冷诱导RNA结合蛋白脑保护作用机制的研究现状

王 珊 张 兵△

1)哈尔滨医科大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150086 2)黑龙江省麻醉与危重病学重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081 3)黑龙江省普通高等学校麻醉基础理论与应用研究重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081

·综述·

冷诱导RNA结合蛋白脑保护作用机制的研究现状

王 珊1，2，3)张 兵1，2，3)△

1)哈尔滨医科大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150086 2)黑龙江省麻醉与危重病学重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081 3)黑龙江省普通高等学校麻醉基础理论与应用研究重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081

冷诱导RNA结合蛋白；脑保护；氧化应激；凋亡；低温

在全世界，脑缺血、中风属于第2、3位最常导致死亡的疾病，且是导致永久性残疾最常见的疾病[1-2]。近年来低温治疗技术已经成为一种有效的减轻脑中风、外伤性脑损伤后脑组织初次和再次损伤的方法，且在心脏骤停复苏后发挥重要的神经保护作用[3]，但由于其存在的不良反应，如易诱发低血压、低血容量、心率过缓、电解质紊乱及高血糖等，常会影响患者预后，导致低温技术在脑保护作用中的应用受到限制[4]。既往观点认为，低温治疗的保护作用是通过减少组织和器官的分解代谢，减少蛋白质的合成，并抑制组织、器官的氧耗来实现[5-6]。然而近期研究表明，在低温条件下，冷诱导RNA 结合蛋白(cold-inducible RNA-binding protein，CIRP)有明显的上调，CIRP在低温治疗中通过多种作用机制发挥重要的作用。本文重点阐述CIRP在中枢神经系统保护作用中的可能机制。

1 CIRP的细胞定位与表达

CIRP是一种RNA结合蛋白，也被称为核不均一核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP)，是富含甘氨酸RNA结合蛋白家族的一种18 kD蛋白[7]。人类的CIRP 基因定位在第19 号染色体p13.3位点上[8]。大鼠和小鼠的CIRP的蛋白序列是相同的，且人类的CIRP与它们有95%的同源性[9]。在K562、HepG2、NC65等多种人类细胞系及大鼠的脑、肺、肾脏、肝脏、胃、结肠、卵巢、睾丸、甲状腺和骨髓组织中CIRP均有结构性的表达，并在应激原的刺激下表达升高或降低[10]。在人和动物的大多数细胞中，CIRP位于细胞核中[7]，在应激原的刺激下，通过精氨酸的甲基化作用，CIPR从细胞核迁移至细胞质中[11]，参与体内多种生物学过程。

2 CIRP在中枢神经系统中的作用

2．1 CIRP调节转录和翻译 CIRP是应激反应蛋白，它有一个专门的内部核糖体进入位点序列(internal ribosome entry site，IRES)介导的翻译机制。通过内部核糖体进入位点序列与不同的转录因子结合在转录后水平和翻译水平调节基因的表达。CIRP从细胞核移到细胞液中，结合mRNA′s 5′/3′ 未翻译区域(untranslated region，UTR)调节翻译的起始速度、提高转录物的稳定性，并通过与特异靶基因结合，刺激激活的转录物的翻译而发挥保护细胞的作用，且帮助细胞快速适应环境的变化[12]。

2．2 CIRP对损伤神经细胞的保护作用 Li等[13]和李首春等[14]利用RNAi技术研究了CIRP在亚低温中的作用，结果显示，亚低温下CIRP蛋白表达升高，可以明显降低受损神经元凋亡，提高细胞存活率；沉默CIRP蛋白表达后，亚低温不能抑制神经元的凋亡。蔡英等[15]将原代培养的海马神经元分为对照组、损伤组和治疗组，氧糖剥夺55 min制作海马神经元损伤模型，损伤组和治疗组在氧糖剥夺后分别置于37 ℃和32 ℃培养24 h，收集各组细胞，检测各组细胞的存活率、凋亡率、CIRP的mRNA和蛋白的表达水平发现，与对照组比较，损伤组细胞生存率明显下降，治疗组细胞生存率明显升高；与损伤组比较，治疗组细胞凋亡率下降，CIRP的mRNA和蛋白表达明显升高。

3 CIRP在中枢神经系统作用中的可能机制

3．1 CIRP抑制氧化应激反应 脑组织缺血时抗氧化防御功能失调，发生氧化应激反应。由于中枢神经系统相对缺少抗氧化酶，因此氧化损伤的累积在脑组织发生率更高[16]。Liu等[13]将培养的小鼠皮质神经用慢病毒CIRP-RNAi转导，分析了CIRP在低温条件下对过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)诱导神经元细胞凋亡的调节作用。发现与37 ℃相比，32 ℃下CIRP的表达明显增加，且CIRP的表达诱导capase-3蛋白表达下降，而硫氧还原蛋白(thioredoxin，TRX)的表达升高，硫氧还原蛋白通过清除氧自由基而发挥保护作用。由此推测CIRP在低温下可能是通过诱导硫氧还原蛋白的表达而发挥脑保护作用。李静辉等[17]用体外分离培养的原代大鼠海马神经元，对比亚低温(32 ℃)与常温下(37 ℃)相关的氧化还原指标发现，单纯低温组和CIRP过表达组总抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD) 等抗氧化物质的活性成分明显升高，而丙二醛(MDA) 作为脂质过氧化的终产物则表达下降。因此认为，亚低温通过上调CIRP的表达，抑制细胞内氧自由基的生成，进而抑制氧自由基导致的神经元凋亡发挥神经元保护作用。

3．2 CIRP抑制炎症因子的表达 Toshiharu 等[12]用肿瘤坏死因子α(TNF-α)和放线菌酮处理BALB/3T3 细胞，在低温培养下发现CIRP 的表达增加，并使细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK) 的磷酸化水平升高，抑制了细胞凋亡的发生。低温(32 ℃) 时将CIRP 转导入CIRP 缺失的鼠成纤维细胞后，同样发现增加ERK 的磷酸化水平并抑制了TNF-α 诱导的凋亡。在同一个实验中，他们将含有NF-κB 结合位点并带有报告基因的载体与CIRP 共转染至CIRP 缺失的小鼠胚胎成纤维细胞，结果发现，通过表达CIRP 增加了NF-κB的活性。实验结果表明，在温和低温刺激应激下，CIRP 通过激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK) 级联中的ERK通路和NF-κB 信号通路而达到保护细胞的作用。Tomomi等[18]将小鼠暴露在4 ℃～5 ℃ 24 h和48 h后，选取小鼠脑组织用实时定量PCR技术分析基因的表达，发现CIRP、热休克蛋白70.1在嗅球和下丘脑表达升高，且CIRP的表达早于热休克蛋白70.1，而具有代表性的炎症因子TNF-α和IL-6在嗅球和下丘脑的表达则下降。推测CIRP在亚低温下是通过抑制炎症因子通路发挥细胞保护作用。

3．3 CIRP抑制线粒体凋亡途径 细胞凋亡可通过线粒体、死亡受体或内质网途径产生。线粒体凋亡途径包括释放细胞色素C、Smac、凋亡诱导因子和核酸内切酶，经过多步的激活反应使细胞的DNA破碎进而导致细胞凋亡。Zhang等[19]将小鼠的皮质神经元分离后在32 ℃下培养，发现CIRP过表达可使抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w和相应蛋白的表达增加，而促凋亡基因Bax、Bak、Bok、Bad、Bid和相应蛋白表达减少。在CIRP过表达组ERK和Akt的表达也相应增加，而ERK和Akt可直接或间接影响Bcl-2家族基因的表达。激活ERK1/2可使Bad磷酸化防止Bad的促凋亡功能，激活Akt可使Bad、Baxa和Caspase-9磷酸化并失活。因此，亚低温上调的CIRP可通过线粒体途径抑制神经元凋亡从而发挥神经保护作用。

3．4 CIRP调节细胞周期 Liu等[16]用N2a细胞作为神经细胞模型，发现用重组CIRP(rCIRP)培养的神经细胞和用rCIRP预处理的神经细胞与H2O2共同培养，神经细胞的成活率都明显提高。进一步探究发现，rCIRP能防止H2O2诱导的神经细胞停留在细胞周期的S期，且增加细胞周期中从S期到G2/M期的进程。用rCIRP预处理过的神经细胞能抑制H2O2导致的细胞周期相关蛋白cyclinD1和c-Myc表达下降，且增加p-Akt和p-ERK的表达水平。表明CIRP发挥神经保护作用可能是通过激活PI3K/Akt信号通路调控下游靶因子cyclinD1和c-Myc的表达进而调节细胞的增殖实现的。

3．5 CIRP与能量代谢的关系 Liu等[20]研究低温组、脑局部缺血组、缺血后低温组脑组织中CIRP的表达发现，在低温环境下，脑组织中CIRP表达水平明显升高，且具有区域性和时间性差异，下丘脑区的CIRP表达增强的出现明显早于其他脑区，且缺血性损伤可以推迟低温造成的CIRP 的表达，但并不能降低CIRP 的表达量，揭示了CIRP与能量代谢的关系，发现在低温诱导下的CIRP的表达与乳酸盐、PFK-1和丙酮酸盐无直接联系。因此，低温下CIRP的神经保护作用不是通过影响脑的能量代谢实现的。

4 问题与讨论

尽管上述研究证实CIRP在中枢神经系统通过不同的作用机制发挥保护作用，但也有实验研究发现，CIRP在中枢神经系统可能是一种促炎物质。Brochu等[21]发现，在紫外线照射下CIRP可上调IL-1β的表达，而干扰CIRP可减少p-IkBa、IL-1β的表达，降低NF-κB的活性；Rajayer等[22]发现，用酒精诱导的小鼠的脑组织和血液中CIRP表达增加，炎症因子TNF-α和IL-1β也相应增加；Zhou等[23]发现，在小鼠的大脑中动脉栓塞模型中，TNF-α伴随CIRP的表达增加而升高，且CIRP能直接诱导TNF-α从BV2细胞中释放并激活NF-κB信号传导通路。上述研究似乎表明，CIRP在中枢神经系统炎症反应中的作用是相互矛盾的，既发挥抑制炎症反应的作用又可能促进炎症反应的进展。综合分析上述研究发现，CIRP抑制脑组织炎症反应作用的研究大多是在低温下和在体外实验中被证实的；而CIRP的促炎作用多是在室温和在体实验中得到的。因此猜测CIRP是否在不同的温度和体内外环境下存在不同的状态，从而调节不同的信号通路发挥不同的作用。因此，CIRP的作用机制有待进一步深入研究。

5 展望

在脑缺血缺氧损伤、脑缺血/再灌注损伤、脑外伤等情况下，CIRP作为一种应激状态下大量表达的RNA 结合蛋白，通过多种作用机制发挥神经保护作用。但CIRP在中枢神经系统炎症反应中作用的研究结果相互矛盾，尚有待进一步深入研究。开展CIRP 的功能性研究具有重要的基础研究价值及应用前景。

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(收稿2017-04-11)

责任编辑：王喜梅

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1673-5110(2017)17-0111-03

10.3969/j.issn.1673-5110.2017.17.037

国家自然科学基金项目(编号：81372026)

△通信作者：张兵，博士，教授，主任医师，硕士生导师。研究方向：心跳骤停脑复苏、围术期脑保护、服缺血再灌注损伤。Email：zhang_bing08@126．com