Apelin-13在腦血管病中神經保護作用的研究進展

白超博 董曉宇 佡劍非

Apelin-13在腦血管病中神經保護作用的研究進展

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1 背 景

腦血管疾病(cerebrovascular disease, CVD)是指腦血管由于血栓形成或者破裂出血引起的以腦部缺血性或者出血性損傷,造成神經功能缺損癥狀為主要臨床表現的一組疾病。CVD是神經系統的常見及多發病，是造成人類死亡和殘疾的三大疾病之一。在腦血管疾病中缺血性腦血管病占比例較大，嚴重危害人類健康[1-4]。據不完全統計我國CVD病死率已達120人/10萬，在幸存者中大約3/4的人留下偏癱、失語等后遺癥狀，部分患者喪失勞動能力和生活自理能力，嚴重威脅我國居民的身體健康[5]。

腦血管閉塞繼而再通伴隨著一系列的病理生理事件，包括缺血期間ATP耗竭、乳酸堆積、酸中毒、再灌注期間的活性氧的產生等。因此，對于缺血-再灌注損傷機制的深入研究能夠為腦卒中的臨床治療提供新的理論依據。有研究發現Apelin-13能對抗興奮性毒性和氧化應激等對神經細胞的損傷以及抑制神經細胞的凋亡，具有神經保護作用，是一種新型的神經保護因子[6-7]。

2 Apelin-13的生物學特性

1993年O'Dowd等[8]在人類基因中識別出一種血管緊張素受體AT1相關的G蛋白偶聯受體(putative receptor protein related to the angiotensin receptor AT 1, APJ)。Apelin是由Tatemoto等在1998年從牛的胃分泌物中提取出來的一種多肽[9]，是目前已知的APJ唯一的內源性配體。

人類的apelin基因位于染色體Xq25～26.1，分子量為12876，含有3個外顯子和2個內含子，mRNA由3125個堿基對組成[10]，編碼含有77個氨基酸的Apelin前肽，Apelin前肽在不同物種之間具有高度同源性[11]。Apelin前肽的氨基端為氨基酸的信號肽序列，而其羧基端為含有具有生物活性的序列及與APJ受體特異性結合的區域。Apelin前肽在蛋白酶水解酶的作用下分解為有生物學活性的Apelin片段，主要包括有Apelin 36, Apelin 17, Apelin 16， Apelin l3, Apelin 12等[12]。不同長度的Apelin多肽片段在體內的分布情況以及與APJ的結合能力均不盡相同，因此在體內發揮的生理與藥理作用也不同[13]。其中，Apelin-13在神經系統的表達水平較高，與神經系統關系密切[14]。

Apelin分布于人體的多個器官、組織和細胞中包括中樞神經系統、肺臟、腎臟、心臟、乳腺、胎盤、血管內皮細胞和心內膜細胞等。在神經系統中Apelin/APJ系統在神經元和少突膠質細胞中有大量表達，而在星形膠質細胞中表達水平較低。在神經元的突觸和胞體中Apelin/APJ系統均有表達，而突觸的表達水平相對較低[15-16]。APJ和其配體Apelin在神經系統中的許多區域均大量表達。Apelin/APJ表達的區域包括端腦外側中隔核、杏仁核、紋狀核等。在中腦導水管周圍的中央灰質、腦橋的被蓋網狀核、延髓的外側網狀核等區域也均有表達[17-18]。Apelin具有促進血管生成、降低血壓、增強心肌收縮力、調節水鹽平衡、促進垂體激素釋放及調節免疫等多種生物學效應[19]。目前對于apelin-13的腦缺血-再灌注動物模型的研究發現，apelin-13具有對抗興奮性毒性、抑制神經細胞的凋亡、對抗氧化應激等作用，因而被認為具有神經保護作用。

3 Apelin-13的神經保護作用

3.1 對抗氨基酸興奮性毒性

興奮性氨基酸主要包括天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸，其屬于興奮性神經遞質，主要分布于中樞神經系統神經元的突觸末梢。大腦在缺血后釋放的興奮性氨基酸主要為谷氨酸，與其突觸后膜上的興奮性氨基酸受體結合，產生神經毒性造成神經元損傷[20]。神經細胞中富含N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor, NMDA)，能介導谷氨酸等興奮性氨基酸的毒性。谷氨酸激活NMDA受體，刺激Ca2+通道，促使大量Ca2+內流，導致缺血早期細胞內的Ca2+超載,是興奮性毒性損傷的機制之一，可造成細胞死亡。Cook等人證實apelin-13通過直接減少NMDA受體膜的離子流電位來降低NMDA的活性，劑量依賴的apelin-13通過影響Ca2+，IP3, PKC, MEK-1/2及ERK-1/2信號通路的磷酸化來對抗谷氨酸鹽的興奮性毒性作用，進而對大腦皮質神經元起到保護作用。Cook等的研究也發現Apelin-13能抵抗谷氨酸或HIV誘導的大腦皮質神經元興奮性毒性損傷，促進神經元存活，其機制可能是通過活化IP3, PKC, MEK1/2及ERK 1/2信號通路，調節NMDA受體的NR2B亞單位的1480絲氨酸的磷酸化，減少神經細胞內Ca2+積聚，降低鈣蛋白酶活化而保護大腦皮質神經細胞[21]。在O'Donnell等人研究的HIV神經毒性模型中他們發現HIV感染的人單核細胞來源的巨噬細胞釋放的興奮性神經毒性物質可將海馬細胞殺死。其原因與海馬富含NMDAR-2A及NMDAR-2B亞單位有關，HIV感染的單核細胞來源的巨噬細胞可通過激活NMDA受體導致神經元死亡。NMDA受體拮抗劑可對抗HIV感染的單核細胞來源的巨噬細胞的興奮毒性作用，因而具有神經保護作用。在此模型的研究基礎上他們進一步研究比較單獨或聯合apelin-13及apelin-36預處理的海馬細胞和由apelin-17競爭肽或牛血清白蛋白預處理的海馬細胞，發現海馬細胞的存活率由25%上升至50%～75%，這提示apelin-13通過對抗興奮性毒性損害來起到神經保護作用。其神經保護作用與apelin-13激活AKT及ERK-1/2有關[22-23]。

3.2 抑制細胞凋亡

細胞凋亡是細胞對環境的病理性刺激信號、環境條件的變化或緩和性損傷產生的應答有序變化的死亡過程。楊燚等通過選用成年雄性CD-1小鼠作為研究對象，采用改良線栓法制備大腦中動脈閉塞再灌注模型，觀察apelin-13對腦缺血-再灌注小鼠的神經保護作用，發現其可減輕鼠腦缺血-再灌注后神經功能缺損以及腦水腫，減小梗死體積，并上調Bcl-2、下調Bax、caspase-3的表達，從而抑制神經細胞凋亡。由此得出結論，apelin-13對小鼠腦缺血-再灌注損傷具有神經保護作用，對抗細胞凋亡是其作用靶點之一[24]。

AMP激活的蛋白激酶(AMPK)是主要的能量感受器，可以控制核心能量代謝產物的水平，在腦缺血-再灌注過程中AMPK通過AMPKαThr172的磷酸化激活并產生神經保護效應。Yang等人通過研究apelin-13在缺血性腦卒中的抗凋亡機制中發現，apelin-13可顯著增加p-AMPKα在缺血-再灌注后的磷酸化水平，從而激活AMPK，抑制細胞凋亡。其機制與apelin-13影響與AMPK有聯系的某些信號有關，如apelin-13可下調Bax及caspase-3，上調Bcl2，從而產生神經保護作用[25]。

3.3 對抗炎癥反應

炎癥反應是腦缺血-再灌注損傷的主要病理生理機制之一。有研究表明，腦缺血-再灌注損傷在促進氧自由基產生的同時也觸發了一系列的炎癥級聯反應，導致炎性細胞浸潤及炎癥因子的大量釋放。大量炎性因子的釋放可刺激花生四烯酸的代謝，加重氧化應激損傷，導致神經元的凋亡[26]。氧化應激是引起腦缺血-再灌注損傷的重要機制。氧化應激是指機體在遭受有害刺激時產生了大量的活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，超出了機體對其清除能力，從而對細胞的DNA、蛋白質和脂質等造成巨大的損傷[27]。Zhuge等人[28]研究發現無血清培養基培養(血清剝奪)聯合CYP2E1的表達會導致活性氧的產生，進一步可導致下游的細胞凋亡及細胞壞死。超氧化物歧化酶1 (superoxide dismutase, SOD)是體內主要抗氧化應激的酶，SOD的缺失可導致神經系統的損傷。Zeng等通過研究apelin-13在無血清培養基培養(血清剝奪)的原代大腦皮質細胞中的作用發現，經過Apelin-13預處理能夠減少血清剝奪誘導的ROS的產生、線粒體膜電位去極化、細胞色素C的釋放以及capase-3的激活。此外，Apelin-13可改變血清剝奪誘導的小鼠皮質神經細胞中Akt、ERK-1/2通路的磷酸化水平，apelin-13可減少Akt的磷酸化水平并增加ERK-1/2的磷酸化水平。Apelin-13還能顯著減少NMDA介導的細胞內Ca2+積聚，防止細胞內Ca2+超載。這些結果表明Apelin-13作為一個內源性的神經保護因子，可以通過細胞及分子機制阻止細胞凋亡及興奮性毒性作用[29]。Xin等人的研究發現經Apelin-13處理的腦缺血-再灌注大鼠，Apelin-13能夠明顯改善大鼠的神經功能缺損，減小梗死體積。其機制與減少炎癥因子IL-1β、TNF-α、ICAM-1表達有關[30]。Huang等人在研究apelin-13在缺血性神經血管單元損傷中的作用以及其是否獨立作用于血管生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)中通過測定apelin-13注射誘導的大腦中動脈栓塞動物模型中的VEGF及其受體在1、3、7、14天的表達，發現apelin-13可顯著增加VEGF及其受體(VEGFR-2)的表達，其作用機制可能與apelin-13促進血管生成、減少神經元的死亡及星形膠質細胞的激活有關，達到改善神經系統功能的作用。他們進一步研究相關信號傳導通路發現，apelin-13可抑制細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)拮抗劑U0126以及磷脂酰肌醇激酶-3(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)抑制劑LY294002，其神經保護作用可能與激活ERK及PI3K/Akt通路有關[31]。Kalantaripour等人評估apelin-13在戊四唑誘導的大鼠癲癇模型中的效應發現，通過比較apelin-13預處理組，apelin-13與apelin受體拮抗劑預處理組，apelin-13與納洛酮預處理組，接受戊四唑處理的對照組，發現相對于對照組，apelin-13預處理組可顯著控制癲癇發作閾值和強直陣攣發作；組織學及免疫組化研究進一步發現apelin-13可通過對抗戊四唑誘導的神經炎癥反應及細胞凋亡，起到保護皮層神經元的作用[32]。

4 與腦血管病預后的關系

張學敏等通過研究50例急性腦梗死患者不同時期的Apelin-13水平，發現Apelin-13在發病第1 d下降，后隨著病程進展，Apelin-13水平逐漸升高，且預后良好組Apelin-13數值較預后不良組Apelin-13數值高，急性腦梗死患者發病時Apelin-13下降可能與其表達減少有關，提示Apelin-13具有神經保護作用，具體機制有待進一步研究[33]。Khaksari等通過對大腦中動脈閉塞模型小鼠的側腦室注射不同劑量的Apelin-13，發現注射50 ug及100 ug Apelin-13能分別減小梗死體積的45%及55%，而注射低劑量的Apelin13(25 ug)則不能減小梗死體積[34]。Bao等人通過研究apelin-13在腦出血大鼠模型的神經保護作用發現，發生腦出血的大鼠在立即接受apelin-13處理后大鼠的運動功能得到顯著改善，AQP-4、MMP-9、caspase-3、Bcl-2在腦出血24 h及48 h后表達下調，表明apelin-13可通過抑制細胞凋亡、減小腦水腫、減少細胞死亡等途徑來達到神經保護作用[35]。

5 展 望

近年來對于神經保護劑的研究，一些天然的或者合成的物質逐漸被發現并被證實對于腦血管病引起的損傷有保護作用。綜上所述，apelin-13與腦血管病關系密切，在對抗興奮性毒性、氧化應激以及抑制神經細胞的凋亡中發揮神經保護作用，其具體作用機制有待于進一步研究。隨著apelin-13與腦血管病研究的深入，其將會為腦血管病的治療提供新的依據。

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(2016-12-06收稿)

《卒中與神經疾病》參考文獻書寫格式

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110004 沈陽，中國醫科大學附屬盛京醫院神經內科

R743.3

A

1007-0478(2017)04-0375-04

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.04.028