細胞基質衍生因子-1α在腦梗死中作用的研究進展

陳思瑩，段淑榮

急性缺血性卒中作為臨床危重癥之一，發病有復雜的病理基礎，除超急性期溶栓治療外，目前還沒有其他特別有效的方法[1]。近年來研究表明，信號轉導通路在缺血性腦血管病中發揮重要作用，在眾多信號轉導通路中，趨化因子細胞基質衍生因子-1α（stromal derived factor-1α，SDF-1α）及其受體在大鼠缺血腦梗死模型中表達含量增高，在腦梗死后新生血管形成中起著重要作用[2]。此外，陸續研究發現，除了影響血管形成，SDF-1α及其受體還影響腦梗死后內源性神經干細胞的增殖、遷移，以及影響炎癥反應。本綜述將詳細闡述SDF-1α及其受體在缺血性腦血管病中的作用。

1 概述

1.1 細胞基質衍生因子-1α SDF-1α，又稱為趨化因子CXCL12（C-X-C chemokine ligand 12，CXCL12），或前B細胞生長刺激因子（pre-B-cell growth factor，PBSF），屬于趨化因子蛋白CXC亞家族，是由6～8個氨基酸構成的小分子蛋白[3]。它廣泛地表達于多種器官與組織，如骨髓、腦、心臟、肺、肝等，可由血管內皮細胞、骨細胞或間質成纖維細胞持續性分泌[4]，在體內穩定表達[5]。SDF-1α可以通過磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3，P13）/絲氨酸/蘇氨酸激酶（serine/threoninekinase，AKT）、蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）1/2等途徑調節細胞趨化、細胞增殖[6-7]，在內皮祖細胞的動員和歸巢上起著重要作用[8]。SDF-1α與血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達存在相互促進的作用[9]，此外，腦組織缺血缺氧時，缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）也可以誘導SDF-1α在缺血組織中表達增高[10]。

1.2 趨化因子CXC受體4 趨化因子CXC4受體（C-X-C chemokine receptor type 4，CXCR4）最開始被命名為萊斯特（LESTER）或融合素（fusin），是在嗜T細胞病毒人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）-1、HIV-2攻擊CD4陽性T細胞時作為主要輔助受體被識別。一直以來CXCR4都被認為是SDF-1α的唯一特異性受體，它由352個氨基酸組成，是具有高度保守的七次跨膜結構的G蛋白偶聯受體（G-protein-coupled receptor，GPCR）。CXCR4廣泛地表達于神經系統或免疫系統。CXCR4陽性神經元在腦內多個部位表達，包括大腦皮層、蒼白球、尾狀核、豆狀核、視上核、室旁核、中縫背側、小腦等[11]。CXCR4與SDF-1α特異性結合發揮多種生物學效應：介導炎癥和免疫反應、血細胞生成、血管形成、胚胎發育、艾滋病毒感染、器官發生、惡性腫瘤轉移、干細胞移植和歸巢等[12-13]。CXCR4可以刺激神經元突觸釋放谷氨酸及氨基丁酸，此外，還可以通過增加鈣離子流促進突觸后膜電壓門控鉀通道整流，后者與神經元存活相關。

1.3 趨化因子CXC受體7 CXCR7最初是從犬的甲狀腺反向轉錄脫氧核糖核酸（complementary deoxyribonucleic acid，cDNA）庫中克隆來的，稱為狗受體基因1（Receptor Dog cDNA1，ROC1），也成為趨化因子孤立受體（chemokine orphan receptor 1，CMKOR1）。系統研究表明，CXCR7與CXCR4在氨基酸序列上有31%的同源性，并且與SDF-1α結合可以產生信號轉導級聯反應[14]，從而被認為是SDF-1α的第二受體，命名為CXCR7，其可以表達于血管內皮細胞、腦源性神經細胞、免疫細胞、多種腫瘤細胞等。研究認為，CXCR7是通過CXCR4對SDF-1α進行信號轉導的[15]，它可以協同CXCR4增強SDF-1α介導的信號轉導作用，提高細胞的增殖、黏附和遷移能力[16]。

2 SDF-1α-CXCR4/CXCR7對腦梗死后新生血管形成的影響

動物實驗顯示，SD大鼠腦梗死后，缺血半暗帶區SDF-1α、CXCR4表達增高，激活SDF-1α-CXCR4信號轉導通路，募集大量血管生成因子到缺血組織，從而促進腦新生血管形成[2]。SDF-1α通過CXCR4依賴的平滑肌祖細胞募集從而修復受損血管，SDF-1α與其受體結合可以發揮動員血管內皮干細胞歸巢的作用，后者參與腦缺血后新生血管的形成，在血管修復中其重要作用[17]。申明琪等通過小鼠動物實驗研究表明，骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cell，BMSC）具有向缺血缺氧腦組織遷移的能力[18]，腦梗死后，受損的內皮細胞分泌SDF-1α促進CXCR4陽性BMSC遷移至受損血管，促進血管生成[19-20]。腦梗死后，HIF-1α在梗死的腦組織表達增高，作用于靶基因SDF-1α及VEGF等，而后兩者均可促進新生血管的形成以及促進內源性神經干細胞（neural stem cell，NSC）的增殖、遷移。

3 SDF-1α-CXCR4/CXCR7對腦梗死后內源性神經干細胞的影響

既往研究證實，SDF-1α及其趨化因子受體CXCR4在誘導細胞的遷移中發揮重要作用[21-22]。SDF-1α-CXCR4軸可以調節A9-A10多巴胺等神經元的定位及遷移[23]。SDF-1α能通過CXCR4上調下丘腦的神經內分泌細胞即促性腺激素釋放激素調節神經元的遷移率，在哺乳動物的繁殖階段起著重要作用。研究表明，SDF-1α可以調節內源性神經干細胞的遷移、歸巢[24]。在腦組織缺血時，SDF-1α可以上調室管膜下區（subventricular zone，SVZ）NSC的增殖，此外，還能上調表皮生長因子（epidermal growth factor，EGRF）及整合素α6的表達，從而刺激SVZ的NSC向嗅球、梗死區遷移[25]。SDF-1α與其受體CXCR4、CXCR7結合，其中，NSC的增殖、遷移通過結合CXCR4來調節，而結合CXCR7可以促進細胞成活[26]。牟臨杰等通過體外試驗表明，SDF-1α-CXCR4對NSC的趨化性隨濃度的增大而增高，并且證實了該趨化軸對NSC趨化遷移的特異性[27]。

4 SDF-1α-CXCR4/CXCR7對腦梗死后炎癥反應的影響

既往SDF-1α-CXCR4通路在腦損傷后的研究重點是其誘導干細胞遷移修復損傷組織的作用，而忽略了其誘導炎性細胞的作用[28]。龐宏剛等研究表明，SDF-1α及其受體CXCR4在彌漫性軸索損害的大鼠皮層腦組織明顯高表達，并且抑制SDF-1α-CXCR4通路可以顯著降低外周炎性細胞的浸潤以及相關蛋白的表達，在彌漫性軸索損傷中發揮重要作用[29]。既往研究表明，SDF-1α-CXCR4信號傳導通路與組織損傷后的中性粒細胞遷移至損傷部位密切相關[30]，病理狀態下中性粒細胞能釋放基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinases-9，MMP-9），后者可以導致正常腦組織結構破壞[31]。在腦缺血研究中發現，高遷移率族蛋白1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）可以顯著地誘導缺血后腦組織中炎性細胞的浸潤以及MMP-9的表達升高[32]，而已有研究證實，HMGB1是SDF-1α-CXCR4通路中一個重要的環節，其能與SDF-1α形成復合體從而與CXCR4結合誘導炎性細胞的遷移，此外，HMGB1能誘導核因子NF-KB1進而激活SDF-1α表達升高[33]。腦梗死后，血腦屏障破壞，激活的星型膠質細胞、巨噬細胞、少突膠質細胞入侵，分泌SDF-1α等炎癥因子，發揮促進炎癥反應作用[34]。然而，SDF-1α除了能促進炎癥反應以外，還有研究發現，SDF-1α能抑制腦缺血區內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）反應，從而抑制炎癥反應的發生[35-36]。綜上所述，SDF-1α對腦缺血缺氧后的炎癥反應可能起著雙向作用，具體機制還需要進一步研究。

綜上所述，SDF-1α通過與其受體結合在腦梗死后血管修復、神經保護、內源性神經干細胞增殖與遷移等方面發揮重要作用。由于SDF-1α有許多生物學作用，越來越多的研究也致力于將此趨化因子作為治療中樞神經系統疾病的新的治療策略。相信通過學者們的不斷努力，未來SDF-1α及其受體在腦梗死的治療中也會有一席一地。

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