线粒体膜18 kDa转位蛋白与外伤性脑损伤

包卿，王存祖，卞晓星*

（1.江苏大学附属武进医院神经外科，江苏常州213000；2.扬州大学医学院附属医院神经外科，江苏扬州225000）

线粒体膜18 kDa转位蛋白与外伤性脑损伤

包卿1，王存祖2，卞晓星1*

（1.江苏大学附属武进医院神经外科，江苏常州213000；2.扬州大学医学院附属医院神经外科，江苏扬州225000）

转运蛋白；外伤性脑损伤；小胶质细胞；神经类固醇激素；配体

随着现代交通的发展，创伤造成的死亡人数正在逐渐增多，其中外伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）造成的死亡人数约占50%～70%，我国每年因颅脑外伤死亡的患者约10万人，伤残在百万人以上，且出现逐年增加的趋势。TBI包括直接脑损伤与继发性脑损害，重型TBI有着很高的死亡率和致残率，已经成为青壮年和儿童死亡的最主要的原因。如果能在早期选择有效的神经保护措施及时予以预防，并进行正确的后续治疗，将有可能降低继发性脑损害，提高治疗效果。TBI后促进轴索再生与控制炎症反应是功能恢复的两个主要方面，但目前仍缺乏有效方法。近年来研究发现，线粒体转位蛋白18 kDa（translocator protein 18 kDa，TSPO）在中枢神经系统疾病中起着非常重要的作用。本文综述TSPO在TBI后的表达和作用，以及TSPO配体与其产物在TBI后的作用机制，为以TSPO为靶点的TBI治疗提供新的思路及方向。

1 TSPO的结构、分布及生理功能

TSPO主要定位于线粒体膜上，具有高度疏水性，包括169个氨基酸，形成一个螺旋形的五跨膜域，即由5个异喹啉结合蛋白（isoquinoline binding protein，IBP）组成，现已从多个物种（如啮齿类、牛和人类）克隆得到编码TSPO的cDNA，并且该序列在这些物种之间的同源性达到80%以上，而编码TSPO的基因位于人类22号染色体长臂q13.3区。TSPO周围有包括相对分子质量为32 kDa、可结合苯二氮类药物的电压依赖性阴离子通道（voltagedependent anion channel，VDAC）和相对分子质量30 kDa的腺嘌呤核苷酸载体（adenine nucleoside translocase，ANT），这三者共同构成TSPO受体复合物［1］，参与机体各种生理功能，而VDAC与ANT参与组成了线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP），与细胞凋亡作用相关。许多组织都有TSPO的表达，表达最多的是肾上腺及性腺，其次是肾脏和心脏，肝脏和脑组织表达水平较低，外周血的单核细胞和淋巴细胞也存在TSPO的表达［2］。TSPO及其复合物具有许多生理功能［3］，如促进神经类固醇的生成，调节线粒体呼吸凋亡、细胞免疫、细胞生长和增殖等功能。TSPO还可以作为受体与配体结合，内源性配体包括地西泮结合抑制物（diazepam-binding inhibitor，DBI），卟啉类等，外源性配体包括PK11195和Ro5-4864。配体与TSPO受体结合后可以调节其生理功能，如促进神经类固醇合成等。

2 TSPO的表达与TBI

正常生理条件下TSPO在中枢神经系统中表达并不多，主要分布于小胶质细胞，还有室管膜、脉络膜、嗅球上皮等非神经组织，脑干的一些细胞核与小脑皮质也有少量的表达［4］。病理条件下如外伤、神经退行性病变、脑缺血再灌注、肿瘤等，TSPO表达明显增加，但仍主要表达于反应性增生的胶质细胞，神经元表达较少［5］。Folkersma等［6］采用正电子发射X线断层摄像术（positron emission tomography，PET），通过使用TSPO特异性标记配体（R）-11CPK11195与之结合后对TBI患者进行扫描，结果发现TBI患者伤侧大脑（R）-11C-PK11195含量即TSPO表达显著增加，且持续较长时间，后期的扫描结果显示（R）-11C-PK11195广泛分布于大脑。同样，在动物TBI模型中采用3H-PK11195放射自显影检测技术发现，TBI后3H-PK11195含量与TSPOmRNA相一致，而TSPO的亲和力并无明显改变，伤后7 d伤侧大脑3H-PK11195结合量仍明显高于正常，而且在对侧大脑等损伤远隔区域也存在3H-PK11195的高表达。虽然TBI患者TSPO密度显著增加，但其机制尚不明确，且随时间的具体变化过程也不是很清楚，有待进一步深入研究。

病理学检测发现TSPO在TBI早期表达增加的同时伴随着损伤区域大量神经元细胞的丢失，因此TSPO在TBI后的增加可视为神经损伤的标志［7］。结合TSPO在TBI后的这种特点，应用体内成像技术RET或者单电子发射计算机断层摄像术（single photon emission computed tomography，SPECT）观察TSPO的表达变化为TBI早期诊断及病情判断提供了一定的依据。

3 TSPO在TBI中的作用

3.1 TSPO参与小胶质细胞的激活

小胶质细胞是脑内的主要免疫细胞，当中枢神经系统病变时，其增殖活化，引起炎症。在神经退行性病变如帕金森综合征、阿尔茨海默病等疾病中，小胶质细胞介导的脑内慢性炎症反应，是病变早期的病理学改变和重要病理特征之一［8］。研究还发现小胶质细胞增加的同时，TSPO密度也明显增加，且与中枢神经系统炎症呈正相关［9］。离体的BV-2小胶质细胞研究提示，TSPO表达增加主要在小胶质细胞中［10］。在TBI模型中，通过3H-PK11195放射自显影检测技术［11］与小胶质细胞标志物CD11的检测发现，TBI后TSPO的表达部位主要在小胶质细胞，TSPO表达量与小胶质细胞增殖相伴行，且活化的小胶质细胞形态学特征说明TSPO的高表达与小胶质细胞的活化增殖存在着紧密的联系［12］。另外，使用特异性TSPO配体如PK11195或者Ro5-4864作用于TBI模型后［13］，小胶质细胞的活性明显降低，炎症因子水平下降，这也间接说明了TSPO参与TBI后小胶质细胞的激活，因此，TBI后，使用TSPO特异性配体与之结合后发挥作用或者通过各种途径降低伤后TSPO的表达可以适当抑制小胶质细胞活化，从而抑制炎症反应，起到一定的脑保护作用。但是，TSPO参与小胶质细胞的活化机制仍不清楚。一些研究表明TBI模型的星形胶质细胞中TSPO表达也增加，但另一些研究则相反，认为TBI后TSPO表达增加仅在活化的小胶质细胞，星型胶质细胞则变化不大，这可能与不同实验方法、实验对象有关［14］。

3.2 TSPO参与神经保护和神经修复

坐骨神经变性过程中TSPO表达增加，坐骨神经再生完成后TSPO表达恢复到正常水平，说明TSPO参与了神经修复过程［15］。神经修复主要与TSPO介导的神经类固醇合成功能有关。敲除下调TSPO表达的基因和反义实验证明了TSPO在合成类固醇方面的重要作用，TSPO胞质C末端的胆固醇识别氨基酸共有序列是负责线粒体摄取转运胆固醇结合位点的一部分，TSPO能够介导胆固醇转运到线粒体内，参与合成神经类固醇，而这一过程在病理状态下更加突出［16］。TBI后，当TSPO激活，游离的IBP尤其是二聚体IBP能促进胆固醇从线粒体外向线粒体内运输，线粒体内膜细胞色素P450酶将其转化为前体孕烯醇酮，之后再转化为黄体酮等神经类固醇激素，这些神经类固醇具有调节神经元和神经胶质细胞的作用，在髓鞘糖蛋白Po和髓鞘蛋白22的合成过程中起着非常重要的作用。黄体酮单独使用治疗TBI时，具有抑制炎症、脑水肿及降低颅内压、减轻氧化反应、减少神经元细胞的凋亡、促进脑源性神经营养因子（BDNF）的表达等作用，提示脑内TSPO介导合成的类固醇激素在TBI后具有脑保护作用［17］。

3.3 TSPO参与神经细胞凋亡

TSPO受体复合物中的VDAC与ANT结合形成MPTP孔，MPTP孔开放后开启线粒体凋亡途径，导致细胞凋亡。TBI后TSPO大量表达，ROS的产生和释放等因素导致MPTP孔膜电位改变，导致大量神经细胞凋亡。最新研究提示在TBI神经修复晚期［18］，MPTP孔开放还可能促使了多余的活化的小胶质细胞凋亡，进而减轻炎症，完成损伤修复，但是促使MPTP孔开放的途径及时间还不清楚。

4 以TSPO为靶点的TBI治疗

TBI后损伤中心区出现坏死，局部缺血缺氧、炎症、水肿、钙超载等因素引起继发性脑损伤，其中，炎症是主要因素。小胶质细胞是脑内的主要炎症细胞，在TBI早期即活化增殖，大量分泌炎症因子如TNF-a、IL-1β等，对脑组织造成了继发性损伤。因此，早期抑制小胶质细胞活化增殖导致的炎症和促进神经修复成了治疗TBI的两个重要方面。TBI后TSPO表达增加，参与小胶质细胞活化和神经修复的过程，以TSPO为靶点，早期减少活化的小胶质细胞，增加神经类固醇激素的合成，促进修复，就能达到较好的脑保护作用。

4.1 TSPO特异性配体

TSPO可以作为受体与特异性配体结合，现知主要的外源性配体包括PK11195和Ro5-4864。 PK11195全称为1-（2-氯苯基）-N-（1-甲基丙基）-异喹啉-3-氨甲酰，现认为其是TSPO受体抑制剂。标记的PK11195在影像学可用于反映TBI后TSPO的表达程度及范围，因其可单独与18 kDa TSPO结合，而Ro5-4864需与其他线粒体蛋白来完成对TSPO的结合，因此，PK11195现被誉为反应和评价TSPO功能状态的金标准［19］。Ro5-4864全称为7-叶绿素-5-（4-氯-苯基）-1，3-二氢-1-甲基-2H-1，4-苯二氮，其与TSPO的结合需要3个亚基的共同作用。PK 11195和Ro5-4864均能使炎症减轻，且Ro5-4864抑制细胞分泌IL-6的效能比PK 11195强，而在抑制IL-1β上两者效果相当，显示Ro5-4864比PK11195具有更强的抗炎作用［20］。Ro5-4864是TSPO的激动剂，除了抑制炎症因子的释放，还可以诱导神经类固醇的合成，具有保护神经和诱导神经再生的功能［21］，而且Ro5-4864在脑外伤动物试验中可以有效减轻脑水肿，降低颅内压［22］。但是，这两种配体的体内亲和力较低，而且不太稳定，所以期待研究出亲和力更强，稳定性更好的配体。

4.2 使用外源性TSPO介导合成类固醇激素

脑组织可以通过TSPO介导合成神经类固醇激素，这些激素在脑损伤后期起到了促进轴索再生的神经修复作用。在单独使用外源性类固醇激素如黄体酮治疗TBI时，发现其也可以抑制凋亡及炎症。Veenman等［23］研究发现增强脑内类固醇水平，可以降低TSPO的水平，提示早期TSPO表达增加，活化了小胶质细胞，增加类固醇激素以调节增殖，而后期，由于类固醇激素的不断增高，反馈减少了TSPO，加上类固醇本身的抗炎和促进神经修复的作用，从而炎症慢慢减轻，这可能就是TBI后的病理变化过程。所以，如果早期使用外源性TSPO介导合成类固醇激素治疗TBI，早期就可能抑制小胶质细胞的活化，提供促进神经修复的原料，这或许也是黄体酮通过诸多途径治疗TBI的作用机制。

5 小结与展望

综上所述，TBI后TSPO的表达可以反映局灶神经元损伤和小胶质细胞的活化，可作为TBI炎症程度的间接指标，并且参与小胶质细胞活化和神经修复过程。以TSPO为靶点，可以探寻更多既能抑制炎症又能促进神经类固醇合成的TSPO新配体或者药物，为科学研究及临床治疗提供了新的思路和方向。然而我们还不清楚TSPO每个亚基的具体作用，活化小胶质细胞的机制，TSPO的下游产物类固醇激素能否与TSPO产生作用，亦缺少TSPO表达量的正常参考值，这些都有待进一步的研究与探索。

［1］ Korkhov VM，Sachse C，Short JM，et al.Three-dimensional structure of TspO by electron cryomicroscopy of helical crystals［J］.Structure，2010，18（6）：677－687.

［2］ 赵悦，左萍萍，郎森阳.TSPO：外周型苯二氮卓类受体的新命名及其在中枢神经系统中的作用［J］.中国药理学通报，2010，26（4）：432－435.

［3］ Papadopoulos V，Lecanu L.Translocator protein（18 kDa）TSPO：an emerging therapeutic target in neurotrauma［J］.Exp Neurol，2009，219（1）：53－57.

［4］ 仇志坤，徐江平，李云峰.转位蛋白18 kDa：未来治疗神经精神疾病的新靶点［J］.中国药理学与毒理学杂志，2012，26（3）：368－371.

［5］ Batarseh A，Papadopoulos V.Regulation of translocator protein 18 kDa（TSPO）expression in health and disease states［J］.Mol Cell Endocrinol，2010，327（1／2）：1－12.

［6］ Folkersma H，Boellaard R，Yaqub M，et al.Widespread and prolonged increase in（R）-11C-PK11195 binding after traumatic brain injury［J］.J Nucl Med，2011，52（8）：1235－1239.

［7］ Grossman R，Shohami E，Alexandrovich A，et al.Increase in peripheral benzodiazepine receptors and loss of glutamate NMDA receptors in a mouse model of closed head injury：a quantitative autoradiographic study［J］.Neuroimage，2003，20（4）：1971－1981.

［8］ Taliani S，Pugliesi I，Da Settimo F.Structural requirements to obtain highly potent and selective 18 kDa Translocator Protein（TSPO）Ligands［J］.Curr Top Med Chem，2011，11（7）：860－886.

［9］ Politis M，Su P，Piccini P.Imaging ofmicroglia in patientswith neurodegenerative disorders［J］.Front Pharmacol，2012，3：96.

［10］ Denora N，Laquintana V，Trapani A，et al.New fluorescent probes targeting the mitochondrial-located translocator protein 18 kDa（TSPO）as activated microglia imaging agents［J］.Pharm Res，2011，28（11）：2820－2832.

［11］ Cao T，Thomas TC，Ziebell JM，et al.Morphological and genetic activation ofmicroglia after diffuse traumatic brain injury in the rat［J］.Neuroscience，2012，225：65－75.

［12］ Readnower RD，Chavko M，Adeeb S，etal.Increase in blood-brain barrier permeability，oxidative stress，and activated microglia in a ratmodel of blast-induced traumatic brain injury［J］.JNeurosciRes，2010，88（16）：3530－3539.

［13］ Soustiel JF，Vlodavsky E.Improvement of cerebralmetabolism mediated by Ro5-4864 is associated with relief of intracranial pressure and mitochondrial protective effect in experimental brain injury［J］.Pharm Res，2011，28：2945－2953.

［14］ Ekmark-Lewén S，Lewén A，Israelsson C，et al.Vimentin and GFAP responses in astrocytes after contusion trauma to themurine brain［J］.Restor Neurol Neurosci，2010，28（3）：311－321.

［15］ Chen MK，Guilarte TR.Translocator protein 18 kDa（TSPO）：molecular sensor of brain injury and repair［J］.Pharmacol Ther，2008，118（1）：1－17.

［16］ Manku G，Wang Y，Thuillier R，et al.Developmental expression of the translocator protein 18 kDa（TSPO）in testicular germ cells［J］.Curr MolMed，2012，12（4）：467－475.

［17］ Robertson CL，Puskar A，Hoffman GE，et al.Physiologic progesterone reducesmitochondrial dysfunction and hippocampal cell loss after traumatic brain injury in female rats［J］.Exp Neurol，2006，197（1）：235－243.

［18］ Scarf AM，Auman KM，Kassiou M.Is there any correlation between binding and functional effects at the translocator protein（TSPO）（18 kDa）［J］.Curr Mol Med，2012，12（4）：387－397.

［19］ KreislWC，Fujita M，Fujimura Y，et al.Comparison of［11C］-（R）-PK 11195 and［11C］PBR28，two radioligands for translocator protein（18 kDa）in human and monkey：Implications for positron emission tomographic imaging of this inflammation biomarker［J］.Neuroimage，2010，49（4）：2924－2932.

［20］ Choi J，Ifuku M，Noda M，et al.Translocator protein（18 kDa）／peripheral benzodiazepine receptor specific ligands inducemicroglia functions consistentwith an activated state［J］.Glia，2011，59（2）：219－230.

［21］ Mills C，Makwana M，Wallace A.Ro5-4864 promotes neonatalmotor neuron survival and nerve regeneration in adult rats［J］.Eur J Neurosci，2008，27（4）：937－946.

［22］ Soustiel JF，Zaaroor M，Vlodavsky E，et al.Neuroprotective effect of Ro5-4864 following brain injury［J］.Exp Neurol，2008，214（2）：201－208.

［23］ Veenman L，Gavish M.The role of18 kDamitochondrial translocator protein（TSPO）in programmed cell death，and effects of steroids on TSPO expression［J］.Curr Mol Med，2012，12（4）：398－412.

R651.1

B

1671－7783（2014）02－0177－04

10.13312／j.issn.1671-7783.y130195

江苏大学医学临床科技发展基金资助项目（JLY20120041）；常州市武进区科技发展（社会发展）基金资助项目（WS201321）*：通讯作者，E-mail：wybx2＠163.com

2013－08－22 ［编辑］何承志