血清正五聚蛋白3在缺血性腦卒中發生、發展機制中的研究進展

韓雪 高燕軍 趙士嬌

全球疾病負擔(GBD)研究項目表明，全球疾病譜已經發生轉變，腦卒中、心血管疾病、糖尿病、癌癥及慢性肺病等慢性病成為影響全球人群健康的主要問題[1]。在我國由于腦血管病一級預防干預仍然與國外存在巨大差距，不良生活習慣、高血壓病、糖尿病、肥胖、血脂異常、高同型半胱氨酸血癥等使得缺血性腦卒中呈現上升趨勢，呈現較高發病率、致殘率、病死率和復發率的特征。缺血性腦卒中治療無特效藥物，早期恢復灌注有助于拯救缺血性半暗帶區域，但臨床上超過90%以上的缺血性腦卒中患者未能在發病4.5 h內就診，僅4%的急性腦梗死患者接受了溶栓治療，其中僅1.6%接受rt-PA進行治療。長時間腦血流中斷和延遲的再灌注損傷可引發缺血性級聯反應，包括能量障礙、炎癥反應、自由基生成、凋亡基因激活等許多環節。目前研究認為，導致腦損傷的多種發病機制中缺血再灌注損傷及免疫炎癥占主導作用，而由缺血引發的腦損傷占次要作用[2]。越來越多研究證實炎癥反應在缺血性腦卒中的發生、發展過程中具關鍵作用[3]。根據以往研究已知，炎癥標志物hs-CRP與腦卒中發病風險及預后關系密切。近年來發現的正五聚蛋白3(PTX-3)與hs-CRP同屬于正五聚蛋白超家族而備受關注。PTX-3在動脈粥樣硬化、急性冠脈綜合癥、心力衰竭等疾病中起重要作用，探討PTX-3與缺血性腦卒中的關系文章甚少，本研究現關于PTX-3生物學特性及其在缺血性腦卒中發生、發展機制中的研究進展做一綜述。

1 PTX-3的生物學特征

1.1 PTX-3的結構

正五聚蛋白超家族是1個在進化上保守的多功能模式識別蛋白超家族，其家族成員的C端由約200個氨基酸組成的特殊結構域為特征。根據N端區域的長度可分為短正五聚蛋白和長正五聚蛋白，其中超敏反應蛋白(hs-CRP)和血清淀粉樣蛋白A(SAA)屬于典型的短正五聚蛋白，而作為長正五聚蛋白的主要成員PTX-3，因其N端具有特異性的結構域而區別于短正五聚蛋白[4]。PTX-3基因位于人類第3號染色體q25，含有3個外顯子，前2個外顯子分別編碼信號肽和蛋白質的N端結構域，第3個外顯子編碼C端結構域。人類PTX3基因近端啟動子有許多潛在的增強子結合位點，包括激活蛋白-1(AP-1)，核轉錄因子(nf-кβ)和選擇性啟動子因子1(SP1)。有研究表明，nf-кβ結合位點對促炎性細胞因子的反應是必不可少的，而AP-1控制PTX-3的基本轉錄。不同的信號通路可以影響PTX-3的產生。急性心肌缺血時血管內皮細胞通過nf-кβ途徑誘導PTX-3的表達。同時內皮細胞可通過溶性鞘脂G蛋白偶聯受體激活蛋白激酶通路P13K/Akt途徑來阻止炎癥反應。根據活化劑不同，PTX-3可表現為促炎及抗炎雙重作用。作為反映心血管系統局部炎癥狀態的一種新的炎性標志物，PTX-3的水平反映了局部動脈壁損傷后炎癥反應，而非全身性炎癥反應，較肝臟產生的hs-CRP更敏感、更特異，因此可把它當作一種動脈壁炎癥標志物。

1.2 PTX-3合成

典型的長五聚蛋白的PTX-3在20世紀90年代初被發現，可通過兩種途徑激活體內固有免疫反應[5]，分別通過識別外源性和自身變異性抗原在人類固有免疫反應中發揮重要作用。正常情況下PTX-3以糖基化單體的備用形式儲存在中性粒細胞特定顆粒中，在組織損傷或感染等炎癥刺激下被激活后PTX3釋放到細胞外，發揮其組織修復及重構作用。在動脈粥樣硬化中、炎癥反應或創傷后尤其在心肌梗死及缺血性腦卒中后PTX3血漿水平升高達峰值的時間早于hs-CRP。PTX-3在促炎因子IL-1、TNF-a、Toll樣受體激動劑、微生物等刺激下由直接參與動脈粥樣硬化的細胞如血管平滑肌細胞、成纖維細胞、內皮細胞及單核巨噬細胞等產生，并可進一步促進炎癥反應[6]。

2 PTX-3與動脈粥樣硬化及腦卒中的關系

1999年《新英格蘭雜志》撰文“動脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病”[7]，動脈粥樣硬化的病理過程中存在滲出、增生、變性等炎性基本特征，過度性炎癥反應導致動脈粥樣斑塊形成。動脈粥樣硬化的主要病理特征是膽固醇沉積在動脈內膜層，導致單核細胞/巨噬細胞、中性粒細胞和內皮細胞的激活，這些都能產生與動脈粥樣硬化相關的炎癥反應，刺激PTX-3的釋放[8]。除此之外，氧化低密度脂蛋白會增加PTX3mRNA在血管平滑肌細胞中的表達，最終導致血清PTX3水平增高[9]。故血清PTX-3水平反映動脈粥樣硬化病變自身部位的局部炎癥[10]。在Bruneck的研究中PTX-3血清水平不僅與頸動脈內膜中層厚度相關，還與動脈粥樣硬化病變的嚴重程度相關[11]。研究表明，晚期動脈粥樣硬化斑塊中中性粒細胞和巨噬細胞中的PTX-3表達水平升高[12]，而早期動脈粥樣硬化與PTX-3水平無明顯相關，故PTX-3在泡沫細胞內水平高于脂質條紋中水平。根據Ryu等[13]人研究顯示，頸動脈粥樣硬化斑塊破裂可能性與PTX-3水平呈正相關。在冠狀動脈相關研究中PTX3在不穩定斑塊及復雜性斑塊中表達增強，在纖維粥樣斑區域PTX-3水平相對較低。綜上所述，PTX-3不僅與動脈粥樣硬化相關，更與斑塊不穩定及斑塊破裂密切相關。

多因素參與了急性缺血性腦卒中的發生和發展，包括細胞凋亡、氧化應激和炎癥等[14]。急性缺血性腦卒中誘導大量細胞因子的釋放，通過上調粘附分子的表達，加重了腦損傷的嚴重程度。PTX-3作為一種急性期反應蛋白，可加速炎癥介質釋放及免疫系統激活，與損傷程度密切相關，因此可以作為評價急性缺血性腦卒中發生、發展的1個重要的生物標志物。PTX-3導致缺血性腦卒中機制包括以下幾點：(1)PTX-3可與成纖維細胞生長因子2結合導致血小板的穩定性下降，促進血栓形成。同時與成纖維細胞生長因子2結合的PTX-3可促進平滑肌細胞的增值和遷移，易形成血栓[15]；(2)PTX-3可通過抑制促纖維細胞生長因子表達，使得斑塊纖維帽變薄，易脫落形成血栓；(3)組織因子水平與級聯凝血密切相關，PTX-3可促進組織因子在單核細胞及內皮細胞中的表達，進而促進血栓形成[11]；(4)高水平的PTX-3通過上調內皮組織因子表達，增加細胞凋亡，導致體內高凝狀態，誘導血栓形成；(5)對于已經腦梗死的患者，PTX3高表達可引發炎癥介質級聯反應，并誘導其他炎癥介質釋放，導致腦損傷加重[16]。故推測血清PTX-3水平越高，急性缺血性腦卒中患者病情嚴重程度越重。

3 PTX-3與腦卒中后神經及血管再生的關系

既往研究表明，炎癥與缺血性腦卒中的發病機制密切相關，主要受IL-1的調節[17]，阻斷IL-1誘導的炎癥反應具有神經保護作用。近期研究表明，炎性信號可激活小膠質細胞的經典激活(M1)和選擇激活(M2)兩種表型[18]。M1型小膠質細胞可被促炎細胞因子激活，誘發轉錄，激活核因子-κB，從而產生IL-1、TNF、MCP-1、MMPs-9等促炎細胞因子，導致腦損傷程度加重，而M2型小神經膠質細胞可分泌如IL-4、TGF和IDGF-1等抗炎介質，促進組織修復及傷口愈合，在炎癥晚期發揮腦保護作用[19]。缺血性腦卒中后活化的小膠質細胞首先以 M1型介導的炎癥反應開始，加重腦損傷；病情進展到某一階段M1型可轉化為M2型，通過釋放VEGF并促進組織修復而限制促炎信號的產生。故缺血性腦卒中急性期促炎性因子刺激導致的小膠質細胞活化可導致顯著的神經損傷，使得缺血性腦卒中患者預后不良，但晚期炎癥反應可啟動并維持包括神經和血管再生在內的關鍵腦修復機制。腦卒中后的血管再生主要發生在缺血中心周圍的半暗帶區域，并與腦卒中后神經再生密切相關，因為神經前體細胞沿血管生成區域分化和遷移[20]。根據既往研究已知，PTX-3已被證明參與腦卒中后水腫消退和膠質瘢痕形成[21]，同時根據Beatriz等人的研究所觀察到在腦缺血事件后6 d，PTX-3以神經再生的形式促進修復，尤其是在海馬。該研究還提出，PTX-3可以誘導神經干細胞和祖細胞(NSPC)的增殖，提示PTX -3是一種直接內源性神經源性介質，而PTX-3的神經源性作用在IL-1β基因敲除后中被消除。故IL-1可以促進神經再生，而PTX-3可能參與神經再生這一過程。

在外周組織中PTX- 3被認為是抗血管生成因子[22]。但根據Beatriz等人顯示PTX -3對腦血管內皮細胞有促血管再生作用，提示PTX-3在腦損傷后的作用可能與外周組織有所不同。研究表明，中樞和外周組織中PTX-3的表達受到不同的調控[21]。目前認為PTX-3有利于腦卒中后血管再生，缺乏PTX-3減少再灌注區毛細血管的數量，并導致腦缺血患者預后不良。PTX-3在腦缺血后的作用可能有助于血管的全面修復并間接促進血管生成[21]，從而抑制PTX-3的抗血管生成作用。Baldini和同事們發現有動脈炎癥患者的PTX-3和血管內皮生長因子(VEGF)的水平均升高，同時觀察到PTX-3基因敲除的小鼠血管中血管內皮生長因子受體2(VEGFR2)水平較低。VEGF是由腦缺血后由星形膠質細胞所產生并可結合內皮細胞中的VEGFR2，進而促進血管再生。因此，低水平的VEGFR2可以反映較低的水平VEGF。在敲除PTX-3基因的小鼠血管再生數量減少可以進一步說明這兩個進程相互關聯。免疫炎癥反應在缺血性腦卒中中的作用已受到廣泛的關注，而炎癥反應所發揮的腦損傷或腦保護作用取決于缺血的階段及嚴重程度，區分早期炎癥反應加重腦損傷作用以及晚期炎癥反應的促進神經功能的恢復和組織的修復作用，是選擇適當抗炎治療時機所必需的。綜上所述，PTX-3能調節腦卒中后神經和血管再生，對腦卒中的功能性修復起關鍵作用[23]，可能成為治療腦卒中的新靶點。

4 PTX-3與卒中后血腦屏障穩定性的關系

血腦屏障是體內選擇性最高、控制最嚴格的生物屏障，星形膠質細胞通過突起的終足緊密包裹大腦微血管管壁外側，同時可與血管內皮細胞相互作用，進而可調節腦部血流、血管舒張程度，并維持腦組織內水容量的穩定[24]。既往研究表明，在腦損傷后星形膠質細胞分泌血管內皮生長因子，導致血腦屏障破壞[25]。然而，最近的研究提出在缺血性腦卒中后反應性星形膠質細胞釋放的PTX-3保護血腦屏障在缺血條件下的完整性[26]。有關研究表明，腦缺血時炎癥反應早期血管內皮生長因子通過下調封閉蛋白5和閉鎖蛋白質mRNA和蛋白質的表達水平來破壞血腦屏障的穩定性，而封閉蛋白5和閉鎖蛋白質是血腦屏障的重要組成部分[27]。最近的研究顯示，腦缺血后在炎癥因子(IL-1α/β)刺激下神經元和膠質細胞可產生PTX-3[21]。這些炎癥刺激下產生的PTX-3可能具有保護作用，探究其機制可能為急性腦梗死后在腦梗死壞死灶周圍反應性星形膠質細胞產生大量PTX-3增加了腦內皮細胞緊密連接蛋白的表達水平，維持血腦屏障完整性。故產生的PTX3抵消了血管內皮細胞生長因子(VEGF)對血腦屏障的消極影響；同時PTX-3在一定程度上表現出對VEGF的親和性，這一結果也支持PTX3與VEGF相互作用并維持腦卒中急性期的血腦屏障完整性這一觀點。PTX-3是反應性星形膠質細胞維持缺血性腦卒中后血腦屏障穩定性的的重要介質，這揭示了星形膠質細胞在病理條件下1個新的角色，星形膠質細胞產生的PTX-3可能是急性缺血性腦卒中1個有效的治療靶點。

5 結束語

目前人們雖然對PTX-3的分子結構及心腦血管疾病的關系有了一定了解，作為新近發現的炎癥標志物，相比于hs-CRP等非特異性標記物，PTX-3更能反映局部血管炎癥狀態。PTX-3作為促進炎癥和抗炎之間的的刺激物，可通過平衡促炎性、促動脈粥樣硬化的級聯反應而發揮作用，PTX-3在缺血性腦卒中中發生、發展機制中的作用仍需進一步研究。