脊髓缺血再灌注损伤相关信号通路研究进展

李雪焕，陈向华（.安徽中医药大学03级硕士研究生，安徽　合肥　30038；.安徽中医药大学针灸骨伤临床学院，安徽　合肥　30038）

脊髓缺血再灌注损伤相关信号通路研究进展

李雪焕1，陈向华2
（1.安徽中医药大学2013级硕士研究生，安徽合肥230038；2.安徽中医药大学针灸骨伤临床学院，安徽合肥230038）

［摘要］目前对SCII的发生、发展及转归已取得较为深入的研究，但其细胞信号转导机制尚不明确。研究表明，多条细胞信号通路参与了SCII的病理生理过程，其中核因子-κB（NF-κB）、分裂原激活蛋白激酶（MAPK）、PI3K-Akt/PKB、JAK-STAT、蛋白激酶C（PKC）在SCII中发挥着重要作用，各信号通路之间也存在交互对话，相互调控。

［关键词］脊髓缺血再灌注；信号通路；PI3K-Akt/PKB；NF-κB；MAPK

脊髓缺血再灌注损伤（Spinal cord ischemic reperfusion injury，SCII）是指导致脊髓缺血的因素去除后，脊髓恢复血供，神经功能不仅得不到改善，反而在原缺血损伤基础上进一步加重，甚至出现不可逆性脊髓神经元迟发性死亡的现象，常导致四肢瘫痪，甚至死亡［1］。这种细胞信号转导机制复杂，是细胞对应激原的反应以及细胞凋亡的系统调控［2］。研究表明，多条细胞信号通路参与了SCII的病理生理过程，其中JAK-STAT、PI-3K-Akt/ PKB、核因子-κB（NF-κB）、蛋白激酶 C（PKC）、分裂原激活蛋白激酶（MAPK）等信号系统在SCII中发挥着关键性作用，现综述如下。

1　NF-κB信号通路

NF-κB是普遍存在于真核细胞中的一种转录因子，1986年首先发现它是B淋巴细胞中免疫球蛋白κ轻链转录所需的核转录因子，故命名NF-κB［3］。近年来，NF-κB的活化被认为是介导和加剧脊髓缺血再灌注损伤的重要环节，并开始初步探讨阻断NF-κB激活过程来保护脊髓组织。

1.1 TLR介导NF-κB信号通路

Toll样受体（Toll like ，receptor，TLR）作为先天免疫系统中细胞因子分泌的上游开关，成为炎症免疫基础研究的重要分子，SCII时，组织细胞合成释放TLR4内源性配体，被TLR4识别并结合［4］，这些配体激活TLR4后，可与接头蛋白髓样分化蛋白88结合，经一系列转导激活I-κ激酶（IKK）蛋白激酶复合体，IKK的激活可引发NF-κB的抑制因子I-κB发生磷酸化，导致NF-κB激活并转位［5］，最终导致NF-κB活化，形成SCII的炎症信号转导。NF-κB位于TLR4下游信号通路的枢纽位置，活化的NF-κB可直接调控参与缺血再灌注炎症损伤的多种介质的基因表达，升高细胞间黏附分子-1 （ICAM-1）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）等炎症因子水平［6］。研究证实，给与TLR4内源性配体HMGB1，小剂量预耐受处理可以明显降低NF-κB活性，从而抑制炎性反应［7］。

1.2TNF-α介导NF-κB信号通路

SCII发生时，脊髓组织缺血缺氧，释放炎症因子（如IL-1，TNF-α），导致氧化应激反应［8］，TNF-α是在炎症反应中最早表达的一种炎症细胞因子，TNF-α与细胞表面TNF-a受体（TNFR）体结合，激活IKK后使IκB发生磷酸化并与NF-κB解离，NF-κB活化即可快速移位进入胞核内，引起靶基因转录表达［9］，NF-κB转录调节的连接位点位于许多促炎细胞因子（如IL-1，IL-6，TNF-α等）与免疫调节因子的启动区，这些炎性因子表达后又作用于中性粒细胞，介导白细胞向损伤区迁移聚集，大量活化的白细胞聚集在脊髓微血管内并浸润到脊髓组织中，释放细胞炎性物质、蛋白酶等引起脊髓损伤，形成一种正反馈增加损伤区的炎症反应［10］。TNF-α是众多细胞因子的重要启动因子，能诱导ICAM-1的表达，协同放大炎症级联，加重细胞水肿及继发性损伤，所以TNF-α/NF-κB通路可能是诱导SCII的重要途径。

2　MAPK信号通路

细胞外的各种刺激信号通过不同的感受器激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated proteinkinas，MAPK）而引起的信号转导通路是广泛存在于真核细胞中的一条重要信号转导通路，经过一系列级联反应传递信号，引起基因转录、蛋白合成、细胞分化、增值及凋亡。MAPK家族中以细胞外信号调节激酶（ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、蛋白激酶p38三种蛋白为代表［11］。

2.1JNK介导的MAPK信号通路

研究证实JNK信号通路参与了许多细胞凋亡的发生［12］，SCII可通过诱导JNK的上游信号分子细胞凋亡信号调节激酶1（ASK1）的活化，进而激活JNK，JNK的活化是通过其氨基酸残基磷酸化而实现的，激活后JNK由胞浆移位至细胞核［13］，活化的JNK可以和转录因子c-Jun的氨基末端区域结合，使转录因子的活性区域发生磷酸化，因为转录因子同二聚体或异二聚体复合物的形式和许多基因启动子上的AP-1和AP-1样位点结合，从而可以提高AP-1的转录活性，促进基因的表达和蛋白质的合成［14］，促细胞凋亡因子Bcl-xL/Bcl-2相关死亡启动因子（BAD）激活可诱发脊髓神经细胞的凋亡，SCII时可能激活JNK/BAD途径，造成脊髓损伤，应用JNK抑制剂和抗氧化剂提前干预可部分抑制脊髓损伤。

2.2p38介导的MAPK信号通路

研究表明AsK1-p38介导的凋亡信号转导通路参予到SCII中，p38活化促进脊髓神经细胞的凋亡［15］，有学者发现抑制剂通过抑制p38MAPK通路的活化可以降低小胶质细胞的活化，小胶质细胞是中枢神经系统主要的炎症介导细胞，其所引发的炎症反应负责原发性外伤性脊髓损伤后的继发性损伤［16］。电针也可以抑制大鼠脊髓p38MAPK信号转导通路的激活而达到消炎止痛作用［17］。

2.3ERK1/2介导的MAPK信号通路

近年来，众多学者发现SCII时有ERK1/2磷酸化的发生，但其作用机制存在争议，Kang Lu等［18］认为ERK1/2信号通路可能在SCII中起有害作用，参与炎症反应和细胞因子的产生。杨成伟等［19］发现SCII过程中ERK1/2的活化以及在胞核外区域的滞留导致了脊髓神经细胞的凋亡，而G蛋白耦联受体激酶相互作用分子1（GIT1）作为细胞浆内局部黏附蛋白同pERK1/2的结合可能导致了其在胞浆区的滞留。另外有学者们却发现ERK1/2的活化对脊髓有保护作用［20］，艾春雨等［21］发现脊髓缺血再灌注期间微循环障碍，导致缺氧从而启动修复机制，脊髓组织p-ERK1/2表达上调，缺血后控制性低压处理可使p-ERK1/2蛋白表达显著上调，从而减轻脊髓缺血再灌注损伤；然而p-ERK1/2的保护作用随时间逐渐下降，再灌注12小时P-ERK的表达最少，此时脊髓神经细胞凋亡突然开始增加，推测此时P-ERK的神经保护作用降到最低，为干预治疗的最佳时间。

3　PI3K-Akt/PKB信号通路

磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3 kinase，PI-3K）是一个包括许多脂质激酶的家族，是由催化亚基和调节亚基组成的异源二聚体蛋白质，具有脂质激酶和蛋白激酶的双重活性，被激活后产生磷酸化的磷脂酰肌醇，磷酸化的磷脂酰肌醇再通过活化的磷酸肌醇依赖性激酶-1（PDK-1）激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶B （PKB，Akt）。PI-3K/Akt通路的激活是SCII过程中抗凋亡途径之一，研究发现，在SCII防治中Akt的激活直接或间接的调节细胞凋亡［22］，提示PI3K/Akt信号途径的激活在SCII过程中起到有效的保护作用。

4　JAK-STAT信号通路

有研究发现SCII动物模型中睫状神经营养因子（CNTF）受体有两个重要功能区，能与非受体型酪氨酸蛋白激酶（JAKs）相互作用，磷酸化后借助JAKs激活信号转导因子和转录激活因子（STAT），导致胞体、核内及树突内磷酸化的STAT3明显增加，提示SCII后CNTFJAK-STAT3信号通路的激活参与自我修复，改变细胞生存状态［23］。STAT1已被报道与脑缺血后神经细胞死亡有关，而STAT3参与调节细胞的存活，Koji Osuka等［24］发现脊髓缺血损伤后STAT3信号转导到细胞核内促进神经元存活，神经元的存活或死亡由STAT1和STAT3之间的平衡调制确定。

5　PKC信号通路

蛋白激酶是能催化腺苷三磷酸（ATP）上的γ-磷酸转移到蛋白质分子中的丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）残基羟基、酪氨酸（Tyr）残基酚羟基，或赖氨酸（Lys）残基的ε-氨基、组氨酸（His）残基之咪唑基和精氨酸（Arg）残基之胍基上的一类磷酸转移酶，PKC-γ是唯一存在于中枢神经系统的蛋白激酶C亚型，位于突触前，被视为神经再生研究中皮质脊髓束（corticospinal tracts）的顺行标记物，研究发现PKC-γ参与调节SCII［25］，但PKC-γ在SCII中的作用机制有待更深一步的探讨，为临床开发新的靶向治疗剂提供依据。

6　小　结

SCII是多因素导致的病理过程，介导SCII的信号途径有PI3K-Akt/PKB、PKC、MAPK、JAK-STAT信号通路途径，其中NF-κB、JNK、P38通路能加重SCII过程中脊髓损伤，PI3K-Akt/PKB通路激活是SCII过程中抗凋亡途径之一，而ERK1/2和JAK-STAT激活对SCII过程中脊髓神经的保护作用和损害作用则都有报道，PKC在SCII中的作用则有待深一步的探讨。同一种致SCII的信号可以同时作用于不同的细胞信号转导通路，如TNF可同时激活NF-κB和JNK途径，IL-1是NF-κB和p38途径共同的刺激因子。各信号通路之间也存在交互对话、相互调控，如PKC活化后可直接激活NF-κB系统，在p38MAPK途径中位于传导的上游，Akt/PKB能直接激活IKK，进一步活化NF-κB，ERK1/2活化后能激活STAT。可见，在SCII的发生、发展和转归中，细胞信号转导系统存在着广泛而复杂的交汇和网络调控，从细胞分子水平阐明SCII的细胞信号转导机制，找出其关键环节，对于临床找出新的靶向治疗剂有重大的推动作用。

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［收稿日期］2015-05-15

［通讯作者］陈向华

［基金项目］安徽省自然科学基金（1408085MH202）

［中图分类号］R541.7

［文献标识码］B

［文章编号］1004-2814（2015）10-0982-03