過氧化物酶體增殖物激活受體在缺血性腦損傷及糖尿病合并腦缺血損傷中的研究進展

何 婧，韓江全，施寧華

(遵義醫科大學第五附屬(珠海)醫院神經內科，廣東 珠海 519100)

缺血性腦卒中具有發病率、致殘率、死亡率高的特點，是嚴重危害人類健康的常見疾病。而糖尿病是缺血性腦卒中的獨立危險因素。目前，糖尿病的發病率呈逐年上升趨勢。2013年國際糖尿病聯盟報道，全球成人糖尿病的患病率達8.3%，其中我國糖尿病患病人數居世界首位[1]。研究發現，在糖尿病患者中，罹患腦梗死的概率增加2～4倍，且糖尿病合并腦梗死患者的神經功能缺損更嚴重，生存率更低，預后不良[2]。目前，靜脈溶栓被認為是腦梗死急性期內最有效的治療手段。但糖尿病可使腦梗死溶栓治療后血管再通不良，梗死面積縮小不明顯，神經功能恢復差，且溶栓后出現癥狀性顱內出血的風險明顯升高[3]。因此，進一步研究糖尿病加重腦缺血的相關機制，尋找對糖尿病合并腦缺血損傷新的有效治療方法十分關鍵。過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)是核受體超家族中由配體激活的核轉錄因子，其主要通過調節基因轉錄發揮相應的生物學效應。研究證實，PPARs在中樞神經系統疾病方面尤其是缺血性腦損傷中有重要的保護作用[4-6]，而抑制PPARs活性可能是糖尿病加重腦缺血損傷的重要機制之一[7]。現就PPARs在缺血性腦損傷及糖尿病合并腦缺血損傷中的研究進展予以綜述。

1 PPARs的生物學特性

1.1結構與分布 PPARs屬于核激素受體超家族成員，是由配體激活的核轉錄因子，在基因調控方面發揮重要作用。PPARs由4個結構域構成[8]：A/B區，也稱為激活域，位于N端，是磷酸化修飾的重要靶點；C區，即DNA結合域，由兩個鋅指狀基序形成，具有高度保守性，其通過與靶基因啟動子上游的PPAR反應元件作用，調控靶基因的轉錄；D區為鉸鏈區，許多輔助因子與此結構域結合并影響PPARs的轉錄活性；E/F區，位于C端區域，包含配體結合域和配體依賴的激活功能區2，通過識別特異性配體，在轉錄激活過程中起關鍵作用。

在兩棲類、嚙齒類動物及人類中，PPARs均有3種亞型即PPARα、PPARβ和PPARγ，分別由特定的單拷貝基因編碼，分別位于鼠染色體第15、17和6號，人類染色體第22、6和3號上，且人類PPARα、β和γ分別含有468、441和479個氨基酸殘基[9]。其中，PPARγ由于啟動子和拼接方式的不同，還可分為PPARγ1和PPARγ2兩種亞型，兩者的信使RNA存在不同的5′端序列，但由于編碼PPARγ1和PPARγ2結構域的6個外顯子有著相同的序列，所以兩者的功能一致[9]。

然而，PPARs的3種亞型在組織中的分布不盡相同，PPARα表達的細胞具有高脂肪酸代謝水平和高過氧化物酶體活性，如棕色脂肪組織細胞、肝細胞、心肌細胞、腎小管上皮細胞和腸黏膜細胞；PPARβ在全身廣泛表達，其中在骨骼肌、心臟、腎臟、皮膚中表達相對較高；PPARγ主要在脂肪組織、結腸上皮、肝臟、脾臟和腎臟等組織中表達[10]。實驗顯示，PPARs的3種亞型在成年嚙齒動物腦中均有表達，主要在額葉皮質、海馬區、伏隔核、杏仁核、腹側被蓋區分布[11]。

1.2配體及激活機制 PPARs的3種亞型結構中均含有一個保守性較差的配體結合區域，由于該區域所含氨基酸的種類不同，故被認為是決定配體選擇性、親和力的關鍵因素[12-13]。許多飽和脂肪酸及花生四烯酸產生的代謝產物(白三烯B4、8-S羥二十四碳四烯酸等)能夠有效活化PPARα。且苯扎貝特、非諾貝特等貝特類藥物也是PPARα的有效激活劑。前列腺素A1和D2對PPARβ具有較強的親和力，且人工合成的復合物GW2433、GW0742等為PPARβ的合成配體。15-脫氫前列腺素J2、亞油酸的代謝物羥基十八碳二烯酸、十六烷基壬二酸基卵磷脂均為PPARγ的強效天然激動劑。而治療2型糖尿病的口服藥物噻唑烷二酮類(羅格列酮、吡格列酮等)為PPARγ的有效人工合成配體，其可通過激活PPARγ增強胰島素敏感性。此外，PPARs還具有多個亞型的共同激動劑，如非甾體抗炎藥、丙烷-2-磺酸十八碳-9-烯基-酰胺、淫羊藿苷均為PPARα/γ的雙重激動劑。

當配體缺乏時，PPARs與類視黃醇X受體結合形成異二聚體(PPAR/類視黃醇X受體)，并募集輔抑制因子復合物(核受體輔助抑制物、視黃酸與甲狀腺素受體的靜默中介復合物等)與PPAR/類視黃醇X受體結合，抑制靶基因的轉錄。一旦PPARs與配體結合被激活，PPAR/類視黃醇X受體將與輔抑制因子解離，并結合輔活化因子(PPARγ輔助活化因子、類固醇受體輔助活化因子1等)，與靶基因啟動子區域中的PPAR反應元件特異性結合形成PPAR/類視黃醇X受體α復合物，從而發揮對靶基因的轉錄調控作用[14]。此外，PPARs還可以與其他多種轉錄因子(核因子κB、激活蛋白1等)發生蛋白質-蛋白質相互作用，從而影響相應信號轉導通路中的基因表達[15]。基于PPARs的以上生物學功能，越來越多的研究發現，PPARs活化后在調節脂質代謝、維持體內葡萄糖穩態、參與細胞增殖及分化、調控炎癥和氧化應激等過程中發揮重要作用。近年來，PPARs各亞型及其激動劑在缺血性腦損傷中的保護作用也受到大家的廣泛關注。

2 PPARs在缺血性腦損傷中的作用

2.1PPARα與缺血性腦損傷 局部腦缺血可產生強烈的炎癥反應，大量炎癥細胞的釋放，可引起氧自由基和其他炎癥相關產物的生成增加，從而導致腦組織損傷、血管內皮功能障礙及神經元細胞的凋亡。在腦缺血再灌注損傷模型中，與野生型小鼠相比，PPARα敲除基因小鼠的腦梗死體積更大、神經功能缺損更嚴重，表明PPARα的缺失加重了腦缺血損傷[16]。Ouk等[17]研究發現，早期給予PPARα特異性激動劑非諾貝特治療，可顯著改善小鼠腦缺血再灌注誘導的血管內皮功能障礙，其機制可能與減少黏附蛋白1的表達、抑制中性粒細胞的浸潤和小膠質細胞的活化有關。同時他們在小鼠腦缺血再灌注損傷后連續管飼非諾貝特7 d觀察到，PPARα的增加可調節腦缺血損傷后神經細胞的增殖與分化，并對神經功能損傷的修復有協同作用。此外，非諾貝特激活PPARα后，可通過抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶和p65核因子κB的活化，顯著減少炎癥介質白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α的表達，從而減輕腦缺血后的炎癥反應[18]。Zhou等[19]研究表明，油酰乙醇胺作為一種PPARα內源性激動劑，可通過抑制Toll樣受體4/核因子κB和胞外信號調節激酶1/2信號途徑，減少腦缺血誘導的神經細胞凋亡，增強神經元修復，表明活化后的PPARα對缺血性腦卒中有一定的神經保護作用。

2.2PPARβ與缺血性腦損傷 PPARβ最先發現于人的骨肉瘤細胞庫，并廣泛表達于各種器官和組織的細胞核內。相對于PPARα、PPARγ，PPARβ在缺血性腦損傷中作用的相關數據有限，但仍有證據證明，PPARβ的激活對腦缺血損傷有一定的保護作用[20]。GW0742對PPARβ具有高度親和力，其與PPARβ的結合力較PPARα、PPARγ高300～1 000倍[21]。在大鼠的腦中動脈栓塞模型中，GW0742預處理后，PPARβ信使RNA的表達及轉錄活性顯著上調，且大鼠的神經功能缺損及腦梗死體積顯著改善，提示PPARβ的激活對腦缺血損傷有明顯的保護作用。其作用機制可能與抑制中性粒細胞的聚集，下調基質金屬蛋白酶9的活性，增加緊密蛋白的表達，進而減輕炎癥反應，改善血腦屏障的通透性和腦水腫形成有關[21]。另有研究發現，GW0742激活PPARβ后，可通過上調miR-17-5p的轉錄，減少硫氧還蛋白相互作用蛋白的表達，抑制細胞凋亡信號調節激酶1/p38信號途徑，進而減少細胞凋亡，在小鼠急性缺血缺氧損傷中發揮神經保護作用[22]。而PPARβ抑制劑GSK3787，可消除這種神經保護作用，加重小鼠神經功能的缺損和腦梗死體積，提示PPARβ的激活在腦血管疾病中有重要作用。

2.3PPARγ與缺血性腦損傷 PPARγ是調控缺血后細胞炎癥反應的重要轉錄因子，近年它在缺血性腦損傷中的保護作用受到廣泛關注。已有研究證實，PPARγ在星形膠質細胞中高度表達[23]。且He等[23]發現，神經導向因子1可顯著增加星形膠質細胞中PPARγ的表達，抑制星形膠質細胞活化，進而減弱缺血誘導的炎癥反應。新型銀杏內酯B衍生物作為PPARγ的潛在激動劑，可通過激活PPARγ信號通路，調節促/抗炎小膠質細胞極化，發揮抗炎作用，減少腦梗死面積，減輕腦水腫，改善大鼠行為和記憶恢復[24]。而給予PPARγ抑制劑GW9662后，大鼠在腦缺血再灌注損傷后的腦梗死體積和神經功能缺損無明顯改善，表明激活PPARγ在腦缺血損傷中有重要的保護作用。體內及體外實驗表明，PPARγ激動劑吡格列酮可通過抑制炎癥反應，減弱氧化應激，調節細胞凋亡，顯著改善神經功能缺損及腦梗死面積，在腦缺血再灌注損傷發揮腦保護作用[25]。而PPARγ的激活還可上調超氧化物歧化酶活性，減少超氧陰離子的產生，進而減輕大腦中動脈閉塞后的氧化應激反應，預防缺血性損傷[26]。此外研究顯示，腦缺血后早期腹腔注射吡格列酮，還能誘導腦缺血后的血管生成和神經干細胞的增殖與分化，從而改善大鼠腦缺血引起的神經功能損傷[27]。

2.4PPARs亞型共同激動劑與缺血性腦損傷 PPARs各亞型激動劑已在動物腦缺血模型中顯示對腦卒中的神經功能損傷有明顯的改善作用。而激活PPARs亞型共同激動劑對腦缺血損傷后炎癥及氧化應激的抑制效應具有協同及疊加作用[28]。Deng等[29]發現，淫羊藿苷同時激活了大鼠腦內的PPARα、PPARγ表達，提示淫羊藿苷是潛在的PPARα/γ共同激動劑；且活化后的PPARα/γ在大鼠腦缺血再灌注模型中顯著下調了促炎癥細胞因子、核因子κB的表達，并通過抗炎作用顯著縮小了大鼠的腦梗死體積，從而改善其神經功能缺損。此外，丙烷-2-磺酸十八碳-9-烯基-酰胺也是PPARα/γ的新型雙重激動劑，其通過增強PPARα/γ雙重信號轉導，抑制核因子κB、信號轉導及轉錄激活因子3和胞外信號調節激酶1/2炎癥信號通路，減少小膠質細胞/巨噬細胞活化，繼而減輕炎癥反應，改善大鼠腦缺血再灌注損傷后引起的血腦屏障破壞及腦水腫的壓迫[30]。

可見，PPARs各亞型可獨立參與到不同的生理反應過程中，通過減輕神經元炎癥，抑制氧化應激，減少神經元細胞凋亡，對腦缺血發揮神經保護作用。同時，它們之間也可產生疊加效果，在腦缺血損傷中起協同保護作用[28]。近年來，PPARs作為腦缺血損傷重要的保護機制之一，已成為缺血性腦損傷的研究熱點。

3 PPARs與糖尿病合并腦缺血損傷

糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病。動物實驗顯示，在糖尿病或高血糖狀態下合并腦缺血損傷，其神經功能損傷、腦梗死體積以及腦水腫程度均重于正常血糖下發生的缺血性腦組織損害[31]。臨床研究發現，糖尿病合并缺血性腦卒中可導致更嚴重的臨床癥狀和體征，且梗死面積大，治療效果差，死亡率遠高于正常血糖時[32]。同時，糖尿病患者合并缺血性腦卒中還可顯著增加腦卒中的復發率，尤其在年齡低于50歲的糖尿病患者中更為顯著[33]。糖尿病加重腦缺血損傷是一個多因素、多途徑、多步驟的惡性級聯過程，興奮性氨基酸毒性、鈣超載、梗死周圍除極化及細胞凋亡等均為糖尿病或高血糖加重腦缺血損傷的重要環節[34]。在其復雜的病理損傷機制中，炎癥反應是造成糖尿病加重缺血性腦組織損傷的主要環節，PPARs對腦組織的炎癥反應具有重要的抑制作用。且PPARs的表達水平與糖尿病加重腦缺血損傷的嚴重程度有一定的相關性。糖尿病可下調PPARs的表達，從而加重血管內皮功能障礙[35-36]。而Xu等[37]發現，非諾貝特可通過激活PPARα，抑制糖尿病小鼠中的環加氧酶2、血栓烷A2和前列腺素E2表達，減弱炎癥反應，從而保護損傷的血管內皮細胞。此外，針對PPARγ基因敲除的高血糖腦缺血小鼠模型的研究顯示，在發生腦缺血時，PPARγ的缺失可使腦組織中的單核/巨噬細胞增加，表明抑制PPARγ的表達可加重糖尿病大鼠的腦缺血損傷[38]。另有研究證實，PPARγ激動劑15-脫氧前列腺素J2可通過抑制小膠質細胞的活化，減輕炎癥反應，從而改善糖尿病大鼠的腦缺血損傷，進一步說明PPARγ的激活在糖尿病大鼠合并腦缺血損傷中有重要的保護作用[39]。流行病學調查發現，PPARγ激動劑不僅顯著降低了體內血糖水平、改善胰島素抵抗，還大大降低了復發性腦卒中的發生風險[40]。可見，PPARs在糖尿病合并腦缺血損傷中具有重要作用。

4 小 結

目前，關于PPARs各亞型在腦缺血損傷中保護作用的研究已取得了積極進展，但它們在糖尿病合并腦缺血損傷中的研究較少。近年來，PPARs在糖尿病合并腦缺血損傷中的作用備受關注。因此，PPARs配體及其激動劑有望成為新的作用靶點，且深入探討其神經保護機制可為治療糖尿病合并缺血性腦卒中提供實驗依據，對防治腦血管病具有十分重要的意義。此外，未來還需進一步深入研究PPARs與糖尿病合并腦缺血損傷的關系及其作用機制，為臨床應用提供可靠的理論依據。