星形胶质细胞对脑缺血后神经元保护机制的研究进展

张欢欢，刘寒，何林，高原雪，代旭阳，张晓双，李敏，王斌

(陕西中医药大学，陕西咸阳712046)

星形胶质细胞对脑缺血后神经元保护机制的研究进展

张欢欢，刘寒，何林，高原雪，代旭阳，张晓双，李敏，王斌

(陕西中医药大学，陕西咸阳712046)

脑缺血时神经元发生损伤，星形胶质细胞活化，变为反应性星形胶质细胞。星形胶质细胞在缺血状态下耐受力较强，可通过多种途径保护神经元，但也可通过产生兴奋性氨基酸、释放炎症介质、降低缝隙连接等损伤神经元。因此，星形胶质细胞在脑缺血病理过程中具有损伤或保护神经元的双重作用。星形胶质细胞对脑缺血时神经元的保护机制可能为：①摄取兴奋性氨基酸，减少其对神经元突触后膜的持续兴奋作用；②抑制炎症介质释放，减轻炎症反应对神经元的损伤；③加大细胞间的缝隙连接作用，快速调节细胞内、外环境的平衡；④抗氧化作用；⑤能量调节作用；⑥抑制凋亡作用；等等。本研究主要就星形胶质细胞对脑缺血后神经元的保护机制研究进展作一综述。

脑血管疾病；星形胶质细胞；神经保护

星形胶质细胞(As)数量是神经元的5倍，其在生理和病理过程中具有重要作用。As的胞体上有许多长且带有分支的突起，能够包围神经元的细胞体和突起，具有支持和分隔神经细胞的作用；其细胞终足包绕血管壁和神经突触，参与调控细胞代谢、离子平衡、神经传输等。脑缺血患者As增殖、肥大，特异性分子生物学标记物胶原纤维酸性蛋白和波形蛋白表达明显升高；As在缺血状态下耐受力较强，可通过多种途径保护神经元，但也可通过产生兴奋性氨基酸、释放炎症介质、降低缝隙连接等损伤神经元。因此，As在脑缺血病理过程中具有损伤或保护神经元的双重作用。本研究主要就As对脑缺血后神经元的保护机制研究进展作一综述。

1 摄取兴奋性氨基酸

兴奋性氨基酸是一种具有2个羧基和1个氨基的酸性氨基酸，其水平升高易引起兴奋毒性损伤，而兴奋毒性损伤是导致脑缺血时神经元死亡的主要机制之一。兴奋性氨基酸主要包括谷氨酸和天冬氨酸，是中枢神经系统的重要氨基酸。谷氨酸在中枢神经系统中含量高、分布广、作用强，可作为神经递质从神经末梢释放进入突触间隙，作用于突触后膜，当作用结束后会被机体快速清除。清除谷氨酸的主要方式是胞内摄取，这一过程依赖于As的谷氨酸转运体系统。As胞膜上有5类丰富的谷氨酸转运体，其中谷氨酸转运体1(GLT- 1)的数量及其对谷氨酸的亲和力远远高于其他转运体，其转运谷氨酸的能力最强。谷氨酸被摄入至As内迅速转化为谷氨酰胺，通过“谷氨酸-谷氨酰胺循环”返回神经元[1,2]，终止兴奋性神经元的信号转导，并维持较低的谷氨酸水平。在高谷氨酸环境中，肌肽[3]、头孢曲松钠[4]、二氮嗪[5]可能分别通过调节As中GLT- 1介导谷氨酸的转运能力、上调As中GLT- 1表达、开放线粒体KATP(mitoKATP)等途径，以增强As的葡萄糖转运体功能。另外，As中代谢性谷氨酸受体的急性激活可提高谷氨酸转运体的活性[6]，从而维持突触间隙较低的谷氨酸水平，达到保护神经元的目的。

2 抑制炎症介质释放

脑部缺血缺氧能够引起一系列炎症反应，轻度炎症反应有益于保护大脑，但是随着炎症反应程度加重，其对大脑造成的损伤程度亦会加重。As在不同炎症反应阶段扮演的角色不同：在炎症反应初期阶段，As充当抗原提呈细胞参与炎症启动过程，分泌促炎抗原提呈细胞因子，防御组织损伤；在炎症反应高峰期和修复期阶段，As则充当炎症反应调控细胞，分泌抑炎细胞因子，促进组织修复[7]。Dvoriantchikova等[8]研究发现，敲除NF- κB基因的大鼠缺血区神经元受损数量明显降低，且血管细胞黏附分子、TNF- α等表达均下降，因此认为抑制NF- κB通路可降低促炎因子表达，发挥神经保护作用。研究表明，咪唑克生[9]、NF- κB特异性抑制剂SN50及TLR3激动剂PolyI:C[10]均可通过抑制NF- κB表达，促使炎症因子表达下调，从而减轻炎症反应。Zhang等[11]研究发现，8- O- 乙酰基山栀甲酯可通过抑制缺血性脑组织中高迁移率族蛋白1 表达及NF- κB磷酸化而减少炎症介质释放，最终发挥保护神经元作用。

5- 脂氧酶(5- LOX)主要分布于细胞质和细胞核内，当细胞受到病理性刺激后，其被激活并转移至核膜。5- LOX是催化花生四烯酸生成中间产物白三烯类的关键酶，而白三烯类广泛参与体内的炎症反应，因此认为5- LOX通路可能参与脑组织缺血后的炎症反应[12]。半胱氨酰白三烯(CysLTs)亦属于白三烯类，可激活白三烯受体。急性脑缺血患者应用CysLTs受体抑制剂后，白三烯类与其受体结合作用减弱，故可减轻5- LOX引起的炎症反应，同时抑制As增殖、减轻胶质瘢痕形成[13]。研究发现，急性脑缺血12～24 h 5- LOX主要表达于神经元，而脑缺血7～14天时主要表达于As，脑缺血后给予5- LOX抑制剂或CysLTs受体抑制剂均可减轻脑缺血损伤及后期胶质细胞增殖，从而减轻炎症反应，发挥保护神经元的作用[13,14]。

雌激素可通过刺激As释放神经元保护因子，因此调控As胞膜及胞核上的雌激素受体(ERs)发挥对神经元的保护作用[15]。近期研究发现，β- 淀粉样蛋白可引起As释放 IL- 1β、TNF- α等炎症因子，而孕酮能浓度依赖性地抑制β- 淀粉样蛋白表达，减少由功能亚单位p65核转位引起的NF- κB信号通路激活，保护As活化所致的神经元损伤[16]。表明在炎症反应后期使用孕酮可在一定程度上抑制As活化，减轻炎症反应造成的神经损伤。Morizawa等[17]研究发现，从雌鼠As中获得的谷氨酸比从雄鼠As获得的谷氨酸活性更高，且As因具有不易受攻击的表型而具备自主调控能力，从而发挥神经保护作用。

3 加大缝隙连接

缝隙连接又称通讯连接，是广泛存在于组织、细胞间的一种连接形式，是构成相邻细胞间相互连接的通道。相邻As之间存在丰富的缝隙连接，可调节神经元内外离子浓度，特别是K+、Ca2+，以维持内环境的稳定性。中枢神经系统中偶联的As由于细胞外液Ca2+浓度持续升高，可活化转录因子和蛋白激酶C，进行细胞间Ca2+信号传递，改变神经元附近的突触形态和兴奋性。As摄入的K+和谷氨酸也可通过缝隙连接进行传递，加快K+和谷氨酸的清除速度，从而保护神经元[18,19]。脑缺血时As之间的缝隙连接开放程度增大，有利于加快缺血区神经元的营养供应，从而减轻神经元损伤、延缓脑损伤扩散进程[20]。

4 抗氧化作用

脑缺血时体内会产大量自由基，如超氧负离子、NO等。在这种过氧化环境中，酶活性下降，由于机体的氧化能力大大超过抗氧化能力而发生氧化应激反应，造成蛋白质、脂质和核酸的过氧化而丧失活性，同时可造成细胞膜损伤，最终导致神经元受损，甚至死亡。As能够调节脑组织微环境，释放细胞因子及趋化因子，并且可为神经元提供抗氧化底物——谷胱甘肽。谷胱甘肽为一种低分子清除剂，可清除体内的超氧离子及其他自由基，防御过氧化物与自由基对细胞膜的损害，稳定含巯基的酶，防止血红蛋白及其他辅助因子氧化损伤，具有细胞解毒作用。谷胱甘肽的抗氧化作用可能机制：①在谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)的催化下，谷胱甘肽能够清除H2O2，防止H2O2聚集；同时阻止H2O2与铁反应生成毒性更强的羟自由基。②As与其他神经元相比可释放更多的还原辅酶Ⅱ(NADPH)，NADPH能为还原型谷胱甘肽提供电子，生成新的谷胱甘肽[21,22]；但随着脑缺血时间的延长及脑组织炎症反应的加剧，As释放的谷胱甘肽、GPx逐渐减少，抗氧化能力逐渐减弱[23]。由此可见，临床上可通过减轻炎症反应，延长谷胱甘肽清除自由基的时间，可减轻脑缺血损伤；或可通过服用药物补充谷胱甘肽或GPx，增强机体抗氧化能力，继而减轻脑缺血损伤。另有研究发现，干扰后的内源性小分子抗氧化蛋白可通过增强As对H2O2诱导氧化应激反应的敏感性，提高抗氧化蛋白2- Cys Prdxs的活性，同时可激活NF- κB信号通路，通过抗氧化损伤发挥神经元保护作用[24,25]。

5 能量调节作用

脑组织缺血时神经元的能量代谢发生障碍，不能及时补充能量，从而影响其正常的生理功能。脑血管附近的As终足包裹在血管壁上，能从血管中摄取葡萄糖等营养物质，并通过As之间的缝隙连接被迅速传递至其他As中。As摄取的葡萄糖部分通过有氧酵解产生ATP供自身需要，而多余的葡萄糖则以糖原形式储存在As中。脑缺血时，As中的糖原降解生成丙酮酸，进入三羧酸循环；另一方面，As可进行无氧代谢生成乳酸及少量ATP，部分乳酸进入神经元后生成丙酮酸，进入三羧酸循环。但体内乳酸生成过多可导致脑内pH值降低，引起酸中毒，可对神经元造成更严重损伤[26,27]。

6 抑制凋亡作用

脑缺血后由于兴奋性氨基酸不断增多，炎症介质不断释放，以及自由基产生增多等一系列级联反应，可激活细胞凋亡信号，引起细胞凋亡。神经元是不可再生细胞，其凋亡使神经系统的完整性遭到破坏，严重影响机体的正常功能。细胞凋亡的途径之一为内源性凋亡途径，又称线粒体凋亡通路，由死亡信号相关特异蛋白决定。Bcl- 2蛋白家族是调节细胞凋亡的关键元件，分为抗凋亡因子(如Bcl- 2)及促凋亡因子(如Bax)。研究显示，脑缺血再灌注18 h后的As培养液可促进Bcl- 2分泌、抑制Bax和凋亡调控蛋白酶caspase- 3的激活，从而保护受损的神经元[28]。

综上所述，As可通过摄取兴奋性氨基酸、抑制炎症介质释放、加大缝隙连接、抗氧化作用、能量调节作用、抑制凋亡作用等多个机制保护脑缺血时受损的神经元，延缓脑缺血损伤进程。As对脑缺血后神经元的保护作用可为脑缺血的治疗策略和实验研究提供参考。

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国家自然科学基金资助项目(81473385)；陕西省教育厅重点实验室科研计划项目(13JS029)。

王斌(E- mail: wangbin812@126.com)

10.3969/j.issn.1002- 266X.2017.36.033

R743

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1002- 266X(2017)36- 0097- 03

2016- 11- 10)