親環素A/CD147信號通路與新生兒缺氧缺血性腦損傷相關性研究進展

方芳，嚴彩霞，方成志，張丙宏

新生兒缺氧缺血性腦損傷（hypoxic-ischemic brain damage，HIBD）是各種生理性或病理性因素導致圍生期窒息，引起大腦部分或完全缺氧及腦血流減少或中斷而導致新生兒腦損傷，是引起新生兒死亡及兒童發育障礙和永久性神經功能缺失（如腦癱）的重要原因［1］。HIBD發病率約為3‰，其中約有60%病兒存活，30%病兒遺留有神經功能障礙后遺癥［2］。由于HIBD的分子機制和途徑尚未明確，因此沒有針對新生兒HIBD的特定藥物療法，氧化應激、神經炎癥、線粒體功能障礙、谷氨酸興奮毒性等因素被認為與HIBD相關，并最終導致細胞死亡，而神經元細胞死亡是HIBD后神經功能缺損的關鍵因素［1］。因此迫切需要闡明HIBD后細胞死亡機制并確定HIBD的潛在治療方法。親環素A（cyclophilin A，CypA）是親環素家族中關鍵成員，在蛋白質折疊運輸、免疫調節、機體炎癥、細胞增殖、遷移等過程中發揮重要作用［3］。CD147又稱細胞外基質金屬蛋白酶誘導因子（extracellular matrix metalloproteinase inducer，EMMPRIN），是一種高度糖基化的跨膜糖蛋白，屬于免疫球蛋白超家族成員，在神經炎癥、維護血腦屏障、神經元代謝等過程中具有重要功能［4］。CD147是CypA最主要的受體，在氧化應激、炎癥、缺氧缺血等刺激下CypA可分泌到細胞外，與細胞表面受體CD147結合參與多種疾病的發生發展。CypA/CD147信號通路的生物學功能廣泛并與HIBD的病理機制相關，有可能為HIBD的治療提供新的干預靶點。本研究就CypA/CD147信號通路的生物學功能及其與HIBD的關系以及在HIBD的診斷、治療中的作用的研究進展綜述如下。

1 CypA和CD147蛋白概述

CypA是親免蛋白家族中細胞內分布最廣、含量最多的成員，占細胞質蛋白總含量的0.1%～0.6%［5］。人類CypA基因位于染色體7p13，互補DNA（cDNA）片段全長2 276 bp，編碼165個氨基酸，相對分子質量為18 kD。CypA在大腦皮質中的含量最高，在胞質、核膜、線粒體、內質網等亞結構中均有表達，CypA結構高度保守的特性決定其在各種組織中表達差異小。CypA最早是從牛胸腺中分離出的一種胞質蛋白，對細胞免疫抑制劑環孢素A（cyclosporin A，CsA）的親和力極高，CypA-CsA復合物通過抑制T細胞活化來發揮免疫抑制作用，用于移植后排斥反應［6］。隨后研究者發現它具有肽酰-脯氨酰順反異構酶活性，催化反式脯氨酸殘基上肽鍵異構化為順式，并促進蛋白質折疊和運輸，除參與免疫調節、蛋白質折疊和運輸、膽固醇代謝等，細胞內的CypA還在鈣離子信號轉導、血小板活化及胞質分裂等生物過程中發揮重要作用［7］。在氧化應激、炎癥、缺氧、缺血等條件下，CypA通過囊泡運輸分泌至細胞外，發揮類細胞因子功能，促進細胞增殖、趨化，誘導基質降解、細胞凋亡及活性氧生成等，從而參與中樞神經系統疾病、病毒感染、腫瘤、心血管疾病的發生發展。

CD147是免疫球蛋白超家族的Ⅰ型跨膜糖蛋白，最先被命名為腫瘤細胞衍生膠原酶刺激因子，后被發現能誘導基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）產生，被稱為EMMPRIN［8］。因在不同物種、組織和細胞中分離并檢測到相同的氨基酸序列，又被稱為gp42、BSG、HT7、neurothelin、OX-47、M6、5A11［9］。人CD147基因位于染色體19p13.3，由10個外顯子組成，跨度約12 kb。其結構包括兩個免疫球蛋白結構域、一個跨膜結構域和一個胞質結構域，由于糖基化的不同，在不同組織中的表現各異，體現其功能的多效性［10］。除了細胞膜上表達外，還可作為可溶性蛋白由細胞分泌并釋放到細胞外發揮生理功能。CD147廣泛存在于血小板、內皮細胞、白細胞等多種細胞中，是一種多效分子，對胚胎的植入和正常生育至關重要，也是血腦屏障的構成以及視網膜發育和成熟所必需的。CypA/CD147在細胞遷移、黏附、侵襲、能量代謝、T細胞活化、基質降解等生理病理過程發揮作用，從而影響創傷愈合、心臟肥大和重塑、炎癥、血栓形成及腫瘤的發生［11-13］。

2 CypA/CD147信號通路激活與HIBD的關系

2.1 破壞血腦屏障 血腦屏障是維持神經系統結構穩定性的重要部分，由排列在血管壁上的微血管內皮細胞、星形膠質細胞末端、周細胞以及基底層組成，與神經元和小膠質細胞一起組成神經血管單元。血腦屏障將營養物質從血液運輸到大腦，并防止血液中的毒素進入腦實質，維持腦內穩態并適當促進神經元功能［14］。正常情況下血腦屏障通過阻止T淋巴細胞進入，維持大腦內的微環境穩態和免疫系統，內皮細胞活化、緊密連接蛋白的喪失和細胞骨架重排可能是缺氧缺血后血腦屏障通透性增加的基礎［15］。有研究表明CypA激活基質金屬蛋白酶（MMP）-9破壞血腦屏障的緊密連接，抑制CypA不僅恢復了血腦屏障的完整性，還逆轉和防止了神經元丟失和行為缺陷［16］。Pan等［17］研究證實，CypA通過激活下游核因子κB（NF-κB）通路，誘導MMP-9表達增加蛋白酶的水解，降解內皮緊密連接蛋白（閉鎖連接蛋白-1、密蛋白-5等）和膠原蛋白Ⅳ，導致血腦屏障的分解，并且神經元和突觸修復需要通過抑制CypA/NF-κB/MMP-9途徑使血腦屏障完整性正常。并且CD147被證實是CypA介導血腦屏障破壞的必需分子［16］。表明CypA/CD147誘導MMP產生，導致血腦屏障的破壞及通透性增加，誘導外周免疫細胞募集，促進細胞因子釋放，最終導致神經元功能障礙，因此CypA、CD147是維持血腦屏障完整性的重要分子，CypA/CD147通路激活參與誘導腦缺氧缺血后的早期血腦屏障損傷。

2.2 參與氧化應激和炎癥 氧化應激和炎癥反應是HIBD致病機理的重要環節，氧化應激在炎癥系統之間的相互干擾中起作用，創造了HIBD的“易感窗口”。缺氧缺血發生后，引起外周和中樞免疫系統激活，活化的神經膠質細胞和浸潤的白細胞產生多種促炎因子（包括細胞因子、趨化因子、活性氧、興奮性毒性谷氨酸等）。過量的活性氧引起羥自由基增多并介導蛋白質氧化、脂質過氧化、DNA損傷和線粒體抑制致細胞死亡。釋放的炎性因子激活下游通路引發炎癥聯級反應，致軸突和髓鞘損傷、少突膠質細胞、神經元的丟失，影響大腦發育并產生長期后果，導致神經系統或精神障礙。CypA在氧化應激和炎癥增加的情況下分泌，可響應各種細胞中的活性氧，其分泌量隨著氧化應激程度的增加而增加［7］。p47phox是煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶活性部位的關鍵亞基，Cao等［18］表明分泌的CypA通過胞外信號調節激酶1/2（extracellular signalregulated kinase1/2，ERK1/2）磷酸化啟動p47phox的膜易位，激活NADPH氧化酶促進活性氧的產生，并且CD147是介導胞外CypA作用所必需的。白細胞聚集和遷移是炎癥反應的重要部分，主要涉及以下機制：（1）CypA對人白細胞具有直接的化學吸引，CD147被確定為白細胞上CypA的主要信號受體，并且CypA通過與CD147胞外域（殘基22-205）直接結合誘導白細胞趨化［19］；（2）CypA與CD147結合是重要的促炎信號，CypA/CD147激活NF-κB、ERK1/2通路誘導腫瘤壞死因子-α、白細胞介素（IL）-6、IL-1β、IL-8等細胞因子分泌，阻斷CD147后，單核細胞的趨化性、促炎因子表達以及CypA誘導的信號通路均受抑制［20］；（3）CypA與CD147相互作用后激活NF-κB、蛋白激酶B（Akt）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號轉導途徑，刺激內皮細胞表達血管細胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）、細胞間黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和E-選擇素。VCAM-1與淋巴細胞和單核細胞表面整合素α4β1結合促進白細胞的滾動和黏附［21］。以上研究表明CypA、CD147是中樞和外周免疫反應的重要介質，靶向CypA-CD147相互作用可能提供一種減輕組織炎癥的新方法。

2.3 誘導細胞凋亡 神經元細胞凋亡是HIBD的重要病理機制，是導致新生兒發生神經系統后遺癥的重要原因。在蛛網膜下腔出血的大鼠模型中發現，CypA/CD147相互作用激活ERK1/2、NF-κB信號轉導，導致腦細胞死亡及神經功能障礙，抑制CypA/CD147通路后顳葉皮層神經元中p53、胱天蛋白酶-3（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase-3）表達降低，并可減輕腦水腫和神經元細胞死亡［17］。NF-κB不僅作為炎癥級聯反應中最重要的調控因子，介導腦缺血再灌注的重要信號，還參與調控下游多種凋亡信號分子如B細胞淋巴瘤-2（Bcl-2）、Bcl-2相關X蛋白（Bax）等，Bcl-2的下降或Bax的升高引起線粒體膜解體，導致細胞色素C釋放到細胞質中誘導caspase-3發生級聯活化致DNA斷裂和染色質凝聚。NF-κB通過誘導p53的磷酸化和乙酰化以及上調促凋亡p53靶基因PERP來增加p53表達，刺激線粒體產生高毒性氧自由基引發細胞凋亡［22］。以上研究說明CypA/CD147信號通路參與線粒體相關凋亡途徑，或可成為合適的治療靶點。

3 CypA/CD147與HIBD的診治進展

目前HIBD的診斷主要依據神經系統、影像學和腦電圖檢查，存在一定的漏診和局限性，可能錯過有效的治療時間窗。因此需要尋找敏感性的生物標志物幫助HIBD的早期診斷及病情評估。Kyng等［23］利用新生豬仔制備HIBD模型，發現腦損傷后CypA在血漿和腦脊液中均升高，可作為有希望的候選生物標志物。Patrizz等［24］研究發現血清高CD147水平與中風病人的不良預后相關，并將CD147確定為缺血性卒中的新型臨床相關靶點。說明CypA、CD147蛋白在HIBD的診斷中可能具有重要意義，有望成為HIBD診斷及評估預后的潛在生物標志物。

HIBD發生最常見的類型表現為白質受損，可導致終生神經功能障礙，如腦癱，主要原因是成熟少突膠質細胞產生減少導致髓鞘化形成不足［25］。動物模型證實抑制CD147可改善少突膠質細胞生成并促進缺血性中風后小鼠的白質完整性和功能恢復［26］。不僅如此，Jin等［27］發現抑制CD147還能防止血腦屏障損傷，通過減少血栓及炎細胞浸潤來改善小鼠急性腦缺血。敲除CypA基因或抑制CypA通過阻斷NF-κB/MMP-9通路來防止神經元變性［28］。到目前為止，很明顯CyPA與腦損傷有關，盡管在一些與缺血性或出血性腦損傷相關的動物實驗中，有學者表明CyPA可以減弱被破壞的血腦屏障通透性，減少神經細胞凋亡，改善腦損傷，從而改善神經功能，但CyPA觸發的神經保護的確切機制仍不清楚［5］。并且，更多研究證實細胞外CyPA是一種促炎因子，通過CD147受體促進神經炎癥并導致選擇性運動神經元死亡［29］。以上研究說明CypA/CD147通路激活參與缺氧缺血后繼發性腦損傷，阻止CypA/CD147通路的過度激活有望成為治療HIBD的新思路。CsA已廣泛用于免疫抑制治療，CypA作為CsA體內作用的靶蛋白，在CsA介導的免疫抑制作用中發揮重要作用，有研究表明CsA對缺血性再灌注腦損傷小鼠模型具有神經保護作用［30］。因此CsA或可為治療HIBD提供一條新思路。進一步研究CypA/CD147在HIBD中的下游通路及具體機制具有重要意義。

4 小結

CypA/CD147參與各種生物過程，包括炎癥、增殖、趨化、凋亡等，CypA和CD147在中樞系統疾病中的應用是研究熱點，雖然目前的研究結果提示CypA及CD147可作為急性腦損傷的分子標志物，有助于疾病嚴重程度的判斷及預后評估，但CypA/CD147信號通路在HIBD中具體功能、下游信號轉導機制尚未完全闡明，仍需要進一步深入研究。