鸢尾素与缺血性脑卒中的研究进展

陈美华 阴怀清 阴崇娟

摘要  综述鸢尾素在中枢神经系统的分布、调控及其对缺血性脑卒中的神经保护作用。鸢尾素作为一种与运动相关的蛋白，在缺血性脑卒中的发病机制中有积极的神经保护作用，其机制涉及抗炎、抗氧化应激、改善能量代谢平衡、改善血脑屏障等。

关键词  缺血性脑卒中；鸢尾素；氧化应激；细胞凋亡；综述

doi：  10.12102/j.issn.1672.1349.2024.09.014

鸢尾素是Bostrm等  ［1］ 于2012年发现的、从含有Ⅲ型纤维蛋白结构域结合蛋白5（FNDC5）切割而来的、由112个氨基酸组成的多肽片段，其广泛分布于血浆、骨骼肌、脂肪组织、肝脏、肾脏、脑脊液及唾液中。缺血性脑卒中的主要高危因素有高血压、高胆固醇血症、糖尿病、肥胖症、吸烟、心房纤颤等  ［2］ 。缺血性脑卒中是因流入大脑的血液减少而导致脑细胞损伤的急症，其机制涉及能量代谢失衡、酸中毒、氧化应激、钙离 子超载、线粒体功能障碍、炎症反应、细胞凋亡等。目前，早期溶栓及机械取栓在该疾病治疗方面的进展使病人存活率大大提高，但根据美国心脏协会的数据，40%的脑卒中后幸存者都存在不同程度的神经功能障碍，尽管骨骼肌是脑卒中后致残的主要效应器官，但脑卒中后可继发肌肉减少症等问题  ［3］ 。该疾病的高致死率和高致残率给病人及社会带来了沉重的经济负担， 故如何有效降低其发病率及改善预后成为当下研究 热点。

鸢尾素在调节脂肪褐变、改善肝脏和全身葡萄糖

代谢、维持肌肉骨骼稳态、促进突触生长、抑制癌症进展等方面发挥着重要作用  ［4］ 。研究表明，血清鸢尾素水平与运动及过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子.1α（PGC.1α）相关，其主要生理功能表现为提高氧化代谢能力、促进血管生成、改善能量代谢平衡、 缓解肌肉萎缩等  ［5］ ，并在一定程度上能预测脑卒中病人的预后。本研究就鸢尾素在中枢的分布、调控及其对缺血性脑卒中的神经保护作用展开综述，为探索缺血性脑卒中的治疗提供新的研究方向。

1 鸢尾素的分子结构及分布

PGC.1α是一种转录共激活因子，其可刺激诱导几种肌肉基因产物的表达，其中包括FNDC5，FNDC5基因编码一种Ⅰ型膜蛋白，该蛋白被进一步水解和糖基化，释放由112个氨基酸组成的多肽片段，并以希腊 彩虹女神的信使鸢尾素命名  ［1］ 。鸢尾素含有2个 N.糖基化位点，分子量约为12 kD，其晶体结构表现出典型的FNⅢ型结构域，两个亚基结合形成一个紧密的二聚体  ［6］ 。

鸢尾素在血浆中的浓度受运动频率、运动方式、运动强度等因素的影响，急性运动可立即提高血液中鸢尾素的浓度，而慢性运动可提高鸢尾素的代谢动力学和分泌效率  ［7］ 。在大多数哺乳动物物种（包括人类）中，鸢尾素氨基酸序列具有高度保守性  ［8］ 。Albayrak等  ［9］ 采用免疫化学方法检测鸢尾素在脑和脊髓组织中的分布，证实鸢尾素存在于神经胶质细胞（星形胶质细胞和少突胶质细胞）、脊髓前角的多极神经元中。另外，Dun等  ［10］ 研究证实，鸢尾素还分布于大鼠小脑的浦肯野纤维细胞及延髓前庭核的细胞中。2019年研究发现，在灵长类动物中，鸢尾素在下丘脑弓状核和腹内侧核中也有高度表达  ［11］ 。

2 鸢尾素神经保护作用的基础研究

目前，关于鸢尾素的研究主要集中于动物实验及细胞研究。最初的研究方向集中于肌肉组织和脂肪组织，之后扩展至骨骼及神经系统。

2.1 减轻炎症反应

脑卒中后脑缺血损伤可诱导循环免疫细胞（中性粒细胞、单核细胞）的浸润和驻留细胞（小胶质细胞、星形胶质细胞、内皮细胞）的活化等一系列炎症事件，在缺血等各种刺激后产生炎性因子、肿瘤坏死因子、白细胞介素（IL）.1和IL.6  ［12］ 。Korta等  ［13］ 研究发现，鸢尾素调节免疫活性细胞的激活，增强巨噬细胞的活性和增殖，提高其吞噬能力，并能减弱Toll样受体4（TLR4）的表达。此外还有研究表明，鸢尾素可以通过下调TLR4/髓样分化因子88（MYD88）通路和抑制核转录因子.κB（NF.κB）活化来介导抗炎作用，相关促炎细胞因子IL.1β、肿瘤坏死因子.α（TNF.α）、IL.6、单核细胞趋化蛋白.1（MCP.1）等的表达和释放均减少  ［14］ ；另外，鸢尾素还能通过抑制活性氧（ROS）自由基的产生和NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎性小体的激活来改善细胞凋亡，从而抑制炎症反应  ［15］ 。另有研究同样表明，鸢尾素可抑制NF.κB/NLRP3启动，通过减少钙超载减轻应激下线粒体损伤，从而抑制NLRP3激活  ［16］ 。

研究发现，在体外细胞培养实验中，通过建立糖氧剥夺（oxygen and glucose deprivation，OGD）模型来模拟离体脑缺血模型，小鼠海马神经元细胞HT22通过细胞OGD激发后TNF.α和IL.1β的表达显著升高，而鸢尾素预处理后这些细胞因子的表达降低，提示鸢尾素可能通过减轻脑缺血后的炎症反应而发挥神经保护作用  ［17］ 。

2.2 减轻氧化应激

为了探讨鸢尾素对缺血性脑卒中产生保护作用的具体机制，Li等  ［18］ 采用8～12周龄雄性小鼠进行大脑中动脉闭塞（MCAO）处理，干预组于MCAO后30 min经尾静脉给予鸢尾素0.2 μg/g，结果发现，鸢尾素治疗能降低梗死周围脑组织中硝基酪氨酸、超氧阴离子和4.羟基壬烯醛水平，但不影响丙二醛水平。该研究还发现，鸢尾素干预增加了蛋白激酶B（AKT）和细胞外信号调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）的磷酸化，能激活脑组织中的AKT/ERK1/2信号通路来保护神经元免受损伤。在另一项建立小鼠MCAO模型的研究中，MCAO诱导后3 h后采用鸢尾素治疗可减少脑梗死体积并改善神经功能，但具体机制尚未阐明  ［3］ 。

Peng等  ［19］ 研究发现，给予12.5～50.0 nmol/L浓度的鸢尾素干预OGD模型可明显减少细胞凋亡、促进细胞增殖，并呈剂量依赖性。研究还发现，鸢尾素能减轻OGD诱导的ROS和丙二醛的产生，该实验证明了鸢尾素可通过抑制ROS/NLRP3炎症信号通路来缓解OGD诱导的肾上腺嗜铬细胞瘤来源的细胞株PC12细胞的氧化应激和炎症。另有研究表明，鸢尾素增加超氧化物歧化酶、过氧化氢酶.9以及谷胱甘肽过氧化物酶等在内的关键抗氧化酶的表达，抑制过氧化氢的产生  ［20］ 。

氧化应激与炎症反应之间存在相互调控且密不可分的关系。炎症损伤后，二者易形成恶性循环。但炎症反应和氧化应激具有相对独立的调控系统，通过各自体系控制机体ROS和炎症信号表达，而无论是动物实验还是细胞研究，鸢尾素都展现了有效的抗炎及抗氧化作用。

2.3 调节能量代谢

大脑是高能量代谢器官，在脑损伤的急性期，急需足够的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）供给来修复损伤神经细胞。然而，受损的线粒体无法维持这种剧增的能量需求。能量需求的不平衡加剧了以线粒体为中心的神经元细胞死亡相关事件和毒性级联反应，包括电子传递链功能障碍、ATP耗竭、过度ROS生成、氧化应激损伤、神经元凋亡和神经源性炎症  ［21］ 。腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine 5′monophospe .activated protein kinase，AMPK）是一种细胞能量感受器，是调节生物能量代谢的关键分子  ［22］ ，在低能量条件下，AMPK磷酸化通过特定的酶和生长控制节点，以增加ATP生成和减少ATP消耗。有研究结果表明，鸢尾素可增强脑组织小胶质细胞/巨噬细胞中整合素αVβ5的激活，并通过上调整合素αVβ5/AMPK信号通路，在调节能量代谢面发挥重要作用  ［23］ 。

2.4 上调脑源性神经营养因子水平

脑源性神经营养因子（BDNF）是参与学习和记忆相关的可塑性变化的关键分子，BDNF在发育过程中对神经元群的存活和分化至关重要。但脑卒中后，外源性BDNF的使用受到其快速降解和无法穿越血脑屏障的阻碍。因此，能够调节脑内内源性BDNF信号的治疗方法可能对脑卒中病人发挥积极的治疗作用  ［24］ 。Asadi等  ［25］ 研究发现，鸢尾素可增加脑缺血后脑皮层BDNF蛋白的表达，此外，鸢尾素还可通过减少神经细胞凋亡保护脑组织免受缺血性损伤。另有研究通过小鼠腹腔注射0.5 μg/g鸢尾素14 d后发现，鸢尾素注射增加了脑中BDNF mRNA的表达  ［26］ 。

2.5 其他

脑卒中后幸存者常常会面临肌力下降、肌肉量减少的问题，也称为肌少症，其涉及神经、激素、免疫、营养、运动等多个因素，导致肌肉再生能力降低，肌少症和认知障碍具有相似的易感因素，如炎症、氧化应激和能量代谢变化  ［3］ 。研究表明，循环中鸢尾素水平是潜在的一种与年龄相关的肌肉退化的新型生物标志物，对预测肌肉减少症的发病具有重要意义  ［27］ 。有研究揭示了小鼠鸢尾素蛋白注射促进小鼠肌源性分化和成肌细胞融合，导致小鼠骨骼肌显著增大  ［28］ 。在同一项研究中还发现了鸢尾素的再生作用，鸢尾素可激活骨骼肌卫星细胞，并减少蛋白质降解，以抵抗损伤引起的肌肉损失。这些发现表明鸢尾素可能具有增强肌肉再生的潜力，并有望成为增强骨骼肌功能和改善整体健康的新干预措施。

3 鸢尾素神经保护作用的临床研究

一项研究将324例急性缺血性脑卒中病人纳入统计，结果发现急性缺血性脑卒中病人血清鸢尾素水平与神经功能损伤程度［美国国立卫生研究院卒中量表 （NIHSS）评分］、梗死体积、超敏C反应蛋白（hs.CRP）、 同型半胱氨酸（Hcy）、IL.6、低密度脂蛋白（LDL）呈负相关，与高密度脂蛋白（HDL）呈正相关  ［29］ 。Xin等  ［30］ 的研究也得出了相似的结论。日本的一项研究发现，日本男性血清鸢尾素水平与脑小血管病发病率相关，血清鸢尾素水平为7.0～8.5 μg/mL

者的脑小血管病发病风险最低，且血清中鸢尾素水平也与腔隙性脑梗死和脑微出血的风险呈负相关  ［31］ 。这些研究表明，将血清鸢尾素水平与脑卒中相关风险预测因子相结合，可能会更有效地预测出脑卒中病人的预后。土耳其的一项临床研究发现，小血管病变脑卒中病人血清鸢尾素水平明显高于大血管病变脑卒中病人，且缺血性脑卒中的病人血清中鸢尾素水平要高于无神经功能缺损的病人  ［32］ 。但在一项纳入35例慢性脑卒中病人和35例对照组病人的研究中，结果显示脑卒中组和对照组血清鸢尾素水平比较差异无统计学意义，且血清鸢尾素水平与脑卒中病人改良的Rankin量表评估的痉挛程度和功能状态无明显相关性  ［33］ 。

上述研究中鸢尾素通常采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）进行检测，但不同试剂盒的检测定量数值差异较大，这些差异可能来源于生产企业测量的鸢尾素表位的多样性。关于鸢尾素与急性缺血性脑卒中病情严重程度与预后的关系，目前相关研究证据尚显不足。

4 小结与展望

鸢尾素在其他神经退行性疾病的研究中可能也很有前景。一项随机对照试验发现，有氧运动可提高多发性硬化症病人血清鸢尾素水平，改善抑郁和疲劳  ［34］ 。在阿尔茨海默病小鼠模型中，提高脑中鸢尾素的水平可以修复突触可塑性、增强记忆能力  ［35.36］ 。在帕金森病（PD）模型中，给予外源性鸢尾素可以通过激活AKT信号通路和ERK1/2信号通路发挥神经保护作用，减轻细胞凋亡和氧化应激  ［37］ 。尽管鸢尾素治疗对脑卒中后功能和行为结果的影响仍有待研究，但急性缺血性脑卒中病人中鸢尾素浓度与脑卒中后转归良好和死亡风险较低独立相关  ［38］ 。虽然外源性鸢尾素在人体中的安全性和可行性尚不清楚，但目前的证据支持研究开发和测试鸢尾素用于PD和其他神经退行性疾病的治疗。

综上所述，鸢尾素作为近年来新发现的脂肪及肌肉因子，在各系统的多种疾病方面具有积极作用，然而研究多集中于细胞及动物试验，临床研究较少，样本量也相对较少，且对鸢尾素定量检测方法也不成熟，仍需进一步探索。

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（收稿日期：2023.09.15）

（本文编辑 邹丽）