- 脑微血管病变与药物靶标研究新进展
- 韩峰主编
- 18字
- 2025-03-14 21:17:34
第三章 脑微血管病变分子机制与药物靶标
第一节 硝化应激分子事件药物靶标与药物调控
脑血管病的发病率一直居高不下,对其发病机制的研究也因此一直是热点问题。深入解析脑血管病的发病机制来发现潜在的重要药物靶标,这仍然是目前创新药物研发的重要策略。脑微血管作为神经血管单元和构成血脑屏障的重要组成部分,是急慢性脑血管病的源头因素。然而,脑微血管损伤分子机制远未阐明,从发病机制和临床特点到治疗都存在挑战。但是现有研究结果已经发现炎症免疫反应和氧化/硝化应激等因素是造成脑微血管损伤和功能障碍的重要机制。通过对氧化/硝化应激与脑微血管损伤机制的进一步深入研究,将有助于发现新的候选药物靶点,为预防和治疗脑血管病提供新的思路。
一、硝化应激与脑微血管损伤
硝化应激(nitrosative stress)是指由一氧化氮(nitric oxide,NO)自由基与超氧阴离子(superoxide,)迅速反应,在短时间内生成大量过氧亚硝基阴离子(peroxynitrite,ONOO-),从而发生蛋白质酪氨酸硝化作用及细胞损伤级联反应。细胞内蛋白质中的酪氨酸残基硝基化生成3-硝基酪氨酸(3-nitrotyrosine,3-NT),如果3-NT的量超过了机体正常的清除能力,则对细胞产生毒性损伤作用,最终引起细胞凋亡。近年来,关于硝化应激与疾病病理过程的研究备受关注。研究表明,硝化应激在缺血性脑损伤的发生发展及转归病理过程中均具有重要作用,与缺血性脑损伤后神经血管单元的破坏有着密切关系。
(一)硝化应激概述
硝化应激源于病理条件下体内生成的过量NO与反应的活性产物,主要为ONOO-。硝化应激发生时,体内可在短时间内生成大量ONOO-,如果机体的抗硝化/氧化防卫系统不能将其全部清除,将会引起对细胞内蛋白质、线粒体、DNA等的损伤。近年来的诸多研究已经验证,体内3-NT的形成是硝化应激损伤形成的特异性标志物,可以用来反映ONOO-在细胞内生成、定位及细胞损伤的严重程度。
硝化应激与氧化应激(oxidative stress)之间存在着必然联系,共同作用于疾病发生发展及转归病理过程中。但是,近年来逐渐认识到硝化应激具有其独特的生物化学基础及特点,区别于普遍意义上的氧化应激。ONOO-具有异常活跃的生物学特性,既是强氧化剂,又是硝化剂,可以与蛋白质、脂质、核酸等生物大分子反应。蛋白质酪氨酸残基硝基化可引起多种蛋白质翻译后修饰及硝化损伤。在生理条件下,很多正常组织中存在蛋白质硝化反应,体内低水平的蛋白质硝化反应可能与信号途径的调节有关。但是,更多的研究证据显示,硝化应激参与介导了缺血性脑损伤、炎症、心血管疾病和神经退行性紊乱等多种疾病的病理损伤过程。除了可使含硫基团氧化、羟基化之外,硝化应激亦可经由蛋白质过度硝基化导致脂质过氧化、细胞膜损伤、功能酶失活及细胞凋亡级联反应等,在多种疾病发生发展中有重要作用。
(二)硝化应激引起细胞损伤的机制
作为一个描述性术语,硝化应激虽然在大的范畴上属于氧化应激研究领域,但就其生化基础与引起的病理损伤特点上与氧化应激又存在着诸多差异。愈来愈多的研究提示,硝化应激是疾病病理过程中相对独立的特殊生化现象。硝化应激引起细胞损伤的机制存在着以下特点:NOS活性异常与ONOO-生成关联,引起蛋白质酪氨酸残基硝基化修饰,参与介导线粒体依赖的凋亡级联反应,硝化应激导致DNA损伤和脂质过氧化/硝化。
1.NOS活性异常与ONOO-生成关联
在生理情况下,一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)以 L-精氨酸(L-arginine,L-Arg)为底物,以还原型辅酶Ⅱ(NADPH)作为电子供体,生成NO和L-瓜氨酸(L-citrulline)。NOS有3种异构体,分别为神经元型NOS(neuron NOS,nNOS)、内皮型 NOS(endothelium NOS,eNOS)和诱导型 NOS(inducible NOS,iNOS)。nNOS主要在中枢和周围神经系统的神经元中较活跃,其产生的NO对于调节突触传递及可塑性功能有重要作用。eNOS主要在血管内皮细胞中产生NO,经由可溶性鸟苷酸环化酶(soluble guanylate cyclase,sGC)-环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)信号途径舒张血管平滑肌及调节组织局部血流。iNOS则主要发现于单核巨噬细胞、内皮细胞和胶质细胞中,具有细胞免疫与防御功能。nNOS和eNOS存在于生理状态下,以依赖于钙离子/钙调蛋白的方式合成,需要NADPH为电子供体,以黄素单核苷核酸、黄素腺嘌呤二核苷酸、四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin,BH4)等作为辅助因子发挥其生理活性。
由NOS催化合成的NO最早被发现作为内皮舒张因子(endothelial relaxing factor,EDRF),参与NO-cGMP信号转导途径,发挥多种细胞间和细胞内的生理作用。但是,在多种疾病的病理过程中,体内NO的生成量超过正常生理浓度,与反应生成高活性细胞毒性物质ONOO-。

从时间-空间关系上讲,上述反应需要NO与在病变发生区域同时产生和同时促发,反应速率常数约为7.0×109L·mol-1·s-1,其过程是不可逆的,而且无须酶催化。ONOO-是一个强硝化剂和氧化剂,其氧化性高于H2O2 1 000倍以上,这同NO与
反应的活跃特性密切相关,因为其反应速率比超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)分解
的反应速率常数(k=2.0×109L·mol-1·s-1)要快3倍以上,这也是SOD等并不能完全阻止ONOO-产生的原因。随着研究的不断深入,已发现复杂病理条件下产生的过量ONOO-对脑内多种细胞具有毒性作用。作为病理过程中过量NO的来源,钙离子依赖型和非依赖型NOS均被证明参与其中。
2.引起蛋白质酪氨酸残基硝基化修饰
有别于氧化应激,持续硝化应激可特异性引起蛋白质酪氨酸残基硝基化修饰,导致其功能的激活或抑制,同时也可能改变蛋白质之间的相互作用。ONOO-是一个强硝化剂和氧化剂,在生理pH条件下显示最强的硝化能力。体内ONOO-与其共轭酸过氧亚硝酸(HOONO)都可直接氧化过渡金属中心或巯基,生成·NO2或,过渡金属中心则形成氧合金属配合物。ONOO-还能裂解产生多种毒性代谢产物,引起膜脂质、结构蛋白和DNA损伤。在生理条件下,蛋白质硝基化水平非常低,在没有靶分子存在时,细胞内ONOO-大部分会转化为
。但在缺血、炎症等病理状况下,ONOO-及其衍生物的积聚可加剧病理损伤。细胞内众多蛋白质都可能成为ONOO-的作用靶点,由于蛋白质结构、定位、细胞内浓度及与其他蛋白质相互作用的差异决定了硝化应激是一个选择性修饰特定酪氨酸残基的过程。经过一系列的自由基反应,ONOO-及其衍生物可将酪氨酸残基氧化生成酪氨酰自由基(Tyr·),然后Tyr·与·NO2结合生成更加稳定的3-NT。据报道,细胞内一些重要的功能酶类,其本身作为蛋白质,使其酪氨酸残基极易受到硝基化的影响。如线粒体呼吸链的酶类、锰超氧化物歧化酶(Mn-superoxidedismutase,Mn-SOD)、细胞色素c,以及膜上Na+/K+-ATP酶都可能因酪氨酸硝基化而失活,这可以解释在某些病理情况下线粒体功能障碍的机制。蛋白组学技术分析结果发现,动物疾病模型的3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)和 α-烯醇酶(alpha-enolase)酪氨酸残基硝基化,能影响糖代谢紊乱及AD病程进展。上述这些都可能是ONOO-导致蛋白质功能障碍、酶活性变化、细胞骨架蛋白改变及细胞损伤的重要原因。
3.参与介导线粒体依赖的凋亡级联反应
由于线粒体电子传递链是多种疾病病理过程中的重要来源之一,所以线粒体是ONOO-生成的重要源头和场所,但同时也可能是ONOO-的重要作用靶点。诸多研究已经证实,硝化应激损伤参与介导了线粒体依赖的凋亡级联反应。ONOO-既可以在线粒体内形成,又因其易穿过生物膜,也可以从线粒体外扩散进入线粒体,从而可以直接与敏感靶分子反应。研究证明,ONOO-可以直接与呼吸链中复合物Ⅰ(NADH-泛醌还原酶)和复合物Ⅱ(琥珀酸-泛醌还原酶)的铁硫中心反应,从而导致两者失活;ONOO-也可能通过形成3-NT抑制复合物Ⅰ,导致氧化磷酸化的脱偶联。另外,ONOO-也可以导致线粒体Mn-SOD发生酪氨酸残基硝基化,从而导致Mn-SOD活性及抗氧化能力下降;ONOO-以其硝化活性也可使顺乌头酸酶(aconitase)酪氨酸残基硝基化,致使线粒体功能障碍,引起细胞供能不足,最终引发细胞凋亡级联反应。Liu等采用高浓度(0.5mmol/L)亚硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione)诱发血管内皮细胞硝化应激损伤,该病理模型直接导致线粒体膜电位下降及线粒体依赖的内皮细胞凋亡途径激活,但死亡受体的配体(Fas ligand,FasL)/死亡受体(Fas)通路并未参与。由此可见,硝化应激既可以通过直接影响线粒体膜电位,又可以通过干预线粒体呼吸链重要酶类等来介导线粒体依赖的凋亡级联反应。
4.硝化应激导致DNA损伤
ONOO-也能作用于DNA,引起碱基修饰和DNA链断裂。ONOO-与鸟嘌呤反应生成8-硝基鸟嘌呤,与鸟嘌呤核苷反应生成8-硝基鸟嘌呤核苷,可使戊糖环脱氢进而导致DNA双链断裂,从而激活多聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)。PARP作为 DNA 修复酶,消耗 β-NAD+生成 ADP-核糖聚合物,结果会导致NAD+/ATP耗竭,最终引起细胞死亡。例如,3-吗啉-斯德酮亚胺(3-morpholinosydnonimine)作为NO供体可诱发细胞硝化应激损伤,该模型可以观察到DNA损伤及人微血管内皮细胞凋亡。
5.硝化应激导致脂质过氧化/硝化
ONOO-易于穿过生物膜,可以直接或间接同细胞内脂质发生反应。ONOO-对脂质的过氧化,也可以抑制线粒体呼吸链的酶类,造成线粒体功能障碍。另外,ONOO-能直接与不饱和脂肪酸反应生成硝基脂肪酸,同时也通过干预环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和CYP450酶等一些关键酶来影响脂类合成,从而影响细胞的生理功能。ONOO-还可以通过调控鞘磷脂酶和酰胺酶来影响神经鞘磷脂类的生成,进而影响神经组织膜功能。
(三)硝化应激与缺血性脑损伤
1.硝化应激导致BBB破坏
BBB是由脑毛细血管内皮细胞、基膜、周细胞以及星形胶质细胞血管终足围成的神经胶质膜构成的,其中内皮细胞是BBB的主要结构成分,各成分协同作用共同维系BBB的生理功能。缺血性损伤的靶细胞曾主要关注神经元,而近年来的研究证据逐渐提示脑缺血后BBB的破坏更应予以重视。脑缺血引发早期微血管的氧化和炎症级联反应,包括内皮细胞白细胞黏附受体的表达、基底膜损伤和随之产生的星形胶质细胞与内皮细胞的通讯紊乱,最终导致毛细血管通透性增加及神经血管单元损伤的终点事件。
脑缺血诱导的BBB破坏病理过程中,最初伴有eNOS、iNOS的上调,进而ONOO-水平和蛋白酪氨酸硝基化显著增加。近年来的研究认为ONOO-过量生成是检测脑缺血后BBB损伤的重要标志物之一。硝化应激介导的缺血后BBB功能破坏是脑卒中病理生理过程的早期现象,是血管源性脑水肿和继发性脑组织损伤的关键因素。ONOO-过量生成可引发脑微血管和神经细胞外基质破坏,从而导致BBB破坏、出血和神经细胞死亡。蛋白硝基化后生成的自由3-NT也可以引起血管内皮细胞线粒体膜电位下降、紧密连接蛋白分解进而导致BBB功能障碍。实验证实,能够阻断NO/ONOO-信号通路或具清除ONOO-作用的药物,均可明显抑制缺血引起的BBB破坏和迟发性神经元死亡。利用脑微血管损伤动物模型,发现钙调素抑制及ONOO-清除可以有效减轻实验动物的BBB破坏,进一步提示NO/ONOO-信号通路异常激活与缺血后BBB损伤紧密关联。
2.eNOS脱偶联介导缺血后硝化应激损伤
内皮细胞中eNOS脱偶联是脑缺血介导硝化应激损伤信号转导通路激活的重要环节。有研究结果提示,此时eNOS会由二聚体的聚合形式脱偶联为寡聚体,诱发过量生成,而非产生生理浓度的NO。造成eNOS脱偶联的主要机制在于脑缺血病理条件下内皮细胞处于氧化/硝化应激状态,NO合成底物L-Arg和辅助因子BH4缺乏。ONOO-的积聚可进一步氧化BH4而导致其活性功能下降,也可直接氧化eNOS活性中心的“锌指结构”加重eNOS脱偶联,最终导致血管内皮细胞损伤的恶性循环。我们前期研究发现,体外缺氧低糖损伤6小时可导致血管内皮细胞eNOS由二聚体的聚合形式脱偶联为寡聚体,而采用药物预处理特异性阻断硝化应激生化过程可以明显逆转二聚体/寡聚体比例失衡及内皮细胞损伤。因此,深入研究eNOS脱偶联发生途径与硝化应激的内在关联性,特别是针对减少eNOS脱偶联及硝化应激损伤作用的新药研制,有助于寻找有效的缺血性脑卒中治疗方法。
3.硝化应激介导蛋白质酪氨酸残基硝基化与缺血性脑损伤相关
已有证据支持NO/ONOO-信号通路在调控脑缺血损伤反应中扮演着较重要的角色。例如,Rodrigo等采用缺氧低糖模型研究了小脑浦肯野细胞树突形态变化与硝化应激损伤的关联性,发现缺血损伤2小时后即诱导了iNOS的高表达,NOS抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲酯(N-nitro-L-arginine methyl ester,L-NAME)在减轻蛋白质硝基化的同时具有一定细胞保护作用。在大鼠缺血再灌注模型中,Mn-SOD被酪氨酸残基硝基化后酶功能钝化。在沙鼠短暂缺血模型中,Hashiguchi等证明在海马区神经元凋亡之前其锥体神经元蛋白质酪氨酸残基硝基化增多。也有报道新生鼠单侧颈动脉闭塞模型中nNOS和eNOS上调伴随蛋白质酪氨酸残基硝基化上升。与此相一致,来自患者临床病理资料显示,空洞型脑卒中患者的脑脊液中可以检测到异常增高的3-NT,提示其作为反映脑缺血后硝化应激损伤生物标志物的重要价值。在近年来的研究中发现,基于酪氨酸残基对硝化应激的高敏感性,脑内众多蛋白质会被硝化损伤所影响。由此,在后续的工作中需要关注容易发生硝基化的特定蛋白质,并对其酪氨酸残基硝基化位点进行鉴定,进而明确这种位点硝基化修饰是否与蛋白质构象及酶活性改变直接相关。综上所述,这些研究提示:在缺血性脑损伤病理过程中,钙离子依赖型和非依赖型NOS亚型表达均异常增高,在不同阶段分别参与了ONOO-的过量生成,进而引发蛋白质酪氨酸残基硝基化及细胞病理损伤过程。
4.硝化应激导致脑缺血后线粒体凋亡通路激活
近期研究表明,ONOO-介导的硝化应激可能是缺血缺氧引起线粒体依赖性凋亡中的关键触发机制。在体外缺氧低糖损伤条件下,ONOO-以浓度依赖的方式促使线粒体促凋亡因子丝氨酸蛋白酶HtrA2(high temperature requirement protein A2)由线粒体释放入胞浆,导致血管内皮细胞HtrA2/XIAP/Caspase-3稳态失衡,该机制与血管内皮细胞紧密连接蛋白分解及内皮细胞损伤密切关联。近期的关联研究也提示,脑缺血后线粒体凋亡通路的激活与自噬-溶酶体途径之间存在着信号转导通路的内在交联。例如,血管内皮细胞缺氧低糖损伤过程中观察到线粒体凋亡通路的激活,同时伴有自噬-溶酶体途径分子标志物微管相关蛋白1(microtubule-associated protein 1)轻链3(light chain 3,LC3)、溶酶体相关膜蛋白 2(lysosome-associated membrane protein 2,LAMP2)及组织蛋白酶B(cathepsin B)的高表达。值得注意的是,ONOO-可以触发缺氧低糖损伤病理过程中内皮细胞的自噬-溶酶体途径,反之,抑制上游钙调素活性或者应用ONOO-清除剂均可以起到有效调控作用。在体啮齿类微栓梗死模型资料证实,过量ONOO-介导的硝化应激可能触发了脑微血管线粒体凋亡通路激活。
综上所述,硝化应激作为特殊的生化现象,在缺血性脑血管病发生发展病理过程中有其独特的病理生理特点,有别于普遍意义上的氧化应激。硝化应激信号级联反应与缺血性脑损伤病理过程密切相关,除了导致DNA损伤和脂质过氧化/硝基化外,过量生成的ONOO-通过诱发eNOS脱偶联、靶蛋白酪氨酸残基硝基化及抑制线粒体功能等特殊分子病理机制破坏微血管的完整性,进而导致BBB破坏,最终引发并加重脑水肿和神经血管单元损伤。
二、炎症免疫与脑微血管损伤
由于多种脑微血管损伤危险因素(血压、血糖、血脂、感染等)的持续刺激,造成脑微血管功能的受损,发生炎症反应,诱发各种炎性因子如血管细胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule,VCAM)、单核细胞趋化蛋白 -1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)等的分泌,启动了脑微血管损伤病理过程。例如,氧化应激可激活核因子-κB(NF-κB)从而介导多种炎症因子表达并诱发炎症。肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1)可激活细胞内NADPH氧化酶,形成氧化应激与炎症相互促进的恶性循环,造成血管内皮细胞损伤、细胞凋亡等脑缺血损伤事件。缺血性脑卒中和其他神经系统疾病病理过程中由于炎症导致的脑微血管和BBB损伤扰乱了神经血管单元的结构和功能,会导致患者预后不良。
(一)炎症免疫与血脑屏障的破坏
研究发现基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)家族在BBB的破坏过程中发挥重要作用。急慢性脑血管病的病理过程中,BBB通透性的增加与脑微血管中MMP-9和MMP-2的增加有关。Cuadrado等人采用蛋白组学方法结合激光显微切割技术评估脑卒中后患者脑中MMP家族的表达情况并确定了其细胞起源。发现MMP-9和组织基质金属蛋白酶抑制剂-2(tissue inhibitor of metalloproteinases-2,TIMP-2)在脑微血管中表达丰度很高,而MMP-10在缺血的神经元中显著增加。通过比较原代培养的大鼠脑微血管内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞的凝血酶诱导MMP-9释放的研究,发现大脑周细胞在脑出血急性期对凝血酶刺激表现为高度敏感性,释放大量MMP-9,而选择性凝血酶受体PAR1(proteaseactivated receptor 1)抑制剂SCH79797阻断凝血酶诱导的周细胞的MMP-9释放。这些发现证明了MMP分泌具有细胞选择性,为选择性靶向特定MMP来保护神经血管单元提供了重要依据。
同时,某些药物可以通过间接抑制炎性信号通路关键分子起到保护脑微血管和BBB的作用。γ-分泌酶抑制剂DAPT通过降低永久性脑缺血期间闭合蛋白的泛素化降解来保护BBB。在血管内皮细胞特异性靶向过表达HSP27,可提高脑微血管中的HSP27水平,并改善缺血再灌注诱导的BBB破坏和随后的神经元损伤,这可能归因于内皮细胞特异性HSP27过表达减弱嗜中性粒细胞和巨噬细胞向脑实质的破坏性迁移,由此改善脑卒中结局。自由基清除剂依达拉奉可减少小鼠脑灌注不足模型中MMP-9的表达并减少脑白质BBB损伤。此外,非瑟酮、芹菜素和木犀草素分别剂量依赖性地拮抗佛波醇-12-肉豆蔻酸酯-13-乙酸酯诱导的人脑微血管内皮细胞COX-2和MMP-9基因和蛋白的表达,并抑制MMP-9和COX-2表达调控的共同途径NF-κB信号通路。
(二)炎症免疫与脑损伤
研究表明,外周性炎性损伤通过激活内皮细胞嘌呤能受体P2X7(purinergic receptor P2X ligand gated ion channel 7,P2RX7)增加了脑内皮细胞趋化因子C-X-C基序配体1(chemokine C-X-C motif ligand 1,CXCL1)的水平,最终增强了 β2-整合素 Mac-1(macrophage-1)(CD11b/CD18)表达的白细胞与内皮细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)的结合。此外,白细胞黏附上调脑微血管内皮细胞趋化因子C-X3-C基序配体1(chemokine C-X3-C motif ligand 1,CX3CL1),从而招募小胶质细胞迁移至损伤区域。外周性炎性损伤诱导的内皮细胞CX3CL1的增加在CD18突变小鼠中减轻。P2RX7途径的抑制不仅降低了内皮细胞ICAM-1表达和白细胞黏附,而且还防止了小胶质细胞过度活化,减少了大脑神经元损伤,并且使脓毒症炎性损伤小鼠的存活率增加了一倍。这些结果证明了神经血管P2RX7炎症途径参与介导脑损伤,并提供了靶向脑微血管P2RX7炎性信号进而保护神经血管单元的研究思路。
此外,脑微血管炎症会导致局部缺血后继发性脑损伤。研究已经表明,分泌蛋白的Slit家族可以抑制化学诱导物激发的白细胞募集。利用活体显微镜发现系统给予Slit可显著减弱TNF-α处置4 小时或全脑缺血24小时后脑微血管白细胞-内皮细胞黏附。RoboN(Slit的可溶性受体)的使用加剧了急性炎症条件下TNF-α的趋化反应。Slit连续3天持续全身给药,显著减弱了海马CA1锥体细胞的迟发性神经元死亡。由此表明Slit可减少脑缺血后脑微血管内免疫细胞炎性募集,继而减轻迟发性神经元死亡。
(三)炎症免疫与缺血性脑病
以脑卒中为例,细胞因子产生和分子黏附是脑缺血后的早期分子事件,这是从缺血损伤到炎性分子事件激活和神经元死亡转变的基础。涉及脑微血管腔内和紧邻周围脑实质细胞群的继发性事件,包括缺血脑实质中释放TNF-α、IL-1β、IL-6和血小板凝集因子(platelet aggregating factor,PAF)等细胞因子,其也可促进内皮细胞表达P-选择素,ICAM-1和E-选择蛋白生成。其他整合蛋白异二聚体也参与早期脑微血管对缺血的反应。基底膜以及细胞外基质的病理反应发生略迟。此外,脑微血管结构和功能的改变引起星形胶质细胞激活,促进红细胞外渗和出血,导致脑组织损伤。然而,参与其中的关联酶类和黏附受体表达的调控机制尚不完全清楚。
NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)介导的神经血管损伤与NLRP3介导的IL-1β自分泌/旁分泌模式释放相关,进而促进脑微血管内皮细胞渗透性和小胶质细胞介导的神经毒性。NLRP3敲除可减少梗死和BBB损伤,改善了缺血性脑卒中后小鼠的神经元损伤。进一步表明,NLRP3作为重要的靶分子将NADPH氧化酶2(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2,NOX2)介导的氧化应激与脑卒中病理过程中神经血管损伤联系起来。由此,基于缺血性脑损伤病理过程中免疫调节因子NLRP3介导的级联炎症反应,可以提供药理学靶标来帮助设计开发用于防治脑微血管病的创新药物。
急慢性脑血管病病理过程中,患者预后与其脑损伤局部的炎症反应和全身炎症反应均有重要关联性。全身炎性标志物,如IL-6或C反应蛋白升高的血液水平与不良预后和脑卒中后死亡率增加有关。关联机制包括大脑皮层中性粒细胞浸润增加、BBB破坏、组织再灌注受损、血小板活化增加、微血管凝固和补体依赖性脑损伤。通过非选择性药物(如他汀类药物)或选择性药物(如IL-6受体抑制剂托珠单抗)实现对炎症的抑制,或增强全身抗炎反应(如通过输注IL-1受体拮抗剂),最终起到预防系统性炎症或抑制触发炎症反应的信号途径的作用,这是脑血管病患者的潜在治疗策略。
三、小结
硝化应激信号网络紊乱介导脑微血管损伤关键分子机制。从系统生物学的角度及脑微血管病变临床病理基本规律出发,深入探索脑血管源性硝化应激炎性分子事件如何触发不同类型细胞间通讯失衡,是本领域的重要任务。可喜的是,2016年末在Stroke报道的URICO-ICTUS临床研究结果提示,外源性抗硝化应激药物治疗能够减轻脑卒中患者早期临床恶化的发生率,使得较多患者获得良好的功能改善。围绕“硝化应激信号转导网络调控”开展脑血管病治疗药物潜在靶标的研究也引起国际关注,期待有关创新药物能走向临床。
(孙美玲 韩 峰)
参考文献
[1]LUDEWIG P, SEDLACIK J, GELDERBLOM M, et al. Carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 inhibits MMP-9-mediated blood-brain-barrier breakdown in a mouse model for ischemic stroke. Circ Res, 2013, 113 (8): 1013-1022.
[2]WANG H, HONG L J, HUANG J Y, et al. P2RX7 sensitizes Mac-1/ICAM-1-dependent leukocyte-endothelial adhesion and promotes neurovascular injury during septic encephalopathy. Cell Res, 2015, 25 (6): 674-690.
[3]ZHANG G S, TIAN Y, HUANG J Y, et al. The gamma-secretase blocker DAPT reduces the permeability of the blood-brain barrier by decreasing the ubiquitination and degradation of occludin during permanent brain ischemia. CNS Neurosci Ther, 2013, 19 (1): 53-60.
[4]TAO R R, HUANG J Y, SHAO X J, et al. Ischemic injury promotes Keap1 nitration and disturbance of antioxidative responses in endothelial cells: a potential vasoprotective effect of melatonin. J Pineal Res, 2013,54 (3): 271-281.
[5]HAN F, TAO R R, ZHANG G S, et al. Melatonin ameliorates ischemic-like injury-evoked nitrosative stress: Involvement of HtrA2/PED pathways in endothelial cells. J Pineal Res, 2011, 50 (3): 281-291.
[6]LIU Q B, LIU L L, LU Y M, et al. The induction of reactive oxygen species and loss of mitochondrial Omi/HtrA2 is associated with S-nitrosoglutathione-induced apoptosis in human endothelial cells. Toxicol Appl Pharmacol, 2010, 244 (3): 374-384.
[7]AMARO S, LAREDO C, RENU A, et al. Uric acid therapy prevents early ischemic stroke progression: a tertiary analysis of the URICO-ICTUS Trial (efficacy study of combined treatment with uric acid and r-tPA in acute ischemic stroke). Stroke, 2016, 47 (11): 2874-2876.
[8]TAO R R, HUANG W, LING-JUAN H, et al. Nitrosative stress induces peroxiredoxin 1 ubiquitination during ischemic insult via E6AP activation in endothelial cells both in vitro and in vivo. Antioxid Redox Signal, 2014, 21 (1): 1-16.
[9]LU Y M, TAO R R, HUANG J Y, et al. P2X7 signaling promotes microsphere embolism-triggered microglia activation by maintaining elevation of Fas ligand. J Neuroinflammation, 2012, 9: 172.
[10]FENG Y, FENG L, YU D, et al. srGAP1 mediates the migration inhibition effect of Slit2-Robo1 in colorectal cancer. J Exp Clin Cancer Res, 2016, 35 (1): 191.
[11]HAN F, CHEN Y X, LU Y M, et al. Regulation of the ischemia-induced autophagy-lysosome processes by nitrosative stress in endothelial cells. J Pineal Res, 2011, 51 (1): 124-135.
[12]WANG C K, AHMED M M, JIANG Q, et al. Melatonin ameliorates hypoglycemic stress-induced brain endothelial tight junction injury by inhibiting protein nitration of TP53-induced glycolysis and apoptosis regulator. J Pineal Res, 2017, 63 (4): e12440.
[13]GAO C L, HOU G G, LIU J, et al. Synthesis and target identification of benzoxepane derivatives as potential anti-neuroinflammatory agents for ischemic stroke. Angew Chem Int Ed Engl, 2020, 59 (6):2429-2439.