tPA與中樞神經系統疾病

李曉莉，袁永貴，張志珺

(東南大學附屬中大醫院 神經內科，江蘇 南京 210009)

·綜 述·

tPA與中樞神經系統疾病

李曉莉，袁永貴，張志珺

(東南大學附屬中大醫院 神經內科，江蘇 南京 210009)

組織型纖溶酶原激活物(tPA)是一種普遍存在于血液、腦實質和神經血管單元中的絲氨酸蛋白酶，內皮組織釋放的tPA主要功能是將纖溶酶原轉化為纖溶酶，從而降解血凝塊中纖維網；除了溶栓，tPA在中樞神經系統中也發揮著其他重要的生理學和病理學功能。作者對tPA的溶栓以外功能及其與中樞神經系統疾病之間的關系作一綜述。

組織型纖溶酶原激活物；神經血管單元；神經元；膠質細胞；中樞神經系統；文獻綜述

1947年Astrup和Permin報道了動物組織內含有纖溶酶原激活物(tissue plasminogen activator，tPA)，1983年Pennica等在大腸桿菌中克隆與表達出人tPA[1]；1993年Sappino等發現，tPA在大腦定位和表達[2]，同年Qian等證實tPA受神經元活動的調節[3]。然而，截至到目前，人們對tPA在CNS疾病中作用的認識還很局限。因此，了解tPA在CNS中的功能及其與疾病之間關系將有助于我們深入理解相關疾病的病理生理機制。

1 tPA基本結構和主要功能

tPA是一種普遍存在于血液、腦實質和神經血管單元中69 KDa大小的絲氨酸蛋白酶，由K1、K2、EGF-like、Finger和Protease5個功能區域組成。 K1和K2功能區可與質膜、蛋白和磷脂等結合，與纖溶酶原激活物抑制因子-1 (PAI-1)及PDGF-CC等相互作用，調節催化纖維蛋白和纖溶酶原的活性和親和力，；EGF-like區域可與血小板相互作用，維持催化位點穩定性；Finger區與Annexin Ⅱ、小膠質細胞激活、纖維蛋白的親和力有關；Protease區域和其蛋白水解活性有關，并可與底物內的靶序列相互作用[4]。在血管中，tPA的主要酶作用底物是纖溶酶原。基于此功能，重組tPA被用于肺栓塞、心肌梗死和缺血性卒中的溶栓治療中。可激活tPA的蛋白很多，除了纖維蛋白外，還有細胞外金屬蛋白、血小板反應蛋白、富含組氨酸-脯氨酸的糖蛋白、乳腺絲抑蛋白、肌動蛋白等十幾種蛋白。而tPA的抑制蛋白主要有兩種:PAI-1和神經源性絲氨酸蛋白酶抑制劑(neuroserpin)[5]。

2 中樞神經系統中tPA的分布與功能

tPA在皮質、海馬、杏仁核和小腦等腦區均有表達[6]，在神經血管單元中主要定位于<100 μm的微小血管[7]和神經元、星形膠質細胞、小膠質細胞和少突膠質細胞[8]中，與軸突生長、突觸可塑和LTP有關，調節腦的結構和功能[7]。

在哺乳動物腦中，tPA的功能分為兩種，一種是依賴轉換纖溶酶原轉化為纖溶酶發揮功能，降解細胞外基質，并為小膠質細胞遷移建立化學因子梯度，從而促進神經元死亡，或通過處理細胞外基質蛋白多糖從而促進神經軸突發芽和生長；另一種，tPA作為受體激動劑與小膠質細胞表面受體結合，并將其激活[9]，促進神經退化。

3 tPA與神經系統疾病

3.1 tPA與卒中

tPA的溶栓作用被廣泛用于急性缺血性卒中患者，是目前卒中后唯一可以有效利用的治療方法。然而大量證據提示，除了毋庸置疑的溶栓作用外，tPA對缺血大腦還存在有害作用。早在1998年就有報道認為，CNS中過量的tPA會導致神經元死亡[10]。后續研究發現，缺血腦組織中tPA既可以作為溶栓酶發揮有益作用，同時還有導致腦水腫和缺血后細胞死亡的毒性作用[11]。

神經元發生去極化后tPA和neuroserpin的表達均增加，而當缺血時間過長時，tPA與neuroserpin之間的平衡被打破，研究發現tPA所致的興奮性毒性作用并不依賴于纖溶酶原的激活[12]。tPA可局部激活血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)，與周圍細胞上低密度脂蛋白受體相關蛋白(low-density lipoprotein-receptor-related protein，LRP)結合，激活NF-κB或Akt信號通路上的iNOS、MMP-3、9等，MMPs可破壞血管基底膜，增加血管滲透性。tPA敲除的小鼠腦缺血后MMP-9的增加明顯降低[12]。

值得注意的是，除了溶栓和上述作用外，tPA還具有白質保護功能。在老年小鼠腦內少突膠質細胞中tPA水平下降的同時常伴隨著白質對缺血損傷易感性的增加。tPA 在少突膠質細胞中發揮抗凋亡作用，在老年鼠中注射tPA后發現缺血所致白質損害減少。因此，tPA在缺血性卒中是把雙刃劍。

3.2 tPA與癲癇

神經活動如癲癇可誘發tPA的表達[3]。研究發現，癲癇在中樞神經系統的擴布伴隨著tPA活性的增加，隨之在受異常電活動影響的大腦區域出現大量neuroserpin。當tPA缺失或用neuroserpin處理并保持纖溶酶原或PAI-1不變時，腦中癲癇進程就會減緩。因此，tPA與neuroserpin的相互作用對神經環路電活動所必須的突觸水平結構發育至關重要[13]。且這種作用不依賴于纖溶酶原，不能被PAI-1敲除鼠中PAI-1的缺失所修正，提示在CNS中neuroserpin是tPA的一個獨立調節因子[13]。

海馬中tPA可被癲癇、興奮和長時程增強(Long-term potentiation，LTP)等不同形式的神經活動誘導表達；同樣tPA可促進上述過程。在tPA缺失的小鼠中，海馬部位的癲癇減少、LTP減弱、海馬依賴的學習能力受損；當在海馬中注射tPA或tPA過表達時，動物LTP和學習能力均能得到增強和提高[13-14]。tPA和neuroserpin的相互作用可直接影響神經元網絡電活動所必須的突觸水平的結構改變，tPA缺失或給予neuroserpin會影響癲癇的進展[14-15]。

3.3 tPA與多發性硬化

多發性硬化(multiplesclerosis，MS)是年輕人神經功能致殘的第一位因素。實驗性自發免疫性腦脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis，EAE)是MS的動物模型，在EAE大鼠血漿中tPA含量增加與癥狀出現有關[16]。單核細胞透過血腦屏障的滲出依賴于tPA活性:tPA可破壞緊密連接蛋白，導致神經血管單元滲透性增加、單核細胞滲出[17]。在EAE的小鼠中，tPA扮演著雙重角色:tPA敲除小鼠表現出發病延遲，但癥狀更嚴重，恢復慢；PAI-1敲除EAE動物發病提前、癥狀減輕；即tPA在EAE病理起病上發揮著有害作用，但是卻能促進EAE的恢復[5]。

健康中樞神經系統中不存在纖維蛋白，當血腦屏障受損時如MS狀態下，纖維蛋白從受損的血腦屏障大量進入，并出現沉積。MS患者活檢標本顯示，PAI-1表達增加及tPA表達減少，纖溶能力下降，纖維蛋白降解減少，并在軸突沉積，造成軸突損害[5]。在CNS炎癥發生的區域，受損的神經元和內皮組織釋放的tPA除有助于MS過程中軸突受損部位巨噬細胞的遷移、促進白細胞滲出外，還可通過與相應的受體(LRP-1受體或MCP)結合激活作為tPA儲存庫的小膠質細胞，大量釋放tPA，激活纖溶酶，降解MBP，或激活MMP2/9降解MBP[18]。因此，由于tPA增加對MBP的降解和后期tPA活性下降而致的纖溶能力受損，至少一定程度上與MS患者的神經炎癥、神經退行性病變以及再生抑制有關[19]。

3.4 tPA與阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease， AD)是目前導致老年人癡呆和認知障礙的最常見原因，其病理學特征之一是一種具有39-43氨基酸的多肽-β-淀粉樣蛋白(Aβ)在中樞神經系統沉積所致的炎癥反應[19]。在AD轉基因小鼠模型中，PAI-1基因可被炎癥所誘導，抑制tPA活性；研究證實，在小鼠或人體內，tPA/纖溶酶原系統均參與了Aβ的降解過程。在AD腦中存在tPA/纖溶酶活性降低和Aβ含量增高的惡性循環，且炎癥誘發PAI-1表達增加，更進一步抑制tPA/纖溶酶活性而無法有效降解Aβ[20]。同時神經元脂質中纖溶酶原減少，進一步導致纖溶酶活性降低[21]。以上研究提示，tPA具有作為AD治療靶標的潛在可能性。

3.5 tPA與脊髓損傷

脊髓損傷(spinal cord injury， SCI)的病理特征之一是在壞死中心周圍出現二次損傷，因此，對二次損傷機制的深入了解有助于確定SCI的治療策略[5]。研究提示，SCI動物模型中的二次損傷可能有絲氨酸蛋白酶的參與:在SCI不同動物模型中，tPA mRNA、蛋白水平和蛋白水解活性均上調，但這些研究均未對tPA的作用作深入探討[5]。

細胞的遷移和延伸需要細胞外基質的退化，從而為軸突再生提供一個更可行的環境。有研究提出，tPA可能通過3種機制降解SCI后胞外基質:(1) tPA和纖溶酶原均能與硫酸軟骨素酶NG2的核心蛋白緊密結合。NG2作為骨架蛋白，促進tPA催化纖溶酶原轉化為纖溶酶，降解NG2的核心蛋白，為軸突再生提供更有利的環境[22]。(2) 在背根節中tPA還可通過不依賴于纖溶酶原激活的方式促進感覺軸突再生[23]。(3) tPA有助于巨噬細胞的遷移，從而增加局部可降解胞外基質成分的蛋白酶釋放[24]。因此，tPA成為了SCI后一種有希望的治療靶標[5]。

3.6 tPA與應激

tPA在邊緣系統中高度表達，并調節神經元的生存能力和可塑性。在杏仁核中，tPA是應激誘導結構和功能重組關鍵調節因子。在快速束縛應激的小鼠中央核團中，tPA表達增加，突觸后ERK磷酸化增加，提示tPA參與了杏仁核依賴的恐懼反應[19]。體內促腎上腺皮質激素水平增加時，CRF-R1受體在去極化過程中易化tPA釋放；tPA缺陷小鼠不出現和應激相關的生化、結構及行為的特征性改變[6-7]。海馬敲除tPA后，動物在強迫游泳和懸尾實驗中不動時間增加，新奇覓食實驗中覓食時間增加，高架十字迷宮開臂中停留時間減少；在海馬中注射過表達tPA的載體后會逆轉上述效應，且海馬中BDNF水平增加[25]；這些結果提示，tPA是一種治療抑郁和焦慮疾病可能有效的措施。

4 總 結

tPA/纖溶酶原裂解瀑布一直以來被關注在溶栓上，然而無論是生理狀態下還是病理狀態下，除了經典的溶栓作用外，tPA還具有許多其他生理學和病理學功能。因此，對tPA的深入研究有助于減緩一些疾病的病理發展或減弱疾病的癥狀嚴重程度等。

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2014-12-24

2015-2-3

國家自然科學基金資助項目(81071101)；江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(CXLX12_0125)

李曉莉(1981-)，女，河南商丘人，在讀博士研究生，住院醫師，助理研究員。E-mail:lixiaolifirst@163.com

張志珺 E-mail:janemengzhang@vip.163.com

李曉莉，袁永貴，張志珺.tPA與中樞神經系統疾病[J].東南大學學報：醫學版，2015，34(3)：466-469.

R741.02

A

1671-6264(2015)03-0466-04

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.03.034