一氧化碳中毒遲發性腦病與腦細胞自噬的研究進展

張德新，詹 潔，王小霞，呂信鵬，鄧 穎

哈爾濱醫科大學附屬第二醫院急診科，哈爾濱 150086

急性一氧化碳中毒在我國的發病率非常高，10%～40%的患者經過2～60 d的假愈期后可發生以智能減退、不自主運動、大小便失禁等為主要表現的遲發性腦病，致使患者生活不能自理[1]。因其病程長、致殘率高、治愈率低，嚴重威脅患者的生活和勞動能力，給患者及其家庭造成極大的痛苦和經濟負擔。

1 一氧化碳中毒遲發性腦病概述

導致一氧化碳中毒遲發性腦病(delayed encephalopathy after carbon monoxide poisoning, DEACMP)發病的機制仍然未明，主要有因缺血、缺氧引起中樞神經系統廣泛性的壞死及脫髓鞘的改變；腦細胞氧自由基、過氧化物等生成增加，導致腦細胞損傷；興奮性氨基酸誘導神經元細胞死亡；一氧化碳中毒啟動腦細胞凋亡等學說[2]。目前，DEACMP仍不能有效預防及治愈，因此，進一步揭示 DEACMP的發病機制具有重要的臨床意義。

2 自噬概述

自噬是細胞在胞質中出現的膜性結構將大分子物質和受損的細胞器包裹，與溶酶體結合后將其降解、消化并產生氨基酸等物質的“自我吞噬”過程。自噬對細胞有正反兩方面的作用，當細胞受到缺氧、應激、營養不足、自由基增多等有害刺激時，可為處于脅迫狀態的細胞提供存活和修復損傷所需的能量和物質，對細胞起保護作用，但過度的自噬因降解必需的細胞成分反而對細胞造成損傷，甚至死亡。有觀點[3]認為當細胞遭遇應激因素時，自噬首先被激活，以對抗有害刺激，維持細胞穩態，當有害刺激足夠強烈，自噬充分激活后仍不足以對細胞提供有效保護，細胞便死亡。也有研究[4]認為自噬是細胞程序性死亡的一種機制，是繼壞死和凋亡外的第3種細胞死亡形式。可見，自噬在對抗有害刺激、維持機體穩態、生長發育及細胞死亡等方面扮演著重要的角色。

有研究[5-6]發現，自噬與缺血性腦病、阿爾茨海默病、帕金森病、神經系統退行性疾病等密切相關。但自噬與DEACMP的關系，目前仍未取得公認的結論，本文將自噬與DEACMP相關性的研究進展作一綜述。

3 DEACMP與腦細胞自噬相關性

3.1 一氧化碳中毒后腦細胞自噬激活機制 一氧化碳與血紅蛋白的結合力是氧氣的200～250倍，中毒時可引起腦細胞嚴重缺氧。研究[7]表明，缺氧是激發細胞自噬的最強因素之一。低氧環境下，細胞能存活是因為低氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor-1, HIF-1)的存在，它使BCL-2/腺病毒E1B 19 kDa相關蛋白3(Bcl2/adenovirus E1 B 19-kDa interacting protein 3, BNIP3)及同源基因BNIP3L活化，導致Beclin-1-Bcl-2/Bcl-x L的復合物斷裂，將Beclin-1釋出。Beclin-1與液泡蛋白34(vacuolar protein sorting 34)發生反應，啟動自噬，實現細胞的自我保護[8]。另外，缺氧條件下，激活的蛋白激酶C(proteinkinase C, PKC)也通過Beclin-1激活自噬[9]。

一氧化碳中毒可使腦細胞產生大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)，對細胞線粒體等造成損傷，ROS是各種條件下觸發自噬的關鍵。ROS可通過3種途徑啟動自噬，分別為通過激活HIF-2α增加BNIP3的表達啟動自噬；通過活化PKR樣內質網激酶(PKR-like endoplasmic reticulum kinase, PERK)，誘導LC3和Atg5的轉錄啟動自噬；通過活化NRF2誘導p62蛋白表達啟動自噬[10]。

一氧化碳中毒可導致血管內皮細胞損傷，白細胞及血小板黏附性增加，血管內微血栓形成，堵塞血管，使腦細胞能量供應逐步中斷，腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)的累積增加，這就使腺嘌呤核糖核苷酸活化的蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase, AMPK)激活，Atg1表達的同源物ULK1，使AMPK-ULK1復合物解聚，阻斷絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)的活化，使mTOR-C1信號通路失活，啟動自噬[11]。所以，一氧化碳中毒時，腦細胞可通過多種途徑啟動自噬。

3.2 自噬變化對一氧化碳中毒腦細胞損傷的影響 隨著一氧化碳進入人體對腦細胞造成缺氧等損傷，腦細胞啟動自噬反應，以對抗一氧化碳對腦細胞造成的損傷，維持細胞穩態。研究[12]表明應激后自噬的上調是細胞存活的關鍵。在缺血、缺氧性腦細胞損傷的研究[13]中就發現，自噬對腦細胞的存活發揮著至關重要的作用。Sheng等[14]發現自噬能顯著減輕缺血、缺氧引起的腦損傷，自噬激動劑雷帕霉素同樣能發揮這種保護作用，降低腦損傷的程度。Fang等[15]發現大腦中動脈閉塞或血管內皮細胞損傷可激活自噬，以對抗缺血缺氧引起的腦細胞損傷，保護神經功能，給予自噬抑制劑氯喹、3-MA等阻斷自噬后，可使神經系統的損傷加重。

也有觀點認為自噬的激活可導致神經元損傷。Zhang等[16]認為自噬是導致慢性缺血、缺氧小鼠認知功能障礙的原因，通過抑制雷帕霉素信號通路的靶通道抑制自噬，改善了慢性缺血、缺氧小鼠的認知功能。郭向飛等[17]研究發現間歇性低氧通過mTOR-beclin 1通路啟動自噬，致神經細胞損傷加重，功能受損。Xu等[18]研究發現，缺血、缺氧大鼠的腦細胞中自噬體明顯增多，并認為自噬對腦細胞起損傷作用。給予自噬抑制劑3-MA可明顯減輕腦細胞的損傷，使腦損傷的體積縮小，腦水腫和神經功能損傷得到顯著改善。

3.3 DEACMP與腦細胞自噬的關系 一氧化碳中毒后，需要經過一段時間后才發生遲發性腦病，說明腦細胞并沒有立即壞死，而是逐步壞死的過程。有研究[19]表明DEACMP與腦細胞凋亡密切相關。Guratowska等[20]發現急性一氧化碳中毒后大鼠腦細胞發生凋亡的高峰期與遲發性腦損傷發生的時間非常一致，進一步驗證了這一理論。Xu等[18]研究發現，在缺血造成損傷的大腦皮質中，自噬和凋亡并存，并且這一區域的細胞延遲死亡。可見，自噬、凋亡、壞死在DEACMP的發病中關系密切。研究[21]已經發現自噬蛋白 (如Beclin-1、Atg7等)和凋亡相關蛋白 (如Bcl-2、Bax、p53等) 具有相互交叉的作用，如Beclin-1與Bcl-2結合后對自噬起抑制作用，而與Bax結合后，卻能促進自噬。

目前研究認為，在缺氧、缺血條件下，在死亡的神經細胞中自噬水平是增強的，但到底因為自噬啟動凋亡程序引起細胞死亡，還是因自噬未能起到有效的維護細胞穩態的作用致細胞死亡，仍未取得一致的結論。Xu等[22]研究發現在缺氧、缺血損傷的早期，抑制自噬后，腦細胞的損傷顯著增加。說明在損傷早期，自噬通過清理受損的細胞器，對細胞起保護作用。晚期抑制自噬后，腦細胞損傷卻明顯減輕，說明自噬起加重細胞損傷的作用，其原因可能是因為持續的應激損傷，誘發了“過度”的自噬，使自噬體吞噬了正常的細胞器，引起細胞壞死。Wang等[23]發現高壓氧可通過自噬對缺血再灌注造成的神經損傷發揮保護作用，并認為自噬可成為缺血再灌注損傷治療的新靶點。Yan等[24]在高壓氧治療之前，將3-MA 注射入腦室內，使自噬被提前抑制，結果發現高壓氧對缺氧、缺血的保護作用減弱。反之，用雷帕霉素提前激活自噬后發現，自噬對細胞保護作用與高壓氧治療效果相似。Lu等[25]研究認為高壓氧可擴大因大腦中動脈閉塞引起的腦損傷，因為大量的ROS導致細胞外信號調節激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase1/2, ERK1/2)活性增強，導致自噬通路中斷，無法發揮對細胞的保護作用。可見，自噬對DEACMP作用的具體機制，在不同階段對DEACMP的影響仍未得出一致的結論。

4 小 結

綜上所述，自噬介入急性DEACMP的發病，但自噬在疾病的不同時期發揮怎樣的作用，以及如何通過干預自噬的表達以有效預防和治療遲發性腦病仍需要進一步的研究。