冷誘導RNA結合蛋白腦保護作用機制的研究現狀

王 珊 張 兵△

1)哈爾濱醫科大學附屬第二醫院，黑龍江 哈爾濱 150086 2)黑龍江省麻醉與危重病學重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081 3)黑龍江省普通高等學校麻醉基礎理論與應用研究重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081

·綜述·

冷誘導RNA結合蛋白腦保護作用機制的研究現狀

王 珊1，2，3)張 兵1，2，3)△

1)哈爾濱醫科大學附屬第二醫院，黑龍江 哈爾濱 150086 2)黑龍江省麻醉與危重病學重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081 3)黑龍江省普通高等學校麻醉基礎理論與應用研究重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081

冷誘導RNA結合蛋白；腦保護；氧化應激；凋亡；低溫

在全世界，腦缺血、中風屬于第2、3位最常導致死亡的疾病，且是導致永久性殘疾最常見的疾病[1-2]。近年來低溫治療技術已經成為一種有效的減輕腦中風、外傷性腦損傷后腦組織初次和再次損傷的方法，且在心臟驟停復蘇后發揮重要的神經保護作用[3]，但由于其存在的不良反應，如易誘發低血壓、低血容量、心率過緩、電解質紊亂及高血糖等，常會影響患者預后，導致低溫技術在腦保護作用中的應用受到限制[4]。既往觀點認為，低溫治療的保護作用是通過減少組織和器官的分解代謝，減少蛋白質的合成，并抑制組織、器官的氧耗來實現[5-6]。然而近期研究表明，在低溫條件下，冷誘導RNA 結合蛋白(cold-inducible RNA-binding protein，CIRP)有明顯的上調，CIRP在低溫治療中通過多種作用機制發揮重要的作用。本文重點闡述CIRP在中樞神經系統保護作用中的可能機制。

1 CIRP的細胞定位與表達

CIRP是一種RNA結合蛋白，也被稱為核不均一核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP)，是富含甘氨酸RNA結合蛋白家族的一種18 kD蛋白[7]。人類的CIRP 基因定位在第19 號染色體p13.3位點上[8]。大鼠和小鼠的CIRP的蛋白序列是相同的，且人類的CIRP與它們有95%的同源性[9]。在K562、HepG2、NC65等多種人類細胞系及大鼠的腦、肺、腎臟、肝臟、胃、結腸、卵巢、睪丸、甲狀腺和骨髓組織中CIRP均有結構性的表達，并在應激原的刺激下表達升高或降低[10]。在人和動物的大多數細胞中，CIRP位于細胞核中[7]，在應激原的刺激下，通過精氨酸的甲基化作用，CIPR從細胞核遷移至細胞質中[11]，參與體內多種生物學過程。

2 CIRP在中樞神經系統中的作用

2．1 CIRP調節轉錄和翻譯 CIRP是應激反應蛋白，它有一個專門的內部核糖體進入位點序列(internal ribosome entry site，IRES)介導的翻譯機制。通過內部核糖體進入位點序列與不同的轉錄因子結合在轉錄后水平和翻譯水平調節基因的表達。CIRP從細胞核移到細胞液中，結合mRNA′s 5′/3′ 未翻譯區域(untranslated region，UTR)調節翻譯的起始速度、提高轉錄物的穩定性，并通過與特異靶基因結合，刺激激活的轉錄物的翻譯而發揮保護細胞的作用，且幫助細胞快速適應環境的變化[12]。

2．2 CIRP對損傷神經細胞的保護作用 Li等[13]和李首春等[14]利用RNAi技術研究了CIRP在亞低溫中的作用，結果顯示，亞低溫下CIRP蛋白表達升高，可以明顯降低受損神經元凋亡，提高細胞存活率；沉默CIRP蛋白表達后，亞低溫不能抑制神經元的凋亡。蔡英等[15]將原代培養的海馬神經元分為對照組、損傷組和治療組，氧糖剝奪55 min制作海馬神經元損傷模型，損傷組和治療組在氧糖剝奪后分別置于37 ℃和32 ℃培養24 h，收集各組細胞，檢測各組細胞的存活率、凋亡率、CIRP的mRNA和蛋白的表達水平發現，與對照組比較，損傷組細胞生存率明顯下降，治療組細胞生存率明顯升高；與損傷組比較，治療組細胞凋亡率下降，CIRP的mRNA和蛋白表達明顯升高。

3 CIRP在中樞神經系統作用中的可能機制

3．1 CIRP抑制氧化應激反應 腦組織缺血時抗氧化防御功能失調，發生氧化應激反應。由于中樞神經系統相對缺少抗氧化酶，因此氧化損傷的累積在腦組織發生率更高[16]。Liu等[13]將培養的小鼠皮質神經用慢病毒CIRP-RNAi轉導，分析了CIRP在低溫條件下對過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)誘導神經元細胞凋亡的調節作用。發現與37 ℃相比，32 ℃下CIRP的表達明顯增加，且CIRP的表達誘導capase-3蛋白表達下降，而硫氧還原蛋白(thioredoxin，TRX)的表達升高，硫氧還原蛋白通過清除氧自由基而發揮保護作用。由此推測CIRP在低溫下可能是通過誘導硫氧還原蛋白的表達而發揮腦保護作用。李靜輝等[17]用體外分離培養的原代大鼠海馬神經元，對比亞低溫(32 ℃)與常溫下(37 ℃)相關的氧化還原指標發現，單純低溫組和CIRP過表達組總抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD) 等抗氧化物質的活性成分明顯升高，而丙二醛(MDA) 作為脂質過氧化的終產物則表達下降。因此認為，亞低溫通過上調CIRP的表達，抑制細胞內氧自由基的生成，進而抑制氧自由基導致的神經元凋亡發揮神經元保護作用。

3．2 CIRP抑制炎癥因子的表達 Toshiharu 等[12]用腫瘤壞死因子α(TNF-α)和放線菌酮處理BALB/3T3 細胞，在低溫培養下發現CIRP 的表達增加，并使細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK) 的磷酸化水平升高，抑制了細胞凋亡的發生。低溫(32 ℃) 時將CIRP 轉導入CIRP 缺失的鼠成纖維細胞后，同樣發現增加ERK 的磷酸化水平并抑制了TNF-α 誘導的凋亡。在同一個實驗中，他們將含有NF-κB 結合位點并帶有報告基因的載體與CIRP 共轉染至CIRP 缺失的小鼠胚胎成纖維細胞，結果發現，通過表達CIRP 增加了NF-κB的活性。實驗結果表明，在溫和低溫刺激應激下，CIRP 通過激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK) 級聯中的ERK通路和NF-κB 信號通路而達到保護細胞的作用。Tomomi等[18]將小鼠暴露在4 ℃～5 ℃ 24 h和48 h后，選取小鼠腦組織用實時定量PCR技術分析基因的表達，發現CIRP、熱休克蛋白70.1在嗅球和下丘腦表達升高，且CIRP的表達早于熱休克蛋白70.1，而具有代表性的炎癥因子TNF-α和IL-6在嗅球和下丘腦的表達則下降。推測CIRP在亞低溫下是通過抑制炎癥因子通路發揮細胞保護作用。

3．3 CIRP抑制線粒體凋亡途徑 細胞凋亡可通過線粒體、死亡受體或內質網途徑產生。線粒體凋亡途徑包括釋放細胞色素C、Smac、凋亡誘導因子和核酸內切酶，經過多步的激活反應使細胞的DNA破碎進而導致細胞凋亡。Zhang等[19]將小鼠的皮質神經元分離后在32 ℃下培養，發現CIRP過表達可使抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w和相應蛋白的表達增加，而促凋亡基因Bax、Bak、Bok、Bad、Bid和相應蛋白表達減少。在CIRP過表達組ERK和Akt的表達也相應增加，而ERK和Akt可直接或間接影響Bcl-2家族基因的表達。激活ERK1/2可使Bad磷酸化防止Bad的促凋亡功能，激活Akt可使Bad、Baxa和Caspase-9磷酸化并失活。因此，亞低溫上調的CIRP可通過線粒體途徑抑制神經元凋亡從而發揮神經保護作用。

3．4 CIRP調節細胞周期 Liu等[16]用N2a細胞作為神經細胞模型，發現用重組CIRP(rCIRP)培養的神經細胞和用rCIRP預處理的神經細胞與H2O2共同培養，神經細胞的成活率都明顯提高。進一步探究發現，rCIRP能防止H2O2誘導的神經細胞停留在細胞周期的S期，且增加細胞周期中從S期到G2/M期的進程。用rCIRP預處理過的神經細胞能抑制H2O2導致的細胞周期相關蛋白cyclinD1和c-Myc表達下降，且增加p-Akt和p-ERK的表達水平。表明CIRP發揮神經保護作用可能是通過激活PI3K/Akt信號通路調控下游靶因子cyclinD1和c-Myc的表達進而調節細胞的增殖實現的。

3．5 CIRP與能量代謝的關系 Liu等[20]研究低溫組、腦局部缺血組、缺血后低溫組腦組織中CIRP的表達發現，在低溫環境下，腦組織中CIRP表達水平明顯升高，且具有區域性和時間性差異，下丘腦區的CIRP表達增強的出現明顯早于其他腦區，且缺血性損傷可以推遲低溫造成的CIRP 的表達，但并不能降低CIRP 的表達量，揭示了CIRP與能量代謝的關系，發現在低溫誘導下的CIRP的表達與乳酸鹽、PFK-1和丙酮酸鹽無直接聯系。因此，低溫下CIRP的神經保護作用不是通過影響腦的能量代謝實現的。

4 問題與討論

盡管上述研究證實CIRP在中樞神經系統通過不同的作用機制發揮保護作用，但也有實驗研究發現，CIRP在中樞神經系統可能是一種促炎物質。Brochu等[21]發現，在紫外線照射下CIRP可上調IL-1β的表達，而干擾CIRP可減少p-IkBa、IL-1β的表達，降低NF-κB的活性；Rajayer等[22]發現，用酒精誘導的小鼠的腦組織和血液中CIRP表達增加，炎癥因子TNF-α和IL-1β也相應增加；Zhou等[23]發現，在小鼠的大腦中動脈栓塞模型中，TNF-α伴隨CIRP的表達增加而升高，且CIRP能直接誘導TNF-α從BV2細胞中釋放并激活NF-κB信號傳導通路。上述研究似乎表明，CIRP在中樞神經系統炎癥反應中的作用是相互矛盾的，既發揮抑制炎癥反應的作用又可能促進炎癥反應的進展。綜合分析上述研究發現，CIRP抑制腦組織炎癥反應作用的研究大多是在低溫下和在體外實驗中被證實的；而CIRP的促炎作用多是在室溫和在體實驗中得到的。因此猜測CIRP是否在不同的溫度和體內外環境下存在不同的狀態，從而調節不同的信號通路發揮不同的作用。因此，CIRP的作用機制有待進一步深入研究。

5 展望

在腦缺血缺氧損傷、腦缺血/再灌注損傷、腦外傷等情況下，CIRP作為一種應激狀態下大量表達的RNA 結合蛋白，通過多種作用機制發揮神經保護作用。但CIRP在中樞神經系統炎癥反應中作用的研究結果相互矛盾，尚有待進一步深入研究。開展CIRP 的功能性研究具有重要的基礎研究價值及應用前景。

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(收稿2017-04-11)

責任編輯：王喜梅

R338

A

1673-5110(2017)17-0111-03

10.3969/j.issn.1673-5110.2017.17.037

國家自然科學基金項目(編號：81372026)

△通信作者：張兵，博士，教授，主任醫師，碩士生導師。研究方向：心跳驟停腦復蘇、圍術期腦保護、服缺血再灌注損傷。Email：zhang_bing08@126．com