顆粒蛋白前體參與缺血性腦卒中發病機制的研究進展

趙日光 趙 娜

天津市寶坻區人民醫院 1 神經內科 2 全科醫學科 301800

缺血性腦卒中是最為常見的腦血管病，占腦卒中的70%～80%，是導致人類致死、致殘的主要疾病之一。多種危險因素共同參與缺血性腦卒中的發病過程，除高血壓病、吸煙、糖尿病、心臟疾病、血脂異常、過量飲酒、肥胖、靜態生活方式、遺傳等因素外，炎癥[1]與缺血性腦卒中關系日益受到人們重視。深入研究缺血性腦卒中的發病機制、神經保護和修復機制是該病的防治基礎。近年來發現PGRN與多種神經系統疾病密切相關[2-3]，在神經組織穩態中發揮重要作用，參與動脈粥樣硬化發展，可發揮神經生長因子作用，減輕興奮性谷氨酸和氧化應激造成的神經損傷，參與額顳葉癡呆、多發性硬化、阿爾茨海默病、腦血管病等神經系統疾病的病理生理過程。其在腦卒中領域的生物學作用的研究也逐步增多[4]，本文主要就PGRN在缺血性腦卒中發病機制的研究進展綜述如下。

1 PGRN的結構和功能

顆粒蛋白前體(Progranulin，PGRN) 又稱畸胎瘤PC細胞源性生長因子、顆粒蛋白—上皮素前體(Granulin-epithelin precursor，GEP)，是一種分泌性多功能生長因子，也是一種多功能免疫調節分子。人類的PGRN基因定位于染色體17q21.32，基因全長2 323kb，含12個外顯子。蛋白相對分子質量為65 000，由593個氨基酸組成，內含7.5個通過短鏈區鏈接的顆粒體蛋白結構域，每個結構域都含有由12個半胱氨酸殘基串聯重復的高度保守基序，保守基序之間通過6個二硫鍵連接，在空間結構上形成4個依次呈階梯狀折疊的“發夾”結構[5]。PGRN 廣泛表達于骨骼肌、上皮細胞、T淋巴細胞、樹突狀細胞、神經元和巨噬細胞等多種組織和細胞，在維持和調節正常組織增殖、發育、再生和機體防御反應等多種生命活動中發揮重要的作用，并參與神經退行性變、免疫和炎癥反應、組織損傷修復等病理生理過程[6]。

2 PGRN與動脈粥樣硬化斑塊的穩定性

慢性炎癥反應在動脈粥樣硬化過程中發揮重要作用。血管內皮受損后表達多種細胞因子，募集單核細胞、淋巴細胞及血小板，損傷局部聚集的炎癥細胞釋放各種炎癥因子，血管壁中平滑肌細胞由收縮型活化為合成型，產生基質蛋白和細胞因子，致使炎癥反應持續，從而募集更多炎癥細胞進入粥樣斑塊中，導致動脈粥樣硬化逐步進展。Kojima等[7]在頸動脈內膜切除標本中發現，PGRN主要在動脈粥樣硬化內膜的平滑肌細胞中表達，尤其是在動脈粥樣硬化斑塊的肩部。其進一步在體外研究顯示，PGRN可濃度依賴抑制單核細胞趨化蛋白1(Monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1)誘導的單核細胞遷移、抑制腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor，TNF-α)誘導的平滑肌細胞分泌白細胞介素8(Interleukin 8，IL-8)，而其降解產物GRNs增加IL的表達。研究認為一旦動脈粥樣硬化斑塊內發生出血或破裂，引起中性粒細胞聚集在斑塊內，并且在局部釋放彈力蛋白酶，使PGRN降解為GRNs，局部PGRN水平下降、GRNs增加，導致動脈粥樣斑塊損局部的IL水平增高、趨化更多的中性粒細胞和單核細胞浸潤。以上研究提示PGRN可抑制斑塊內單核細胞浸潤、抑制斑塊內炎癥反應、有助于維持動脈粥樣硬化斑塊的穩定性。

3 PGRN與神經細胞凋亡

PGRN可減輕缺血再灌注損傷引起的神經元壞死性凋亡。壞死性凋亡是腦細胞缺血性壞死的關鍵機制，多種凋亡受體可啟動壞死性凋亡程序，如腫瘤壞死因子受體1(TNF receptor 1，TNFR-1)、TNF-α相關凋亡誘導配體(Tumor necrosis factor alpha-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)。在TNFR-1與TRAIL結合后，通過磷酸化受體相互作用蛋白激酶(Phosphorylated receptor-interacting protein kinase，RIPK)介導Caspase-8、mixed lineage kinase domain-like (MLKL)的激活，引發腦細胞凋亡。Li等[8]研究發現，在實驗性大腦中動脈閉塞(Middle cerebral artery occlusion，MCAO)后，在閉塞 72h后小鼠腦組織中PGRN mRNA明顯下降，反應細胞凋亡的TUNEL(TdT-mediated dUTP Nick-End Labeling)陽性細胞逐步增高，TUNEL陽性細胞變化與細胞凋亡性壞死標志物p-RIPK 1、p-RIPK 3、p-MLKL、Caspase-8變化呈正相關。通過小干擾RNA沉默PGRN表達后，TUNEL陽性細胞明顯增加，p-RIPK 1、p-RIPK 3、p-MLKL、Caspase-8表達明顯增強，腦梗死體積會明顯增大，加重小鼠神經功能缺損；而通過腦室內注射腺病毒轉染PGRN可逆轉上述改變。并且發現PGRN通過磷酸化/激活神經元絲裂原活化蛋白激酶、細胞外調節蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3激酶/Akt細胞存活通路，可明顯增加MCAO模型鼠大腦皮層超氧化物歧化酶活性、抑制丙二醛產生、降低脂質過氧化，使皮層神經元免于興奮性谷氨酸和氧化應激引起的細胞死亡。提示PGNR可通過抑制細胞壞死性凋RIPK1/RIPK3/MLKL信號途徑，減輕氧化應激反應、興奮性氨基酸毒性作用，阻斷缺血再灌注損傷所致的神經元壞死性凋亡。

4 PGRN與缺血性壞死區的炎癥反應

PGRN是一種抗炎因子，可抑制中性粒細胞的活化和募集，其降解產物GRNs則起相反作用。Egashira等[9]在缺血再灌注小鼠模型發現，中性粒細胞浸潤在缺血早期階段最突出，在缺血后30min至數小時開始浸潤，3d后達峰；腦室內注射0.1、0.2、0.3ng重組PGRN干預后，干預組梗死區域中性粒細胞浸潤明顯減輕。TNF-α在缺血再灌注損傷發揮重要作用，在缺血早期源于小膠質細胞，介導中性粒細胞從血管內外遷。Egashira等進一步在體外細胞實驗發現，PGRN濃度依賴性的減少中性粒細胞膜表面TNFα/TNFα受體結合，抑制TNF誘導的血管內皮表達細胞間黏附分子，抑制中性粒細胞由血管內向腦組織中趨化。另外PGRN可調節炎癥介質的分泌。Tao等[10]研究發現，與野生型相比，暴露于細菌脂多糖環境中的PGRN基因轉染膠質細胞分泌的IL-6、TNF和IL-1明顯減少，IL-10增加，PGRN基因轉染膠質細胞培養7d后未見凋亡，而野生型有23.3%發生凋亡。以上研究提示PGRN可減少缺血壞死區中性粒細胞浸潤、炎癥介質釋放，阻斷炎癥介質與其受體結合等途徑發揮神經保護作用。另外Horinokita等[11]在微粒腦栓塞大鼠模型中發現，腦栓塞3d后小膠質細胞明顯活化，并分泌PGRN，特異性中性粒細胞彈性蛋白酶抑制劑抑制可抑制PGRN被彈性蛋白酶降解為GRNs發揮抗炎、神經保護作用，提示其可能成為神經細胞缺血性損傷的潛在治療靶點。

5 PGRN與血腦屏障完整性

PGRN可維持缺血性腦損傷超早期血腦屏障完整性、減輕腦水腫。Egashira等[9]通過腦室內注射重組PGRN，干預組在動脈閉塞6h后腦水腫較對照組減少56%。Jackman等[12]應用PGRN基因敲除小鼠，基因敲除組與野生組相比，在大腦中動脈閉塞24h后梗死體積明顯增大[(37.8±6.7)mm3VS (28.0±6.8)mm3]，72h后腦水腫明顯增加[(12.8±3.6)mm3VS (3.2±2.0)mm3]；血腦屏障周皮細胞超微結構因PGRN基因敲除發生改變，基因敲除組大量溴化乙錠在缺血半球的皮層和紋狀體區染色，敲除組內皮細胞緊密連接復合體明顯減少、細胞間連接強度下降、胞膜褶皺減少，對血小板源性生長因子誘導的血腦屏障高通透更易感，上述表現在缺血2h后出現，6h時達峰；同時流式細胞檢測缺血6h后基因敲除組和野生組腦組織中白細胞浸潤無差別，72h后在基因敲除組白細胞浸潤增加，提示在缺血超早期PGRN的腦細胞保護作用并不是通過抑制白細胞浸潤發揮抗炎作用，而是通過保護血腦屏障內皮細胞間緊密連接數目和形態等超微結構實現的。

6 PGRN和缺血性腦卒中的預后

臨床病例對照研究發現PGNP和腦卒中預后相關。 Lasek-Bal等[13]的一項138名首發腦梗死病例對照研究發現，血漿PGRN水平與發病首日神經功能缺失呈負相關，與1個月后神經功能恢復呈正相關。另外動物研究也證實，PGRN和缺血性卒中預后相關。Li等[8]發現PGRN轉基因小鼠大腦中動脈閉塞后與野生型相比，梗死體積明顯減少[(18.073± 6.604)% VS (40.863±4.907)%]，神經功能缺失較輕、恢復較快。

PGRN在維持動脈粥樣硬化斑塊穩定性、減輕缺血性神經細胞損傷、維持血腦屏障、減輕腦水腫、改善缺血性卒中預后等方面發揮一定作用。將PGRN作為缺血性腦卒中發病機制及治療的一個靶點，是缺血性腦血管病診療的一個新的研究思路。隨PGRN在缺血性腦卒中領域的研究逐步深入，掌握PGRN作用的信號通路及代謝過程，會對缺血性腦卒中的認知和診療產生深遠影響。