Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病中作用的研究進展

姜 芮，范瑞明

(遵義醫科大學附屬醫院腦血管科，貴州 遵義 563000)

腦血管病在全球范圍內具有發病率高、死亡率高、致殘率高的特點，僅在2016年就導致550余萬人死亡，是目前我國成年人的首要致死、致殘病原因，是造成人均壽命縮短的第一因素[1]。基于社會人口學的研究表明，我國腦血管病的發病率將繼續上升，至2030年發病率將較2010年升高50%[1]，并呈年輕化趨勢，給家庭、社會帶來沉重的負擔。因此，尋找治療腦血管病的有效方案已成為研究的熱點。促紅細胞生成素產生肝細胞受體(erythropoietin-producing hepatocellular receptor，Eph)/肝配蛋白(Ephrin)家族蛋白參與了機體炎癥、腫瘤、損傷、血管生成、細胞生長、凋亡[2-7]等多種病理及生理過程，近年來越來越受到研究者的廣泛關注，關于Eph/Ephrin家族蛋白與腦血管病的相關性研究也逐漸增多。Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病的多種病理過程起關鍵作用，其有可能成為診斷、治療以及預測腦血管病預后的有效靶點。現就Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病中作用的研究進展進行綜述。

1 Eph受體和Ephrin配體

Eph及其配體——Ephrin是酪氨酸激酶家族的最大成員[8]，統稱Eph家族蛋白。Eph家族蛋白由不少于15個Eph受體和9個Ephrin配體組成，根據序列的同源性及各自結合的配體可分為EphA和EphB兩類。一般來說，Eph與Ephrin在同類之間發生結合，如EphAs (EphA1-A8、A10)通過糖基磷脂酰肌醇與EphrinsA1-A6結合，EphBs (EphB1-B4、B6)則是與EphrinsB1-B3跨膜結合[9]，但也存在交叉結合的現象，如EphB2可以與EphrinA5結合[10-11]。Eph與其配體Ephrin結合后才能被激活并產生作用。Eph/Ephrin的信號轉導通路是雙向信號通路，其中正向轉導信號是Eph與其配體Ephrin結合發生Eph自身激活，再激活下游的信號分子；而反向轉導信號是Eph與Ephrin結合后，通過Ephrin的激活發揮效應[12]。需要強調的是，雖然Eph和Ephrin通過結合發揮作用，但無論是Eph還是Ephrin都可獨立參與細胞表面其他信號系統，如表皮生長因子受體促進細胞遷移及增殖的過程有EphA2的參與，但這一過程未必有Ephrin參與[13]。

Eph/Ephrin在各個系統中均有作用，但在神經系統中的作用最為顯著。目前認為Eph/Ephrin在神經系統的發育中扮演了重要角色，如神經元細胞遷移、軸突導向、自動調節細胞接觸等[14]，Eph/Ephrin還可以調節大腦細胞凋亡、調節腦血管生成[15]，甚至對皮質脊髓束功能的正常發育也不可或缺[16]。Eph/Ephrin家族蛋白在腦血管病中發揮著重要作用。

2 Eph/Ephrin家族蛋白與缺血性腦血管病

2.1腦梗死 腦梗死又稱缺血性卒中，是指腦血管突然堵塞或大腦血流量突然減少導致的腦細胞缺血、缺氧[17]，其約占腦血管意外事件的88%[18]。腦梗死的病理生理機制十分復雜，梗死發生后，初期病理生理改變是腦細胞能量衰竭和離子平衡紊亂，隨后氧化應激損傷、興奮性氨基酸毒性、炎癥反應及血腦屏障功能受損等共同作用導致神經元、膠質細胞以及內皮細胞進行性死亡[19]。神經功能保護與溶栓是目前治療腦梗死的主要措施[20]。截至目前，美國食品藥品管理局只批準了一種用于治療急性缺血性卒中的手段，即靜脈注射重組組織型纖溶酶原激活劑[21]，但治療的時間窗非常有限，且不良反應較多，有出血風險。因此，迫切需要尋找更多有效治療腦梗死的藥物。

2.1.1EphA/EphrinA Eph/Ephrin家族的許多成員在缺血性腦血管病發生后都有所改變。研究表明，EphrinA5可在梗死周圍皮質的反應性星形膠質細胞中被誘導激活，從而抑制軸突發芽，但與此機制相關的EphrinA5的EphA受體尚不明確[22]。用EphA4和EphA5分別阻斷EphrinA5發現，EphA4阻斷后產生最強的發芽反應，提示此機制中EphrinA5的受體可能是EphA4[22]。另一項研究證實，腦梗死后大鼠星形膠質細胞中EphrinA1和EphrinA5的表達增高，而任務特異性訓練可降低EphrinA1和EphrinA5的表達[23]。綜上所述，降低EphrinA1和EphrinA5的表達及任務特異性訓練可能是促進腦卒中患者功能恢復的有效手段。

EphA4主要在神經系統表達，并且也是神經系統中最豐富的Eph受體。一項針對EphA4的研究表明，與腦梗死后EphA4信號通路正常的小鼠相比，抑制EphA4信號通路的小鼠運動功能恢復得更好，但兩者的梗死面積相似。說明抑制EphA4提高腦梗死后運動功能恢復的機制不是神經保護性的，而是通過恢復神經功能，其機制可是EphA4抑制通過增加興奮性氨基酸轉運蛋白2的水平、降低谷氨酸毒性，改善腦卒中后小鼠神經功能的恢復[24]。

腦梗死后，敲除EphA2的小鼠腦梗死體積顯著縮小、神經功能明顯改善[25]，其機制可能是腦梗死后EphA2受體的失活促進了腦內皮細胞緊密連接的形成，降低了腦血管內皮細胞的通透性。因此，EphA2缺乏小鼠腦內炎癥細胞浸潤明顯減少，這對腦梗死的預后是有益的。此外，腦梗死后EphA2受體可能還直接促進了凋亡介導的細胞死亡，且EphA2受體及其高親和力配體EphrinA1-A3直接參與了血腦屏障的破壞和缺血損傷后神經元的丟失[25]。

2.1.2EphB/EphrinB EphB/EphrinB也在腦梗死中扮演了重要角色，腦缺血后會刺激內源性神經發生，但這一現象未必有助于神經功能恢復，因為新生神經元的存活率和分化率較低。研究證實，EphrinB3調節了內源性神經發生。在EphrinB3敲除小鼠中，腦缺血后神經發生強烈增強，但由于胱天蛋白酶3介導的缺血性損傷也會加重，因此總體來看并不能促進功能恢復；而在抑制EphrinB3和胱天蛋白酶3的小鼠中，腦梗死面積明顯縮小，說明EphrinB3可能是治療腦梗死的有效靶點[26]。血腦屏障破壞后引起的腦水腫是腦梗死后的主要并發癥，腦梗死后的腦組織中也存在血管新生現象，促進血管新生可促進神經修復、清除壞死組織、改善腦組織血流供應。EphrinB2/EphB4在腦梗死后的神經血管保護和血腦屏障恢復中起著關鍵性作用。大腦中動脈閉塞后，抑制EphrinB2/EphB4信號通路會抑制神經血管修復，導致腦細胞腫脹加重；相反，腦缺血后EphB4的局部過表達可激活EphrinB2，EphrinB2的激活導致周細胞募集以及內皮周細胞相互作用增加，加速缺血后神經血管修復，同時內皮周細胞還可通過增加緊密連接蛋白的表達以修復緊密連接，從而促進輕度缺血后早期血腦屏障的恢復[27]。在大鼠腦梗死模型中，采用雙重免疫熒光標記法對EphrinB2進行染色，在缺血半暗帶擴展的血管周圍中觀察到EphrinB2有濃聚現象[28]。因此認為，大鼠腦梗死后血管新生的調控過程中可能有EphrinB2的參與，并很可能通過增強血管生成和神經發生改善梗死預后。之后的研究進一步闡釋了EphrinB2增強血管生成的具體通路，即通過調控促血管生成素(angiopoietin，Ang)增強腦梗死后血管生成，在缺血再灌注早期，EphrinB2可抑制Ang-1的表達，促進Ang-2的表達，從而促進血管內皮細胞的萌芽生長，形成新生血管；在缺血亞急性期，EphrinB2可同時促進Ang-1和Ang-2的表達，從而有利于內皮細胞增殖和神經血管成熟[29]。

EphB2在腦梗死中也發揮著重要作用。最新研究表明，在大腦中動脈閉塞的小鼠腦梗死模型中，EphB2敲除小鼠的腦梗死面積、腦細胞腫脹程度及神經功能損害程度均低于EphB2未敲除小鼠，其機制是敲除EphB2后，與小鼠腦梗死后急性炎癥反應相關的基因表達降低、腦細胞對谷氨酸興奮毒性的易感性降低，從而改善腦梗死的預后[30]。

以上研究證明，Eph/Ephrin家族在腦梗死的病理生理機制中扮演了重要角色，為開發有效治療腦梗死的藥物提供了理論基礎。

2.2短暫性腦缺血發作(transient ischemic attack，TIA) TIA是各種原因導致的局灶性腦細胞缺血引起的可逆性的、短暫的神經功能缺損，通常持續時間短，且不遺留影像學證據，易被醫師和患者所忽略。TIA后第1日導致缺血性卒中的概率最大，因此早期治療對于預防缺血性卒中很有必要[31]。在大鼠TIA模型中，抑制EphA4介導的EphrinA3反向信號轉導可增加星形膠質細胞谷氨酸轉運體的表達，降低星形膠質細胞谷氨酸攝取能力，并保護海馬神經元免受缺血條件下谷氨酸興奮毒性的影響[32]。另一項針對大鼠全腦TIA模型的究顯示，TIA后海馬CA1區EphrinA3和EphA4的表達增加，阻斷EphrinA3/EphA4的相互作用可通過抑制胱天蛋白酶3活化減少海馬神經元的凋亡，提示EphrinA3/EphA4信號通路在缺血誘導的海馬神經元凋亡中的重要作用[33]，可能是TIA患者潛在的治療靶點。

2.3缺血缺氧性腦損傷(hypoxic-ischemic brain damage，HIBD) HIBD在臨床上較為常見，主要由新生兒缺氧、窒息導致[34]。圍生期缺氧、缺血常導致新生兒認知功能障礙和慢性腦損傷，目前治療方案有限。雖然近年來關于新生兒窒息恢復的研究取得了一些進展，但HIBD的預后仍未得到明顯改善[35]。EphrinB2/EphB4在新生血管成熟中起著重要作用[36]。一項研究測定了正常早產大鼠和缺氧缺血損傷早產大鼠腦組織中EphrinB2和EphB4的表達水平發現，正常早產大鼠的腦組織中EphrinB2和EphB4呈正常表達，而缺氧缺血損傷早產大鼠中，EphrinB2和EphB4的表達明顯上調，EphrinB2在新生血管的動脈表達，而EphB4在新生血管的靜脈表達，缺氧缺血誘導的腦白質損傷的動脈是產生新生血管生成現象的主要場所[37]。EphrinB2和EphB4為開發抗血管新生因子或促血管新生因子藥物提供了可能，并可根據新生血管生成的特異性，開發出特異性地選擇動脈通過的藥物。

2.4慢性腦缺血 慢性腦缺血是臨床上常見的腦損傷，是各種類型腦血管病的主因，是多種因素引起的長期腦組織低灌注狀態，進而引起神經功能減退，導致認識功能障礙。慢性腦缺血參與了多種神經系統疾病的病理過程，如阿爾茨海默病、腦梗死、血管性癡呆等，慢性腦缺血的病理損傷機制十分復雜，近年來的研究表明，慢性腦缺血通過引發神經炎癥反應、參與細胞凋亡、氧化應激、葡萄糖代謝、調節突觸結構、調節神經遞質功能等導致認知功能障礙[38]。EphA4是神經系統中最豐富的Ephrin受體，其在不同的神經系統疾病中發揮著不同的作用。在大鼠慢性腦缺血模型中，慢性腦缺血大鼠中的海馬區及皮質區EphA4的表達持續升高[39]，提示EphA4可能是通過抑制海馬環路重組與突觸發生阻止認識功能的恢復，這可能是慢性腦缺血導致神經再生障礙的重要原因之一。一項關于慢性腦缺血大鼠的研究證實，骨髓間充質干細胞移植后，大鼠海馬CA1區EphB2的表達上調，且認識功能明顯改善，說明EphB2可能參與了腦供血不足導致的認識功能改變，但具體機制尚不明確，仍需進一步研究[40]。以上研究為開發改善慢性腦缺血患者認知功能的靶向藥物提供了理論基礎。

3 Eph/Ephrin家族蛋白與出血性腦血管病

Eph/Ephrin在出血性腦血管病中同樣發揮著重要作用。蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是一種嚴重且不常見的中風亞型，是指腦血管破裂血液直接進入蛛網膜下腔。近年來由于診斷更及時、動脈瘤的早期修復、重癥監護技術及尼莫地平的應用，SAH患者的生存率增加了17%，但病死率仍高[41]。早期腦損傷是導致SAH患者死亡的主要原因。研究發現，EphA4可通過Ephexin-1/Rock2途徑加重血腦屏障破壞及神經元死亡，使SAH后的早期腦損傷加重，這項發現為治療人類SAH提供了線索[42]。另一項研究發現，成年大鼠腦出血6、24、48、72 h后，EphrinB3的表達均增加，提示EphrinB3在腦出血發生、發展和轉歸過程中均發揮一定的作用，有可能成為早期反映腦出血后白質損傷程度的血清指標之一，同時也為腦出血的治療提供了實驗依據[43]。一項關于腦動靜脈畸形的研究顯示，EphB4可能在維持血管壁完整性方面起調節作用，EphB4功能失調可能會導致血管不穩定性，使患者腦出血風險增加，這為降低腦動靜脈畸形患者腦出血風險提供了可能[44]。雖然目前關于Eph/Ephrin在出血性腦血管病中的作用的研究較少，但鑒于Eph/Ephrin在神經系統中的重要作用，相信還有更多的Eph/Ephrin成員影響著出血性腦血管病，其在出血性腦血管病的治療中仍有廣闊的前景，但還需后續的實驗研究來驗證。

4 小 結

近年來，關于Eph/Ephrin信號通路的病理學意義已被研究所揭示，尤其是在腫瘤領域[45]，關于Eph受體的腫瘤靶向藥物正在臨床試驗中[46]，但其生殖和發育毒性仍是一個有待解決的問題[45]。Eph/Ephrin信號通路在腦血管病的多種病理生理過程發揮著重要作用，如軸突發芽、血管新生、谷氨酸轉運、腦血管內皮細胞通透性、血腦屏障修復、調控Ang以及抑制胱天蛋白酶3活化等。隨著對該信號的進一步認識及其在腦血管病中研究的深入，Eph/Ephrin信號通路作為生物學指標診斷腦血管病、作為有效的治療靶點開發腦血管病治療藥物、判斷腦血管病患者的預后方面會有新的發現。