整合素α5β1與缺血性卒中的研究進展

姚 霞，張 明

(南昌大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江西南昌330006)

2010年美國最新公布的流行病學調(diào)查顯示，美國年卒中發(fā)生率為2.9%，其中缺血性卒中占87%。而在中國，Sino-MONICA-北京計劃對1994 ～2004年卒中發(fā)生率進行統(tǒng)計，年卒中發(fā)生率為6.7%，其中缺血性卒中呈逐年上升趨勢。溶栓被認為是挽救梗死部位、改善全身癥狀的最有效措施，但是其治療時間窗短及引起高出血率的風險大大的限制了其在臨床上的使用，也為尋找新的切實有效的藥物敲響了警鐘。近年來隨著整合素在腦血管疾病中的作用被相繼提出，其在治療中的可能作用也越來越得到重視。α5β1 整合素是整合素家族中的重要成員，隨著α5β1 整合素在腦缺血半暗帶區(qū)的高表達促進新生血管的形成，從而挽救缺血半暗帶區(qū)神經(jīng)元的凋亡［1］的發(fā)現(xiàn)，α5β1 整合素作為缺血性卒中的治療藥物而成為近期研究的熱點，本文就此進行綜述。

1 整合素5β1 的生物學特性

整合素是由α 和β 亞單位以非共價鍵結合的異二聚體跨膜糖蛋白，迄今已發(fā)現(xiàn)α5β1 19 種α 亞單位和9 種β 亞單位，組成至少24 種整合素［2］。α5β1 是由α5 及β1 亞單位形成。α5 及β1 亞基均包含一個大的細胞外的N-末端區(qū)域、單次跨膜區(qū)域及短的C-末端細胞質(zhì)尾部區(qū)域;纖連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)是α5β1 的配體，α5β1 的N-末端形成整合素頭部與FN 的Arg-Gly-Asp 序列相連，而C-末端區(qū)域橫跨質(zhì)膜，與細胞骨架相連，通過激活細胞內(nèi)信號通路，促進細胞骨架形成，即“外-內(nèi)”信號通路;α5β1 介導的細胞內(nèi)信號又可激活細胞外區(qū)域，協(xié)助ECM 組裝，即“內(nèi)-外”信號通路。通過雙向信號通路調(diào)節(jié)各種生物活動，如細胞的生長、遷移及存活，這些行為可被特異性縮肽如Arg-Gly-Asp 序列縮肽及特異性抗體調(diào)節(jié);改變表面糖基化數(shù)量［3］也可進行調(diào)控。α5β1 因細胞的不同狀態(tài)而表達改變，在靜息期腦血管內(nèi)皮細胞表面α5β1 低水平表達，但在血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)介導的新生血管的內(nèi)皮細胞明顯表達［1］。

2 整合素α5β1 參與缺血、低氧后血管形成

成熟中樞神經(jīng)系統(tǒng)中血管形成主要包括:血管新生，成熟血管以出芽的形式形成新的毛細血管;動脈形成，已存在血管擴大管徑形成動脈血管。

2.1 對新生血管的影響

在C57/B16 鼠大腦動脈栓塞模型中發(fā)現(xiàn)，在缺血半暗帶血管表面ki67 與CD31 均表達增加［1］，提示有內(nèi)皮細胞新生和血管重塑。而這種新生的血管與其表面高表達FN 及其受體α5β1 及αVβ3 相一致，提示α5β1 及αVβ3 可能參與血管新生。另一研究［4］發(fā)現(xiàn)在啟動缺血性卒中20 min前應用β1 阻斷抗體，3 d后血管密度明顯減少，且表現(xiàn)為更嚴重的結局，但在卒中后1 天卻無明顯差異，所以認為β1整合素在卒中后血管新生中起著至關重要的作用，且和時間有一定關系，可能在24 h后開始起作用。而在低氧環(huán)境下α5β1 及αVβ3 與新生血管關系一文中［5］，低氧后新生血管高峰在第4 天，均高表達α5β1 及αVβ3，但時間上是不一致的，α5β14 d 即達高峰，而αVβ3 卻在低氧后第7 天。且在敲除β3(不表達αV)的小鼠血管新生并不受影響，反而促進α5β1 表達增加，腦新生血管內(nèi)皮細胞增殖顯著。提示αVβ3 對于低氧誘導新生血管形成并不是必需的，事實上αVβ3 缺乏可通過上調(diào)VEGF 水平和增加α5β1 表達促進血管新生，敲除α5 的小鼠血管新生作用減弱，減少了低氧引起的新生血管密度的增加及延緩了有絲分裂細胞增殖反應，而這種作用主要發(fā)生在早期，對于7 d 后無明顯影響［6］，進一步說明α5β1 在促進血管內(nèi)皮新生中的重要作用及其與時間的關系。

2.2 對動脈形成的影響

近期研究發(fā)現(xiàn)，低氧明顯增加腦大血管的數(shù)量而對小血管影響?。?］。在慢性低氧誘導動脈血管重建的研究［8］中也發(fā)現(xiàn)低氧主要增加大管徑血管，而小管徑血管輕度減少，提示低氧可誘導小管徑血管重塑形成大管徑血管，經(jīng)證實為動脈血管，并且新的動脈血管可被低表達CD105 標識，可能與其低氧暫時性下調(diào)CD105 表達，改變TGF-β1 信號，從而上調(diào)α5β1 表達，促進動脈血管形成相關。這與早期研究［9］發(fā)現(xiàn)低氧誘導動脈血管表面上調(diào)α5β1 表達不謀而合，進一步說明α5β1 可能參與低氧后動脈血管形成。

3 整合素α5β1 參與缺血低氧后膠質(zhì)細胞的活性調(diào)節(jié)

在上述［1］模型中還存在表達GFAP 的神經(jīng)膠質(zhì)細胞和Mac-1 的小膠質(zhì)細胞的增生。一項關于基底膜聚糖片段V 區(qū)域(perlecan domain V，DV)及其受體對星型膠質(zhì)細胞聚集的影響研究［10］顯示星型膠質(zhì)細胞DV 表達受體α5β1 增加，從而啟動神經(jīng)保護功能，包括引導膠質(zhì)細胞星型和偽足樣結構形成，增加膠質(zhì)細胞活性和加強神經(jīng)生長因子的活性［11］，前者可促進膠質(zhì)細胞遷移和抑制膠質(zhì)細胞增殖，既限制缺血半暗帶的進一步擴大，又抑制膠質(zhì)瘢痕的形成，利于神經(jīng)組織的再生長;后者在梗死早期促進星形膠質(zhì)細胞聚集從而限制半暗帶進一步擴大，梗死后期促進神經(jīng)突發(fā)生和神經(jīng)突觸的生長［12－13］?，F(xiàn)有觀點認為星型膠質(zhì)細胞在維持血腦屏障(blood brain barrier，BBB)完整性中起重要作用，甚至被認為治療腦梗死的關鍵在于保護神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

一項關于實驗性自身免疫性腦脊髓炎致脫髓鞘模型中首次闡述了整合素可調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞活性［14］，F(xiàn)N 通過整合素α5β1 介導增強小膠質(zhì)細胞活性，一方面吞噬凋亡的神經(jīng)元和淀粉樣物實現(xiàn)自我保護，另一方面降解基膜基質(zhì)介導炎性反應，破壞BBB，增加基質(zhì)金屬蛋白酶-9 表達，后者可直接誘導神經(jīng)元凋亡，也可降解緊密接頭蛋白，進一步加重BBB 的破環(huán)，形成惡性循環(huán)。腦梗死發(fā)生后小膠質(zhì)細胞從靜止的網(wǎng)狀無活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成蟲形的活性形式，遷移到損傷區(qū)域，啟動神經(jīng)炎性反應［15］。但在缺血性卒中小膠質(zhì)細胞的激活是否與α5β1 有關，若有關哪種作用占優(yōu)勢仍缺乏有力依據(jù)。

4 整合素α5β1 在缺血腦組織中的作用

研究表明［16］FN 缺乏的小鼠腦損傷后不能與神經(jīng)元表面整合素α5β1 相互作用，加大損傷面積，加重運動及認知功能障，該研究總結了FN 與整合素α5β1 結合可活化和募集小膠質(zhì)細胞，促進巨噬細胞對毒性壞死細胞的吞噬作用，減少死亡細胞的進一步擴大，并且釋放促炎性細胞因子，幫助后期損傷修復。隨后關于基底膜聚糖片段V 區(qū)域(perlecan domain V，DV)對缺血性卒中的保護作用的研究［17］，卒中24 h后給予DV 可從第2 天明顯限制梗死區(qū)域的增大，第3 天運動功能開始恢復。這被認為與DV誘導腦血管內(nèi)皮細胞產(chǎn)生和分泌血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)有關，后者可促進神經(jīng)元表達VEGF 受體增加，抑制神經(jīng)元凋亡。但不同的是，DV 治療對BBB 的通透性是沒有影響的，這與早期研究結果顯示VEGF 增加BBB 的通透性背道而馳，這可能因為DV 對VEGF 產(chǎn)生和釋放的作用依賴于α5β1 整合素，而α5β1 在卒中24 h前表達水平低。DV 組在卒中后3 d，標志為CD31和Ki67 的內(nèi)皮細胞明顯增多，提示DV 促進腦血管內(nèi)皮細胞增殖和內(nèi)皮細胞管樣結構形成。卒中后3 d DV 組脈管系統(tǒng)高表達α5β1 整合素，應用α5β1功能抑制劑后在第1 天VEGF 明顯減少，2 ～3 d梗死面積明顯增大，血管密度在第5 ～7 d 顯著減少，這與之前DV 的作用時間相同。敲除α5β1 基因的小鼠VEGF 產(chǎn)生和釋放明顯減少，再次證明了DV 與α5β1 整合素結合調(diào)節(jié)VEGF 水平，實現(xiàn)腦保護及促血管新生作用。該試驗不僅提出α5β1 整合素在腦卒中中的保護作用，還揭示:1)α5β1 整合素介導DV即使在腦梗死24 h后仍可促進腦功能損傷修復;2)DV 是卒中后基底膜聚糖蛋白水解產(chǎn)物，且在卒中發(fā)生后2 h合成及分泌，可持續(xù)數(shù)天，我們假設如果在卒中2 h后提高α5β1 整合素表達，是否可提前啟動DV 的促血管生成及腦保護作用，且不存在rtPA 和uPA 等溶栓藥物帶來的增加腦水腫和出血轉(zhuǎn)化風險。

目前關于整合素α5β1 與缺血性卒中直接關系的研究尚且不多，整合素α5β1 與腦卒中的關系是非常復雜的，可促進新生血管形成，增加星型膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞活性，一方面為遠端缺血區(qū)輸送血氧，限制缺血面積，促進神經(jīng)組織再生長;另一方面介導炎性反應，破壞BBB。如何使其促新生血管形成的同時又實現(xiàn)腦保護是今后面臨的一大難點，將治療時間窗延至24 h或早期管理高表達α5β1 可能是一個突破。現(xiàn)整合素作為疾病治療靶點很多已經(jīng)用于臨床前實驗階段［18］，α5β1 的拮抗劑也已經(jīng)用于抗腫瘤及新生血管形成，但α5β1 對腦血管的積極作用卻未用于實驗中，我們深信在不久的將來整合素α5β1 將給腦卒中患者帶來新的希望。

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