1、缺血/再灌注腦損傷與蛋白質(zhì)合成抑制(一)    關(guān)鍵詞：腦缺血/再灌注蛋白質(zhì)合成抑制 完全或不完全腦缺血/再灌注引起永久性腦損傷，盡管對其發(fā)病機制的認識在不斷深入，諸如興奮性神經(jīng)遞質(zhì)學(xué)說、氧自由基損傷機制及腦循環(huán)衰竭等1，但針對這些改變的治療效果差，進一步深入研究腦缺血/再灌注損傷機制顯得尤為重要。近年來，腦缺血/再灌注時發(fā)生的蛋白質(zhì)合成抑制及其相關(guān)的腦選擇性易損特點日益受到重視，針對該機制提出的治療方法為腦復(fù)蘇開辟了新的途徑。 1蛋白質(zhì)合成抑制與選擇性易損性 1971年Kleihues等2首先報道腦缺血后腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成抑制現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)貓腦缺血30分鐘再灌

2、注4小時腦內(nèi)14C標(biāo)記的氨基酸合成蛋白質(zhì)的能力降低了30%。進一步研究表明缺血期蛋白質(zhì)合成正常，而再灌注期蛋白質(zhì)合成明顯受抑制，并發(fā)現(xiàn)5分鐘以內(nèi)的腦缺血即可導(dǎo)致再灌注期蛋白質(zhì)合成障礙13。Araki等14C鉗夾沙土鼠雙側(cè)頸總動脈的實驗表明腦內(nèi)各部位在缺血/再灌注的蛋白質(zhì)合成抑制及恢復(fù)程度不同，缺血3分鐘后在新皮層、紋狀體、海馬和丘腦部位發(fā)生嚴(yán)重的蛋白質(zhì)合成障礙，并且在隨后的524小時內(nèi)恢復(fù)緩慢，海馬CA1區(qū)的損傷甚至不能恢復(fù)。形態(tài)學(xué)研究表明腦再灌注期這些區(qū)域的神經(jīng)元較腦內(nèi)其他部位更易受缺血/再灌注損傷的打擊，稱之為“選擇性易損神經(jīng)元”1。因此腦神經(jīng)元的選擇性易損特點與再灌注期這些區(qū)域蛋白質(zhì)合成

3、障礙密切相關(guān)，尤其是c-fos和c-jun兩種原癌基因的表達受抑，這兩種基因的表達產(chǎn)物FOS和JUN結(jié)合形成活蛋白-1復(fù)合物(AP-1)，它通過與靶基因上相應(yīng)的AP-1位點的特異性結(jié)合激活這些基因的轉(zhuǎn)錄，從而直接影響蛋白質(zhì)合成，這一機制在細胞分化和增生及細胞膜損傷修復(fù)中起重要作用5。但腦缺血實驗表明再灌注期海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的c-fos基因轉(zhuǎn)錄和c-fos蛋白合成均較其他部位明顯延遲6，同時某些與膜合成有關(guān)的重要應(yīng)激蛋白如熱休克蛋白(hsp-70)等亦顯著減少7，因此，腦神經(jīng)元的選擇性易損性與這些蛋白質(zhì)合成抑制的關(guān)系更為密切。在再灌注早期促進這些基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯可能有利于神經(jīng)元的存活8。Whi

4、te等9認為再灌注期蛋白質(zhì)合成抑制很可能是導(dǎo)致選擇性易損性神經(jīng)元死亡的中心環(huán)節(jié)，由于蛋白質(zhì)合成障礙，這些神經(jīng)元清除及防御氧自由基和修復(fù)膜損傷所需的蛋白水平不足，從而不能有效地抗氧自由基損傷。 2蛋白質(zhì)合成抑制機制 蛋白質(zhì)合成過程復(fù)雜，其中任何一個環(huán)節(jié)受阻都將影響正常的蛋白質(zhì)合成。腦缺血/再灌注期蛋白質(zhì)合成抑制是三個不同過程的結(jié)果：(1)缺血期ATP、GTP等的缺乏，(2)再灌注早期蛋白質(zhì)翻譯啟動受阻，(3)再灌注后期膜脂質(zhì)過氧化損害導(dǎo)致核糖體功能正常發(fā)揮所需的離子環(huán)境紊亂10。但缺血期耗盡的ATP和GTP等在再灌注后15分鐘左右即基本恢復(fù)3，因此缺乏高能化合物不能解釋再灌注期嚴(yán)重而持久的蛋白質(zhì)

5、合成抑制。目前，對蛋白質(zhì)合成抑制的研究主要集中于蛋白質(zhì)翻譯環(huán)節(jié)，認為可能與再灌注期氧自由基反應(yīng)關(guān)系密切9。 DeGracia等11報道鼠心臟停跳20分鐘和恢復(fù)再灌注28小時期間腦神經(jīng)元核糖體外翻譯蛋白功能不受抑制，但有資料表明核糖體亞單位發(fā)生解聚，提示翻譯起動復(fù)合物形成受阻12。真核細胞內(nèi)起動復(fù)合物的形成需要至少9種起動因子(eIFs)的參與，其中eIF-2與攜帶起動氨基酸(Met)的tRNA和GTP連接，形成三元復(fù)合物eIF-2*GTP*Met-tRNA，該復(fù)合物與游離40s核糖體亞單位結(jié)合形成起動復(fù)合物13。在起動階段，蛋白質(zhì)翻譯受起動因子磷酸化調(diào)控，起動過程中，GTP與GDP的轉(zhuǎn)化與eI

6、F-2有關(guān)，該轉(zhuǎn)化反應(yīng)被磷酸化的eIF-2競爭性抑制，從而中斷起動復(fù)合物的形成14。Burda等15在鼠腦缺血后再灌注期觀察到腦神經(jīng)元eIF-2的磷酸化，White等9報告這一現(xiàn)象在鼠心臟停跳復(fù)蘇后腦再灌注90分鐘時存在，而30%的eIF-2磷酸化即可引起近100%的蛋白質(zhì)合成抑制14，由此可見腦再灌注期蛋白合成抑制與eIF-2的磷酸化有關(guān)。eIF-2磷酸化的程度受一些高度特異性激酶的調(diào)控，這些激酶的活性證明與金屬離子、多價不飽和脂肪酸和脂質(zhì)過氧化物有關(guān)14，所以再灌注期氧自由基反應(yīng)在蛋白質(zhì)合成抑制中起重要作用。 腦再灌注蛋白質(zhì)合成抑制的另一重要機制是神經(jīng)元離子內(nèi)穩(wěn)態(tài)的失衡。在腦缺血后再灌注早

7、期腦組織Na+、K+、Ca2+等濃度一度恢復(fù)正常，但隨后可觀察到再度的持續(xù)紊亂16，原因在于再灌注期神經(jīng)元膜脂質(zhì)過氧化改變了質(zhì)膜的組成、流動性和完整性，神經(jīng)元不能維持離子內(nèi)穩(wěn)態(tài)，從而影響核糖體功能發(fā)揮，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成抑制。腦內(nèi)選擇性易損神經(jīng)元膜結(jié)構(gòu)更易受脂質(zhì)過氧化損害17，可能因為其缺乏谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)等而不能有效地抗自由基損害。這一現(xiàn)象與選擇性易損神經(jīng)元嚴(yán)重的蛋白質(zhì)合成抑制及其恢復(fù)緩慢是一致的。 3缺血/再灌注腦損害治療前景 已有的治療方法如鈣通道阻滯劑、興奮性氨基酸受體拮抗劑及氧自由基清除劑等藥物治療只是特異性地抑制神經(jīng)元損傷，亞低溫治療也只能延緩神經(jīng)元的死亡。另一治療觀

8、點從腦灌注蛋白質(zhì)合成抑制的分子生物學(xué)機制出發(fā)，利用神經(jīng)元的自家調(diào)控系統(tǒng)以逆轉(zhuǎn)該損傷機制，提高神經(jīng)元的生存能力9。 蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，尤其是eIF-2的磷酸化部分通過由生長因子受體激活的信號傳導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)控9。胰島素為代表的一系列生長因子，包括胰島素樣生長因子(IGF-1)、神經(jīng)生長因子(NGF)等能與膜上相應(yīng)的蛋白受體結(jié)合以激活酪氨酸激酶，進而使“第二信使”蛋白上特異的酪氨酸磷酸化來調(diào)控蛋白質(zhì)合成18。有資料表明胰島素可減少eIF-2的磷酸化19，而且腦再灌注期應(yīng)用胰島素等生長因子能改善神經(jīng)元的存活20。由此可見通過神經(jīng)元的自家調(diào)節(jié)系統(tǒng)促使神經(jīng)元的存活是可能的，值得進一步嚴(yán)格的臨床試驗證實。關(guān)于其機

9、制，推測激活的酪氨酸激酶所介導(dǎo)的效應(yīng)包括：(1)促進新脂質(zhì)合成，(2)使eIF-2去磷化以增加蛋白質(zhì)合成，(3)上調(diào)c-fos、c-jun和應(yīng)激蛋白基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯等。參考文獻 1SiesjoBK.Mechanismsofischemicbraindamage.CritCareMed,1988,16:954-963. 2KleihuesP,HossmannKA.Proteinsynthesisinthecatbrainafterprolongedcerebralischemia.BrainRes,1971,35:409-481. 3NowakTS,FriedRL,LustD,etal.Chan

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