脊髓損傷后自噬現(xiàn)象與微環(huán)境改變的研究進展

金哲，楊建文 綜述 羅春山 審校

1.貴州醫(yī)科大學研究生院，貴州 貴陽 550000；2.貴州省骨科醫(yī)院脊柱外科，貴州 貴陽 550002

脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)是脊椎外科常見的嚴重疾病之一，該病有致死率、致殘率高的風險，治療一直是困擾全球醫(yī)學界的難題[1-2]。細胞自噬是人體防御和保護機制，自噬功能增強可幫助人體受損變性蛋白與失去功能的細胞器重新恢復活力，促進細胞再循環(huán)、再利用能力的提升或修復[3]。細胞自噬從被發(fā)現(xiàn)與SCI有關后，臨床中進行了大量研究分析，自噬激活對SCI的作用也存在一定爭論[4-5]。SCI發(fā)生后機體微環(huán)境遭到嚴重破壞，患者可因此出現(xiàn)炎癥反應、微循環(huán)障礙或脂質(zhì)過氧化等一系列現(xiàn)象，并隨著病程的發(fā)展不斷出現(xiàn)繼發(fā)性病理損傷[6]。目前，對于SCI的研究多集中在尋找可調(diào)控與逆轉繼發(fā)性損傷促進損傷修復與重建的治療方法中，全球各醫(yī)療專家對其投入了大量資源，但收效有限。SCI 患者自噬與微環(huán)境變化是目前有關SCI研究的重點、熱點，為給SCI患者的治療提供更加全面的理論支持。本文對近年來SCI發(fā)生后患者自噬現(xiàn)象與微環(huán)境改變等情況進行綜述，旨在為該病患者的治療與康復提供幫助。

1 脊髓損傷病理生理機制

墜落、暴力襲擊、車禍等事故可導致脊柱分離錯位，脊髓受到壓迫或離斷，細胞從而出現(xiàn)壞死、軸突物理性橫斷與損傷部位局部血管丟失，上述過程屬于原發(fā)性損傷[7-8]。原發(fā)性損傷可引起炎癥細胞、小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、T 細胞與中性粒細胞發(fā)生改變，釋放出炎性因子，浸潤巨噬細胞、嗜中性粒細胞與小膠質(zhì)細胞出現(xiàn)氧化應激反應。導致機體內(nèi)自由基形成，促進細胞與亞細胞器、細胞膜正常磷脂結構過氧化，加重神經(jīng)損傷[9]。另外，人體細胞會出現(xiàn)谷氨酸大量釋放造成興奮性毒性的產(chǎn)生，致使離子失衡，進一步導致神經(jīng)細胞死亡[10-11]。

2 自噬功能的機制

自噬是人體一種自我保護機制，當人體細胞發(fā)生受損表現(xiàn)時，自噬體-溶酶體通過降解與再循環(huán)胞內(nèi)物質(zhì)，對其他受損細胞進行修復，起到維持細胞穩(wěn)定的作用[12-13]。但細胞發(fā)生自噬現(xiàn)象后，因環(huán)境壓力、營養(yǎng)缺乏或急性細胞損傷等情況，導致自噬功能進一步被激活，細胞膜結構發(fā)生變化，自噬小體形成，并在細胞內(nèi)與溶酶體融合，對細胞內(nèi)有益成分進行降解[14-15]。

2.1 自噬在SCI 中的作用 自噬與自噬性細胞死亡情況在腦損傷患者中較為常見，其在神經(jīng)退行性疾病、腦缺血疾病中發(fā)揮著重要作用[16]。臨床中對SCI 患者進行分析發(fā)現(xiàn)，其損傷區(qū)調(diào)控蛋白復合物呈高表達現(xiàn)象，激發(fā)機體發(fā)生自噬，當損傷的神經(jīng)組織經(jīng)歷非凋亡程序性細胞死亡后，自噬性細胞隨后開始死亡[17-18]。在隨后的研究中分析發(fā)現(xiàn)，SCI患者神經(jīng)組織中自噬標志物：自噬體膜上的微管相關蛋白I輕鏈3(LC3-Ⅱ)出現(xiàn)明顯增高，在損傷細胞的自噬體中也明顯升高[19]。自噬性細胞在SCI患者中一般呈現(xiàn)核凝聚裂解表現(xiàn)，這表明SCI 患者損傷組織中存在明顯的活化自噬與被誘導的自噬性細胞死亡[20]。自噬在多種疾病中出現(xiàn)誘導細胞死亡情況，但也有研究指出，自噬功能的提高對細胞可起到保護性作用，減少細胞因此發(fā)生的死亡率[21-23]。隨著對SCI疾病的研究深入，臨床發(fā)現(xiàn)自噬在SCI中的作用具有多面性。自噬對SCI損傷后神經(jīng)功能的修復具有重要作用，目前普遍認為自噬功能可調(diào)節(jié)應激反應[24]。細胞通過對自噬消除、降解與消化受損問題進行調(diào)控，讓變性、衰老與失去功能的細胞、細胞器等變性蛋白質(zhì)、核酸等生物分子重新再生、修復，為細胞的再循環(huán)、再生提供幫助，避免細胞被毒物損傷、侵襲[25]。對于其他疾病如心血管疾病、肝腎缺血性疾病，自噬可引起細胞死亡或誘導自噬性細胞死亡的作用。這些研究結果提示自噬可促進細胞發(fā)生死亡。在SCI 的相關研究中，自噬性細胞死亡被認為與神經(jīng)組織損害有關。宋鵬書等[26]研究指出，SCI患者的神經(jīng)元細胞、星形膠質(zhì)細胞與少突膠質(zhì)細胞的自噬體膜中LC3出現(xiàn)明顯增多，使用電鏡與免疫組化檢驗均證實SCI發(fā)生后細胞自噬與自噬性細胞死亡共同存在，推測神經(jīng)細胞與自噬、自噬性細胞死亡具有相關性。對于自噬在不同條件下導致細胞死亡的具體機制目前尚未明確，但有觀點認為當溶酶體清除能力下降或是自噬過度時，自噬在一定機制下會與細胞共同死亡[27]。另有研究表明，自噬過度會促進細胞死亡，并非直接導致[5，28]。

2.2 自噬標志物 自噬標志物主要有以下三種：(1)LC3-Ⅱ是自噬的特征性標志物。在人體無自噬情況下，細胞內(nèi)合成的LC3 會轉化為I型LC3-I，其可溶于細胞質(zhì)并定期表達，在自噬過程中LC3-I轉化為自噬體結合LC3-Ⅱ，當LC3-I向LC3-Ⅱ轉化時，LC3-Ⅱ與LC3-I的比值會出現(xiàn)明顯增加，且在SCI發(fā)生后存在明顯的活化自噬體形成現(xiàn)象[29]。(2)自噬蛋白Beclin-1是另一種自噬相關蛋白，主要在自噬體前體的形成中起到重要作用。當Beclin-1出現(xiàn)高水平表達時基本可以證明SCI后人體自噬水平提高[30]。(3)p62蛋白是自噬降解底物受體，主要用于清除泛素化蛋白質(zhì)聚集體。其可通過泛素化形成的自噬體將自噬過程中的p62蛋白與其他底物進行降解，因此p62蛋白不僅能夠代表自噬通量還可表示自噬水平是否增加[31]。

3 SCI后微環(huán)境的改變

3.1 氧化反應 丙二醛(malonaldehyde，MDA)屬于脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物，可以直接反映機體自由基水平與機體自由基攻擊的嚴重程度，與脊髓的神經(jīng)功能損害存在密切關系[32]。人體自由基過剩時可導致血管痙攣的發(fā)生，細胞膜出現(xiàn)被破壞現(xiàn)象，腦、脊髓等處發(fā)生繼發(fā)性損傷；超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是細胞中的主要抗氧化酶與自由基清除劑，其活性直接影響機體自由基清除能力[33]。當發(fā)生SCI 后人體MDA 增多，SOD 作為自由基重要的清除酶，其活性直接決定了自由基的清除能力，兩者均參與SCI后的繼發(fā)性損傷病理過程，對此要格外重視[34]。

3.2 促進炎癥反應 SCI 后可出現(xiàn)軸突變性，神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞死亡，膠質(zhì)疤痕也因此產(chǎn)生，最終導致神經(jīng)功能紊亂受損。過度的炎性反應會導致SCI患者繼發(fā)損傷嚴重程度變重，其中腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)、白細胞介素(Interleukin)等炎性因子可誘發(fā)SCI后繼發(fā)性炎癥反應。當患者發(fā)生SCI 后，中性粒細胞、巨噬細胞、T 淋巴細胞等介導炎癥的相關因子，在不同時段發(fā)揮著不同的作用，導致血脊屏障受到中性粒細胞浸潤，引起基質(zhì)金屬蛋白酶-8 快速釋放，并誘使TNF-α、IL-6 誘導一氧化氮合酶表達出現(xiàn)紊亂[35-36]。SCI 后36 h、7 d 時小膠質(zhì)細胞的數(shù)量會出現(xiàn)明顯增加，隨后當小膠質(zhì)細胞介導的炎癥在7 d時達到峰值。損傷后激活的小膠質(zhì)細胞可以釋放炎癥、趨化因子或調(diào)節(jié)素等致炎成分，阻斷神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌，進一步損害神經(jīng)功能[37]。

3.3 白聚糖與膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達 SCI后神經(jīng)纖維再生修復主要與膠質(zhì)瘢痕有關，其中星形膠質(zhì)細胞形成的物理屏障與硫酸軟骨素蛋白多糖形成的化學屏障是影響軸突生長的主要因素[38]。當膠質(zhì)瘢痕形成后，可更大限度為軸突生長提供一個有利的微環(huán)境。硫酸軟骨素蛋白聚糖是星型膠質(zhì)細胞分泌的一種重要細胞外基質(zhì)，脊髓組織發(fā)生損傷后，其表達會出現(xiàn)應激性增高，可形成一個抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突再生的化學屏障。在SCI 損傷早期，星型膠質(zhì)細胞分泌的硫酸軟骨素蛋白聚糖可有效減少其對軸突再生的抑制作用，降低SCI 患者損傷部位的炎癥反應與有害細胞的堆積，起到降低對軸突生長的抑制作用[39]。

3.4 血小板活化因子受體表達 血小板活化因子與其受體在神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在，屬于重要的炎性介質(zhì)，參與SCI 的整個病理過程是SCI 發(fā)生與后期繼發(fā)性損傷的主要因素之一。蔣紅英等[40]研究指出，降低SCI患者脊髓組織中血小板活化因子受體mRNA的表達，對抑制血小板活化因子的合成代謝發(fā)揮著重要拮抗生物作用，可有效降低脊髓中介導炎性損傷的血小板活化因子含量，減少后期的繼發(fā)性損傷。

4 展望

綜上所述，SCI 的發(fā)生與自噬功能存在一定的關系，后續(xù)繼發(fā)性損傷與其也存在一定關系。發(fā)生SCI后機體微環(huán)境可出現(xiàn)明顯改變，其中氧化反應與炎性因子表達較高及自身修復功能異常是主要改變。臨床中目前對自噬與微環(huán)境改變的相關性研究較少，兩者是否存在共同影響與促進作用的理論機制尚不健全，且本文觀察記錄的文獻研究樣本量也相對較少。所以，后續(xù)還要進一步分析SCI 患者自噬與微環(huán)境改變的相關性，并加大有關樣本量，進行更深入地研究分析，為該病患者后續(xù)治療與康復提供更加全面、準確的理論支持。

脊髓損傷后出現(xiàn)自噬與微環(huán)境異常是常見現(xiàn)象，但近年來對此的研究多集中于動物實驗，有關的臨床研究開展較少，這可能與臨床中脊髓損傷的發(fā)生率降低有一定關系。但這并不意味著脊髓損傷的消失，因此全球各醫(yī)療機構有脊髓損傷患者就診時需保存好相關資料，待樣本量足夠后進行大樣本量回顧性分析。同時對自噬與微環(huán)境的相關性進行研究與分析，觀察兩者是否存在相互促進、影響、制約情況，為該病患者自噬與微環(huán)境功能的恢復提供幫助。