Caspase在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中表達(dá)及中藥調(diào)控研究進(jìn)展

張啟燕 何鳳娟 張富文 李強(qiáng)

·綜述·

Caspase在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中表達(dá)及中藥調(diào)控研究進(jìn)展

張啟燕 何鳳娟 張富文 李強(qiáng)

視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷是臨床常見(jiàn)疾病病理改變,其發(fā)病機(jī)制還在研究中,但細(xì)胞凋亡是視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中神經(jīng)細(xì)胞死亡的主要形式,caspase家族是一組含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶,在細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。文章就caspase在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中表達(dá)及中藥調(diào)控綜述如下。

視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷; 細(xì)胞凋亡; Caspase; 中藥

視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷(retinal ischemia - reperfusion injury,RIRI)是指在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流灌注后,視網(wǎng)膜損傷持續(xù)加重的現(xiàn)象。臨床上很多疾病如糖尿病視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜中央/分支動(dòng)脈阻塞、青光眼高眼壓狀態(tài)等都可引起視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷。

1 視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中細(xì)胞凋亡與caspase表達(dá)

視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷(retinal ischemia - reperfusion injury,RIRI)是指在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流灌注后,視網(wǎng)膜損傷持續(xù)加重的現(xiàn)象。由于視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷機(jī)制較為復(fù)雜,臨床研究發(fā)現(xiàn),視網(wǎng)膜缺血后恢復(fù)血流供應(yīng),部分視網(wǎng)膜細(xì)胞的解剖機(jī)構(gòu)及生理功能不但無(wú)法完全恢復(fù),還有可能加重?fù)p傷,引起細(xì)胞死亡,造成視力的進(jìn)一步下降[1]。目前,視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,是各種因素反應(yīng)的綜合結(jié)果。這些因素主要有氧自由基生成、鈣離子超載、一氧化氮濃度改變等,且均可以導(dǎo)致神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡。早期的研究表明在視網(wǎng)膜缺血再灌注模型中,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層和內(nèi)核層存在細(xì)胞凋亡[2]。近年來(lái)的研究進(jìn)一步說(shuō)明了細(xì)胞凋亡與缺血再灌注損傷關(guān)系密切[3],細(xì)胞凋亡是視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中神經(jīng)細(xì)胞死亡的主要形式,是視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞變性的最后共同途徑[4]。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[5]正常大鼠視網(wǎng)膜組織各層未見(jiàn)明顯的凋亡細(xì)胞,而造模成功后,于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)核層、內(nèi)叢狀層可見(jiàn)明顯的凋亡細(xì)胞。

1.1 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡(apotosis)是一定生理或病理刺激的細(xì)胞程序性死亡過(guò)程[6],形態(tài)特征是細(xì)胞體積變小,胞質(zhì)濃縮,核染色質(zhì)固縮于邊緣,DNA降解,最后形成多個(gè)凋亡小體而被吞噬[7-8]。細(xì)胞凋亡受特異性復(fù)合物調(diào)節(jié),如含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶等,caspase是細(xì)胞凋亡過(guò)程中最重要的蛋白酶,細(xì)胞凋亡的最后實(shí)施是通過(guò)caspase的激活而實(shí)現(xiàn)的[9]。

1.2 caspase家族

caspase于1990年代中期發(fā)現(xiàn),是一組特異性切割天冬氨酸的半胱氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase),在細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用[10-11]。caspase家族有14個(gè)成員,分為兩大類:一類是凋亡啟動(dòng)因子,如caspase-2、caspase-8、caspase-9、caspase-10,另一類是凋亡執(zhí)行因子,如caspase-3、caspase-6、caspase-7[12],構(gòu)成了級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)。凋亡啟動(dòng)因子在級(jí)聯(lián)反應(yīng)的上游,能在其它蛋白輔助下發(fā)生自我活化并識(shí)別和激活下游的caspase。凋亡執(zhí)行因子在級(jí)聯(lián)反應(yīng)的下游,作用于其特異性底物并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[13]。正常情況下,caspases以非活性酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)中,細(xì)胞接受凋亡信號(hào)后,凋亡啟動(dòng)因子聚集成簇而活化,然后切割凋亡執(zhí)行因子,使之成為有催化活性的功能體[10]。

1.3 caspase在RIRI中的表達(dá)

RIRI視網(wǎng)膜成分的丟失涉及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡,而caspase家族是細(xì)胞凋亡的必經(jīng)之路。細(xì)胞凋亡表達(dá)主要通過(guò)有3條通路,線粒體通路、死亡受體通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)通路[7],而caspase是多條凋亡通路的匯聚點(diǎn),通過(guò)活化caspase來(lái)最終啟動(dòng)細(xì)胞凋亡過(guò)程。因此,caspase的活化是細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一。3條細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑通過(guò)共用分子相互作用,相互聯(lián)系,形成巨大的信息傳遞網(wǎng)。

線粒體通路 線粒體在細(xì)胞凋亡中具有重要作用,是多種細(xì)胞凋亡信號(hào)的靶點(diǎn)。細(xì)胞凋亡時(shí),位于線粒體膜間隙的細(xì)胞色素C(Cytc)等促凋亡活性蛋白釋放至胞漿內(nèi),在ATP/dATP存在的情況下,Cytc與凋亡蛋白酶活化因子-1(Apaf-1)形成多聚復(fù)合體[7]。 此復(fù)合體通過(guò)Apaf-1氨基端的caspase募集結(jié)構(gòu)域(CARD)與caspase-9原域的CARD發(fā)生相互作用,募集胞質(zhì)中的caspase-9,caspase-9酶原之間因相互靠近自我剪切而活化。通過(guò)CARD 的相互作用,caspase-3和-7也被募集到Apaf-1/caspase-9復(fù)合體中,活化的caspase-9激活caspase-3和caspase-7,從而啟動(dòng)caspase 級(jí)聯(lián)反應(yīng)[14]。

死亡受體通路 該通路由死亡受體(death receptors)、Fas相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域(Fas associated death domain,FADD)和caspase-8 組成。來(lái)自于細(xì)胞膜外的死亡受體信號(hào),通過(guò)死亡受體轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi),死亡受體是一類跨膜蛋白,最典型的有Fas和TNFR1,死亡受體進(jìn)一步活化膜上FADD,結(jié)合并活化caspase-8,活化的caspase-8形成由FasL、Fas、FADD、caspase-8組成的蛋白復(fù)合物,進(jìn)一步水解procaspase-3,生成caspase-3[15]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)途徑 近來(lái)研究結(jié)果表明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在控制細(xì)胞命運(yùn)中起重要作用,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)翻譯合成和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的儲(chǔ)存場(chǎng)所,對(duì)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用[16]。當(dāng)細(xì)胞處于長(zhǎng)期持續(xù)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)時(shí),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜受體,主要是IRE1α、PERK,產(chǎn)生的信號(hào)傳導(dǎo)可通過(guò)調(diào)節(jié)Bcl-2家族蛋白、調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子內(nèi)而導(dǎo)致環(huán)境紊亂[17]。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子動(dòng)態(tài)平衡破壞或過(guò)多蛋白積聚于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)時(shí),位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的caspase-12可被直接激活,同時(shí)也導(dǎo)致胞質(zhì)中的caspase-7轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面,進(jìn)一步激活caspase-12,激活的caspase-12可進(jìn)一步剪切caspase-3,而引發(fā)細(xì)胞凋亡[18]。也有研究表明caspase-4參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[19]。

2 抑制caspase表達(dá)中藥對(duì)RIRI保護(hù)的實(shí)驗(yàn)研究

細(xì)胞凋亡受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注,目前的實(shí)驗(yàn)研究表明,通過(guò)抑制caspases可以有效地保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡,從而控制疾病的發(fā)展。最近研究較多的通過(guò)抑制caspase保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的中藥主要有以下幾種。

2.1 丹參

丹參為唇形科鼠尾草植物丹參的干燥根及根莖,在改善腦缺血再灌注損傷、血液流變學(xué)及血小板功能等方面有藥理活性[20]。張鐵華等[21]實(shí)驗(yàn)應(yīng)用球后注射丹參注射液治療兔視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷,觀察其對(duì)視網(wǎng)膜節(jié)細(xì)胞凋亡、caspase-3蛋白表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)除1小時(shí)外,治療組各時(shí)間點(diǎn)凋亡細(xì)胞數(shù)量、caspase-3蛋白表達(dá)均較對(duì)照組明顯減少,作者從而得出:丹參注射液可以通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡、抑制caspase-3表達(dá)和活化而起到對(duì)視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷的保護(hù)與治療作用。楊先梅等[22]研究大鼠視網(wǎng)膜缺血再灌注時(shí),和缺血再灌注組比,丹參處理組在不同時(shí)間點(diǎn)Bcl-2的表達(dá)明顯增強(qiáng),Caspasse-3蛋白表達(dá)明顯減弱,減少神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡,保護(hù)視網(wǎng)膜。

2.2 葛根

葛根為豆科多年生落葉藤本植物葛的干燥根,主要活性成分為葛根素,葛根素具有擴(kuò)張冠狀血管、減慢心率、降低外周阻力和減少心肌耗氧量、抗氧化等功效[23]。李鳳花等[24]研究發(fā)現(xiàn)葛根素可能通過(guò)部分阻斷caspase-3激活的信號(hào)通路以及抑制由于白細(xì)胞浸潤(rùn)造成的炎性損傷,發(fā)揮其對(duì)視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷的保護(hù)作用。

2.3 姜黃

姜黃為姜科植物姜黃的干燥根莖,主要活性成分為姜黃素,研究表明姜黃素具有抗炎、抗氧化應(yīng)激、抗腫瘤、抗纖維化等藥理作用[25]。王賽斌等[26]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素能明顯減少缺血再灌注后的視網(wǎng)膜和視網(wǎng)膜毛細(xì)血管細(xì)胞凋亡,下調(diào)p53的表達(dá),降低凋亡執(zhí)行因子caspase-3酶的活性,以起到保護(hù)視網(wǎng)膜作用。

2.4 β-七葉皂苷鈉

β-七葉皂苷鈉是從婆羅子的干燥果實(shí)中提取到的一種含酯鍵的三萜皂苷的鈉鹽,具有抗炎、抗水腫、抗?jié)B出、抗氧自由基和改善血循環(huán)等方面的作用[27]。董仲富等[28]在研究β-七葉皂苷鈉對(duì)大鼠缺血再灌注損傷視網(wǎng)膜iNOS及caspase-2表達(dá)的影響實(shí)驗(yàn)中,用免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測(cè)caspase-2的表達(dá)情況,結(jié)果顯示caspase-2在正常對(duì)照組大鼠視網(wǎng)膜中未見(jiàn)表達(dá),在缺血再灌注損傷后12、24小時(shí)視網(wǎng)膜中表達(dá)明顯增強(qiáng),而β-七葉皂苷鈉能下調(diào)其表達(dá),得出β-七葉皂苷鈉可能通過(guò)抑制iNOS及caspase-2的表達(dá),從而減少視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的凋亡,對(duì)視網(wǎng)膜起到保護(hù)作用。

2.5 厚樸酚

厚樸酚是常用傳統(tǒng)中藥厚樸的主要活性成分之一,研究證實(shí)其具有抗氧化、抗微生物、抗腫瘤等多種藥理作用[29]。雷曉溪等[30]實(shí)驗(yàn)證實(shí)厚樸酚能抑制視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷引起的神經(jīng)元凋亡,其機(jī)制可能是抑制凋亡執(zhí)行因子caspase-3激活,從而保護(hù)視網(wǎng)膜。

2.6 丹皮酚

丹皮酚是從蘿摩科植物徐長(zhǎng)卿干燥根或全草和毛茛科芍藥屬植物牡丹、芍藥根皮中提取分離出來(lái)的活性成分,丹皮酚具有鎮(zhèn)靜、催眠、抗菌、抗炎、抗氧化、降血壓等作用[31]。李潔等[32]實(shí)驗(yàn)表明在RIRI中存在caspase-3的參與,作者通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)丹皮酚治療組視網(wǎng)膜中的Bcl-2表達(dá)明顯增強(qiáng),caspase-3表達(dá)明顯減弱,判斷丹皮酚對(duì)于視網(wǎng)膜的損傷能夠起到保護(hù)作用。

3 展望

caspase作為細(xì)胞凋亡過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白酶,研究RIRI中神經(jīng)細(xì)胞凋亡通路中的調(diào)控機(jī)制及確切作用,將為RIRI疾病的發(fā)病機(jī)制提供有力依據(jù),為治療提供有效的途徑。我們可以抑制caspase進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡來(lái)拯救視網(wǎng)膜瀕死的細(xì)胞,從而改善RIRI疾病狀態(tài)。雖然中藥通過(guò)抑制caspase治療RIRI有一定的療效,目前的研究在針對(duì)RIRI疾病治療上大多仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段,臨床研究較少,缺乏必要的臨床應(yīng)用資料。隨著科學(xué)的發(fā)展及臨床研究的深入,視網(wǎng)膜細(xì)胞損傷及保護(hù)機(jī)制將更加明晰,RIRI機(jī)制及治療等研究將取得更多矚目的成果。

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The expression of Caspase in retinal ischemia -reperfusion injury and the research progress of traditional Chinese medicine

ZHANGQi-yan,HEFeng-juan,ZHANGFu-wen,LIQiang

(ChengduUniversityofTCM,Chengdu,Sichuan,610075)

Retinal ischemia-reperfusion injury is a pathological changes of common clinical disease,and the producing mechanism is still in research,but apoptosis is the main form of neuronal death in retinal ischemia-reperfusion injury.Caspase family is a group of cysteine aspartic acid protease and plays an important role in the process of apoptosis.In this article,the expression of caspase and the regulation of traditional Chinese medicine are reviewed.

Retinal ischemia-reperfusion injury; Apotosis; Caspase; Traditional Chinese medicine

教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助課題(編號(hào)：20135132120003);四川省科技廳科技創(chuàng)新苗子工程(編號(hào)：2016068);成都市科學(xué)技術(shù)局(編號(hào)：2014-HM01-00375-SF)

610075,四川成都,成都中醫(yī)藥大學(xué)

張富文,E-mail:330920118@qq.com

10.3969/j.issn.1674-9006.2017.02.017

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