神经血管单元与网络药理学

黄清　陈秋萍++蒙兰青

【关键词】神经血管单元；网络药理学；缺血性卒中

中图分类号：R743.3文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2014.04.026

缺血性脑卒中严重危害人类健康，给社会、家庭带来沉重负担。长期以来，在传统药物及现有的治疗手段上，难以达到满意的疗效。神经血管单元[1]将缺血后脑保护的目标从过去单一的神经保护提升到对神经细胞、血管等整体结构式的保护。网络药理学是最近研发多靶点新药的热点学科，与缺血性脑卒中后对神经血管单元多重治疗新理论有密切关系。结合目前神经血管单元与网络药理学研究进展，展望其可能成为缺血性卒中研究新策略。

1神经血管单元（NVU）

2001年7月，美国国立神经病学与卒中研究所（NINDS）提出了神经血管单元（neurovascular unit，NVU）的概念，强调神经元、血脑屏障（BBB，包括血管内皮细胞、星形胶质细胞的血管终足、基底膜和周细胞）、细胞外基质及小胶质细胞之间的动态相互作用。这个概念的提出，不仅把神经元、神经胶质细胞和脑血管的相互作用看作一个整体，而且把过去对脑缺血损伤单一的神经元保护、再灌注等治疗提升到神经血管单元保护和修复的高度进行研究，为缺血性卒中的治疗带来了新的机遇。

1.1缺血性卒中NVU各组分及联系生理情况下，神经元以氧化磷酸化产生ATP维持细胞的正常代谢活动。脑缺血缺氧时，氧和葡萄糖等能量代谢障碍引起Na+丢失，K+通道传导受阻，突触前膜去极化，激活兴奋性神经递质谷氨酸受体（尤其是NMDA受体）打开神经细胞膜上的Ca2+通道，导致大量Ca2+进入神经元。神经元通过产生炎性细胞因子和活化氧（reactive oxygen species，ROS），激活小胶质细胞产生更多的细胞因子及一氧化氮合酶（NOS）的活性。以上综合效应的结果是使神经细胞水肿，细胞器溶解，细胞膜破裂，产生炎症反应，导致细胞坏死。血管内皮细胞在细胞因子、趋化因子的作用下能产生基质金属蛋白酶（MMPs），而MMP2和MMP9参与了急性缺血损伤的炎症反应，导致血脑屏障的通透性发生破坏[2]。周细胞通过调整特异性的血管内皮细胞基因表达，诱导星形胶质细胞的终足极化，维持完整的NVU结构[3]。缺血状态下星型胶质细胞主要通过吞噬、产生抗原、细胞因子和趋化因子等发挥其免疫功能。

1.2NVU相关信号通路

1.2.1Wnt信号通路随着NVU概念的提出，发现Wnt信号通路在缺血性卒中神经血管单元保护中可能发挥重要作用。研究表明，Wnt蛋白不仅存在于血管和BBB中，而且在培养的内皮细胞中刺激类似BBB的物质形成，维持BBB的稳定和神经功能，是参与脑血管生成和BBB分化的重要调节介质[4]。

1.2.2周细胞与血管内皮细胞信号通路在BBB对维持NVU功能中，周细胞起着重要作用[5]。近年来的许多研究发现胶质细胞和周细胞通过RhoGTP信号通路参与了血管内皮细胞的生长、毛细血管的发生和重塑。位于周细胞表面的血小板衍生生长因子β受体（PDGFR）与血小板衍生生长因子结合以促进血管成熟[6]。周细胞和血管内皮细胞之间通过N钙粘蛋白来增强血管稳定性[7]。

1.2.3tPA信号通路研究表明，MMPS和tPA在脑缺血急性期血脑屏障的损伤中起着关键的作用[8]。tPA通过激活MMPS等信号通路，使BBB通透性增加，导致脑出血、水肿。深入了解tPA的神经毒性，对安全有效的tPA治疗急性脑缺血提供分子基础具有重要意义。

1.2.4其他信号通路研究表明，丝氨酸蛋白酶（APC）具有抗凝、抗炎免疫及抗细胞凋亡的作用，在脑缺血6～144 h后具有神经保护和修复功能[9]。血管内皮生长因子（VEGF）通过活化Rho/ROK信号通路对缺血后的神经元有保护作用[10]。

1.3NVU潜在靶点网络相关研究发现，L型钙通道激动剂对神经细胞具有明显的保护作用；抑制BKCA通道阻止血管内皮细胞损伤，对神经具有保护作用；ERBB4受体调节神经调节素1释放GABA，对神经起保护作用。因此，L型钙通道、BKCA通道及ERBB4受体有可能成为神经保护新靶点[11]。星形胶质细胞是脑内分布最广泛的一类细胞，脑缺血后出现炎症反应，并广泛受损。水通道蛋白4（AQP4）能调节星形胶质细胞谷氨酸转运体（GluTs）的表达及谷氨酸的摄取功能，可见AQP4是星形胶质细胞保护的重要靶点[12]。

2网络药理学

在过去的十余年，新药研发的主导思想是“一个药物，一个靶标，一种疾病”。以特异性靶点药物来治疗某种疾病，如肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病等，均难以获得满意的疗效。获得FDA批准的药物数量却逐年下降，全新药物只有25%。2007年，英国药理学家Hopkins[13]指出，造成上述失败的原因或许不是科技因素，而是哲学理论因素。由此，他率先提出并系统地阐述了网络药理学（network pharmacology）的概念，其运用网络生物学、系统生物学、基因的冗余度以及多效性等原理阐释疾病发展的过程，进一步利用网络平衡的整体观来认识药物与机体的相互作用。

2.1网络药理学研究相关技术方法当前，网络药理学主要有以下2种研究思路：一是利用已有的数据库建立特定疾病药物模型，预测药物作用靶点，通过药物靶点疾病网络解析并验证所研究药物的网络药理学机制。二是采用生物信息学分析并构建药物靶点疾病网络，针对药物模型之间的相互作用所产生的大量数据，进而解析所研发药物的网络药理学机制。

2.1.1高通量/高内涵筛选技术高通量筛选（high throughput screening，HTS）/高内涵筛选（high content screening，HCS）是指以细胞、分子水平的实验方法为基础，在不影响细胞、组织或机体结构及功能的条件下，具有同时检测大量样品对活细胞、组织或机体多个表型的功能，如细胞、分子形态、生长、代谢途径、分化、凋亡及信号转导等环节。它能在单一实验中提取大量数据信息，并利用高分辨率荧光数码影像系统和自动化数字图像处理技术进行高度的分析并储存，体现了均质、可视化、多维表型检测和实时动态监测特点。实现了对化合物多靶点多参数的同时检测，从细胞、基因调控通路和网络水平上研究药物的药理毒理，并使全面评价活性化合物的成药性成为可能，在新药研发中发挥越来越重要的作用[14]。如运用HCS和神经突图像定量软件对Aβ影响小鼠皮层神经元神经突生长的进行分析，筛选抑制神经突丢失的药物[15]。endprint

2.1.2双高通量基因检测技术双高通量基因检测技术是指对网络药理学相关研究所需的基础数据和网络模型进行验证，具有检测样品高通量、检测目标基因高通量的双高通量技术。2002年Fakhari等[16]提出的聚合酶链式反应（PCR）芯片技术，具有特异性强、灵敏度高及重复性好、操作流程简单、定量结果无须后期验证等优势。

2.1.3分子相互作用技术分子相互作用技术是指从网络药理学角度揭示药物作用原理，或对所构建的药物作用网络/预测模型进行验证，用来揭示药物分子与机体生物大分子之间的相互作用。目前研究分子相互作用的方法主要包括：基于表面等离子共振的检测技术（surface plasmon resonance，SPR）[17]、基于生物膜层干涉的检测技术（BioLayer Interferometry， BLI）[18]、液质联用分析技术（Liquid chromatographymass spectrometry，LCMS）[19]，这些都具有高精度、无标记、高通量且实时检测的优点。

2.1.4网络可视化与网络分析网络可视化是指通过丰富网络属性和网络描述，运用可视化工具（Cytoscape、GUESS、Pajek等）将联系表反映成具有相互联系、表现更为直观的可视网络过程[20]。网络分析是指运用相应工具对已构建的网络进行分析并从中提取有效使用信息。例如，网络中的隐藏信息是通过网络拓扑学信息计算得到网络本身的统计属性[21]；现有网络的可靠性是采用随机网络生成来进行比较和验证的[22]；网络分层和聚类不仅使复杂的网络简化，还提供了寻找网络潜在信息的方法[23]。

2.2网络药理学与新药物发现通过网络分析，鉴定可产生满意疗效的关键节点或节点组合，指导研究者发现可干扰这些节点、产生多向药理学效应的先导药物[24]。网络药理学的研究，结束了“一个药物，一个靶标，一种疾病”为主导的传统新药研发模式，开创了一种多靶或与多种疾病间复杂网状关系的新研究模式，从全新的视角认识药物靶点的网络分布，对复杂疾病发病机制及治疗靶标的研究存在潜在的应用价值。吴钉红等[25]利用网络药理学方法，对清热中药治疗冠心病的有效成分和作用机制从系统水平进行研究，构建清热中药治疗冠心病的药物靶标疾病网络，并揭示中药中化学成分与相关靶标相互作用的分子机制。朱伟等人[26]运用分子对接和复杂网络分析技术研究治疗慢性肾病中药所含化学成分和靶标之间的相互作用。结果显示治疗慢性肾病中药所含化学成分靶标相互作用网络与西药的化学成分靶标相互作用网络存在较大的差异，这说明中药的作用机制和西药的作用机制不完全相同。

3展望

综上所述，NVU相关理论从新的角度认识缺血性卒中神经血管单元各组分之间相互作用机制、病理变化过程和潜在靶点网络。网络药理学从系统生物学和系统药理学角度系统地揭示药物和机体相互作用的规律和原理。结合神经血管单元和网络药理学相关理论将是缺血性卒中研究的新策略。参考文献[1] Lok J，Gupta P，Guo S，et a1.Cellcell signaling in the neurovascular unit[J].Neurochem Res，2007，32（12）：20322045.

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（编辑：潘明志）endprint