓损伤中的作用仍然存在争议。近几年有学者发现药物治疗脊髓损伤的疗效显著，多种药物可以通过调节细胞自噬水平来促进神经元及神经纤维的修复，从而保护受损脊髓。本文对脊髓损伤的药物治疗及相关自噬机制的研究进展进行综述。

脊髓损伤是临床上脊柱外科常见的一种创伤性疾病[1]，多为突然暴力、慢性劳损等各种原因造成的脊髓连续性及完整性破坏的一种疾病，可导致机体感觉、运动及自主神经功能障碍。我国有超过100万脊髓损伤患者，并以每年新增1万～6万人的速度增长[2]。脊髓损伤的“三高一低”(高发病率、高致残率、高耗费及低龄化)特点， 给社会带来了巨大的负担。因此，脊髓损伤一直是医学领域研究的热点和难点。近年来，自噬信号通路成为各种疾病致病机制研究的热点。目前治疗脊髓损伤的药物可能通过增强、抑制或双向调节细胞自噬水平，抑制神经细胞凋亡、促进神经功能恢复来发挥治疗作用。自噬信号通路与脊髓损伤治疗药物的药理作用之间的关系受到了广泛关注，为脊髓损伤的治疗提供了新思路。因此，本文对近年关于脊髓损伤的药物治疗及相关自噬机制的研究进展进行综述，以期为今后深入研究药物治疗脊髓损伤的自噬机制提供参考。

1 增强自噬的药物

1.1 雷帕霉素 雷帕霉素可以正向调节自噬水平。研究表明[3]，在急性创伤性脊髓损伤小鼠模型中，雷帕霉素可以通过上调Beclin-1和微管相关蛋白1轻链3B(microtubule-associated protein 1 light chain 3B,MAP1LC3B)Ⅱ来促进自噬水平，减少脊髓损伤后的神经组织损伤和运动损伤。单次注射雷帕霉素可以抑制自噬标志物p62/SQSTM1和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)下游效应因子p70核糖体蛋白S6激酶(p70 ribosomal protein S6 kinase,p70S6K)的表达，减少损伤部位的巨噬细胞/中性粒细胞浸润，以及小胶质细胞的激活和炎症因子的分泌，抑制星形胶质细胞的增殖，增加磷酸化蛋白激酶(protein kinase B,Akt)水平，促进创伤性脊髓损伤后损伤部位神经元的存活和轴突的形成[4]。这提示，运用雷帕霉素来激活自噬水平，可以起到保护神经组织的作用。还有研究显示[5]，雷帕霉素可抑制损伤脊髓组织中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的表达，上调Beclin-1和磷酸化Akt的表达，降低B淋巴细胞瘤-2相关X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein，Bax)、细胞色素C和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-3的表达水平，减少脊髓损伤后24 h损伤脊髓组织中凋亡神经元的数量。

1.2 姜黄素 姜黄素是姜黄的活性成分，是一种多酚类化合物，具有广泛的药理活性。研究显示，姜黄素可通过抑制转化生长因子β-性别决定区Y框蛋白9信号通路来改善脊髓损伤[6]；Li等[7]对挫伤性脊髓损伤模型大鼠进行研究发现，姜黄素可通过抑制Akt/mTOR信号通路来增强自噬水平，并通过阻止神经元凋亡、改善脊髓完整性、促进髓鞘形成和抑制炎症反应来促进神经功能的恢复，从而治疗大鼠创伤性脊髓损伤。

1.3 白藜芦醇 白藜芦醇是一种天然酚类化合物，是几种植物(虎杖、决明、桑树、葡萄等)在受到细菌或真菌等病原体攻击时产生的一种植物抗毒素，具有抗炎、抗癌等药理作用。近年有研究显示，白藜芦醇对脊髓损伤有神经保护作用。例如，Fan等[8]的研究表明，白藜芦醇诱导的外泌体通过磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)信号通路来增强自噬水平和抑制神经元凋亡，能有效地促进脊髓损伤大鼠运动功能的恢复。Wang等[9]发现，白藜芦醇可以通过肝激酶B1/腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)/mTOR/p70S6K途径增强挫伤性脊髓损伤大鼠的神经元自噬通量，从而减少神经细胞凋亡，最终改善大鼠急性脊髓损伤后的神经功能。Zhao等[10]发现，白藜芦醇可通过激活沉默信息调节因子1(silence information regulator 1,SIRT1)/AMPK自噬信号通路来抑制神经元凋亡，减少运动神经元丢失，促进神经运动功能恢复。

1.4 他汀类药物 他汀类药物是一类调脂稳斑药，是治疗高胆固醇、动脉粥样硬化等疾病的一线治疗药物之一。最近有研究显示他汀类药物在神经系统疾病中具有神经保护作用。Gao等[11]的研究表明，采用阿托伐他汀治疗挫伤性脊髓损伤大鼠，可显著上调Beclin-1和MAP1LC3B基因及蛋白表达，表明阿托伐他汀可以激活自噬。此外，阿托伐他汀还可以抑制Caspase-9和Caspase-3的表达，降低脊髓损伤后脊髓前角中凋亡神经细胞的比例，并促进神经细胞存活[11]。Gao等[12]的研究表明，辛伐他汀可通过抑制mTOR信号通路来增强自噬水平，从而促进挫伤性脊髓损伤大鼠的神经功能恢复。这些研究均提示他汀类药物可通过激活或增强自噬和抑制神经细胞凋亡而在脊髓损伤后发挥神经保护作用。

1.5 二甲双胍 二甲双胍是一种有效的降血糖药，其用于治疗创伤性脊髓损伤大鼠可促进大鼠神经功能的恢复，减少神经细胞凋亡，增加自噬小体的形成和自噬生物标志物Beclin-1和MAP1LC3BⅡ的表达，减少自噬底物蛋白p62和泛素化蛋白的积聚，激活AMPK信号并抑制其下游的mTOR信号[13]。Wang等[14]发现，在挫伤性脊髓损伤大鼠模型中，二甲双胍可增强脊髓损伤后Beclin-1和MAP1LC3BⅡ的表达，降低mTOR蛋白和p70S6K蛋白的磷酸化水平；同时二甲双胍可显著降低核因子κB 的表达和Caspase-3的活性，显著上调Bcl-2的表达。说明二甲双胍可通过mTOR/p70S6K信号通路抑制神经细胞凋亡和炎症反应来增强自噬水平，从而减轻脊髓损伤。

1.6 黄芪甲苷 黄芪甲苷Ⅳ是中药黄芪的提取物。黄芪甲苷Ⅳ因可抑制中枢神经系统疾病的炎症反应和氧化应激反应而具有神经保护作用。Lin等[15]发现，在压迫性脊髓损伤大鼠模型中，黄芪甲苷Ⅳ在体外和体内均能抑制神经细胞和小胶质细胞的mTORC1信号传导；黄芪甲苷Ⅳ可通过调节神经细胞的自噬水平来减少神经细胞凋亡；也可通过促进小胶质细胞M2极化来减轻神经细胞炎症。所以，黄芪甲苷Ⅳ介导的mTORC1信号抑制可通过抑制神经元凋亡和神经炎症的双重调节，促进脊髓损伤大鼠运动功能的恢复。

1.7 雷公藤甲素 雷公藤是一种广泛用于治疗炎症性疾病和自身免疫性疾病的中药。雷公藤甲素是一种从雷公藤中分离出的主要活性成分，具有抗炎、保护神经和抗肿瘤等多种药理作用。研究表明，雷公藤甲素可增强自噬水平，对中枢神经系统疾病具有神经保护作用[16]。Zhu等[17]发现，在半切性脊髓损伤小鼠模型中，雷公藤甲素可通过促进自噬途径并同时抑制丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶1/2信号通路来减少神经元细胞凋亡，减轻脊髓损伤，从而改善小鼠的运动功能。

1.8 褪黑素 褪黑素是一种神经激素，在黑暗环境下由松果体及周围组织分泌产生，具有重要的生理和病理功能，可以调节人体的昼夜节律和季节节律，参与人体的免疫反应、体重维持和生殖过程，并能抑制肿瘤生长[18]。褪黑素可在脊髓损伤大鼠模型中诱导脊髓自噬并促进运动神经元功能的恢复[17-18]。Li等[19]的研究表明，褪黑素可以通过PI3K/Akt/mTOR信号传导途径来促进脊髓损伤模型大鼠脊髓神经元的存活并增加自噬，同时减少脊髓神经元的凋亡，从而促进运动功能的恢复。Gao等[20]对挫伤性脊髓损伤大鼠的研究发现，褪黑素在脊髓损伤后通过SIRT1/AMPK信号通路激活神经元的自噬来抑制神经细胞的凋亡，减少运动神经元的丢失，并促进运动功能的恢复。此外，一项荟萃分析结果显示，褪黑素可在脊髓损伤大鼠模型中诱导脊髓自噬，抑制神经细胞凋亡，并促进运动神经元功能的恢复[21]。

1.9 依泽替米贝 依泽替米贝是一种通过降低胆固醇水平来降血脂的药物。最近有研究表明依泽替米贝在神经系统疾病中具有神经保护作用。如Chen等[22]的研究表明，依泽替米贝能显著上调MAP1LC3BⅡ和Beclin-1的表达，下调p62的表达，并促进抗凋亡蛋白Bcl-2表达，抑制促凋亡蛋白Bax、Caspase-3和Caspase-9表达，使神经细胞凋亡明显减少，还可以显著地抑制磷酸化PI3K、磷酸化Akt和磷酸化mTOR的表达。说明依泽替米贝可通过调节PI3K/Akt/mTOR信号通路激活自噬和抑制神经细胞凋亡，从而减轻神经元损伤，改善脊髓损伤大鼠的神经功能，发挥对脊髓损伤的保护作用。

2 抑制自噬的药物

2.1 糖皮质激素 糖皮质激素已被证实是治疗急性脊髓损伤的有效药物。甲基强的松龙是糖皮质激素的一种，是目前临床上广泛用于治疗脊髓损伤的药物之一，其可通过抑制炎症因子及一氧化氮合成酶的产生、减轻神经组织水肿、抑制氧自由基脂质过氧化反应、维持血糖和电解质平衡、激活氨基酸活性及改善微循环等作用，从而减轻脊髓损伤的继发性损害[23]。Gao等[24]的研究显示，甲基强的松龙通过下调MAP1LC3B和Beclin-1蛋白表达，抑制自噬和神经细胞凋亡，从而发挥神经保护作用。Seo等[25]的研究结果提示，使用大剂量甲基强的松龙治疗脊髓损伤可以降低损伤脊髓神经元的自噬和凋亡水平，从而减轻脊髓损伤。Wang等[26]的研究结果显示，激素对脊髓神经元的保护作用可能是通过抑制脊髓神经细胞的自噬，从而减少受损脊髓神经元的凋亡来实现的，并且激素对神经细胞自噬的抑制作用呈现剂量依赖性，大剂量激素通过抑制神经元凋亡来保护受损的脊髓神经元，但低剂量激素保护受损脊髓神经元的作用不明显。还有研究发现，MAP1LC3B水平在大鼠脊髓挫伤后2 h显著升高，1周后下降；MAP1LC3B阳性细胞与神经元核共存而不与胶质纤维酸性蛋白共存，表明脊髓挫伤早期存在自噬细胞死亡，而甲基强的松龙在伤后2 h可降低MAP1LC3B的表达[27]，因此自噬细胞死亡可能在创伤性脊髓损伤后的神经元凋亡中起重要作用，而甲基强的松龙可通过抑制自噬来发挥神经保护作用。

2.2 人参皂苷 人参皂苷是从人参中提取的主要活性成分之一，对多种神经退行性疾病具有神经保护作用。既往研究发现，人参皂苷具有抗炎、抗凋亡、免疫调节和神经保护作用[28-31]。最近研究显示，人参皂苷对脊髓损伤的神经保护作用与自噬有关[32]。Wang等[32]发现，人参皂苷可以减少脊髓损伤大鼠模型中运动神经元的丢失，促进神经功能的恢复，抑制神经元的自噬，以及神经元的凋亡和自噬细胞的死亡。该学者还在体外脊髓损伤模型中发现，人参皂苷通过抑制过度的自噬而提高PC12细胞的活力，从而抑制神经元凋亡，而雷帕霉素刺激自噬则消除了人参皂苷的抗凋亡作用[32]。说明人参皂苷可以通过抑制过度自噬而对脊髓损伤后受损的神经起保护作用。

2.3 氯喹 氯喹是一种4-氨基喹啉药物，长期用于治疗或预防疟疾，同时其还是应用广泛的自噬抑制剂。氯喹可提高溶酶体的pH值，抑制溶酶体与自噬体的融合及其降解功能[33]。Wu等[34]发现，氯喹通过抑制自噬和与自噬相关的炎症及内质网应激，减少神经元凋亡，最终促进脊髓损伤后神经功能的恢复。

2.4 雌二醇 雌二醇作为自噬的拮抗剂，在中枢神经系统疾病的治疗中起到保护神经的作用。研究显示，在创伤性脊髓损伤大鼠模型中，雌二醇可以降低Beclin-1和MAP1LC3BⅡ的表达，减少运动神经元丢失，使大鼠的神经运动功能得到改善，说明雌二醇在创伤性脊髓损伤中的神经保护作用与其抑制过度自噬有关[35]。

3 双向调节自噬的药物

双过氧钒是抑癌基因第10号染色体缺失的磷酸酶与张力蛋白同源物(phosphates and tensin homologue detected on chromosome ten,PTEN)磷酸酶活性的特异性抑制剂，具有强大的神经保护特性。Tang等[36]发现，在半切性脊髓损伤大鼠模型中，双过氧钒通过激活细胞外调节蛋白激酶1/2信号传导来增强自噬、抑制神经细胞凋亡并减少神经元丢失，从而促进脊髓损伤后神经功能的恢复。Walker等[37]发现，在创伤性脊髓损伤的体内和体外模型中，双过氧钒化合物通过抑制PTEN表达和激活PI3K/Akt/mTOR信号介导通路，而对神经元具有保护作用。 Liu等[38]对半切性脊髓损伤大鼠的研究显示，采用双过氧钒抑制PTEN可以促进巨噬细胞的M2极化，从而促进脊髓损伤后神经功能的恢复。然而，Walker等[39]发现，在挫伤性颈脊髓损伤大鼠模型中，双过氧钒通过激活Akt/mTOR通路，可以抑制自噬而促进颈脊髓损伤后的神经功能恢复。说明双过氧钒可以通过增强或抑制自噬的双向调节，在创伤性脊髓损伤中起到神经保护作用，促进神经功能的恢复。

4 小 结

脊髓损伤的治疗是一个世界性难题，自噬及其相关信号通路可能是治疗脊髓损伤的突破口。关于脊髓损伤后神经再生相关的自噬信号通路与药理作用的研究发现，脊髓损伤与自噬密切相关，越来越多的药物被证实可以通过调节自噬来发挥对脊髓损伤的干预作用。有些药物主要通过蛋白激酶、mTOR、Akt/mTOR、PI3K/Akt/mTOR信号通路增强自噬来保护损伤的脊髓；有些药物则通过抑制自噬来保护损伤的脊髓，但目前还没有明确抑制自噬药物保护损伤脊髓的具体信号通路；还有一些药物可以通过不同的信号通路起到双向调节自噬的作用，从而保护损伤的脊髓，但相关研究仍较少。这为未来研究药物通过增强或抑制或双向调节自噬相关信号通路治疗脊髓损伤提供了新的方向。