腺苷A2a受體、caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病

曲艷杰(綜述)，王冬梅(審校)

(包頭市第四醫院兒科，內蒙古 包頭 014030)

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腺苷A2a受體、caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病

曲艷杰△(綜述)，王冬梅※(審校)

(包頭市第四醫院兒科，內蒙古 包頭 014030)

摘要：腺苷是一種重要的神經遞質，其受體共分為A1、A2a、A2b、A3四種類型，其中A2a 受體在中樞神經系統的紋狀體、海馬區和皮質區分布較多。當缺氧缺血性腦損傷發生后，大量的腺苷A2a受體數量增加，其與腺苷結合后，引起興奮性神經遞質及中樞炎性因子的釋放增加，最終引起神經元細胞的死亡或凋亡。而胱天蛋白酶(caspase)3在缺氧缺血性神經元凋亡過程中也發揮了非常重要的作用。該文就腺苷A2a受體、caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病的相關發病機制進行綜述。

關鍵詞：新生兒缺氧缺血性腦病；缺氧缺血性腦損傷；腺苷A2a受體；胱天蛋白酶3

新生兒缺氧缺血性腦病是引起新生兒期死亡和留有后遺癥的主要因素，它是由各種圍生期危險因素所致的缺氧缺血性腦損傷，包括特征性的神經病理及病理生理過程，并在臨床上出現一系列腦病的表現，部分患兒可留有不同程度的神經系統后遺癥[1]。隨著近些年來新生兒急救復蘇技術的不斷提高，目前世界范圍內新生兒缺氧缺血性腦病的發病率在逐年上升[2]，現已成為危及嬰幼兒生存質量的非常重要的疾病之一,但目前其發病機制尚不完全明確，故治療手段亦有限。目前，在其發病過程中，興奮性氨基酸的神經毒性作用及炎性因子的作用越來越受到重視。現就腺苷A2a受體、胱天蛋白酶(caspase)-3與新生兒缺氧缺血性腦病的相關發病機制進行綜述。

1腺苷A2a受體

1.1腺苷腺苷在神經系統中分布較廣，作為一種重要的神經遞質，發揮著非常重要的生理作用。調節腺苷有兩種途徑：①當腦組織缺氧缺血發生時，腦細胞能量代謝加快，在神經元細胞內，大量腺苷三磷酸迅速水解，其水解產物(腺苷二磷酸、腺苷一磷酸、腺苷、肌酐及次黃嘌呤)明顯增加，神經膠質細胞同時會將腺嘌呤核苷酸運送到神經元細胞外，從而使細胞外的腺苷水平急劇升高[3]；②神經元細胞突觸通過調節腺苷脫氨酶刺激星形膠質細胞釋放腺苷，而大量的腺苷與腺苷受體結合，發揮著各種不同的生理作用[4]。有研究證明，腺苷受體分為A1、A2a、A2b、A3四種亞型，且在中樞神經系統的紋狀體、海馬區和皮質區，A1受體、A2a受體分布較多[5-6]。已有文獻報道，大腦紋狀體在缺氧缺血性損傷后，神經元細胞功能損害程度與腺苷A2a受體的分布程度密切相關[7]。研究顯示，抑制A2a受體后表現為明顯的神經保護作用，這種保護作用表現為限制谷氨酸興奮性毒性作用和阻礙中樞炎性因子的釋放[8]。腺苷A2a受體的相對分子質量為45 000,含有410個與犬、大鼠、小鼠和人具有高度同源性的氨基酸序列，是一種刺激型G蛋白偶聯受體，主要位于神經元的突觸后膜。當缺氧缺血性腦損傷發生時，一方面，大量的腺苷與腺苷受體結合，通過刺激型G蛋白刺激細胞因子的釋放，從而增加環腺苷酸濃度，促進鈣離子內流，從而使突觸前膜的興奮性神經遞質谷氨酸釋放增加，而大量的谷氨酸堆積使神經元細胞的興奮毒性增加，最終引起缺氧缺血區神經細胞死亡或凋亡，從而發揮神經調節作用[8-9]；另一方面,A2a受體通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路，使p38MAPK、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)活化，從而使p38MAPK激活、JNK磷酸化，促進自由基、細胞因子和前列腺素等炎性因子釋放增加，最終導致腦細胞凋亡[9-10]。

1.2腺苷A2a受體的神經保護作用腺苷A2a受體在成年鼠缺氧缺血性腦損傷中有很重要的神經保護作用，腺苷A2a受體拮抗劑可以對抗成年鼠缺氧缺血性腦損傷引起的神經元凋亡。Li等[11]研究發現，剔除大鼠A2a受體基因能明顯減輕因急性腦損傷所致的神經元凋亡,由此推斷，腺苷A2a受體在調控缺氧缺血性腦損傷的神經細胞凋亡過程中發揮著非常重要的作用,但相關的機制目前還不十分明確。已有研究證明，腺苷A2a受體缺失產生的缺血性神經保護功能可能與激活A1受體功能，并上調谷氨酸轉運蛋白1表達，增加了向細胞內轉運谷氨酸能力，最終減輕了由大量谷氨酸堆積介導的興奮性毒性損傷相關[12]。同時，研究還發現，剔除A2a受體后，可通過促進早期JNK磷酸化的持續激活而加重新生小鼠缺血缺氧性腦損傷的神經細胞凋亡及加重腦損害的過程[13]。成年大鼠大腦中動脈缺血后,應用選擇性A2a受體拮抗劑可以抑制p38MAPK活性及JNK磷酸化,從而降低前炎性因子釋放,抗炎因子的表達增加,最終減輕腦損傷程度，發揮中樞保護作用[14]。剔除腺苷A2a受體基因可加重慢性低灌注白質的損傷，促使白質區域炎性因子產生增多，這也表明A2a受體基因對缺氧缺血性腦損傷具有非常重要的影響作用[15]。目前，腺苷A2a受體已被證實與癲癇、亨廷頓病、帕金森綜合征、阿爾茨海默病及抑郁癥等多種神經精神疾病相關聯[16]。而A2a受體非選擇性受體拮抗劑(如咖啡因和茶堿)已經被廣泛應用于一些神經精神疾病的輔助治療。腺苷A2a受體拮抗劑和A2a受體基因剔除后均具有明顯的減輕缺氧缺血后腦損傷的作用。婁普等[17]建立小鼠局灶性腦缺血再灌注模型后發現，剔除A2a受體基因后能夠明顯減輕小鼠肢體活動障礙和膠質瘢痕形成，可能具有促進后期神經再生的作用，這也是缺血性腦損傷的一個治療新途徑。所以，對于新生兒缺氧缺血性腦病來說，A2a受體拮抗劑作為臨床治療新方法應該具有很光明的前景。

2Caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病

2.1Caspase-3與細胞凋亡缺氧缺血性腦損傷引發的腦細胞死亡有兩種形式，即壞死和凋亡，大部分輕度腦損傷以凋亡為表達形式。研究表明，腦缺氧缺血后神經細胞凋亡由caspase介導,且caspase參與了缺氧缺血性神經元損傷的病理過程,在缺氧缺血性神經元死亡中發揮了重要作用[18]。caspase家族是一種半胱氨酸蛋白酶，當其被活化后可促進蛋白質的降解，參與細胞凋亡過程，故也被命名為caspase凋亡家族。caspase家族分為caspase-1～caspase-11共11種酶，參與細胞凋亡的caspase包括caspase-2、caspase-3、caspase-6、caspase-7、caspase-8和caspase-9。caspase-3是在1994年被研究發現，并于1996年被命名，其共含有277個氨基酸殘基，相對分子質量為32 000；caspase-3是各種細胞凋亡過程中的關鍵酶，既能接受凋亡信號,成為凋亡的執行者,又是凋亡效應器,是凋亡發生過程中所需要的一種重要蛋白酶,同時也是凋亡發生的標志酶[19]。通常caspase-3分布于哺乳動物的各種組織和細胞內，是以caspase-3酶原方式表達，此時是沒有活性的。caspase-3在活化過程中從Asp28～Ser29和Asp175～Ser176兩處被剪切，形成p17(29～175)和p10(182～277)兩個活性片段，成為有活性的酶；活化的caspase-3主要通過酶解切割其特異性底物,使底物的結構改變或影響特定的信號分子而參與細胞凋亡過程；caspase-3要求切割位點易斷端必須為天冬氨酸，且caspase-3的底物有多種，最關鍵的是 116 000 的多腺苷二磷酸核糖聚合酶 (poly ADP-ribose polymerase，PARP)，參與修復和監測DNA[20]。當凋亡信號發出時，PARP被caspase-3于Asp216、Gly217兩個位點剪切為兩個片段，分別為31 000和85 000，從而使PARP兩個鋅指結構與C端的催化區域分開，不能與DNA正常結合，失去原有功效。由于鈣離子/鎂離子依賴性核酸內切酶是受PARP負調節的酶，故當PARP失去功能后，鈣離子/鎂離子依賴性核酸內切酶的活性驟然大增，加速核小體間DNA的裂解，最終導致細胞凋亡。另外，還有參與DNA修復的DNA依賴性蛋白激酶、參與信使RNA裂解的U1-70K、參與類固醇生物合成的類固醇調節元件結合蛋白及參與細胞骨架重構的鳥苷三磷酸酶Rho家族的鳥苷二磷酸分離抑制劑D 4-GDI和異核核糖核蛋白C1和C2等。

2.2caspase-3與新生兒缺氧缺血性腦病Harrison等[21]實驗研究表明，成年大鼠大腦中動脈持久性腦缺血缺氧后患側腦組織中caspase-3信使RNA水平明顯增高。而早在1998年Ni等[22]就提出,caspase-3信使RNA在鼠的胚胎期和新生鼠的大腦中有較高水平表達，且均以未活化的caspase-3形式存在，但在成年鼠的表達水平卻很低。Wang等[23]的實驗更加證實了新生小鼠在缺氧缺血性腦損傷后大腦皮質caspase-3活性顯著升高。Cheng等[24]發現，缺氧缺血性腦損傷后2 h，損傷側腦組織中caspase-3活性即顯著增高,而非損傷側始終無改變；當繼續給予caspase-3活性抑制劑后，損傷側神經元細胞病死率明顯減輕，由此推斷，在缺氧缺血性腦損傷致神經元細胞死亡過程中caspase-3發揮了不可忽視的作用，抑制caspase-3的活性對于腦損傷的治療具有重大意義。目前，caspase-3活性抑制劑已被證明具有抑制小鼠缺氧缺血性腦損傷后神經元細胞的凋亡、降低腦細胞水腫程度及加快腦損傷后神經元功能恢復的功能[21]，并已被廣泛應用于動物實驗模型中。由此推測，caspase-3抑制劑應用于新生兒缺氧缺血性腦病的治療過程中，亦應該具有明顯效果。

3小結

在醫學技術快速發展的今天，隨著新生兒窒息復蘇成功率的不斷上升，新生兒缺氧缺血性腦病的發病率亦逐年增高，其治療更顯重要。在腺苷A2a受體拮抗劑和caspase-3抑制劑廣泛應用于動物實驗的同時，人們對兩者在新生兒缺氧缺血性腦病的治療方面抱有了更大的期望。如果這種治療新途徑能夠合理應用于臨床，無疑可以避免和減輕缺氧缺血性腦病患兒的后遺癥，降低新生兒期致殘率，很大程度上提高缺氧缺血性腦病患兒的生存質量和生活質量。

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Adenosine A2a Receptors,Caspase-3 and Neonatal Hypoxic Ischemic EncephalopathyQUYan-jie，WANGDong-mei.(PediatricDepartment,BaotouFourthHospital，Baotou014030，China)

Abstract：Adenosine is an important neurotransmitter,the receptors of which consist of A1,A2a,A2b,A3 four types,and A2a receptors are more distributed in the central nervous system of the striatum,hippocampus and cortex.After the hypoxic ischemic brain damage,a number of adenosine A2a receptors increase,which then combine with adenosine,inducing the increase of excitatory neurotransmitter and central inflammatory factors release,ultimately causing neuronal cell death or apoptosis.Caspase-3 also plays a very important role in ischemic neuronal apoptosis in hypoxia.Here is to make an elaboration on the associated pathogenesis of adenosine A2a receptor,caspase-3 in neonatal hypoxic ischemic encephalopathy.

Key words：Neonatal hypoxic ischemic encephalopathy； Hypoxic ischemic brain damage； Adenosine A2a receptor； Caspase-3

收稿日期：2015-01-30修回日期：2015-03-21編輯：鄭雪

基金項目：內蒙古自治區衛生和計劃生育委員會科研A類一等項目(201301083)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.021

中圖分類號：R72

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)13-2359-03