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首页资料库在线期刊中华现代内科学杂志2004年第1卷第3期

降钙素基因相关肽保护脑缺血损伤的机制

来源:中华现代内科学杂志
摘要:降钙素基因相关肽(calcitoningene-relatedpepˉtide,CGRP)是迄今已知的体内最强的血管舒张肽。1983年,Amera和Rosenfiled发现降钙素/αCGRP基因在神经组织内可编码一种新肽,遂命名为降钙素基因相关肽。1984年Morris等证实,在人体中也有CGRP。近年来大量的研究证实,全脑缺血可诱导海马、下丘脑、纹状体等脑区CGRP......

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  降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related pepˉtide,CGRP)是迄今已知的体内最强的血管舒张肽。1983年,Amera和Rosenfiled发现降钙素/αCGRP基因在神经组织内可编码一种新肽,遂命名为降钙素基因相关肽。1984年Morris等证实,在人体中也有CGRP。近年来大量的研究证实,全脑缺血可诱导海马、下丘脑、纹状体等脑区CGRP表达增强,对缺血脑组织有明显的保护作用。其机制包括多个方面。

  1 增加脑血流

    王福庄等 [1]  发现脑缺血时,侧脑室给予CGRP即刻使脑血流图波幅增加,5min时达高峰,比注药前平均增加65%,40min时作用开始减弱,l09min后作用消失。这与CGRP的扩血管、增强心肌收缩力、加快心率、降低血粘度和红细胞聚集等作用有关。CGRP有很强的扩张血管作用,但其确切的作用机制至今尚不清楚。它不依赖于内皮而存在,CGRP对去除内皮的血管仍具有扩血管作用,也不受α、β、M及H受体阻断剂、前列腺素合成酶抑制剂的影响。可能的生化途径为CGRP与平滑肌受体结合,激活腺苷酸环化酶,使细胞内cAMP浓度升高,促进Ca 2+  从胞浆摄入至细胞内的膜结构中,使Ca 2+  向细胞外流动,阻断Ca 2+  向细胞内流动,引起细胞内Ca 2+  浓度下降,最终导致钙调蛋白形成、肌球蛋白轻链激酶、肌动球蛋白的ATP酶激活障碍,产生扩血管效应;另一方面通过cAMP依赖的蛋白激酶作用,使肌球蛋白的轻链激酶失活,同样引起扩血管效应。CGRP还可通过cAMP途径增加细胞内的Ca 2+  浓度,上调一氧化氮合酶(NOS)产生NO,由内皮细胞产生的NO直接穿过细胞膜活化平滑肌内可溶性鸟苷酸环化酶(GC),通过环磷酸鸟苷(cGMP)通路活化蛋白激酶G(PKG),后者可作用于Ca 2+  -ATP酶使细胞内游离钙离子减少,从而舒张血管平滑肌。有人发现用K + -ATP通道阻断剂Barium与Glibenclamide可逆转CGRP的扩血管作用,提出CGRP通过激活平滑肌上的K + -ATP通道而实现扩血管效应。近年来研究还发现,CGRP的扩血管作用与拮抗内皮素、5-羟色胺、去甲肾上腺素、血管紧张素Ⅱ等引起的收缩血管作用有关。CGRP能使心肌细胞内cAMP水平升高,而扩张血管效应反射性引起交感神经兴奋,从而使心肌收缩力增强、心率加快。

  2 减小脑缺血体积 [2]
    
  大鼠局灶脑缺血前lh使用CGRP预防性治疗可明显减小脑缺血体积,较对照组减幅达54%,缺血后2h用CGRP治疗较对照组减少12%,提示CGRP对缺血神经组织有保护作用。其机制可能是:(1)改善了侧枝循环,增加了缺血脑组织血供;(2)可能与抑制Ca 2+  内流,对缺血神经细胞起到直接保护作用有关。但此实验中也可看出治疗时间窗在2h以内。这与脑缺血后脑血管对CGRP“敏感性”降低,脑血管扩张作用已明显减弱有关。

  3 对能量代谢的影响

    小鼠脑缺血前1、2、3天预防性给予CGRP可使缺血后全脑乳酸水平降低,ATP水平明显增加,减少ATP降解成次黄嘌呤、黄嘌呤、尿酸过程中产生的自由基,缓解血管痉挛和血小板聚集 [3]  。其作用机制不清,可能与它的扩张脑血管作用有关。但此保护作用在其剂量为2.67BU/g体重时与对照组差异有显著性,在8.0BU/g体重时,与对照组反而差异无显著性,这说明CGRP的保护作用存在最佳剂量。目前来讲,对于为什么CGRP过高则脑保护作用不再明显增加的机制还不清楚,可能与CGRP是最强的血管扩张剂,当剂量较大时,可导致盗血的发生,反而更不利脑缺血 [4]  。

  4 调节突触的可塑性 [5]  

  CGRP可上调缺血再灌注海马神经元突触体素(p38)表达。p38是一种分子量为38KD的钙结合糖蛋白,在神经元胞体合成后特异性分布于突触前囊泡膜上,具有缝隙连接样通道性质,并参与Ca 2+  依 赖神经递质的释放。它可作为突触前终末特异性标记物。缺血时p38免疫反应产物明显降低。可能与脑缺血时神经元及轴突终
末的褪变、丢失,p38合成减少,同时轴浆运输减慢有关。p38的上调意味着突触囊泡转运能力升高,突触传递功能恢复,表明CGRP可能调节突触的可塑性,对缺血神经组织有恢复作用。

  5 抗凋亡

    CGRP可明显降低缺血大脑海马和皮层神经细胞凋亡的百分率 [6]  。其可能的机制为CGRP可增加脑血流量尤其是脑组织微循环的血流量,改善脑缺血后的低灌流状态。此外,CGRP还可通过减少缺氧时神经元LDH和钾离子的漏出量,抑制c-fos的表达,上调抗凋亡基因bcl-2的表达 [7,8]  ,提高突触对缺氧的耐受性,调节高阈值钙通道,抑制缺氧时Ca 2+  的内流,降低细胞内钙离子浓度,抑制谷氨酸、自由基和神经生长因子撤除等所致的神经细胞凋亡等机制减少神经元的凋亡。

    但也有报道 [9]  CGRP含量与CAl、CA2、CA3和CA4区凋亡细胞数呈显著正相关。其机制目前尚不清,有必要深入研究。

  6 抗自由基损伤

     脑缺血再灌注(I/R)时,组织重新获得供氧产生大量自由基。脑组织具有较高的氧化代谢率,高密度的膜不饱和脂肪酸以及依赖完整的神经元突触传导,特别易受自由基的损伤。氧自由基攻击多不饱和脂肪酸,引发脂质过氧化作用产生丙二醛(MDA),组织MDA水平间接反映体内氧自由基的代谢状况以及组织受自由基损伤程度。CGRP对I/R后大脑皮质、海马组织MDA含量的升高有明显抑制作用,能减轻I/R脑组织脂质过氧化,从而减轻脑组织损伤 [10]  。同时发现CGRP对大鼠脑I/R后大脑皮质、海马SOD活性降低、NOS活性升高的变化抑制作用不明显,其原因不明。CGRP能否直接明显减少氧自由基的过量生成,以及影响自由基代谢的确切机制,尚需要进一步探讨。

     7 提高AP-1的DNA结合活力

     活化蛋白—1(activator protein—1,AP—1)是即刻反应基因(imol/iediate early genes,IEGs)c—fos、c—jun的蛋白产物Fos和Jun蛋白通过亮氨酸拉链而形成的同源或异源二聚体复合物。作为转录调节蛋白,AP-1重新转位至核内,结合到靶基因的DNA调控区,进而调节靶基因如神经生长因子(NGF)、脑源性神经营养因子(BDNF)等的转录效率和表达,而对神经元在缺血复灌引起的细胞兴奋性毒性损伤中起保护作用。近来研究表明,AP—1在缺血再灌后的早期活性增加,对海马缺血起到应激性保护作用。CGRP能明显提高缺血后海马CAl区AP—1的DNA结合活力,起到神经保护作用 [11]  。但CGRP对AP-1的调节是直接作用,还是通过其他途径的间接作用以及确切的分子机制尚不清楚,仍需进一步研究。

     8 拮抗钙超载

     脑缺血引起EAA大量释放,EAA与N—甲基—D—天门冬氨酸(NMDA)受体结合,钙通道开放,大量Ca 2+  内流引起细胞内钙超载,Ca 2+  过量积聚可以通过以下途径导致再灌注损伤:(1)干扰线粒体氧化磷酸化过程,使能量合成障碍;(2)激活磷脂酶,促进膜磷脂分解,造成细胞和细胞器膜损伤,膜磷脂分解中间产物如白三烯、溶血磷脂等均对细胞有毒害作用;(3)激活钙依赖蛋白酶,促进细胞内酶和细胞骨架的降解;(4)促进氧自由基生成;(5)激活钙依赖性核酸内切酶、引起DNA分解,阻断了细胞内依靠转录而进行的潜在修复过程,还可通过第二信使诱导c-fos和IEG的表达。CGRP抑制高阈值钙离子通道,拮抗缺氧引起的细胞内钙超载,对神经细胞有直接的保护作用。

     9 抑制炎症免疫反应

     在脑缺血及再灌注损伤过程中,炎症细胞、细胞因子导致脑组织炎症反应,炎症反应又介导缺血性脑损伤。脑缺血时中性白细胞和单核—巨噬细胞粘附于缺血梗死区血管内皮细胞,阻塞毛细血管或释放血管收缩物质降低脑血流量。另一方面,释放毒性氧自由基和蛋白水解酶及脂质过氧化物,导致脑血管和血脑屏障损伤,通透性增大,引起脑组织水肿,促进血栓形成。此外,白细胞释放的炎症介质和细胞因子可吸引更多的白细胞进入脑组织,加重炎症反应,形成恶性循环。CGRP是一种内源性免疫保护物质,它可防止免疫功能过度激活后致炎细胞因子对机体造成损伤,调节内毒素激活后的巨噬细胞的多种功能,抑制炎症细胞因子TNF-α和IL-12的产生,双相调节IL-6的产生(小剂量增加,大剂量抑制),增加CXC趋化因子KC和巨噬细胞炎症蛋白-2以及NO的前列腺素的产生,也有调节T、B淋巴细胞的功能 [12]  。CGRP能有效地抑制TH1释放IL-2,避免或降低超敏反应的发生 [13]  ,减少引起水肿的炎性介质的微血管反应,阻止炎性渗出 [14]  。免疫细胞也可表达CCRP功能性受体,CCRP能引导免 疫细胞穿过血管壁游动。

  10 保护血管

  内皮细胞脑组织缺血缺氧可引起血管内皮细胞结构或功能的改变,细胞膜流动性增加、膜通透性增高,同时伴有细胞内镁离子的丢失,从而引起血管内皮细胞功能及结构的损害,而血管内皮细胞结构和功能的完整对维持机体正常生理和新陈代谢等方面均有重要意义。CGRP对血管内皮细胞具有减少损伤和保护作用,它可明显降低缺氧时血管内皮细胞的膜流动性和作为细胞膜损伤标志的铬释放率,且呈现出一种浓度效应关系,以1×10 -8  mol/L CGRP对内皮细胞缺氧损伤的保护效应最好 [15]  。CGRP还对培养的血管内皮细胞具有缺氧再给氧抗脂质过氧化作用 [16]  ,也可作为一种局部因子刺激血管内皮细胞的增殖,促进内皮细胞的生长和内皮向受损血管壁迁移,这种迁移标志着血管修复的开始。

 11 促进神经营养因子合成

    CGRP可能是神经元与神经胶质细胞间作用的一种调质,CGRP与胶质细胞上的受体结合,刺激膜上的cAMP合成增多,进而激活c-fos基因的表达,进一步促进胶质细胞GFAP的合成。胶质细胞还能形成或分泌NGF,促轴突因子等多种神经营养因子,这些因子在神经修复过程中起重要作用。

    综上所述CGRP对缺血脑组织有显著的保护作用。但是有些详细的保护途径目前还不能定论,有待于进一步研究。如CGRP扩张血管的机制、抗凋亡机制、脑保护作用的最佳剂量、对一些神经营养因子(如HSP、bFGF、PDGF)的影响。特别是近年来最热门的神经干细胞的研究。目前已发现成人脑组织内存在神经干细胞,这些干细胞受到损伤刺激后可向神经细胞分化。那么CGRP能否促进神经干细胞的分化,从而促进损伤的脑组织修复,非常值得去深入研究。 

  参考文献

    1 王福庄,丁爱石,陈嘉,等.降钙素基因相关肽对脑缺血大鼠脑血流的影响.中国病理生理杂志,1994,10(5):473-476.

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 4 姚存姗,盂晓落,伍期专,等.降钙素基因相关肽对鼠局灶性脑梗死的预防和保护作用.临床神经病学杂志,2002,15(4):193-195.

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    11 张璐,沈霞,崔桂云,等.降钙素基因相关肽对大鼠全脑缺血再灌注后海马CA1区活化蛋白—1DNA结合活性的影响.徐州医学院学报,2003,23(1):13-16.

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  15 俞世强,任而望,汪钢,等.降钙素基因相关肤对缺氧状态下培养的血管内皮细胞的影响.第四军医大学学报,2000,21(5):630.

  16 任雨笙,吴宗贵,俞世强,等.降钙素基因相关肽对培养的内皮细胞缺氧再给氧的影响.中国病理生理杂志,2001,17(2):101-103.   

  作者单位:1 133000吉林延吉延边大学医学院附属医院神经内科
   
      2 延边大学医学医院中医教研室 

  (收稿日期:2004-04-15) (编辑子 善)

作者: 崔京男崔海月姜美子 2005-10-6
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