环氧化酶-2与急性脑损伤关系研究进展

徐 俊，苏 强，杨俊卿

(四川省南充市中心医院心胸外科，四川 南充 637000)

1 环氧酶(cyclooxygenase，COX)的分布及生理功能

在组织中COX可能存在多种亚型，目前研究得比较多的是结构型COX-1和诱导型COX-2。COX-1最早是从小牛的囊泡状腺中纯化获得［1］。COX-1主要在胃黏膜、肝、肾等组织器官表达，维持这些组织器官的生理功能。结构型COX-1稳定表达于这些组织，当受钙离子调控的磷脂酶A 2引起花生四烯酸从细胞膜释放时，COX-1可立即催化花生四烯酸代谢的作用。事实上，组织中COX-1可在数秒或数分钟内对许多生理刺激作出反应，并很快调节组织的生理功能，如血管运动和血小板聚集性等。

COX-2为诱导型环氧合酶，最初是在S3T3成纤维细胞基因库中，通过分子差异筛选分离出来，之后又从其他多种组织中克隆出COX-2基因。COX-2可以看作是花生四烯酸代谢的限速酶，对控制前列腺素类物质的合成有着重要作用。COX-2催化花生四烯酸生成前列腺素G，而前列腺素G在过氧化物酶催化下进一步生成为前列腺素H2，而最终在下游细胞特异性酶诱导作用下，前列腺素H2生成不同终产物，如血栓索A、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)等［2］。COX-2在大脑中主要存在于大脑皮质神经元、海马神经元、胶质细胞等［3］。有学者发现，COX-2的基础表达主要在谷氨酸兴奋性神经元，尤其是在树突上，COX-2表达可能与兴奋性氨基酸受体密度高有关［4］，这提示COX-2可能参与神经突触的生理反应。

在大脑中COX-2可以在多种病理生理刺激下诱导表达。有研究报道，给予N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂MK801和糖皮质激素可以明显抑制多种边缘系统神经通路电刺激引起的COX-2过表达;以及一些生理刺激诱导的COX-2过表达。脑中的神经传导活性可以影响COX-2的表达，如钠通道拮抗剂拉莫三嗪(Lamotrigine)就是通过阻断神经突触活性从而抑制COX-2表达。有研究表明在脑损伤、神经元退变等疾病中，中枢神经系统炎症因子及其相关酶的表达起着重要作用。在炎症反应中前列腺素合酶(prostaglandin synthase，PGs)、白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor，TNFα)等许多炎症刺激因子均可诱导 COX-2 的基因表达［5，6］，进而导致损伤性和保护性PGs的合成增加、损伤性PGs与保护性PGs的平衡失调，进而促进炎症反应、上调COX-2的表达，形成一个恶性循环［7］。在脑组织炎症时，不是主要表达在胶质细胞，而主要在神经元表达［8］。

2 COX-2在脑缺血损伤后的变化

生理状态下血管内皮细胞有少COX-2表达，缺氧可诱导血管内皮细 COX-2表达增加。范红杰等［9］脑缺血模型中，缺血30 min再灌注24 h组在缺血侧额顶叶皮层可见明显的COX-2蛋白表达，未在海马见到COX-2蛋白表达。缺血90 min再灌注3、6、12、24、48 h在缺血中心外侧扣带皮层、内侧纹状体可见大量COX-2蛋白表达，而在缺血中心未见明显的COX-2蛋白表达。Kinoshita等［10］用大鼠大脑中动脉闭塞2 h的局灶性脑缺血模型研究显示，缺血30 min时在未受损的扣带皮层和半暗带COX-2mRNA表达明显增强，而缺血90 min后，在缺血中心区内未见COX-2mRNA表达，而在邻近皮质区和半暗带可见明显的COX-2mRNA表达。在缺血再灌注后24 h半暗带内缺血早期表达COX-2mRNA的神经元大多数均已死亡。于维东等［11］研究大鼠局灶性脑缺血再灌注模型发现，神经功能缺损表现随缺血再灌注时间的延长而加重。在缺血2 h组COX-2mRNA和蛋白表达明显增加，再灌注后表达明显加强，COX-2mRNA和蛋白表达在再灌注后12～24 h达到高峰。有学者通过对人体标本研究也发现，在脑缺血后梗死区域内可见明显的COX-2表达，而在非梗死区的脑皮质内未见 COX-2的表达［12］。

3 COX-2在创伤性脑损伤的变化

Dash等［13］在研究大鼠脑外伤后发现，在伤后3 h，皮质部位的COX-2表达开始增加，持续至伤后3 d达到高峰，3周后恢复，并且发现COX-2几乎全部在神经细胞中表达。Strauss等［14］在大鼠外伤性脑损伤研究中发现，在伤后2 h神经细胞中 COX-2mRNA表达开始升高，在伤后6 h，COX-2mRNA在皮层和海马中表达即达到峰值，并于伤后7 d基本降至对照组水平。Kunz等［15］通过复制大鼠弥漫性脑损伤模型研究发现，COX-2mRNA在伤后2 h在皮层表达即达到高峰，24 h后降至正常水平。黄春刚等［16］在大鼠脑损伤模型中发现，在脑损伤模型中，COX-2mRNA和蛋白表达具有时间规律性，在正常组中COX-2mRNA和蛋白表达很弱，在伤后15 min表达开始增强，并分别在伤后1、2 dCOX-2mRNA和蛋白表达达到峰值，并且于伤后3、4 d表达又达到了另一峰值，并一直维持这种高水表达分别至伤后7、15 d。在人脑组织中，Seidberg 等［17］通过研究发现，COX2在挫伤的人脑组织中主要在神经细胞中表达，伤后1 d达到峰值，后表达水平逐渐下降，表达具有规律性。

4 COX-2引起脑损伤的可能机制

4.1 增加前列腺素的释放 有研究表明，COX-2及其代谢产物，能够促进缺血再灌注脑损伤，COX-2的反应产物PGE2，是重要的血管收缩因子，其中血栓素-2(thrombroxane，TXA2)是目前已知最强的一种血管收缩作用因子。前列腺素和TAX2具有趋化性，可导致在血管内皮细胞黏附有大量的中性粒细胞和血小板［18］。另外，前列腺素以及白三烯亦可促进血脑屏障的开放，从而加重脑缺血损伤。Bezzi等［19］研究表明，脑损伤能够诱导COX-2蛋白表达以及前列腺素代谢产物的增加，且PGE2通过促进从星形胶质细胞中释放出谷氨酸来介导神经细胞毒性。

4.2 增加兴奋性氨基酸对脑的毒性作用 目前的研究表明，脑损伤后过度的神经元兴奋可以加重神经元损伤。许多研究显示，在脑损伤后，细胞外兴奋性氨基酸浓度明显升高，其毒性作用是受兴奋性氨基酸受体介导的钙离子浓度增高导致线粒体损伤［20］，从而加重脑损伤。Iadecola 等［21］研究表明，COX-2的反应产物前列腺素可以明显增强NMDA介导的神经细胞毒性作用加重脑损伤。证明COX-2的代谢物及一些前列腺素类物质可以明显增强脑内谷氨酸的兴奋性作用，增加谷氨酸对脑的兴奋毒性作用。

4.3 氧化应激和NO毒性效应 目前研究认为，在各种神经变性性疾病中，神经元原发或继发氧化应激反应是引起神经元损伤的重要机制。氧自由基可以通过DNA损伤及形成脂质过氧化物等一系列机制而产生细胞毒性作用。作为COX-2的代谢产物，氧自由基参与脑创伤、脑缺血再灌注损伤和直接介导细胞损伤或通过一氧化氮(nitric oxide，NO)引起神经元损伤后，细胞内环磷酰胺(Cyclic Adenosine Monophosphate，cAMP)升高，诱导一氧化氮合酶的表达，而一氧化氮合酶表达的增加，诱导NO的产生增加，NO能活化COX-2，使活性自由基升高，从而产生NO的毒性效应［22］，这也是影响脑损伤的影响因素之一。有研究发现，在大鼠的Kupffer细胞内，COX-2的催化应激反应产物前列腺素，可提高脂多糖所引起的细胞内cAMP的升高，诱导iNOSmRNA的表达，从而明显增加氧自由基的产生［23］。氧自由基细胞毒性的结果之一是导致细胞凋亡。Kane等［24］研究证明，氧化应激反应在神经元中可以诱导神经元细胞凋亡。一些抗凋亡基因，如bcl-2可能通过抗氧化作用从而抑制神经元凋亡。

5 COX-2选择性抑制剂对脑损伤的保护作用

Adam 等［25］研究发现，COX-2选择性抑制剂NS-398能明显抑制缺血后脑损伤引起的记忆缺陷和海马神经元损伤。Benixen等［26］证实给予选择性COX-2抑制剂NS-398可以明显减少大鼠脑梗死体积，大鼠海马缺血后活性产物PGE2的含量与对照组比明显下降，提示COX-2选择性抑制剂NS-398可以对缺血后的脑损伤有明显的保护作用。Iadecolac等［27］为了进一步研究NS-398对脑组织COX-2的抑制作用，检测了脑缺血后NS-398对PGE2的影响，发现NS-398能明显抑制缺血后脑损伤引起PGE的升高，以上实验结果提示，COX-2选择性抑制剂NS-398能够明显抑制COX-2的活性，减轻缺血性脑损伤。Jalil等［28］应用选择性 COX-2抑制剂 Rofecoxib后能显著减轻缺血再灌注导致的迟发性脑损伤，并能显著改善脑缺血后的神经缺陷，促进功能恢复。杨俊卿等［29］在铝盐致急性脑损伤实验中发现，给予选择性COX-2抑制剂美洛昔康能明显改善铝盐引起的小鼠行为学和形态学病理改变。以上结果说明了选择性COX-2抑制剂在缺血性和创伤性脑损伤均有一定的脑保护作用。其机制可能是COX-2选择性抑制剂通过抑制COX-2活性，减少前列腺素的产生，重建损伤性前列腺素与保护性前列腺素的平衡关系，打破氧化应激-COX-2过表达-炎症反应-神经细胞的恶性循环圈，最后减轻慢性铝过负荷导致的大鼠海马神经元退变。

6 展望

COX-2作为前列腺素合成的一个重要的限速酶，在脑损伤、缺血再灌注中COX-2持续高水平表达。越来越多的研究显示，几个因素与COX-2在脑损伤中持续高表达有关，可能是由于氧化应激对神经细胞的损伤、前列腺素受体的介导以及不同种类前列腺素间的比列关系，也可能是以上这些因素之间共同作用引起基因表达水平的改变，这都可能是造成细胞凋亡、脑损伤、神经元退变的根本原因。另外越来越多的研究表明，选择性COX-2抑制剂对缺血再灌注脑损伤和创伤性脑损伤有一定的保护作用，可能具有一定的临床应用价值。另外，研究已经证实COX-2选择性抑对肾脏、消化道，以及血小板无明显作用，并且对患者有很好的耐受性［30］。然而目前的研究多集中在脑损伤、缺血再灌注等急性脑损，但未见在慢性神经元退行性疾病中的报道。故进一步研究COX-2对神经元退行性疾病的作用机制以及COX-2选择性抑制剂对神经元退变的保护作用机制，更具有临床参考价值。

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