活性酶與多發(fā)性硬化

梁 活 綜述 曾 麗 審校

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 南寧 530021

多發(fā)性硬化(multip le sclerosis,M S)被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)慢性炎癥性脫髓鞘性自身免疫疾病,其病因及發(fā)病機制未明。實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimentalautoimmune encephalom yelitis,EAE)是研究MS的動物模型。在MS發(fā)病過程中各種酶類表達活性增加,明確各種蛋白酶在MS中作用對制定治療策略有重要意義。本文就各種蛋白酶與MS/EAE的關(guān)系進行綜述。

1 基質(zhì)金屬蛋白酶

以前認(rèn)為,基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallop roteinases, MMPs)能降解細胞外基質(zhì)(ECM)和髓磷脂,破壞血腦屏障,促進白細胞進入CNS,是MS的重要致病因素。但近來發(fā)現(xiàn)不同MMPs在MS/EAE中作用不同,并不完全扮演有害角色。

研究顯示,MM P-7、MMP-8、MMP-28參與MS/EAE致病。MMP-7基因敲除鼠抵抗EAE發(fā)生,另外,MMP-7能增加血腦屏障內(nèi)皮細胞間通透性,使免疫細胞易于侵入CNS[1]。MMP-8基因敲除鼠EAE臨床癥狀顯著減輕,侵潤CNS炎癥細胞減少,脫髓鞘減輕[2]。在MS和EAE的脫髓鞘病灶中MMP-28表達增加,在鼠后根神經(jīng)節(jié)細胞髓鞘生成培養(yǎng)中加入MMP-28會使髓鞘生成減少,用MMP-28抗體pAb180或 pAb183中和 MMP-28的活性,則增加髓鞘生成[3]。MMP-28使髓鞘生成減少的機制未明,認(rèn)為可能與影響髓鞘生成的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。值得注意的是,MMP-12基因敲除鼠在緩解復(fù)發(fā)型EAE中復(fù)發(fā)時呈現(xiàn)更嚴(yán)重的癥狀,同時在EAE慢性期趨化因子(如MCP-1等)和炎癥因子(IFN-γ、IL-17、IL-6等)顯著增加[4]。另外,MM P-12基因敲除鼠表達T-bet增加,而表達GATA-3減少,T-bet被認(rèn)為是Th1特征性轉(zhuǎn)錄因子,促進Th向Th1效應(yīng)細胞分化[5]。MMP-2基因敲除鼠中MMP-9表達增多,EAE發(fā)病提早,加重EAE[6]。以上研究提示了針對MMPs抑制治療要謹(jǐn)慎把MMP-12、MMP-2作為抑制目標(biāo)。

2 腎素和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶

血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,ANGⅡ)是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)中活性最強的物質(zhì),是血管緊張素原在腎素和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)作用下生成,ANG II與血管緊張素受體(angiotensin receptors)結(jié)合產(chǎn)生各種生物效應(yīng),特別對調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)有重要作用。最近研究顯示RAS參與MS/EAE發(fā)病,EAE血清中的腎素活性增加,且在EAE的脾及脊髓中腎素、ACE、血管緊張素Ⅱ受體(angiotensinⅡtype-1 receptor,AT1R)表達顯著增加,用AT1R拮抗劑氯沙坦(losartan)、ACE抑制劑依那普利(enalap ril)和腎素抑制劑阿利克侖(aliskiren)治療 EAE能顯著減輕 EAE臨床癥狀[7]。在慢性和急性EAE的脾及脊髓中,A T1R拮抗劑氯沙坦能顯著減少趨化因子 CCL2、CCL3和CXCL10的mRNA水平,減少巨噬細胞遷移[7]。在MS和EAE中T細胞和巨噬細胞表達AT1R。用ACE抑制劑賴諾普利(lisinop ril)和AT1R拮抗劑坎地沙坦(candesartan)能抑制 Th1和Th17分泌的促炎因子(如IL-17、IFN-γ),并上調(diào)抗炎因子(如IL-10),增加CNS中CD4+、FoxP3+、T細胞數(shù)量,能逆轉(zhuǎn)EAE癱瘓癥狀[8]。

以上研究表明,ACE、腎素抑制劑和AT1R拮抗劑能減少炎癥因子、趨化因子分泌和減少巨噬細胞等抗原提呈細胞遷移到CNS,使T細胞增殖、侵潤減少,并能增加T調(diào)節(jié)細胞,改善EAE病情。抑制RAS是治療MS潛在的新靶點。

3 鈣蛋白酶

鈣蛋白酶(calpain)是特異性依賴鈣激活的蛋白水解酶,在MS/EAE中鈣蛋白酶的活性增加,鈣蛋白酶與MS/EAE的脫髓鞘、軸索損害、神經(jīng)元凋亡等病理變化密切相關(guān)。在急性EAE脊髓中鈣蛋白酶和半胱氨酸天冬氨酸酶(caspase)表達增多,活性上調(diào),促進神經(jīng)元凋亡[9]。抑制鈣蛋白酶使EAE發(fā)病延遲,癥狀減輕,病程縮短,且顯著減少軸突損傷標(biāo)志物淀粉樣前蛋白(amy loid p recursor protein,APP)、NaV1.6通道,減輕軸突損傷[10-11]。過繼轉(zhuǎn)移經(jīng)鈣蛋白酶抑制劑SJA6017孵育的髓鞘堿性蛋白特異性T細胞到SJL/J小鼠,能顯著減輕EAE癥狀及脫髓鞘、炎癥反應(yīng)、軸索損害、少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元的調(diào)亡、喪失[12],說明用鈣蛋白酶抑制劑抑制T細胞能減少T細胞致病性,改善EAE病情。

4 谷氨酸代謝酶

興奮性毒性是指過量興奮性氨基酸引起的神經(jīng)毒性作用。MS活動病灶受損軸索的旁小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞高水平表達谷氨酰胺酶,且MS病灶中少突膠質(zhì)細胞缺乏谷氨酸脫氫酶(glutam ine dehyd rogenase,GDH)和谷氨酰胺合成酶(glutam ine synthetase,GS)[13]。另外,MS活動性病灶中少突膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞的興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運體(excitatory am ino acid transporter,EAAT)表達減少,谷氨酸重攝取減少[13-15]。谷氨酰胺酶使谷氨酸產(chǎn)生增多,缺乏GDH和GS使利用谷氨酸減少,谷氨酸累積于細胞外,過量的谷氨酸作用于神經(jīng)組織谷氨酸受體(glutamate recep tors,G luR)產(chǎn)生興奮性毒性作用。

Vercellino等對MS大腦皮質(zhì)[14]和深部灰質(zhì)[15]的病灶研究時,發(fā)現(xiàn)在小膠質(zhì)細胞大量激活的大腦皮質(zhì)病灶內(nèi)突觸囊泡蛋白喪失和神經(jīng)元受損。在慢性進展MS深部灰質(zhì)的活動性病灶,活化的小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元緊密接觸,有神經(jīng)元喪失。在小膠質(zhì)細胞活化的病灶中星形膠質(zhì)細胞的EAAT-1、EAAT2表達減少。Vercellino等認(rèn)為是因為谷氨酸重攝取異常引起谷氨酸累積于細胞外,興奮性毒性導(dǎo)致MS大腦皮質(zhì)和深部灰質(zhì)的病理改變。用谷氨酰胺酶抑制劑6-重氮-5-氧代-L-正亮氨酸(DON)減少活化的小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生谷氨酸,減輕EAE發(fā)病[16]。

5 線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體

線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體包括復(fù)合體(comp lex)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。在MS病人的大腦皮層(特別是運動神經(jīng)元),線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅰ和Ⅲ活性下降,導(dǎo)致ATP生成減少,能量不足引起Ca2+介導(dǎo)軸索變性,病人的神經(jīng)功能進展性障礙[17]。

Mahad等[18]發(fā)現(xiàn)在MS慢性活動性病灶邊緣的脫髓鞘軸突內(nèi)線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅳ活性下降,軸突內(nèi)損傷標(biāo)志物APP堆積,且復(fù)合體Ⅳ活性與小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞密度負相關(guān)。M ahad等認(rèn)為是小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞介導(dǎo)的炎癥致復(fù)合體Ⅳ活性下降,引起能量不足,導(dǎo)致軸索損傷。因為小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞分泌的NO與活性氧反應(yīng),產(chǎn)生過氧亞硝酸鹽,可以通過硝化催化亞基、氧化損傷線粒體DNA不可逆地抑制復(fù)合體Ⅳ活性。

6 一氧化氮合酶和環(huán)氧化酶

在MS病灶中活化的小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞大量表達NOS[19]。NOS增多使生成NO增多,NO和超氧陰離子反應(yīng)生成強氧化劑過氧亞硝酸鹽會損害組織。如使脫髓鞘、少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元壞死或凋亡。運動神經(jīng)元比少突膠質(zhì)細胞更易受NO的毒性損傷[20]。軸索在NO存在下,更易發(fā)生變性和傳導(dǎo)障礙。在微克分子的NO濃度下,就可以使在生理頻率下傳導(dǎo)沖動的軸索發(fā)生沃勒變性,傳導(dǎo)阻滯[21]。

Rose等[22]發(fā)現(xiàn),在 MS活動性脫髓鞘病灶中受損少突膠質(zhì)細胞旁的小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞內(nèi)常同時表達iNOS和環(huán)氧化酶-2(COX-2),認(rèn)為激活的小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞能同時表達iNOS和COX-2,而且NO可以上調(diào) COX-2活性, COX-2產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species,ROS)與NO生成過氧亞硝酸鹽使谷氨酸轉(zhuǎn)運體失活,谷氨酸重攝取障礙。COX-2產(chǎn)生前列腺素能促進細胞(如星形膠質(zhì)細胞)釋放谷氨酸。提示了在MS中,iNOS和COX-2也可以使谷氨酸釋放增多,重攝取障礙,使谷氨酸在細胞外堆積產(chǎn)生興奮性毒性。

7 結(jié)語

以上研究表明,活性酶參與MS致病過程,且活性酶在MS中并不是彼此獨立,而是相互作用。如NOS使NO生成增多,NO與ROS反應(yīng)產(chǎn)生的過氧亞硝酸鹽可抑制呼吸鏈酶復(fù)合體Ⅳ活性。谷氨酸代謝異常使谷氨酸堆積于細胞外,作用于神經(jīng)元的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體引起大量Ca2+內(nèi)流并在線粒體內(nèi)堆積,可導(dǎo)致線粒體功能喪失,且NM DA受體激活也可以上調(diào)NOS活性。酶的相互作用使酶在MS中致病效應(yīng)放大,更充分說明了針對活性酶治療MS的重要性。干擾素(Interferon,IFN)-β是治療MS的有效藥物,其機制之一就是抑制MMPs,用IFN-β治療MS可以有效地減少病人MMP-9表達[23]。相信隨著研究的深入,活性酶將成為治療MS有效靶點。

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