尿激酶型纖溶酶原激活物在腦缺血后神經保護中的作用

徐雨雯 李夢媛 鄧云 薛旻 路莉

1.蘭州大學第二臨床醫學院，甘肅蘭州 730030；2.蘭州大學基礎醫學院藥理學研究所，甘肅蘭州 730030

尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinase-type plasminogen activator，uPA）是一種絲氨酸蛋白水解酶，在生理、病理條件下參與細胞分化、遷移、組織重建、細胞周圍基質降解等活動。過去，學者們更關注uPA和尿激酶型纖維酶原激活物受體（urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR）與惡性腫瘤的侵襲轉移[1-2]和耐藥[3]的密切關系，目前針對uPA/uPAR的靶點干預是腫瘤治療的研究熱點之一[4-5]。在子宮癌、卵巢癌、肝癌等惡性腫瘤的發生發展過程中，uPAR 含量顯著增高[6]。在子宮內膜異位癥[7]、心血管疾病及自身免疫性疾病的診療中，uPA 及其受體也具有重要價值[8]。近年來，一些學者發現uPA 與uPAR 的結合還可以通過一系列信號通路激活星形膠質細胞，調動受損區域神經元的可塑性，促進神經元的修復、再生，調節腦缺血后神經損傷的恢復，減輕腦缺血后遺癥[9]。以下將詳細介紹這一作用的物質基礎及相關機制。

1 uPA 系統的簡介及相互作用

uPA 系統由uPA、uPAR 和uPA 的兩種纖溶酶原激活物抑制物（plasminogen activator inhibitor，PAI）-1和PAI-2 組成[10]。

1.1 uPA

uPA 是一種絲氨酸蛋白酶，可由成纖維細胞、單核細胞、腫瘤細胞等合成分泌。uPA 與uPAR 結合后產生一種活性的雙鏈形式，催化纖溶酶原轉化為纖溶酶，并通過纖溶酶原依賴性和非依賴性機制激活細胞信號通路，激活促進細胞遷移、增殖和存活的信號通路。在未成熟的大腦中，uPA 在神經元中可大量檢測到，起誘導神經元發生和遷移的作用。在成熟大腦中，uPA 的表達和功能甚少。腦缺血損傷會誘導神經元中uPA 的釋放和神經膠質細胞uPAR 的表達，此時二者的表達量甚至可達到發育階段的水平。

1.2 uPAR

uPAR 是一種糖磷酸二醇錨定蛋白，在質膜上具有高度運動性，可遷移至細胞膜的小窩中形成簇。由于缺乏跨膜和細胞內結構，uPAR 需要輔助受體來激活細胞信號通路[11]，如低密度脂蛋白受體相關蛋白-1(low-density lipoproptein receptor，LRP1)、整合素、表皮生長因子受體[12]。uPAR 對uPA、uPA 前體蛋白和uPA 氨基末梢因子具有高親和力。uPAR 與α5β1整合素相互作用，調節神經再生[13]，影響軸突和樹突形成[14]。

1.3 PAI-1/PAI-2

PAI-1 活性遠高于PAI-2，是主要的uPA 抑制劑，由血小板、上皮細胞、顆粒細胞和腫瘤細胞生成。PAI-2 由腫瘤細胞、滋養層細胞、單核細胞生成，亦高度存在于妊娠婦女血漿中。PAI 與uPA 結合形成穩定的復合體，抑制uPA 活性，降低細胞表面uPA 水平。

1.4 中樞神經系統的uPA/uPAR

壓力、傷害和炎癥等因素會增加中樞神經系統uPA的表達，而增多的uPA 能夠促進神經生成、遷移、軸突生長和神經分支等[15]。抑制uPA 或抗uPAR 抗體可阻止uPA-uPAR 結合，從而抑制神經分支，減少神經細胞遷移。體外實驗表明，外源性uPA 的使用可提高神經生長速率，這很可能是通過uPA 與uPAR 的相互作用實現的[16]。

2 uPA 通過相關信號通路發揮對神經的保護作用

腦缺血恢復階段，神經元釋放uPA 增多，uPAR在星形膠質細胞、大腦皮層神經元的軸突和樹突棘中的表達亦增加，幾乎可以達到與發育期相當的水平。uPA-uPAR 結合在軸突、樹突棘和突觸周圍星形膠質細胞中誘導突觸可塑性，直接影響腦缺血損傷后的突觸修復[17]，是腦缺血后神經功能恢復的基礎。

2.1 uPA 通過N-甲基-D-天冬氨酸-生長相關蛋白43 通路激活大腦皮層神經元突觸囊泡周期

生長相關蛋白43（growth-associated protein-43，GAP43）是一種磷蛋白，在突觸前末梢的形成、突觸可塑性以及軸突生長和再生中起著核心作用。在內質網-高爾基體中間室，GAP43 的Cys-3 和Cys-6 位點棕櫚?；?，觸發其與質膜細胞質側的結合，隨后蛋白激酶誘導GAP43 Ser-41 位點磷酸化激活。GAP43 的磷酸化由鈣調蛋白調節[18]。uPA-uPAR 結合可影響突觸前膜N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受體的功能，使離子通道開放，鈣離子進入胞內，GAP43 磷酸化。磷酸化的GAP43 與突觸小泡共定位，磷酸化突觸蛋白I Ser-9 位點[19]，從而動員突觸小泡移動。

2.2 uPA 通過胞外信號調節激酶1/2-信號轉導及轉錄激活蛋白3 通路誘導星形膠質細胞激活和軸突修復

星形膠質細胞可以感知突觸活動的變化并調節突觸功能，誘導突觸可塑性、調節突觸傳遞、參與新突觸的形成和穩定[20]。受損突觸周圍的星形膠質細胞中[21]，uPA-uPAR 結合誘導胞外信號調節激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）磷酸化，磷酸化的ERK1/2 介導信號轉導及轉錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化激活和血小板反應蛋白1 的釋放，與突觸后膜的LRP1 相互作用[22]。LRP1 是一個細胞信號受體，促進β1-整合素向受損軸突的質膜募集，并通過β1-整合素誘導的Ras 激活，介導的肌動蛋白細胞骨架重組實現軸突再生[23]。

2.3 uPA 通過Ezrin 途徑誘導突觸后膜的修復

樹突棘是大多數興奮性突觸的突觸后末端。Ezrin是一種調節肌動蛋白細胞骨架重組的蛋白質，磷酸化后N 端結合膜蛋白，C 端結合細胞質中的絲狀肌動蛋白，促使樹突狀細絲形成，樹突棘再次出現[24]，因急性腦缺血而受損的突觸得以恢復[25]。神經元釋放uPA 或使用重組uPA 處理會誘導突觸中ezrin mRNA 的翻譯，使ezrin 的豐度增加，同時uPA 也將β3-整合素募集到突觸后膜。β3-整合素通過細胞間黏附分子-5誘導Ezrin 募集到突觸后膜，隨后通過RhoA-Rho 相關蛋白激酶途徑使Ezrin 在Thr-567 位點磷酸化激活[20]。

2.4 uPA 與谷氨酰胺合成酶介導的谷氨酸代謝途徑

uPA-uPAR 結合誘導缺血腦內突觸周圍星形膠質細胞突起的形成[26]，通過谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）介導的谷氨酸代謝來實現對突觸的保護作用的。GS 是一種只存在于星形膠質細胞的細胞內酶，其主要作用是催化谷氨酸轉化為谷氨酰胺。缺血腦中谷氨酸轉運體1 和興奮性氨基酸轉運蛋白2的數量增加，轉運谷氨酸進入星形膠質細胞，由GS代謝，降低其對神經元的興奮毒性，并為受損神經元提供能量。這種效果在重組uPA 治療后更加明顯[27]。

2.5 uPA 誘導神經鈣黏蛋白二聚體的形成保護突觸和樹突分支

神經鈣黏蛋白（N-cadherin，NCAD）一種I 型鈣黏蛋白，其表達受突觸活動調節。在成熟大腦中，NCAD介導Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ皮質層中突觸及樹突分支的形成。腦缺血減少了完整突觸的數量以及壞死核心周圍組織帶中NCAD 的表達，而uPA 誘導的NCAD 二聚體的形成可保護突觸和樹突分支[28-29]。

3 總結和展望

目前，臨床上仍然缺少療效理想的腦缺血治療藥物，對抗腦缺血藥物的研究依然是藥學研究和新藥開發的重點。uPA-uPAR 系統在惡性腫瘤和其他疾病中的作用已被廣泛研究。很多科學家也發現了uPA 在腦缺血后調節受損神經元修復和再生方面的作用：uPA 具有腦缺血損傷后神經保護作用，可以調節中樞神經系統突觸可塑性[9，30]，引起軸突終足、樹突棘和神經膠質的結構和功能變化，使突觸伸長、軸突再生，促進受損神經元的修復和再生。但是，關于uPA 能否改善缺血后遺癥的臨床研究還很少，它發揮神經保護作用的具體機制也仍不明確。同時，癲癇動物模型顯示，新突觸的形成有助于癲癇放電的傳播[31]。這些對uPA及同類藥物在臨床上用于腦缺血后患者治療提出了挑戰。

尿激酶是uPA 的一種，在臨床上已長期應用于溶栓，對急性心肌梗死[32]、肺動脈栓塞[33]、腦梗死[34-35]等疾病具有較好的療效。近年來，國內外學者認為尿激酶具有腦缺血損傷后神經保護作用，已有醫生將小劑量尿激酶用于腦缺血發作后的治療，并取得了一定的效果[36]。它是否如重組uPA 一樣能發揮神經保護作用？其他同類藥物是否具有類似的效果？作用機制又是如何？這可能是未來研究的一個方向。