【综述】磷脂酰丝氨酸对缺血性卒中神经保护作用的研究进展

摘要: 缺血性卒中具有高发病率､高复发率､高致残率和病死率的特点｡缺血半暗带组织是缺血性卒中患者再通治疗后临床获益的关键｡减少缺血半暗带组织神经细胞的凋亡,可能改善缺血性卒中的预后｡磷脂酰丝氨酸作为介导细胞凋亡最重要的“eat me”信号,或可成为神经保护的新靶点,为卒中后神经保护提供新思路｡作者对磷脂酰丝氨酸对缺血性卒中的神经保护作用的研究进展进行综述｡

缺血性卒中是世界范围内死亡和永久性残疾的主要原因之一｡可挽救的脑组织即缺血半暗带是影响血管再通治疗(静脉溶栓或机械取栓)效果的关键｡因此,发现能够延缓缺血半暗带组织转变为梗死灶的关键分子,评估其分子机制及潜在神经保护作用具有重大临床意义｡Lo等总结相关研究后提出,梗死核心区神经细胞主要表现为坏死形式,而梗死周边区域(缺血半暗带)神经细胞则主要表现为凋亡形式｡因此,对于缺血半暗带神经细胞凋亡途径的调节,是改善缺血性卒中预后的关键｡

既往研究结果显示,心肌细胞和造血组织细胞会由于局部缺血､缺氧而暴露磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS),促进细胞凋亡,而后被吞噬细胞吞噬｡暴露的PS被认为是介导细胞凋亡的最重要信号｡降低PS 在脑缺血半暗带中的暴露,可能减少神经细胞凋亡,延缓缺血半暗带组织转变为梗死灶｡PS可能作为神经保护的新靶点,为卒中后神经保护提供新思路｡作者就PS对缺血性卒中神经保护作用的研究进展综述如下｡

1 缺血半暗带组织

缺血半暗带是指卒中损伤后可逆的梗死灶周边区域,该区域血流灌注减低,但局部组织脑细胞能量代谢仍存在｡有研究结果表明,缺血半暗带组织是缺血性卒中患者接受再通治疗后临床获益的关键｡因此,保护缺血半暗带组织,防止其向梗死核心转化是神经保护的关键｡当细胞发生凋亡时,PS会由细胞膜内暴露到细胞膜外表面,被巨噬细胞吞噬降解｡因此,PS 作为介导细胞凋亡的关键“eat me”信号,降低其在缺血半暗带中的暴露,或可减少缺血半暗带区神经细胞凋亡,从而改善缺血性卒中的预后｡

2 PS作为“eat me”信号调节细胞凋亡

人体每天有数十亿个衰老或受损的细胞发生凋亡,主要由巨噬细胞吞噬并进行降解｡研究表明,凋亡细胞向巨噬细胞传递“eat me”信号,随后引起细胞凋亡｡目前已经发现多个“eat me”信号,包括PS､碳水化合物(氨基糖或甘露糖)､细胞间黏附分子3 和钙网蛋白｡其中,PS 是目前研究较多的“eat me”信号｡PS作为一种磷脂,在生理条件下主要位于细胞膜内,当细胞经历应激或受到凋亡刺激时,PS会外翻到细胞膜外表面,成为“eat me”信号,随后被邻近的巨噬细胞吞噬｡在心肌和造血组织中PS可以作为“eat me”信号调节细胞凋亡,也有研究显示,PS可作为“eat me”信号介导小胶质细胞清除坏死神经细胞,但目前对PS在缺血半暗带组织中作用的研究较少｡

细胞在生理状态下,膜脂在细胞膜上呈现不对称分布状态,目前发现两类关键酶——双向转运酶和内翻酶,对维持PS不对称状态发挥关键作用｡局部脑缺血发生后,缺血半暗带组织中氧气､血液供应均显著降低｡随着能量代谢的降低,缺血半暗带神经细胞中的PS外翻至细胞膜外可能将显著增加,从而引起神经细胞凋亡｡关注维持PS不对称分布的关键酶,可能成为降低缺血半暗带区域脑组织细胞凋亡的关键｡

3 维持PS不对称分布的关键酶

在真核生物中,细胞膜和胞内细胞器膜脂类分布是不对称的,膜蛋白分子的不对称分布对于维持膜的正常形态结构､物理特性､细胞的正常生理功能至关重要｡细胞内多种重要生理过程(胞内分选和运输､内吞､囊泡运输等)都与上述细胞膜的组成特点和物理特性紧密相关｡双向转运酶和内翻酶对于维持细胞膜脂类分子(包括PS)的不对称分布以及正常生理功能十分重要。

3. 1 细胞膜中的双向转运酶

双向转运酶是以非特异性的双向方式在细胞膜内､外小叶之间运输磷脂｡目前已被鉴定出两种双向转运酶:跨膜蛋白16F(transmembrane protein 16F, TMEM16F)和Xk 相关蛋白8(Xk-related protein 8,Xkr8)｡其中TMEM16F可单独作为双向转运酶发挥作用,在真核细胞脂类不对称分布中起关键作用,并在神经细胞､淋巴细胞､血小板细胞中广泛表达,同时也是Ca2 +依赖的PS 暴露的重要组成部分｡

研究表明,在血小板中,敲除TMEM16F可导致PS不能正常暴露于细胞膜外,显著降低血小板产生凝血酶的速率,说明TMEM16F 对于活化血小板中PS暴露及凝血酶的生成至关重要｡另一项研究显示,用成孔剂处理胸腺细胞后,在形成孔隙和细胞Ca2 +内流后,TMEM16F可诱导细胞膜内“脂质重新分布”,使细胞膜起泡,释放胞外囊泡,减少孔隙的形成,提高胸腺细胞的存活,这表明TMEM16F可以在孔隙形成后降低PS 暴露,完成细胞膜修复的重要作用｡

神经细胞缺血､缺氧的相关研究表明,在神经细胞糖氧剥夺模型中,通过下调TMEM16F 表达可以减少神经细胞PS的暴露,阻断神经细胞凋亡进程,这或可挽救缺血半暗带区神经细胞,最终减少梗死体积和改善神经功能｡在小鼠大脑中动脉闭塞模型中,TMEM16F在缺血半暗带神经细胞中表达水平升高,而在小胶质细胞和星形胶质细胞中表达水平较低甚至检测不到,下调神经细胞TMEM16F 表达水平后,可减少神经细胞中PS的暴露,使大脑中动脉闭塞小鼠的感觉和运动障碍减轻｡

上述在体和离体研究提示,下调TMEM16F 可降低PS暴露而减少神经细胞凋亡｡因此,双向转运酶TMEM16F或可成为治疗缺血性卒中的重要干预靶点｡

3. 2 细胞膜中的内翻酶分子伴侣TMEM30A

内翻酶可将PS从细胞膜外运输到细胞质侧,其中14个P型腺苷三磷酸酶亚型4(4 type subfamilyof P-type adenosine triphosphatase, P4-ATPase)家族内翻酶在维持真核细胞脂类不对称分布中的作用尤为突出｡大多数P4-ATPases家族成员需要一个非催化的β亚基在细胞膜上形成功能性的磷脂内翻酶复合物,维持脂类不对称分布,其中TMEM30A在造血组织､胰腺和神经组织等都有表达,与大部分P4-ATPases存在相互作用,是内翻酶最重要的分子伴侣,在维持组织的正常功能中发挥重要作用｡

研究显示,条件性敲除小鼠造血干细胞中的TMEM30A可导致小鼠胚胎发育中出现严重贫血,最终造成胚胎死亡｡在条件性敲除TMEM30A 的小鼠胚胎肝脏红系细胞中,大量PS 暴露在细胞表面,导致红系细胞凋亡显著增加,说明TMEM30A对抑制小鼠胚胎红系细胞凋亡具有重要作用｡另一项研究发现,在胰岛β 细胞中,TMEM30A 在胰岛素分泌颗粒(insulin secretory granules, ISG)中高表达,使PS转移到ISG的胞质小叶和细胞膜上,促进了ISG与细胞膜的锚定和融合,从而促进胰岛素的胞吐作用;下调ISG中TMEM30A表达水平后,胰岛素分泌水平显著降低,表明TMEM30A对维持胰岛β细胞正常功能起关键作用｡

目前,TMEM30A在神经系统发育及疾病中的研究相对较少｡一项研究显示,特异性敲除小鼠小脑浦肯野细胞的TMEM30A后,胶质纤维酸性蛋白表达增高,在浦肯野细胞死亡区域胶质增生显著增加,小鼠出现了严重的共济失调,提示TMEM30A在小脑浦肯野细胞中具有重要作用｡另一项研究表明,TMEM30A在小鼠大脑的兴奋性和抑制性神经细胞中均有表达,神经细胞特异性敲除TMEM30A后,表现为胞体PS优先暴露以及抑制性后突触缺失,而且条件性敲除小鼠神经细胞中的TMEM30A后出现特征性的声音诱导性癫痫,该结果提示,在发育过程中TMEM30A对修剪抑制性突触具有关键作用｡另一项研究通过调节小鼠神经细胞TMEM30A表达水平的变化,使PS在特定突触暴露,诱导突触的清除,该机制与补体通路､整合素相关蛋白-信号调节蛋白α通路等共同实现神经细胞突触的稳态平衡｡

目前尚未见内翻酶伴侣TMEM30A在缺血半暗带中作用的相关研究,通过调节TMEM30A 表达水平是否可以保护缺血半暗带组织,或将成为缺血性卒中神经保护相关研究的新方向｡

急性缺血性卒中急性期神经保护的关键是拯救缺血半暗带,减少神经细胞的凋亡｡PS作为凋亡细胞向巨噬细胞传递的一个“eat-me”信号,维持其正常的不对称分布,可以减少PS暴露,进而减少细胞凋亡｡TMEM16F和TMEM30A作为维持PS不对称分布的关键分子,很可能成为神经保护的新靶点,为卒中后神经保护提供新的思路和方法｡