右美托咪定腦保護作用及其信號通路研究進展

黃青青，袁立邦，鞏 固

右美托咪定（DEX）作為一種新型腎上腺素能α2受體激動劑，與世界上首次人工合成的第一個腎上腺素α2受體激動劑可樂定相比，其對α2受體的選擇性是后者的8倍[1]，效價是后者的3倍，這使得DEX具有更強的鎮靜鎮痛作用。此外，它還具有抗交感、減少麻醉藥物劑量、穩定圍術期血流動力學、無呼吸抑制等作用，因而廣泛用于臨床麻醉中。而腦缺血導致的腦損傷是圍術期最嚴重的并發癥，具有高致殘率和病死率。Hoffman等[2]首先在1991年提出了DEX的腦保護作用，他們在實驗中發現，DEX能顯著降低血漿中的兒茶酚胺濃度，減輕神經元損害。有大量研究證明，DEX主要通過以下5條途徑發揮腦保護作用：（1）抑制交感神經的興奮，調節體內兒茶酚胺的釋放；（2）調節中樞谷氨酸鹽的釋放；（3）抑制細胞凋亡以及炎癥因子釋放；（4）抗氧化應激；（5）調節 IF-1α、血管內皮生長因子(VEGF)和腦源性神經營養因子（BDNF）的表達，而細胞凋亡以及炎癥因子釋放被認為是其中的重要原因[3]。筆者對DEX抑制細胞凋亡以及炎癥因子釋放相關的信號通路的調節作用作一綜述，旨在為DEX在圍手術期的腦保護應用提供參考。

1 炎癥反應相關的信號通路

1.1 抑制TLR4/NF-κB途徑 TLR4廣泛分布于中樞神經系統，研究表明，TLR4可以識別缺血再灌注損傷釋放的內源性配體，引起一系列的炎癥反應，嚴重影響神經功能[4]。NF-κB的激活可導致黏附分子和相應的受體在炎癥反應中發揮重要作用[5]。Zhao等[6-7]發現，在局灶性腦缺血再灌注損傷大鼠中，NF-κB 和 TLR4 表達增加，TLR4/NF-κB 信號通路被激活，而抑制TLR4/NF-κB信號通路，可以緩解大鼠的腦缺血再灌注損傷，發揮腦保護的作用。Wang等[8]發現，DEX預處理可明顯防止缺血誘導的海馬和皮質神經元損傷，顯著降低凋亡細胞的數量，并明顯抑制腦缺血區GFAP、TLR4和NF-κB的表達，同時增加TRIF的表達。該研究結果表明，DEX可能通過抑制TLR4/NF-κB途徑，減少炎癥損傷，從而發揮腦保護作用。Kim等[9]也通過實驗發現，DEX可通過抑制TLR-4/NF-κB通路參與的炎癥反應，部分逆轉缺血后的腦損傷。

1.2 抑制NF-κB/COX-2途徑的激活 核轉錄因子NF-κB是能調節多種炎癥和免疫基因表達的一種重要的轉錄調節因子。在中樞神經系統中，NF-κB控制神經損傷后的炎癥反應和凋亡性細胞死亡[10]。姚小梅等[11]發現，COX-2和NF-κB p65在局灶性腦缺血再灌注后的半暗區和血腦屏障中表達增高，在血管周圍的中性粒細胞內陽性表達，提示炎癥參與了腦缺血再灌注損傷。在免疫反應陽性細胞內， 胞漿或胞核 COX-2、NF-κB p65和 I-κ Bα為主的陽性表達，提示它們在腦缺血再灌注后細胞內胞漿和胞核之間轉錄激活的密切相關性，而NF-κB對腦損傷后神經細胞COX-2的表達起著調控作用[12]。Pan等[13]發現，缺氧能引起顯著的神經毒性，包括破壞組織結構，上調caspase-3蛋白水平、Bax/Bcl-2比率和NF-κB/COX-2比率。而DEX預處理則可有效改善組織學結果，并抑制caspase-3表達水平，下調Bax/Bcl-2比率和NF-κB/COX-2比率，表明DEX可以通過抑制NF-κB/COX-2途徑的激活發揮神經保護作用。

1.3 抑制JAK2-STAT3途徑 JAK2/STAT3通路的信號轉導，在缺血性中風相關炎性神經元損傷的下游信號通路調節中起重要作用[14]。另外，有研究表明，JAK2/STAT3通路參與蛛網膜下腔出血（SAH）后HMGB1調節，介導炎癥反應導致的腦損傷[15]。而抑制JAK2/STAT3信號通路可減少腦缺血后腦組織中HMGB1的表達，發揮腦保護作用[16]。Cheng等[17]在大鼠體外循環(CPB)2 h后，通過靜脈輸注不同劑量的DEX，觀察到DEX通過抑制炎癥和減少神經元凋亡產生了神經保護作用，這種保護作用具有劑量-效應關系。此外，DEX給藥后抑制了大鼠海馬中JAK2和STAT3蛋白的磷酸化，因此，推測JAK2-STAT3途徑在DEX誘導的CPB腦損傷后的神經保護作用中發揮重要作用。

2 細胞凋亡相關的信號通路

2.1 激活PI3K/Akt/mTOR信號傳導途徑 PI3K/AKT/mTOR信號傳導通路的基本作用是促進細胞增殖、抑制細胞凋亡，其活化對細胞增殖、分化、轉移、侵襲及血管生成的各個環節均有著重要作用[18]。曾凡軍等[19]在大鼠肺性腦病細胞模型中發現，PI3K-AKT-mTOR信號通路的失活，激活了自噬信號通路，導致大腦神經元自噬增強，從而損傷大腦神經元。Sheng等[20]在使用DEX組外傷性腦損傷（TBI）大鼠 中 發 現 ，pp-PI3K/t-PI3K、p-Akt/t-Akt、p-mTOR/t-mTOR、ZO-1和緊密連接蛋白-5的表達升高，提示DEX在TBI大鼠中，通過激活PI3K/Akt/mTOR信號傳導途徑發揮神經保護作用。

2.2 激活BAX/CYTOCHROME-C/CASPASE途徑 局灶性腦缺血后的神經元死亡具有急性和延遲之分，有研究表明，細胞死亡受體會激活線粒體途徑[21]。延遲的神經元死亡通過激活非神經元細胞中類似細胞凋亡的分子信號傳導途徑而發生。其中樞介質是兩個分子家族：半胱天冬酶（caspase）和bcl-2家族的分子。caspase啟動并執行細胞死亡，而bcl-2家族成員調節死亡信號，并導致線粒體膜間隙釋放促凋亡分子，如cytochrome-c。cytochrome-c通過激活caspase-9 和 caspase-3，誘導細胞死亡[22]。 Wu 等[23]發現，神經-2a細胞被DEX處理后，可減弱I/R誘導的Bax蛋白從胞質到線粒體的易位和降低線粒體膜電位，使細胞色素C從線粒體釋放到細胞質中，隨后在I/R處理的神經-2a細胞中級聯激活caspase-9、caspase-3和caspase-6。表明DEX通過內在的Bax-mitochondria-cytochrome c-caspase途徑，對I/R誘導的細胞凋亡損傷發揮神經保護作用。

2.3 激活ERK1/2信號通路 腦缺血可引發ERK1/2信號級聯反應，使大腦適應缺血性損傷。有研究表明，ERK1/2信號通路會影響海馬CA1錐體神經元I/R后的凋亡[24]。Hu等[25]發現，DEX可通過α2-腎上腺素受體調控與5-HTR偶聯的信號轉導相關基因，且通過紋狀體多巴胺神經元中ERK1/2信號通路調節組蛋白H3的乙酰化，從而發揮神經保護作用。Wang等[26]在蛛網膜下腔出血發作后即刻或2 h，使用DEX2 d后評估神經學結果。發現DEX治療后減弱了蛛網膜下腔出血導致的神經功能評分的降低，抑制了腦水腫和血腦屏障通透性的增加，增加了活化的ERK。而這種針對SAH的神經保護作用是由ERK介導的。

2.4 抑制Notch/NF-κB信號通路 Notch和NFκB信號傳導途徑主要參與調節細胞增殖、分化和凋亡。Notch和NF-κB信號通路具有許多共同的特征：兩者都被常見的刺激如 TNF-α 和缺氧激活；活化的 Notch（NICD）和 NF-κB通過調節SMRT/N-COR等輔助因子介導轉錄；兩者調節相似的靶基因，如 IκBalpha。因此，推測 Notch 和 NF-κB 信號通路在大腦發育中可能協同調控干細胞更新和分化[27]。Liu等[28]用暴露于氧糖剝奪（OGD）環境的PC12細胞建立局部缺血模型，發現DEX顯著增加了OGD處理的PC12細胞的細胞活力，并降低細胞凋亡及Bax/Bcl-2比率，改善了LDH、MDA、SOD和GSH-Px的變化以及神經營養因子的減少。Notch/NF-κB信號通路中的關鍵激酶被OGD上調，而上調被DEX降低。另外，Notch或NF-κB抑制劑可以增強DEX對OGD誘導的細胞損傷的作用。最后，在原代神經元細胞中，驗證了DEX的保護作用。該實驗說明，DEX對OGD誘導的PC12細胞損傷的保護作用取決于其抗凋亡、抗氧化活性和抑制Notch/NF-κB活化。

2.5 激活線粒體ATP敏感K+（mitoKATP）通道 有研究發現，大鼠腦線粒體中富含活性mitoKATP，在腦保護中起關鍵作用，其調節作用與心臟和肝臟調節mitoKATP性質相同[29]。隨后，Shimizu等[30]研究了mitoKATP通道的選擇性開放劑二氮嗪對Wistar大鼠MCAO后腦損傷的影響，證實mitoKATP通道的開放對大鼠腦缺血再灌注損傷具有神經保護作用。近期，Yuan等[31]也發現，mitoKATP通道的激活可能有助于DEX發揮對局灶性腦缺血再灌注損傷大鼠的神經保護作用。

3 小結

DEX由于其獨特的藥理特點，現已作為麻醉輔助藥，廣泛用于各類手術的臨床麻醉。DEX的應用不僅能減少相關麻醉藥的用量，獲得較為穩定的血流動力學，并且還具有明顯的腦保護效應，但DEX腦保護效應的劑量、使用方法及其作用機制尚未完全闡明，還需進一步深入研究。揭示DEX的腦保護效應及其機制，對圍手術期腦保護策略的制定和應用具有重要意義。