脊髓損傷后自噬現(xiàn)象與微環(huán)境改變的研究進(jìn)展

金哲，楊建文 綜述 羅春山 審校

1.貴州醫(yī)科大學(xué)研究生院，貴州 貴陽 550000；2.貴州省骨科醫(yī)院脊柱外科，貴州 貴陽 550002

脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)是脊椎外科常見的嚴(yán)重疾病之一，該病有致死率、致殘率高的風(fēng)險，治療一直是困擾全球醫(yī)學(xué)界的難題[1-2]。細(xì)胞自噬是人體防御和保護(hù)機(jī)制，自噬功能增強(qiáng)可幫助人體受損變性蛋白與失去功能的細(xì)胞器重新恢復(fù)活力，促進(jìn)細(xì)胞再循環(huán)、再利用能力的提升或修復(fù)[3]。細(xì)胞自噬從被發(fā)現(xiàn)與SCI有關(guān)后，臨床中進(jìn)行了大量研究分析，自噬激活對SCI的作用也存在一定爭論[4-5]。SCI發(fā)生后機(jī)體微環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，患者可因此出現(xiàn)炎癥反應(yīng)、微循環(huán)障礙或脂質(zhì)過氧化等一系列現(xiàn)象，并隨著病程的發(fā)展不斷出現(xiàn)繼發(fā)性病理損傷[6]。目前，對于SCI的研究多集中在尋找可調(diào)控與逆轉(zhuǎn)繼發(fā)性損傷促進(jìn)損傷修復(fù)與重建的治療方法中，全球各醫(yī)療專家對其投入了大量資源，但收效有限。SCI 患者自噬與微環(huán)境變化是目前有關(guān)SCI研究的重點(diǎn)、熱點(diǎn)，為給SCI患者的治療提供更加全面的理論支持。本文對近年來SCI發(fā)生后患者自噬現(xiàn)象與微環(huán)境改變等情況進(jìn)行綜述，旨在為該病患者的治療與康復(fù)提供幫助。

1 脊髓損傷病理生理機(jī)制

墜落、暴力襲擊、車禍等事故可導(dǎo)致脊柱分離錯位，脊髓受到壓迫或離斷，細(xì)胞從而出現(xiàn)壞死、軸突物理性橫斷與損傷部位局部血管丟失，上述過程屬于原發(fā)性損傷[7-8]。原發(fā)性損傷可引起炎癥細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T 細(xì)胞與中性粒細(xì)胞發(fā)生改變，釋放出炎性因子，浸潤巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)。導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)自由基形成，促進(jìn)細(xì)胞與亞細(xì)胞器、細(xì)胞膜正常磷脂結(jié)構(gòu)過氧化，加重神經(jīng)損傷[9]。另外，人體細(xì)胞會出現(xiàn)谷氨酸大量釋放造成興奮性毒性的產(chǎn)生，致使離子失衡，進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡[10-11]。

2 自噬功能的機(jī)制

自噬是人體一種自我保護(hù)機(jī)制，當(dāng)人體細(xì)胞發(fā)生受損表現(xiàn)時，自噬體-溶酶體通過降解與再循環(huán)胞內(nèi)物質(zhì)，對其他受損細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，起到維持細(xì)胞穩(wěn)定的作用[12-13]。但細(xì)胞發(fā)生自噬現(xiàn)象后，因環(huán)境壓力、營養(yǎng)缺乏或急性細(xì)胞損傷等情況，導(dǎo)致自噬功能進(jìn)一步被激活，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，自噬小體形成，并在細(xì)胞內(nèi)與溶酶體融合，對細(xì)胞內(nèi)有益成分進(jìn)行降解[14-15]。

2.1 自噬在SCI 中的作用 自噬與自噬性細(xì)胞死亡情況在腦損傷患者中較為常見，其在神經(jīng)退行性疾病、腦缺血疾病中發(fā)揮著重要作用[16]。臨床中對SCI 患者進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其損傷區(qū)調(diào)控蛋白復(fù)合物呈高表達(dá)現(xiàn)象，激發(fā)機(jī)體發(fā)生自噬，當(dāng)損傷的神經(jīng)組織經(jīng)歷非凋亡程序性細(xì)胞死亡后，自噬性細(xì)胞隨后開始死亡[17-18]。在隨后的研究中分析發(fā)現(xiàn)，SCI患者神經(jīng)組織中自噬標(biāo)志物：自噬體膜上的微管相關(guān)蛋白I輕鏈3(LC3-Ⅱ)出現(xiàn)明顯增高，在損傷細(xì)胞的自噬體中也明顯升高[19]。自噬性細(xì)胞在SCI患者中一般呈現(xiàn)核凝聚裂解表現(xiàn)，這表明SCI 患者損傷組織中存在明顯的活化自噬與被誘導(dǎo)的自噬性細(xì)胞死亡[20]。自噬在多種疾病中出現(xiàn)誘導(dǎo)細(xì)胞死亡情況，但也有研究指出，自噬功能的提高對細(xì)胞可起到保護(hù)性作用，減少細(xì)胞因此發(fā)生的死亡率[21-23]。隨著對SCI疾病的研究深入，臨床發(fā)現(xiàn)自噬在SCI中的作用具有多面性。自噬對SCI損傷后神經(jīng)功能的修復(fù)具有重要作用，目前普遍認(rèn)為自噬功能可調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)[24]。細(xì)胞通過對自噬消除、降解與消化受損問題進(jìn)行調(diào)控，讓變性、衰老與失去功能的細(xì)胞、細(xì)胞器等變性蛋白質(zhì)、核酸等生物分子重新再生、修復(fù)，為細(xì)胞的再循環(huán)、再生提供幫助，避免細(xì)胞被毒物損傷、侵襲[25]。對于其他疾病如心血管疾病、肝腎缺血性疾病，自噬可引起細(xì)胞死亡或誘導(dǎo)自噬性細(xì)胞死亡的作用。這些研究結(jié)果提示自噬可促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生死亡。在SCI 的相關(guān)研究中，自噬性細(xì)胞死亡被認(rèn)為與神經(jīng)組織損害有關(guān)。宋鵬書等[26]研究指出，SCI患者的神經(jīng)元細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞與少突膠質(zhì)細(xì)胞的自噬體膜中LC3出現(xiàn)明顯增多，使用電鏡與免疫組化檢驗(yàn)均證實(shí)SCI發(fā)生后細(xì)胞自噬與自噬性細(xì)胞死亡共同存在，推測神經(jīng)細(xì)胞與自噬、自噬性細(xì)胞死亡具有相關(guān)性。對于自噬在不同條件下導(dǎo)致細(xì)胞死亡的具體機(jī)制目前尚未明確，但有觀點(diǎn)認(rèn)為當(dāng)溶酶體清除能力下降或是自噬過度時，自噬在一定機(jī)制下會與細(xì)胞共同死亡[27]。另有研究表明，自噬過度會促進(jìn)細(xì)胞死亡，并非直接導(dǎo)致[5，28]。

2.2 自噬標(biāo)志物 自噬標(biāo)志物主要有以下三種：(1)LC3-Ⅱ是自噬的特征性標(biāo)志物。在人體無自噬情況下，細(xì)胞內(nèi)合成的LC3 會轉(zhuǎn)化為I型LC3-I，其可溶于細(xì)胞質(zhì)并定期表達(dá)，在自噬過程中LC3-I轉(zhuǎn)化為自噬體結(jié)合LC3-Ⅱ，當(dāng)LC3-I向LC3-Ⅱ轉(zhuǎn)化時，LC3-Ⅱ與LC3-I的比值會出現(xiàn)明顯增加，且在SCI發(fā)生后存在明顯的活化自噬體形成現(xiàn)象[29]。(2)自噬蛋白Beclin-1是另一種自噬相關(guān)蛋白，主要在自噬體前體的形成中起到重要作用。當(dāng)Beclin-1出現(xiàn)高水平表達(dá)時基本可以證明SCI后人體自噬水平提高[30]。(3)p62蛋白是自噬降解底物受體，主要用于清除泛素化蛋白質(zhì)聚集體。其可通過泛素化形成的自噬體將自噬過程中的p62蛋白與其他底物進(jìn)行降解，因此p62蛋白不僅能夠代表自噬通量還可表示自噬水平是否增加[31]。

3 SCI后微環(huán)境的改變

3.1 氧化反應(yīng) 丙二醛(malonaldehyde，MDA)屬于脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物，可以直接反映機(jī)體自由基水平與機(jī)體自由基攻擊的嚴(yán)重程度，與脊髓的神經(jīng)功能損害存在密切關(guān)系[32]。人體自由基過剩時可導(dǎo)致血管痙攣的發(fā)生，細(xì)胞膜出現(xiàn)被破壞現(xiàn)象，腦、脊髓等處發(fā)生繼發(fā)性損傷；超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是細(xì)胞中的主要抗氧化酶與自由基清除劑，其活性直接影響機(jī)體自由基清除能力[33]。當(dāng)發(fā)生SCI 后人體MDA 增多，SOD 作為自由基重要的清除酶，其活性直接決定了自由基的清除能力，兩者均參與SCI后的繼發(fā)性損傷病理過程，對此要格外重視[34]。

3.2 促進(jìn)炎癥反應(yīng) SCI 后可出現(xiàn)軸突變性，神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡，膠質(zhì)疤痕也因此產(chǎn)生，最終導(dǎo)致神經(jīng)功能紊亂受損。過度的炎性反應(yīng)會導(dǎo)致SCI患者繼發(fā)損傷嚴(yán)重程度變重，其中腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)、白細(xì)胞介素(Interleukin)等炎性因子可誘發(fā)SCI后繼發(fā)性炎癥反應(yīng)。當(dāng)患者發(fā)生SCI 后，中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞等介導(dǎo)炎癥的相關(guān)因子，在不同時段發(fā)揮著不同的作用，導(dǎo)致血脊屏障受到中性粒細(xì)胞浸潤，引起基質(zhì)金屬蛋白酶-8 快速釋放，并誘使TNF-α、IL-6 誘導(dǎo)一氧化氮合酶表達(dá)出現(xiàn)紊亂[35-36]。SCI 后36 h、7 d 時小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量會出現(xiàn)明顯增加，隨后當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥在7 d時達(dá)到峰值。損傷后激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可以釋放炎癥、趨化因子或調(diào)節(jié)素等致炎成分，阻斷神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌，進(jìn)一步損害神經(jīng)功能[37]。

3.3 白聚糖與膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達(dá) SCI后神經(jīng)纖維再生修復(fù)主要與膠質(zhì)瘢痕有關(guān)，其中星形膠質(zhì)細(xì)胞形成的物理屏障與硫酸軟骨素蛋白多糖形成的化學(xué)屏障是影響軸突生長的主要因素[38]。當(dāng)膠質(zhì)瘢痕形成后，可更大限度為軸突生長提供一個有利的微環(huán)境。硫酸軟骨素蛋白聚糖是星型膠質(zhì)細(xì)胞分泌的一種重要細(xì)胞外基質(zhì)，脊髓組織發(fā)生損傷后，其表達(dá)會出現(xiàn)應(yīng)激性增高，可形成一個抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突再生的化學(xué)屏障。在SCI 損傷早期，星型膠質(zhì)細(xì)胞分泌的硫酸軟骨素蛋白聚糖可有效減少其對軸突再生的抑制作用，降低SCI 患者損傷部位的炎癥反應(yīng)與有害細(xì)胞的堆積，起到降低對軸突生長的抑制作用[39]。

3.4 血小板活化因子受體表達(dá) 血小板活化因子與其受體在神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在，屬于重要的炎性介質(zhì)，參與SCI 的整個病理過程是SCI 發(fā)生與后期繼發(fā)性損傷的主要因素之一。蔣紅英等[40]研究指出，降低SCI患者脊髓組織中血小板活化因子受體mRNA的表達(dá)，對抑制血小板活化因子的合成代謝發(fā)揮著重要拮抗生物作用，可有效降低脊髓中介導(dǎo)炎性損傷的血小板活化因子含量，減少后期的繼發(fā)性損傷。

4 展望

綜上所述，SCI 的發(fā)生與自噬功能存在一定的關(guān)系，后續(xù)繼發(fā)性損傷與其也存在一定關(guān)系。發(fā)生SCI后機(jī)體微環(huán)境可出現(xiàn)明顯改變，其中氧化反應(yīng)與炎性因子表達(dá)較高及自身修復(fù)功能異常是主要改變。臨床中目前對自噬與微環(huán)境改變的相關(guān)性研究較少，兩者是否存在共同影響與促進(jìn)作用的理論機(jī)制尚不健全，且本文觀察記錄的文獻(xiàn)研究樣本量也相對較少。所以，后續(xù)還要進(jìn)一步分析SCI 患者自噬與微環(huán)境改變的相關(guān)性，并加大有關(guān)樣本量，進(jìn)行更深入地研究分析，為該病患者后續(xù)治療與康復(fù)提供更加全面、準(zhǔn)確的理論支持。

脊髓損傷后出現(xiàn)自噬與微環(huán)境異常是常見現(xiàn)象，但近年來對此的研究多集中于動物實(shí)驗(yàn)，有關(guān)的臨床研究開展較少，這可能與臨床中脊髓損傷的發(fā)生率降低有一定關(guān)系。但這并不意味著脊髓損傷的消失，因此全球各醫(yī)療機(jī)構(gòu)有脊髓損傷患者就診時需保存好相關(guān)資料，待樣本量足夠后進(jìn)行大樣本量回顧性分析。同時對自噬與微環(huán)境的相關(guān)性進(jìn)行研究與分析，觀察兩者是否存在相互促進(jìn)、影響、制約情況，為該病患者自噬與微環(huán)境功能的恢復(fù)提供幫助。