急性一氧化碳中毒遲發性腦病發病機制中相關通路的研究進展

劉小慧，王寶軍

（內蒙古科技大學包頭醫學院，內蒙古 包頭 014010）

急性一氧化碳中毒遲發性腦病（delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning,DEACMP）是一氧化碳（CO）中毒后嚴重的并發癥之一，CO 中毒后經治療，部分患者意識有所恢復，但約1/3 急性CO 中毒存活患者經過2～60 d 不等的“假愈期”后逐漸發展為DEACMP，后表現出以認知、記憶功能障礙等為主的神經精神癥狀[1]。該疾病具體發病機制多樣且復雜，當前臨床尚無有效治療方式。目前認為其發生機制大致分為缺血缺氧、免疫炎癥損傷、再灌注及自由基損傷幾種類型[2]。近些年也有研究不斷證實多條信號通路的激活及炎癥因子釋放參與DEACMP 的發病過程，常見的信號通路包括核轉錄因子-κB-基質金屬蛋白酶-9（NF-κB-MMP-9）信號通路、核因子-κB/神經型一氧化氮合酶（NF-κB/nNOS）信號通路、絲裂原活化蛋白激酶-c-Jun 氨基末端激酶（MAPKs-JNK）通路、受體酪氨酸激酶家族TAM-Toll-1ike 受體（TAM-TLRs）信號通路[3]。本文對參與DEACMP 發病機制中一些信號通路進行以下綜述。

1 NF-κB-MMP-9 信號通路

NF-κB 是指P50/P65 組成的異源二聚體，此類異源二聚體可與κB 家族中起抑制作用的κB 抑制蛋白（IκB）結合并轉換為三聚體，轉換后的三聚體會以無活性的復合物形式存在于胞漿中。當細胞遭受炎癥刺激時，胞漿中細胞核轉錄因子κB 抑制蛋白（NF-κB-IκB）三聚體解離成二聚體形式，從而暴露P50、P65 兩個基因結合位點并表現為激活狀態，活化后的NF-κB 可從胞漿進入胞核內，與相應靶位基因結合，參與下游一系列轉錄調控，如多種炎癥基因的表達，而這些隨之產生的炎性因子，又會以正反饋的形式上調NF-κB，并加重機體炎癥損傷[4]。基質金屬蛋白酶系（MMPs）是鋅鈣依賴性蛋白酶的一個家族，主要以蛋白酶分解激活的非活性原酶的形式分泌神經元表達的，在突觸中產生，以非活性的酶原形式釋放于細胞外，其最具特征性表達為MMP-9，它是由成年腦神經元和膠質細胞表達的，在生理和病理條件下隨著神經元活性的增強而釋放[5]。有研究表明，MMPs家族中MMP-9 為NF-κB 二聚體下游重要的炎癥因子，其基因中啟動含有一段與NF-κB/P65 位點結合的基因序列，其與位點結合后，MMP-9 轉化為激活狀態，可通過降解細胞外基質引起突觸重塑，通過改變突觸可塑性影響學習記憶力，過度表達時即可引起一系列神經系統疾病，如卒中、癲癇等[6]。在一項DEACMP動物研究中也證實，使用NF-κB 特異性抑制劑吡咯烷二硫代氨基甲酸鹽（PDTC）阻斷此信號通路時，海馬區域內NF-κB、MMP-9 顯著減少，神經凋亡減少、突觸重塑現象減輕，同對照組比，動物水迷宮實驗平均潛伏期縮短、穿越平臺次數增加，學習記憶能力較之前有較大改善[7]。當然，此保護作用僅在持續應用此阻滯劑時間有明顯效果，并不能夠阻止遲發性腦病的發生，由此可見NF-κB-MMP-9 信號通路，僅是DEACMP 認知功能障礙中發揮重要作用的通路之一。

2 NF-κB/nNOS 信號通路

NF-κB 是一個復雜的信號傳導系統，靜息狀態與其抑制蛋白結合，停留于胞漿中，受到刺激時被磷酸化隨之進入胞核，調控并產生多種不同的轉錄復合物如細胞因子、黏附因子、一氧化氮合酶等。而這些復合物的形成和穩定性又受到多種蛋白修飾調節，包括磷酸化、泛素化、谷胱甘肽化及活性氧和氮物種的修飾，被修飾后的物質進一步參與神經系統中的炎癥損傷過程[8]。而一氧化氮（NO）在神經系統中，作為神經傳遞、突觸可塑性和大腦發育的調節因子，在神經毒性和神經變性的神經細胞死亡事件中起著非常重要的作用，它是由L-精氨酸通過3 種一氧化氮合酶亞型合成的：神經型一氧化氮合酶（nNOS 或1 型）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS或2 型)和內皮型一氧化氮合酶（eNOS 或3 型），其中nNOS 在神經系統中的作用較為突出[9]。NO 本身具有神經毒性及神經保護的雙重作用，這種雙重作用也取決于炎癥損傷的程度及NO 的來源，生理情況下來源于eNO 所產生的NO 通過一系列的反饋調節，對神經系統有著積極作用；但當損傷加重時來源于nNOS的NO 積聚卻可出現細胞死亡、潛在的神經毒性和神經變性的病理事件。有研究證實，NO 對NF-κB 介導的促炎細胞因子在巨噬細胞的轉錄中起著關鍵作用，兩者之間存在較為密切的聯系并成為影響發病機制的相關傳導通路[10]。這條信號通路雖在多種細胞中有所表達，但在海馬組織中表達甚多，尤以小膠質細胞表達更為明顯。在一項CO 中毒腦損傷動物模型研究中顯示，當遭受氧化應激、炎癥因子等刺激時，胞內的NF-κB 蛋白活化，細胞中NF-κB/nNOS 信號通路激活，誘導nNOS 表達增多，產生大量NO 并進一步積聚，從而誘導神經細胞凋亡的發生，之后的動物行為學研究，也均顯示動物存在較為明顯的認知功能障礙[11]。可見NF-κB/nNOS 信號通路參與DEACMP 疾病的發生發展過程。

3 MAPKs-JNK 通路

絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是一種絲氨酸蘇氨酸激酶，在中樞神經系統中廣泛存在，受多種因素調控，介導與細胞增殖、分化、存活、死亡、轉化等多種細胞活動相關的細胞內信號傳導[12]。哺乳動物MAPK 家族由細胞外信號調節激酶（ERK）、p38 和JNKs 組成。有研究表明其中JNK 是一種應激激活激酶，是細胞內信號通路中最重要的MAPK 之一，由JNK1/2/3 組成，JNK1/2在機體中存在廣泛表達，而JNK3 于神經系統表達更為明顯，是介導真核細胞對外部細胞微環境中多種不同類型刺激的細胞內反應的重要分子，且是維持機體健康及疾病狀態的重要靶點之一；同時這些信號分子又可通過一連串磷酸化事件將細胞外信號從細胞膜傳遞到細胞核中，當細胞遭受炎癥、滲透壓改變、輻射、缺血缺氧刺激時，JNK 可由其上游雙特異性激酶MKK4/MKK7 經雙磷酸化激活[13-14]。活化后的磷酸化應激活化蛋白激酶（p-JNK）蛋白可從胞質移入胞核內，激活與細胞凋亡有關的靶向因子如轉錄因子激活蛋白-1（AP-1）、p53、c-Myc 及其他相關凋亡因子，并誘發其表達增強，發揮其生物學作用。在一項DEACMP 動物研究中顯示，中毒后動物海馬組織CA1 區中1/3 段磷酸化JNK（p-JNK）明顯增強，且凋亡細胞也增多，后期動物行為學研究提示動物有明顯的學習、認知功能障礙；當使用特異性抑制劑SP60012 抑制通路中JNK 磷酸化后，發現海馬區p-JNK 表達明顯減弱，對應神經元凋亡相應也減少；Morri 水迷宮實驗也顯示動物平均潛伏期縮短、穿越平臺次數增加，提示其學習記憶功能有所改善[15]。而此實驗僅表明MAPKs-JNK 通路為DEACMP 發病機制中較為重要的一條通路，其他信號通路也可能參與DEACMP 的發生，此疾病的病理生理過程仍需不斷探討研究。

4 TAM-TLRs 信號通路

TLRs 是一類較為重要的模式識別受體，這類受體在天然免疫中發揮重要作用，同時也參與宿主的免疫識別和免疫反應調控。不僅表達于多種免疫細胞，如小膠質細胞、樹突狀細胞中，且表達于多種組織黏膜上皮細胞，如肺、腎、小腸和生殖管道。當機體組織遭受損傷時，TLRs 被激活并產生多種宿主防御因子，從而引起局部炎癥。小膠質細胞作為中樞神經系統中重要的免疫細胞，被證實TLR 受體中Toll 樣受體2/4（TLR2/4）參與了其調控，此受體是小膠質細胞對外來刺激產生信號傳導的一類很關鍵的受體蛋白[16]。而TAM-RTKs 也是調控小膠質細胞的受體之一，亞家族在多種組織中，如免疫、神經、生殖系統中廣泛表達，主要由Tyro3、mer、Axl 構成，它們擁有相同配體：生長停滯特異性基因產物6（Gas6）和ProteinS；這類受體具有重要生理學效應，包括調節細胞因子、受體或TLR 介導的信號傳導通路中重要的靶基因[17-18]。有研究顯示，當機體受到外來病原體入侵時，樹突狀細胞表面的TLR 受體被激活，誘發炎癥反應，此時異源二聚體受體-信號傳導轉錄激活因子（IFNAR-STAT1）通路被生產的α-干擾素（IFN-α）等炎癥因子激活，促使TAM 受體表達上調并激活Gas6/ProS-TAM 信號系統，后者誘導產生TLR 通路的抑制物，最終對炎癥反應過程起到負調控作用[19-20]。可見TAM-TLRs 信號通路通過免疫細胞介導的一系列免疫炎癥反應參與神經損傷過程。DEACMP 發病機制中免疫炎癥損傷占重要比重，這促使我們猜想，TAM、TLR信號通路可能參與DEACMP 的發病機制，目前關于此類型的研究證據尚不足，所以仍需對TAM、TLRs 通路進行更深層次的研究，或許可為DEACMP 發病機制的研究提供更多的證據及思路。

5 小結與展望

DEACMP 發病過程十分復雜，發病過程中涉及較多信號分子及信號通路的參與，而這些信號通路相互交錯，共同參與DEACMP 的發生。NF-κB-MMP-9 信號通路通過促進海馬區域內NF-κB、MMP-9 表達，誘導神經細胞凋亡及突觸重塑現象，進而參與疾病的發病過程；正常生理情況下，神經系統遭受損傷刺激時eNOS 合成的微量NO 雖可發揮保護作用，但當損傷加重時，伴隨NF-κB/nNOS 信號通路的激活，大量NO 的堆集，即可誘導神經細胞凋亡的發生，造成腦細胞的損傷及一系列神經精神癥狀；而MAPKs-JNK 通路通過一系列磷酸活化后，激活與細胞凋亡有關的基因，誘發其表達增強并加重神經細胞的凋亡，參與疾病的病理生理過程。當疾病發生時，使用其通路的特異性抑制劑后發現神經細胞凋亡程度、相關動物行為學較之前均有較大改善。今后有望通過免疫炎癥將疾病的發生與TAM、TLRs 通路聯系起來，這也可能為DEACMP 發病機制的研究提供更多的證據及思路。隨著對這些信號通路的不斷深入研究及闡明，將為DEACMP 的發生機制提供新的認知，進而研發出有效控制DEACMP 的途徑及方法。