鳶尾素與缺血性腦卒中的研究進展

陳美華 陰懷清 陰崇娟

摘要 ?綜述鳶尾素在中樞神經系統的分布、調控及其對缺血性腦卒中的神經保護作用。鳶尾素作為一種與運動相關的蛋白，在缺血性腦卒中的發病機制中有積極的神經保護作用，其機制涉及抗炎、抗氧化應激、改善能量代謝平衡、改善血腦屏障等。

關鍵詞 ?缺血性腦卒中；鳶尾素；氧化應激；細胞凋亡；綜述

doi： ?10.12102/j.issn.1672.1349.2024.09.014

鳶尾素是Bostrm等 ?［1］ 于2012年發現的、從含有Ⅲ型纖維蛋白結構域結合蛋白5（FNDC5）切割而來的、由112個氨基酸組成的多肽片段，其廣泛分布于血漿、骨骼肌、脂肪組織、肝臟、腎臟、腦脊液及唾液中。缺血性腦卒中的主要高危因素有高血壓、高膽固醇血癥、糖尿病、肥胖癥、吸煙、心房纖顫等 ?［2］ 。缺血性腦卒中是因流入大腦的血液減少而導致腦細胞損傷的急癥，其機制涉及能量代謝失衡、酸中毒、氧化應激、鈣離 子超載、線粒體功能障礙、炎癥反應、細胞凋亡等。目前，早期溶栓及機械取栓在該疾病治療方面的進展使病人存活率大大提高，但根據美國心臟協會的數據，40%的腦卒中后幸存者都存在不同程度的神經功能障礙，盡管骨骼肌是腦卒中后致殘的主要效應器官，但腦卒中后可繼發肌肉減少癥等問題 ?［3］ 。該疾病的高致死率和高致殘率給病人及社會帶來了沉重的經濟負擔， 故如何有效降低其發病率及改善預后成為當下研究 熱點。

鳶尾素在調節脂肪褐變、改善肝臟和全身葡萄糖

代謝、維持肌肉骨骼穩態、促進突觸生長、抑制癌癥進展等方面發揮著重要作用 ?［4］ 。研究表明，血清鳶尾素水平與運動及過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子.1α（PGC.1α）相關，其主要生理功能表現為提高氧化代謝能力、促進血管生成、改善能量代謝平衡、 緩解肌肉萎縮等 ?［5］ ，并在一定程度上能預測腦卒中病人的預后。本研究就鳶尾素在中樞的分布、調控及其對缺血性腦卒中的神經保護作用展開綜述，為探索缺血性腦卒中的治療提供新的研究方向。

1 鳶尾素的分子結構及分布

PGC.1α是一種轉錄共激活因子，其可刺激誘導幾種肌肉基因產物的表達，其中包括FNDC5，FNDC5基因編碼一種Ⅰ型膜蛋白，該蛋白被進一步水解和糖基化，釋放由112個氨基酸組成的多肽片段，并以希臘 彩虹女神的信使鳶尾素命名 ?［1］ 。鳶尾素含有2個 N.糖基化位點，分子量約為12 kD，其晶體結構表現出典型的FNⅢ型結構域，兩個亞基結合形成一個緊密的二聚體 ?［6］ 。

鳶尾素在血漿中的濃度受運動頻率、運動方式、運動強度等因素的影響，急性運動可立即提高血液中鳶尾素的濃度，而慢性運動可提高鳶尾素的代謝動力學和分泌效率 ?［7］ 。在大多數哺乳動物物種（包括人類）中，鳶尾素氨基酸序列具有高度保守性 ?［8］ 。Albayrak等 ?［9］ 采用免疫化學方法檢測鳶尾素在腦和脊髓組織中的分布，證實鳶尾素存在于神經膠質細胞（星形膠質細胞和少突膠質細胞）、脊髓前角的多極神經元中。另外，Dun等 ?［10］ 研究證實，鳶尾素還分布于大鼠小腦的浦肯野纖維細胞及延髓前庭核的細胞中。2019年研究發現，在靈長類動物中，鳶尾素在下丘腦弓狀核和腹內側核中也有高度表達 ?［11］ 。

2 鳶尾素神經保護作用的基礎研究

目前，關于鳶尾素的研究主要集中于動物實驗及細胞研究。最初的研究方向集中于肌肉組織和脂肪組織，之后擴展至骨骼及神經系統。

2.1 減輕炎癥反應

腦卒中后腦缺血損傷可誘導循環免疫細胞（中性粒細胞、單核細胞）的浸潤和駐留細胞（小膠質細胞、星形膠質細胞、內皮細胞）的活化等一系列炎癥事件，在缺血等各種刺激后產生炎性因子、腫瘤壞死因子、白細胞介素（IL）.1和IL.6 ?［12］ 。Korta等 ?［13］ 研究發現，鳶尾素調節免疫活性細胞的激活，增強巨噬細胞的活性和增殖，提高其吞噬能力，并能減弱Toll樣受體4（TLR4）的表達。此外還有研究表明，鳶尾素可以通過下調TLR4/髓樣分化因子88（MYD88）通路和抑制核轉錄因子.κB（NF.κB）活化來介導抗炎作用，相關促炎細胞因子IL.1β、腫瘤壞死因子.α（TNF.α）、IL.6、單核細胞趨化蛋白.1（MCP.1）等的表達和釋放均減少 ?［14］ ；另外，鳶尾素還能通過抑制活性氧（ROS）自由基的產生和NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NLRP3）炎性小體的激活來改善細胞凋亡，從而抑制炎癥反應 ?［15］ 。另有研究同樣表明，鳶尾素可抑制NF.κB/NLRP3啟動，通過減少鈣超載減輕應激下線粒體損傷，從而抑制NLRP3激活 ?［16］ 。

研究發現，在體外細胞培養實驗中，通過建立糖氧剝奪（oxygen and glucose deprivation，OGD）模型來模擬離體腦缺血模型，小鼠海馬神經元細胞HT22通過細胞OGD激發后TNF.α和IL.1β的表達顯著升高，而鳶尾素預處理后這些細胞因子的表達降低，提示鳶尾素可能通過減輕腦缺血后的炎癥反應而發揮神經保護作用 ?［17］ 。

2.2 減輕氧化應激

為了探討鳶尾素對缺血性腦卒中產生保護作用的具體機制，Li等 ?［18］ 采用8～12周齡雄性小鼠進行大腦中動脈閉塞（MCAO）處理，干預組于MCAO后30 min經尾靜脈給予鳶尾素0.2 μg/g，結果發現，鳶尾素治療能降低梗死周圍腦組織中硝基酪氨酸、超氧陰離子和4.羥基壬烯醛水平，但不影響丙二醛水平。該研究還發現，鳶尾素干預增加了蛋白激酶B（AKT）和細胞外信號調節蛋白激酶1/2（ERK1/2）的磷酸化，能激活腦組織中的AKT/ERK1/2信號通路來保護神經元免受損傷。在另一項建立小鼠MCAO模型的研究中，MCAO誘導后3 h后采用鳶尾素治療可減少腦梗死體積并改善神經功能，但具體機制尚未闡明 ?［3］ 。

Peng等 ?［19］ 研究發現，給予12.5～50.0 nmol/L濃度的鳶尾素干預OGD模型可明顯減少細胞凋亡、促進細胞增殖，并呈劑量依賴性。研究還發現，鳶尾素能減輕OGD誘導的ROS和丙二醛的產生，該實驗證明了鳶尾素可通過抑制ROS/NLRP3炎癥信號通路來緩解OGD誘導的腎上腺嗜鉻細胞瘤來源的細胞株PC12細胞的氧化應激和炎癥。另有研究表明，鳶尾素增加超氧化物歧化酶、過氧化氫酶.9以及谷胱甘肽過氧化物酶等在內的關鍵抗氧化酶的表達，抑制過氧化氫的產生 ?［20］ 。

氧化應激與炎癥反應之間存在相互調控且密不可分的關系。炎癥損傷后，二者易形成惡性循環。但炎癥反應和氧化應激具有相對獨立的調控系統，通過各自體系控制機體ROS和炎癥信號表達，而無論是動物實驗還是細胞研究，鳶尾素都展現了有效的抗炎及抗氧化作用。

2.3 調節能量代謝

大腦是高能量代謝器官，在腦損傷的急性期，急需足夠的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）供給來修復損傷神經細胞。然而，受損的線粒體無法維持這種劇增的能量需求。能量需求的不平衡加劇了以線粒體為中心的神經元細胞死亡相關事件和毒性級聯反應，包括電子傳遞鏈功能障礙、ATP耗竭、過度ROS生成、氧化應激損傷、神經元凋亡和神經源性炎癥 ?［21］ 。腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine 5′monophospe .activated protein kinase，AMPK）是一種細胞能量感受器，是調節生物能量代謝的關鍵分子 ?［22］ ，在低能量條件下，AMPK磷酸化通過特定的酶和生長控制節點，以增加ATP生成和減少ATP消耗。有研究結果表明，鳶尾素可增強腦組織小膠質細胞/巨噬細胞中整合素αVβ5的激活，并通過上調整合素αVβ5/AMPK信號通路，在調節能量代謝面發揮重要作用 ?［23］ 。

2.4 上調腦源性神經營養因子水平

腦源性神經營養因子（BDNF）是參與學習和記憶相關的可塑性變化的關鍵分子，BDNF在發育過程中對神經元群的存活和分化至關重要。但腦卒中后，外源性BDNF的使用受到其快速降解和無法穿越血腦屏障的阻礙。因此，能夠調節腦內內源性BDNF信號的治療方法可能對腦卒中病人發揮積極的治療作用 ?［24］ 。Asadi等 ?［25］ 研究發現，鳶尾素可增加腦缺血后腦皮層BDNF蛋白的表達，此外，鳶尾素還可通過減少神經細胞凋亡保護腦組織免受缺血性損傷。另有研究通過小鼠腹腔注射0.5 μg/g鳶尾素14 d后發現，鳶尾素注射增加了腦中BDNF mRNA的表達 ?［26］ 。

2.5 其他

腦卒中后幸存者常常會面臨肌力下降、肌肉量減少的問題，也稱為肌少癥，其涉及神經、激素、免疫、營養、運動等多個因素，導致肌肉再生能力降低，肌少癥和認知障礙具有相似的易感因素，如炎癥、氧化應激和能量代謝變化 ?［3］ 。研究表明，循環中鳶尾素水平是潛在的一種與年齡相關的肌肉退化的新型生物標志物，對預測肌肉減少癥的發病具有重要意義 ?［27］ 。有研究揭示了小鼠鳶尾素蛋白注射促進小鼠肌源性分化和成肌細胞融合，導致小鼠骨骼肌顯著增大 ?［28］ 。在同一項研究中還發現了鳶尾素的再生作用，鳶尾素可激活骨骼肌衛星細胞，并減少蛋白質降解，以抵抗損傷引起的肌肉損失。這些發現表明鳶尾素可能具有增強肌肉再生的潛力，并有望成為增強骨骼肌功能和改善整體健康的新干預措施。

3 鳶尾素神經保護作用的臨床研究

一項研究將324例急性缺血性腦卒中病人納入統計，結果發現急性缺血性腦卒中病人血清鳶尾素水平與神經功能損傷程度［美國國立衛生研究院卒中量表 （NIHSS）評分］、梗死體積、超敏C反應蛋白（hs.CRP）、 同型半胱氨酸（Hcy）、IL.6、低密度脂蛋白（LDL）呈負相關，與高密度脂蛋白（HDL）呈正相關 ?［29］ 。Xin等 ?［30］ 的研究也得出了相似的結論。日本的一項研究發現，日本男性血清鳶尾素水平與腦小血管病發病率相關，血清鳶尾素水平為7.0～8.5 μg/mL

者的腦小血管病發病風險最低，且血清中鳶尾素水平也與腔隙性腦梗死和腦微出血的風險呈負相關 ?［31］ 。這些研究表明，將血清鳶尾素水平與腦卒中相關風險預測因子相結合，可能會更有效地預測出腦卒中病人的預后。土耳其的一項臨床研究發現，小血管病變腦卒中病人血清鳶尾素水平明顯高于大血管病變腦卒中病人，且缺血性腦卒中的病人血清中鳶尾素水平要高于無神經功能缺損的病人 ?［32］ 。但在一項納入35例慢性腦卒中病人和35例對照組病人的研究中，結果顯示腦卒中組和對照組血清鳶尾素水平比較差異無統計學意義，且血清鳶尾素水平與腦卒中病人改良的Rankin量表評估的痙攣程度和功能狀態無明顯相關性 ?［33］ 。

上述研究中鳶尾素通常采用酶聯免疫吸附測定法（ELISA）進行檢測，但不同試劑盒的檢測定量數值差異較大，這些差異可能來源于生產企業測量的鳶尾素表位的多樣性。關于鳶尾素與急性缺血性腦卒中病情嚴重程度與預后的關系，目前相關研究證據尚顯不足。

4 小結與展望

鳶尾素在其他神經退行性疾病的研究中可能也很有前景。一項隨機對照試驗發現，有氧運動可提高多發性硬化癥病人血清鳶尾素水平，改善抑郁和疲勞 ?［34］ 。在阿爾茨海默病小鼠模型中，提高腦中鳶尾素的水平可以修復突觸可塑性、增強記憶能力 ?［35.36］ 。在帕金森病（PD）模型中，給予外源性鳶尾素可以通過激活AKT信號通路和ERK1/2信號通路發揮神經保護作用，減輕細胞凋亡和氧化應激 ?［37］ 。盡管鳶尾素治療對腦卒中后功能和行為結果的影響仍有待研究，但急性缺血性腦卒中病人中鳶尾素濃度與腦卒中后轉歸良好和死亡風險較低獨立相關 ?［38］ 。雖然外源性鳶尾素在人體中的安全性和可行性尚不清楚，但目前的證據支持研究開發和測試鳶尾素用于PD和其他神經退行性疾病的治療。

綜上所述，鳶尾素作為近年來新發現的脂肪及肌肉因子，在各系統的多種疾病方面具有積極作用，然而研究多集中于細胞及動物試驗，臨床研究較少，樣本量也相對較少，且對鳶尾素定量檢測方法也不成熟，仍需進一步探索。

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（收稿日期：2023.09.15）

（本文編輯 鄒麗）