腺苷A2a受体、caspase-3与新生儿缺氧缺血性脑病

曲艳杰(综述)，王冬梅(审校)

(包头市第四医院儿科，内蒙古 包头 014030)



腺苷A2a受体、caspase-3与新生儿缺氧缺血性脑病

曲艳杰△(综述)，王冬梅※(审校)

(包头市第四医院儿科，内蒙古 包头 014030)

摘要：腺苷是一种重要的神经递质，其受体共分为A1、A2a、A2b、A3四种类型，其中A2a 受体在中枢神经系统的纹状体、海马区和皮质区分布较多。当缺氧缺血性脑损伤发生后，大量的腺苷A2a受体数量增加，其与腺苷结合后，引起兴奋性神经递质及中枢炎性因子的释放增加，最终引起神经元细胞的死亡或凋亡。而胱天蛋白酶(caspase)3在缺氧缺血性神经元凋亡过程中也发挥了非常重要的作用。该文就腺苷A2a受体、caspase-3与新生儿缺氧缺血性脑病的相关发病机制进行综述。

关键词：新生儿缺氧缺血性脑病；缺氧缺血性脑损伤；腺苷A2a受体；胱天蛋白酶3

新生儿缺氧缺血性脑病是引起新生儿期死亡和留有后遗症的主要因素，它是由各种围生期危险因素所致的缺氧缺血性脑损伤，包括特征性的神经病理及病理生理过程，并在临床上出现一系列脑病的表现，部分患儿可留有不同程度的神经系统后遗症[1]。随着近些年来新生儿急救复苏技术的不断提高，目前世界范围内新生儿缺氧缺血性脑病的发病率在逐年上升[2]，现已成为危及婴幼儿生存质量的非常重要的疾病之一,但目前其发病机制尚不完全明确，故治疗手段亦有限。目前，在其发病过程中，兴奋性氨基酸的神经毒性作用及炎性因子的作用越来越受到重视。现就腺苷A2a受体、胱天蛋白酶(caspase)-3与新生儿缺氧缺血性脑病的相关发病机制进行综述。

1腺苷A2a受体

1.1腺苷腺苷在神经系统中分布较广，作为一种重要的神经递质，发挥着非常重要的生理作用。调节腺苷有两种途径：①当脑组织缺氧缺血发生时，脑细胞能量代谢加快，在神经元细胞内，大量腺苷三磷酸迅速水解，其水解产物(腺苷二磷酸、腺苷一磷酸、腺苷、肌酐及次黄嘌呤)明显增加，神经胶质细胞同时会将腺嘌呤核苷酸运送到神经元细胞外，从而使细胞外的腺苷水平急剧升高[3]；②神经元细胞突触通过调节腺苷脱氨酶刺激星形胶质细胞释放腺苷，而大量的腺苷与腺苷受体结合，发挥着各种不同的生理作用[4]。有研究证明，腺苷受体分为A1、A2a、A2b、A3四种亚型，且在中枢神经系统的纹状体、海马区和皮质区，A1受体、A2a受体分布较多[5-6]。已有文献报道，大脑纹状体在缺氧缺血性损伤后，神经元细胞功能损害程度与腺苷A2a受体的分布程度密切相关[7]。研究显示，抑制A2a受体后表现为明显的神经保护作用，这种保护作用表现为限制谷氨酸兴奋性毒性作用和阻碍中枢炎性因子的释放[8]。腺苷A2a受体的相对分子质量为45 000,含有410个与犬、大鼠、小鼠和人具有高度同源性的氨基酸序列，是一种刺激型G蛋白偶联受体，主要位于神经元的突触后膜。当缺氧缺血性脑损伤发生时，一方面，大量的腺苷与腺苷受体结合，通过刺激型G蛋白刺激细胞因子的释放，从而增加环腺苷酸浓度，促进钙离子内流，从而使突触前膜的兴奋性神经递质谷氨酸释放增加，而大量的谷氨酸堆积使神经元细胞的兴奋毒性增加，最终引起缺氧缺血区神经细胞死亡或凋亡，从而发挥神经调节作用[8-9]；另一方面,A2a受体通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路，使p38MAPK、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)活化，从而使p38MAPK激活、JNK磷酸化，促进自由基、细胞因子和前列腺素等炎性因子释放增加，最终导致脑细胞凋亡[9-10]。

1.2腺苷A2a受体的神经保护作用腺苷A2a受体在成年鼠缺氧缺血性脑损伤中有很重要的神经保护作用，腺苷A2a受体拮抗剂可以对抗成年鼠缺氧缺血性脑损伤引起的神经元凋亡。Li等[11]研究发现，剔除大鼠A2a受体基因能明显减轻因急性脑损伤所致的神经元凋亡,由此推断，腺苷A2a受体在调控缺氧缺血性脑损伤的神经细胞凋亡过程中发挥着非常重要的作用,但相关的机制目前还不十分明确。已有研究证明，腺苷A2a受体缺失产生的缺血性神经保护功能可能与激活A1受体功能，并上调谷氨酸转运蛋白1表达，增加了向细胞内转运谷氨酸能力，最终减轻了由大量谷氨酸堆积介导的兴奋性毒性损伤相关[12]。同时，研究还发现，剔除A2a受体后，可通过促进早期JNK磷酸化的持续激活而加重新生小鼠缺血缺氧性脑损伤的神经细胞凋亡及加重脑损害的过程[13]。成年大鼠大脑中动脉缺血后,应用选择性A2a受体拮抗剂可以抑制p38MAPK活性及JNK磷酸化,从而降低前炎性因子释放,抗炎因子的表达增加,最终减轻脑损伤程度，发挥中枢保护作用[14]。剔除腺苷A2a受体基因可加重慢性低灌注白质的损伤，促使白质区域炎性因子产生增多，这也表明A2a受体基因对缺氧缺血性脑损伤具有非常重要的影响作用[15]。目前，腺苷A2a受体已被证实与癫痫、亨廷顿病、帕金森综合征、阿尔茨海默病及抑郁症等多种神经精神疾病相关联[16]。而A2a受体非选择性受体拮抗剂(如咖啡因和茶碱)已经被广泛应用于一些神经精神疾病的辅助治疗。腺苷A2a受体拮抗剂和A2a受体基因剔除后均具有明显的减轻缺氧缺血后脑损伤的作用。娄普等[17]建立小鼠局灶性脑缺血再灌注模型后发现，剔除A2a受体基因后能够明显减轻小鼠肢体活动障碍和胶质瘢痕形成，可能具有促进后期神经再生的作用，这也是缺血性脑损伤的一个治疗新途径。所以，对于新生儿缺氧缺血性脑病来说，A2a受体拮抗剂作为临床治疗新方法应该具有很光明的前景。

2Caspase-3与新生儿缺氧缺血性脑病

2.1Caspase-3与细胞凋亡缺氧缺血性脑损伤引发的脑细胞死亡有两种形式，即坏死和凋亡，大部分轻度脑损伤以凋亡为表达形式。研究表明，脑缺氧缺血后神经细胞凋亡由caspase介导,且caspase参与了缺氧缺血性神经元损伤的病理过程,在缺氧缺血性神经元死亡中发挥了重要作用[18]。caspase家族是一种半胱氨酸蛋白酶，当其被活化后可促进蛋白质的降解，参与细胞凋亡过程，故也被命名为caspase凋亡家族。caspase家族分为caspase-1～caspase-11共11种酶，参与细胞凋亡的caspase包括caspase-2、caspase-3、caspase-6、caspase-7、caspase-8和caspase-9。caspase-3是在1994年被研究发现，并于1996年被命名，其共含有277个氨基酸残基，相对分子质量为32 000；caspase-3是各种细胞凋亡过程中的关键酶，既能接受凋亡信号,成为凋亡的执行者,又是凋亡效应器,是凋亡发生过程中所需要的一种重要蛋白酶,同时也是凋亡发生的标志酶[19]。通常caspase-3分布于哺乳动物的各种组织和细胞内，是以caspase-3酶原方式表达，此时是没有活性的。caspase-3在活化过程中从Asp28～Ser29和Asp175～Ser176两处被剪切，形成p17(29～175)和p10(182～277)两个活性片段，成为有活性的酶；活化的caspase-3主要通过酶解切割其特异性底物,使底物的结构改变或影响特定的信号分子而参与细胞凋亡过程；caspase-3要求切割位点易断端必须为天冬氨酸，且caspase-3的底物有多种，最关键的是 116 000 的多腺苷二磷酸核糖聚合酶 (poly ADP-ribose polymerase，PARP)，参与修复和监测DNA[20]。当凋亡信号发出时，PARP被caspase-3于Asp216、Gly217两个位点剪切为两个片段，分别为31 000和85 000，从而使PARP两个锌指结构与C端的催化区域分开，不能与DNA正常结合，失去原有功效。由于钙离子/镁离子依赖性核酸内切酶是受PARP负调节的酶，故当PARP失去功能后，钙离子/镁离子依赖性核酸内切酶的活性骤然大增，加速核小体间DNA的裂解，最终导致细胞凋亡。另外，还有参与DNA修复的DNA依赖性蛋白激酶、参与信使RNA裂解的U1-70K、参与类固醇生物合成的类固醇调节元件结合蛋白及参与细胞骨架重构的鸟苷三磷酸酶Rho家族的鸟苷二磷酸分离抑制剂D 4-GDI和异核核糖核蛋白C1和C2等。

2.2caspase-3与新生儿缺氧缺血性脑病Harrison等[21]实验研究表明，成年大鼠大脑中动脉持久性脑缺血缺氧后患侧脑组织中caspase-3信使RNA水平明显增高。而早在1998年Ni等[22]就提出,caspase-3信使RNA在鼠的胚胎期和新生鼠的大脑中有较高水平表达，且均以未活化的caspase-3形式存在，但在成年鼠的表达水平却很低。Wang等[23]的实验更加证实了新生小鼠在缺氧缺血性脑损伤后大脑皮质caspase-3活性显著升高。Cheng等[24]发现，缺氧缺血性脑损伤后2 h，损伤侧脑组织中caspase-3活性即显著增高,而非损伤侧始终无改变；当继续给予caspase-3活性抑制剂后，损伤侧神经元细胞病死率明显减轻，由此推断，在缺氧缺血性脑损伤致神经元细胞死亡过程中caspase-3发挥了不可忽视的作用，抑制caspase-3的活性对于脑损伤的治疗具有重大意义。目前，caspase-3活性抑制剂已被证明具有抑制小鼠缺氧缺血性脑损伤后神经元细胞的凋亡、降低脑细胞水肿程度及加快脑损伤后神经元功能恢复的功能[21]，并已被广泛应用于动物实验模型中。由此推测，caspase-3抑制剂应用于新生儿缺氧缺血性脑病的治疗过程中，亦应该具有明显效果。

3小结

在医学技术快速发展的今天，随着新生儿窒息复苏成功率的不断上升，新生儿缺氧缺血性脑病的发病率亦逐年增高，其治疗更显重要。在腺苷A2a受体拮抗剂和caspase-3抑制剂广泛应用于动物实验的同时，人们对两者在新生儿缺氧缺血性脑病的治疗方面抱有了更大的期望。如果这种治疗新途径能够合理应用于临床，无疑可以避免和减轻缺氧缺血性脑病患儿的后遗症，降低新生儿期致残率，很大程度上提高缺氧缺血性脑病患儿的生存质量和生活质量。

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Adenosine A2a Receptors,Caspase-3 and Neonatal Hypoxic Ischemic EncephalopathyQUYan-jie，WANGDong-mei.(PediatricDepartment,BaotouFourthHospital，Baotou014030，China)

Abstract：Adenosine is an important neurotransmitter,the receptors of which consist of A1,A2a,A2b,A3 four types,and A2a receptors are more distributed in the central nervous system of the striatum,hippocampus and cortex.After the hypoxic ischemic brain damage,a number of adenosine A2a receptors increase,which then combine with adenosine,inducing the increase of excitatory neurotransmitter and central inflammatory factors release,ultimately causing neuronal cell death or apoptosis.Caspase-3 also plays a very important role in ischemic neuronal apoptosis in hypoxia.Here is to make an elaboration on the associated pathogenesis of adenosine A2a receptor,caspase-3 in neonatal hypoxic ischemic encephalopathy.

Key words：Neonatal hypoxic ischemic encephalopathy； Hypoxic ischemic brain damage； Adenosine A2a receptor； Caspase-3

收稿日期：2015-01-30修回日期：2015-03-21编辑：郑雪

基金项目：内蒙古自治区卫生和计划生育委员会科研A类一等项目(201301083)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.021

中图分类号：R72

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2359-03