顱腦創傷并發應激性潰瘍中Ghrelin保護作用的研究進展

嚴貴忠，王登峰，侯博儒，任海軍

730030 甘肅，蘭州大學第二醫院神經外科

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·綜述·

顱腦創傷并發應激性潰瘍中Ghrelin保護作用的研究進展

嚴貴忠，王登峰，侯博儒，任海軍

730030 甘肅，蘭州大學第二醫院神經外科

【摘要】顱腦創傷(TBI)是一種嚴重而又復雜的創傷，不僅中樞神經系統發生原發性損傷，機體內環境紊亂引發的全身臟器功能障礙也是影響患者預后的重要因素。應激性潰瘍的發生是顱腦創傷后常見的并發癥之一，胃腸道黏膜破壞時腸內細菌和毒素發生移位，誘發機體發生嚴重的全身炎癥反應，嚴重者可導致全身炎癥反應綜合征，最終發生多臟器功能衰竭。因此，對于顱腦創傷患者的治療，不僅要控制神經系統原發性損傷，還要關注并發癥的防治。Ghrelin是一種具有多種生物學功能的腦腸肽，不僅能在顱腦創傷后保護神經，還可以緩解顱腦創傷誘發的胃腸道功能障礙。因此Ghrelin有可能是未來臨床治療顱腦創傷的重要方法之一。

【關鍵詞】顱腦創傷； 應激性潰瘍； Ghrelin

Ghrelin是一種含有28個氨基酸的多肽，主要由胃底細胞合成，但是也在其他一些組織中表達。1999年日本科學家首次在大鼠胃黏膜和下丘腦中發現了Ghrelin，并確定其為生長激素促分泌素受體(GHSR)的內源性配體[1]。血漿中Ghrelin以兩種形式存在，即辛酰化和非辛酰化，前者在N端第3位絲氨酸上添加了辛酰基，具有重要的生物學功能。辛酰化的Ghrelin能夠識別生長激素促分泌激素受體1a(GHS-R1a)，并調節生長激素的釋放。目前已經認識到的Ghrelin功能包括調節攝食和代謝[2]；在饑餓狀態下，Ghrelin通過下丘腦信號通路，增加攝食和貯存能量；Ghrelin還參與大腦的獎賞和動機系統[3]、學習和記憶及應激反應[4]。最近的研究表明，Ghrelin能夠緩解由于下丘腦-垂體-腎上腺軸對應激的反應[5]。

GHSR是典型的G蛋白偶聯七跨膜受體，有1a和1b兩種類型，具有生物學作用的主要是GHSR1a型[6]。GHSR1a在大腦中廣泛表達，包括弓狀核、海馬CA2、CA3、齒狀核、腹側被蓋區、黑質致密部(黑質致密部)、中縫背等。Ghrelin與受體結合后，通過磷脂酶/蛋白激酶C/三磷酸肌醇(PLC/PKC/IP3)信號通路，使細胞內IP3依賴的鈣釋放，同時細胞外鈣離子進入胞內，并激活下游的應答反應。Ghrelin自身可以通過血腦屏障并與腦內存在的受體結合，發揮其生物學功能。現在的研究證明，Ghrelin還在保護神經和其他的一些疾病中起重要作用。

1Ghrelin神經保護作用

TBI引起神經細胞死亡的形式包括細胞凋亡、壞死及自噬。TBI后繼發顱內壓升高，使神經細胞發生缺血低氧，促凋亡基因被激活，促凋亡蛋白Bax激活，抗凋亡蛋白Bcl-2抑制。當Bax被激活時，線粒體釋放的細胞色素c與Apaf-1相互作用，使Apaf-1與pro-caspase-9形成復合體，激活caspase-9和caspase-3。Spencer等[7]研究表明，Ghrelin通過激活ERK1/2、絲裂原活化蛋白激酶、蛋白激酶A(PKA)、蛋白激酶C(PKC)、磷酯酰肌醇3-激酶(PI3K)通路抑制細胞凋亡。這些通路中Bax被抑制，使Bcl-2/Bax比例升高，抑制凋亡，提高了細胞的存活。Ghrelin還以通過上調解偶聯蛋白-2(UCP-2)，解偶聯蛋白的上調可以緩沖產生的活性氧，保護細胞免受氧化應激損傷而抑制凋亡。但是目前尚無關于Ghrelin參與細胞壞死和自噬過程的報道。Qi等[8]發現，Ghrelin治療TBI動物試驗中，大腦皮層中UCP-2表達的上調，不僅能減小損傷面積，而且能減輕腦水腫的程度；而Ghrelin拮抗劑Genipin可以抵消這種保護作用；切除迷走神經后，Ghrelin的神經保護作用也被抵消。因此認為，Ghrelin在TBI后發揮神經細胞保護作用是通過上調UCP-2機制實現的，但是這一過程依賴于完整的迷走神經系統。

TBI誘導大腦炎癥反應過程中，涉及很多的調節因子，包括殘留小膠質細胞的激活、白細胞的浸潤、損傷部位促炎因子和趨化因子的釋放。浸潤的白細胞主要是中性粒細胞和炎性單核細胞，是TBI后腦水腫和神經元損傷的主要因素。Lee等[9]使用Ghrelin治療TBI后,能使局部白細胞的浸潤減少2～8倍,并能提高生存率和改善神經功能障礙。Lopez等[10]已經證明，Ghrelin可以上調UCP-2，使TBI中神經細胞線粒體的結構和功能維持穩定，原位末端轉移酶標記技術(TUNEL)檢測發現損傷區域凋亡細胞數量減少，并且檢測到caspase-3水平降低；同時發現，TBI后腦血管的通透性較假手術組增加3倍，Ghrelin治療能夠維持血管的通透性，保護血腦屏障的完整性，對減輕TBI后腦水腫的發生意義重大。后來的研究證明[11]，TBI后血管通透性增加與炎癥因子TNF-α、IL-6的釋放及水通道蛋白-4高表達有關。Ghrelin能夠保護血腦屏障的完整性，與抑制炎癥反應、降低水通道蛋白-4有關；同時在Ghrelin治療后，神經損傷標志物S100B的水平也恢復至正常水平。

2Ghrelin消化道保護作用

研究觀察到TBI引起的上消化道應激性潰瘍也能被Ghrelin改善，使胃腸道黏膜屏障及絨毛結構能保持完整性。這種保護作用的機制可能與抗凋亡、抗炎作用有關。Ghrelin自身可以通過血腦屏障，TBI后血腦屏障破壞，使Ghrelin進入腦內更加容易，故Ghrelin可以作用于腦內下丘腦、黑質、垂體、海馬及其他區域受體，調節神經內分泌軸例如下丘腦-垂體-腎上腺(HPA) 軸下丘腦-垂體-性腺(HPG) 軸活性而參與應激反應[5]。

TBI后消化道黏膜屏障的破壞使胃腸道的通透性增加，導致腸內菌群毒素移位，誘發全身炎癥反應。Bansal等[12]為研究Ghrelin在TBI小鼠胃腸中的保護作用，對比假手術組、顱腦創傷組、顱腦創傷/Ghrelin治療組發現，與顱腦創傷組比較，Ghrelin能夠降低胃腸道黏膜的通透性，保護黏膜的完整性，并使緊密連接蛋白肌球蛋白輕鏈激酶水平維持在假手術組水平；同時，Ghrelin也能抑制TNF-α的釋放。Ghrelin的保護作用可能與作用于中樞神經系統、調節內分泌的改變或通過與單核細胞和T細胞上的受體結合直接發揮抗炎作用相關。

在應激性胃黏膜損傷的模型中，分別給予不同劑量的Ghrelin后，可以改變胃酸和胃蛋白酶的分泌。Ghrelin可以改變胃酸的分泌，可能與Ghrelin影響血清內胃泌素的水平有關，使用不同劑量的Ghrelin治療胃黏膜損傷模型時，胃泌素升高的水平不同。試驗發現，應激條件下，胃黏膜內Ghrelin mRNA的表達升高，緊接著血清內Ghrelin的水平也有所升高。內源性Ghrelin可能限制了應激相關性胃黏膜的損傷，可以視為保護胃黏膜完整性的肽類物質。應激條件下，Ghrelin通過調節多種保護因子的表達，保護胃腸道的功能。Brzozowski等[13]在應激性動物實驗模型中發現，接受腹腔注射Ghrelin后，能夠上調結構性一氧化氮合酶(cNOS)mRNA在胃腸道黏膜內的表達，而并沒有檢測到誘導型一氧化氮合酶(iNOS)mRNA的變化。因此認為在應激環境下，Ghrelin可以通過上調cNOS而不是iNOS產生大量的一氧化氮(NO)，同時也說明了Ghrelin對胃黏膜的保護作用與調節NO有關。前列腺素在保護胃黏膜完整性中的作用已經得到大家的認可。研究表明，Ghrelin保護應激相關胃黏膜的過程中，通過調節環氧合酶(COX)通路中前列腺素的表達發揮著重要作用，非選擇性COX抑制劑能夠抵抗Ghrelin對胃黏膜的保護和血管擴張作用[14]。

Zhang等[15]發現Ghrelin能使迷走神經背核處的神經細胞再生和增殖，Ghrelin可能通過迷走神經發揮胃腸道保護作用。另外，乙酰膽堿可以提高血清內Ghrelin的水平，進一步說明迷走神經參與了Ghrelin對消化系統的調節作用。Bansal等[16]通過刺激TBI小鼠的迷走神經，發現刺激迷走神經后小鼠血清內TNF-α水平下降，而Ghrelin水平明顯上升；同時在胃、腸、腦、肺及肝組織內也檢測到了高表達的Ghrelin，但是胃內Ghrelin的表達水平是最高的。內臟感覺神經在Ghrelin發揮胃腸道保護作用中也扮演重要的作用。研究表明，辣椒素誘導內臟感覺神經元失活后，可以明顯地削弱Ghrelin的保護作用，使胃黏膜內的血流量明顯減少。另外，使用源于內臟感覺神經的分泌性物質降鈣素基因相關肽替代治療，可以恢復外周或中樞神經系統內Ghrelin的保護作用和胃黏膜充血的效果。因此認為，這種降鈣素基因相關肽是參與改善微循環的重要物質，也是Ghrelin發揮胃腸道保護作用中的重要因子[17]。Wu等[18]發現，Ghrelin可以作用于腦內GHSR1a，調節迷走神經的活性，降低血清內高遷移率族蛋白1(HMGB-1)的水平，緩解胃腸黏膜屏障的通透性。

綜上所述，在應激條件下，Ghrelin對消化系統的保護作用依賴于迷走神經和內臟感覺神經結構和功能的完整，通過調節NOS、降鈣素基因相關肽及環氧化酶-前列腺素系統等通路，改善胃黏膜的血供。同時，最新的研究表明，Ghrelin不僅可以通過中樞神經系統的受體，還可以直接作用于胃黏膜內相關受體，調節炎癥因子的釋放、抑制細胞凋亡而保護胃黏膜。

3Ghrelin臨床應用

Ghrelin的使用能使GHSR1a的數量上調[19]，因此在治療期間，需要根據Ghrelin對受體的敏感性調整藥物用量。但是，Ghrelin的半衰期只有20～30min[20]，如果腦創傷后單次劑量使用，也許只能對早期的細胞凋亡和炎癥反應有作用，而對繼發性損傷沒有太大的意義。因此，長期Ghrelin的使用似乎是腦創傷后最好的選擇。但是Ghrelin長期使用的不良反應需要認真考慮。谷氨酸能神經傳遞是Ghrelin對中腦邊緣系統多巴胺獎賞通路、記憶形成所必需的[21-22]，但是過量的谷氨酸存在明顯的興奮性毒性，這在腦創傷后表現地尤為突出。在全身性使用Ghrelin時還需要評估長期使用對機體內環境改變的影響。因為外源性的辛酰化Ghrelin作用于GHSR1a后能表現出多種生物學作用，如刺激食欲，增加攝食導致體重增加。對一般人群來說，這可能是需要避免的問題，但是腦創傷患者卻能從中獲益，腦創傷由于患者長期進食障礙、消化道功能障礙，致使營養不良、體重減輕等影響預后不良。而非辛酰化Ghrelin不作用于GHSR1a，不會出現類似的代謝效應，但體外試驗證明腦創傷后非辛酰化Ghrelin同樣具有神經保護作用[23]，對改善預后也有重要的意義。

Ghrelin治療TBI動物模型已經取得了長足的進展，并且在不同的神經損傷模型中，Ghrelin也表現出了神經保護、穩定內環境的作用。確實，Ghrelin在提高細胞存活、減小損傷區域及改善神經功能缺失方面效果顯著。隨著對腦腸軸研究的深入，TBI致應激性潰瘍的預防和治療理念也將發生改變，Ghrelin作為一種腦腸肽，不僅能治療TBI原發性損傷，通過腦腸軸調節對消化系統的控制，還可以直接作用于消化系統，改善消化系統局部的功能。但是，Ghrelin是否參與了TBI后神經細胞和胃黏膜細胞壞死和自噬過程，仍需要進一步的研究。

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(本文編輯： 黃小英)

The role of Ghrelin in preventing stress ulcer after traumatic brain injury

YANGui-zhong,WANGDeng-feng,HOUBo-ru,RENHai-jun

(Department of Neurosurgery，Second Hospital of Lanzhou University,Lanzhou730030,China)

【Abstract】Traumatic brain injury (TBI) is a serious and complex trauma, which is known to injury the central nervous system directly and cause several secondary effects,resulting in peripheral organs dysfunction. The close relationship between brain injury and subsequent intestinal mucosal injury has been recognized. This pathologic course may not only influence the intestinal itself but also impair the remote organs,leading to systemic inflammatory response syndrome and multiple-organ dysfunction syndrome. The treatment of TBI should focus on the control of primary nerve injury as well as the prevention of complications. Ghrelin,a gastrointestinal peptide with a major role in regulating feeding and metabolism,has recently been investigated for its neuroprotective effects and ameliorating intestinal barrier dysfunction,which suggest Ghrelin treatment may be a useful intervention after TBI in clinic.

【Key words】brain injury; stress ulcer; Ghrelin

文章編號：1009-4237(2016)03-0179-03

基金項目：甘肅省自然科學基金(145RJZA146)

通訊作者：任海軍，E-mail：renhaijunldey@163.com

【中圖分類號】R 651.1; R 573.1

【文獻標識碼】A【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2016.03.018

(收稿日期：2015-04-25； 修回日期： 2015-07-01)