PPARs介導脊髓損傷修復的研究進展*

林敬銓，　童　亮，　高夢丹，　張金一，　劉學紅

(紹興文理學院醫學院，浙江 紹興 312000)

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PPARs介導脊髓損傷修復的研究進展*

林敬銓，童亮，高夢丹，張金一，劉學紅△

(紹興文理學院醫學院，浙江 紹興 312000)

脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)是一種嚴重的神經系統功能障礙性疾病，能導致不同程度的感覺和運動功能障礙，主要包括原發性損傷和繼發性損傷。原發性損傷是指在外力的直接作用下導致脊髓組織機械性的破壞，其傷害通常是不可逆的；繼發性損傷是指在原發性損傷的基礎上出現病理生理方面的改變從而造成損傷區域漸進性破壞，臨床上主要針對繼發性損傷采取相關治療措施。目前導致繼發性損傷機制主要包括炎癥反應、自由基形成和脂質過氧化、局部血管功能紊亂、離子失衡、興奮性谷氨酸中毒、細胞凋亡、軸突脫髓鞘、膠質瘢痕形成等[1]。過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs)是一類配體激活的轉錄因子，其活化后產生的抗炎、抗氧化、抑制線粒體功能紊亂等生物學效應在中樞神經系統退行性病變和急性損傷中起到關鍵作用[2]，其表達程度的高低與SCI的預后關系密切，成為SCI治療中的一個有效靶點。

1PPARs的分子結構與分布

PPARs于1990年首次被Issemann 等[3]報道，屬于核激素受體超家族成員之一，位于細胞核內，目前研究發現PPARs亞型有PPARα、PPARδ/β和PPARγ，其基因分別定位于人類的22、6和3號染色體上。 PPARs各亞型與其它核受體相似，由A～F六個主要的功能區組成。N端的A區和B區通常稱為A/B區，是配體非依賴性的活性功能區(AF-1)，不同亞型該區活性差異較大，其活性受磷酸化調節；C區是由2個鋅指結構模序組成的DNA結合區(DNA-binding domain，DBD)，由70個左右的氨基酸序列構成，具有高度保守性，能夠和目標基因上的PPAR反應元件(peroxisome proliferator response element，PPRE)結合；D區為鉸鏈區(hinge region，HG)，連接C區和E區；E區屬于配體結合區(ligand-binding domain， LBD)，是配體依賴的活性功能區(AF-2)，該區氨基酸序列的不同決定了各PPARs亞型對不同配體的親和力；C端的F區功能目前并不是很明確[4]，見圖1。

PPARs在生物體內廣泛分布，在肝臟、心臟、脾臟、腎臟、肌肉、脂肪組織等均有不同程度的分布[5]。在中樞神經系統，PPARα、δ/β和γ在腦和脊髓的不同區域表達程度各不相同，神經元和膠質細胞均能檢測到PPARs的表達，PPARδ/β呈廣泛性分布，而PPARα和PPARγ則表現為區域性分布[6]。

Figure 1.The structure of PPARs. A/B: ligand-independent activation function 1 (AF-1) domain; C: DNA-binding domain (DBD); D: hinge region (HG); E: ligand-binding domain (LBD) and ligand-dependent activation function 2 (AF-2) domain; F: function is not well understood.

圖1PPARs結構示意圖

2PPARs的配體及其神經保護作用

根據配體來源不同，PPARs的配體分為生理性(內源性)配體和人工合成配體。花生四烯酸的代謝衍生物8-羥基二十碳四烯酸(8S-HETE)和白三烯B4(LTB4)等是PPARα的生理性配體，PPARα的人工合成配體主要有貝特類藥物(如非諾貝特、苯扎貝特、環丙貝特和吉非貝齊等)、Wy-14643、GW2331、GW7647等；PPARδ/β的生理性配體多數為不飽和脂肪酸如花生四烯酸、亞油酸和環前列腺素等，其人工合成配體主要有GW0742、GW501516、L165041和L-783483等；PPARγ能被脂肪酸及其衍生物(如二十二碳六烯酸、花生四烯酸和亞油酸等)、前列腺素衍生物(15d-PGJ2、PGA2和PGD2等)等生理性配體激活，其人工合成配體最為廣泛應用的是用于治療2型糖尿病的噻唑烷二酮類(thiazolidinediones，TZDs)藥物(如羅格列酮、匹格列酮、環格列酮和曲格列酮等)[7-8]。

PPARs活化后能改善許多中樞神經退行性病變如阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)、帕金森病(Parkinson disease, PD)、肌萎縮側索硬化(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)和多發性硬化癥(multiple sclerosis, MS)等，和中樞神經系統急性損傷如外傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)和SCI等的病理過程，其機制主要涉以下幾個方面：促進軸突再生；抑制線粒體功能紊亂；抑制Th1和Th17細胞的分化；促進少突膠質前體細胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs)的成熟分化；極化巨噬細胞，使之從炎性的M1細胞向抗炎的M2細胞轉化[9]。

3PPARs配體調控的信號傳導通路

3.1PPRE依賴性的轉錄激活/抑制這是最經典的PPARs的調節機制，當配體未與PPARs結合時，輔助抑制因子(corepressor，CoR)和組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)通過與PPARs結合抑制靶基因的轉錄；當配體進入細胞核內與PPARs分子上的E區結合后，使得PPARs的分子構象發生變化，導致其與輔助因子的結合能力發生改變，活化的PPARs與CoR和HDACs的親和力下降，使之解離，同時激活的PPARs與類維生素X受體(retinoid X receptor，RXR)形成PPARs/RXR異源二聚體，該二聚體吸引輔助活化因子(coavtivator，CoA)與組蛋白乙酰轉移酶(histone acetyl transferases，HAT)，使得PPARs分子上的C區與目標基因啟動子上的PPRE結合，啟動目標基因的轉錄激活[10-11]，見圖2。

3.2PPRE非依賴性的抑制PPARs也可不與PPRE結合，而直接與靶蛋白結合，抑制該蛋白與其DNA反應元件的結合。PPARα能干擾平滑肌細胞中AP-1和NF-κB與其目標基因的結合，通過與p65和c-Jun蛋白的直接結合抑制血管的炎癥反應[12]。PPARγ與p65/p50蛋白的結合抑制巨噬細胞在LPS刺激下IL-12的分泌，與NFAT的結合抑制IL-2和IL-12在激活的T淋巴細胞中的分泌，通過干擾c-Jun在T細胞中的激活而作用于IFN-γ基因的啟動子[13-15]。

4PPARs與SCI

PPARs由于其在中樞神經系統的廣泛分布，其介導的生物學功能在中樞神經系統疾病的病理過程中發揮著至關重要的作用[16-19]，脊髓作為中樞神經系統的重要功能組成部分，PPARs在其損傷過程中的作用已成為目前神經科學領域研究的熱點。研究表明，當SCI發生時應用PPARs各亞型相應的配體，配體可通過與組織細胞內PPARs的結合，激活其介導的信號傳導通路，從而產生相應的生物學效應，對于SCI的病理以及病理生理過程具有一定的拮抗作用。PPARs各亞型與SCI的關系分述如下。

4.1PPARγ與SCIPPARγ是目前在SCI方面研究最多的PPARs亞型，PPARγ合成激動劑TZDs能防止SCI時的神經元損傷、運動功能失常、髓鞘丟失、神經病理性疼痛和炎癥反應[20]，PPARγ的生理性配體15-脫氧前列腺素J2(15-deoxy-Δ12,14-prostaglandin J2，15d-PGJ2)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)能減少SCI時脊髓炎癥(iNOS、TNF-α、IL-1β)和組織損傷、中性粒細胞的組織滲入、NF-κB的激活和硝基酪氨酸的表達、細胞凋亡等[21-22]，DHA還能改善體外培養的背根神經節細胞在過氧化氫刺激下的氧化應激反應。據報道，羅格列酮治療的大鼠在SCI時能促進內源性神經前體細胞(neural progenitor cells，NPCs)的增殖，減少NF-κB的表達，但卻未見明顯的內源性NPCs分化為神經元[23]。匹格列酮能減少脊髓組織星形膠質細胞和NF-κB的激活，減少炎癥介質TNF-α、IL-1β和IL-6的釋放，通過PPARγ依賴和非依賴的機制改善神經病理性疼痛[24-25]。此外，雄激素睪酮單獨或聯合一種同化激素諾龍能抵抗SCI后引起的腓腸肌中PPARγ輔助活化因子PGC-1α表達水平的下降，并使得PGC-1α蛋白更易進入細胞核，改善大鼠SCI后后肢癱瘓肌肉的萎縮和肌纖維的能量代謝[26]。然而Yan等[27]發現SCI后骨骼中高表達的PPARγ可能通過RANKL/OPG信號軸使得骨質再吸收，同時還使得骨髓間充質干細胞更多地分化為脂肪細胞而不是成骨細胞，導致骨質的丟失，因此PPARγ激動劑是否有利于SCI的預后尚存在爭議，見圖2。

4.2PPARα與SCIPPARα在SCI后扮演了重要的角色，PPARα基因敲除小鼠相比正常小鼠SCI后，炎癥反應和組織損傷更為嚴重[28]。小鼠SCI時，生理性PPARα配體十六酰胺乙醇(palmitoylethanolamide，PEA)激活PPARα產生的生物學效應與SCI時PPARγ的激活相似，亦能減少脊髓炎癥和組織損傷、中性粒細胞滲入、硝基酪氨酸形成、iNOS和促炎因子的表達、NF-κB的激活、細胞凋亡等[29]，進一步研究發現SCI后PEA的抗炎和神經保護作用不僅僅涉及PPARα，也與PPARγ和PPARδ/β有關[30]。血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)與血脊髓屏障(blood-spinal cord barrier，BSCB)有著相似的組織結構，研究發現腦部的HIV感染將導致腦血管毒性、星形膠質細胞增生和神經元丟失，PPARα激動劑非諾貝特通過抑制ERK1/2和Akt信號通路，增加緊密連接蛋白claudin-5和ZO-1的表達水平，保護HIV-1特異的Tat蛋白誘導的BBB通透性改變，同時減少星形膠質細胞增生和神經元丟失[31]。然而Almad等[32]報道，PPARα合成激動劑吉非貝齊對小鼠SCI后的運動功能和組織病理沒有改善作用。此外研究發現降血脂藥物辛伐他汀在SCI中的抗炎作用也是由PPARα介導的[33],見圖2。

Figure 2.Molecular mechanisms and biological effects of PPARs signaling pathway after SCI. (1): upon binding of a ligand to the PPARs, the receptors make a conformational change, CoR dissociation coincides with heterodimerization of the PPAR with the RXR, and transcriptional CoA is recruited along with HAT, which fires the transcription of target genes; (2): the biological effects of PPARγ activation; (3): the biological effects of PPARα activation; (4): the biological effects of PPARδ/β activation.

圖2脊髓損傷后PPARs介導的生物學作用及其分子機制示意圖

4.3PPARδ/β與SCIPPARδ/β廣泛分布于腦和脊髓，能促進離體少突膠質細胞的分化和髓鞘的形成， PPARδ/β的mRNA和蛋白質水平在SCI后明顯增加，在損傷區邊緣出現大量的PPARδ/β+的新生少突膠質細胞[34]。PPARδ/β人工合成配體GWO742預處理能顯著減少SCI體外模型時下游細胞和分子p38 MAPK、JNK/SAP激酶、NF-κB的激活、神經營養因子BDNF和DDNF的丟失、COX2的表達、細胞死亡等[35]，此外GWO742還能增加糖尿病大鼠脊髓組織PPARδ/β的表達，延長糖尿病大鼠SCI后的生存時間[36]。替米沙坦能夠減少脊髓組織炎癥指標HMGB1和RAGE的表達，促進SCI后PPARδ/β和p-AMPK的表達，改善大鼠SCI后的運動功能和疼痛反應[37],見圖2。

綜上所述，在發生SCI時應用PPARα、δ/β和γ相應的配體，激活其介導的信號傳導通路后，均能起到抗炎(特別是對下游分子NF-κB的抑制)和減少神經元的丟失作用。PPARγ的激活能促進NPCs增值，但卻在一定程度上導致骨質的丟失；PPARα的激活能維持病理狀態下BBB/BSCB的穩定性，但并非所有的PPARα激動劑均能改善SCI預后；PPARδ/β的激活對于糖尿病合并SCI的預后具有積極的意義。此外一些非PPARs配體藥物也表現出PPARs依賴的藥理作用，而其具體機制有待進一步闡明。

5問題與展望

PPARs活化后產生的抗炎和神經保護等多種生物學效應恰能針對SCI后繼發性損傷中的多種病理生理改變起到一定的作用，然而由于PPARs在機體內分布廣泛，導致其激動后定會產生相應的副作用。闡明SCI時PPARs基因的表達調控以及基因之間的相互作用關系，選擇開發具有組織特異性的PPARs激動劑，減弱激動后產生相應的副作用，將是SCI后藥物治療的一個新途徑。

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(責任編輯: 林白霜， 羅森)

[ABSTRACT]Spinal cord injury (SCI) is a devastating disease of the central nervous system. It elicits permanent neurological dysfunction. The neuroinflammation is a key point within the secondary damage in the locoal area of SCI. Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), a group of ligand-activated transcription factors, play a critical role in the degenerative diseases in the central nervous system and acute traumatic injury because of their biological effects of anti-inflammation and neuroprotection when they are activated. This article reviews the signal transduction pathway mediated by PPARs and the progress of PPARs in the repair of SCI.

Progress of PPARs in repair of spinal cord injury

LIN Jing-quan, TONG Liang, GAO Meng-dan, ZHANG Jin-yi, LIU Xue-hong

(MedicalCollegeofShaoxingUniversity,Shaoxing312000,China.E-mail:liuxueh6588@126.com)

[關鍵詞]過氧化物酶體增殖物激活受體； 脊髓損傷； 信號通路

[KEY WORDS]Peroxisome proliferator-activated receptors; Spinal cord injury; Signaling pathway

[文章編號]1000- 4718(2016)05- 0956- 05

[收稿日期]2015- 12- 24[修回日期] 2016- 01- 27

*[基金項目]浙江省自然科學基金資助項目(No.LY15H170001)

通訊作者△Tel： 0575-88345099； E-mail： liuxueh6588@126.com

[中圖分類號]R363

[文獻標志碼]A

doi:10.3969/j.issn.1000- 4718.2016.05.033

雜志網址： http://www.cjpp.net