線粒體膜18 kDa轉(zhuǎn)位蛋白與外傷性腦損傷

包卿，王存祖，卞曉星*

（1.江蘇大學(xué)附屬武進醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇常州213000；2.揚州大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇揚州225000）

線粒體膜18 kDa轉(zhuǎn)位蛋白與外傷性腦損傷

包卿1，王存祖2，卞曉星1*

（1.江蘇大學(xué)附屬武進醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇常州213000；2.揚州大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇揚州225000）

轉(zhuǎn)運蛋白；外傷性腦損傷；小膠質(zhì)細胞；神經(jīng)類固醇激素；配體

隨著現(xiàn)代交通的發(fā)展，創(chuàng)傷造成的死亡人數(shù)正在逐漸增多，其中外傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）造成的死亡人數(shù)約占50%～70%，我國每年因顱腦外傷死亡的患者約10萬人，傷殘在百萬人以上，且出現(xiàn)逐年增加的趨勢。TBI包括直接腦損傷與繼發(fā)性腦損害，重型TBI有著很高的死亡率和致殘率，已經(jīng)成為青壯年和兒童死亡的最主要的原因。如果能在早期選擇有效的神經(jīng)保護措施及時予以預(yù)防，并進行正確的后續(xù)治療，將有可能降低繼發(fā)性腦損害，提高治療效果。TBI后促進軸索再生與控制炎癥反應(yīng)是功能恢復(fù)的兩個主要方面，但目前仍缺乏有效方法。近年來研究發(fā)現(xiàn)，線粒體轉(zhuǎn)位蛋白18 kDa（translocator protein 18 kDa，TSPO）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著非常重要的作用。本文綜述TSPO在TBI后的表達和作用，以及TSPO配體與其產(chǎn)物在TBI后的作用機制，為以TSPO為靶點的TBI治療提供新的思路及方向。

1 TSPO的結(jié)構(gòu)、分布及生理功能

TSPO主要定位于線粒體膜上，具有高度疏水性，包括169個氨基酸，形成一個螺旋形的五跨膜域，即由5個異喹啉結(jié)合蛋白（isoquinoline binding protein，IBP）組成，現(xiàn)已從多個物種（如嚙齒類、牛和人類）克隆得到編碼TSPO的cDNA，并且該序列在這些物種之間的同源性達到80%以上，而編碼TSPO的基因位于人類22號染色體長臂q13.3區(qū)。TSPO周圍有包括相對分子質(zhì)量為32 kDa、可結(jié)合苯二氮類藥物的電壓依賴性陰離子通道（voltagedependent anion channel，VDAC）和相對分子質(zhì)量30 kDa的腺嘌呤核苷酸載體（adenine nucleoside translocase，ANT），這三者共同構(gòu)成TSPO受體復(fù)合物［1］，參與機體各種生理功能，而VDAC與ANT參與組成了線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP），與細胞凋亡作用相關(guān)。許多組織都有TSPO的表達，表達最多的是腎上腺及性腺，其次是腎臟和心臟，肝臟和腦組織表達水平較低，外周血的單核細胞和淋巴細胞也存在TSPO的表達［2］。TSPO及其復(fù)合物具有許多生理功能［3］，如促進神經(jīng)類固醇的生成，調(diào)節(jié)線粒體呼吸凋亡、細胞免疫、細胞生長和增殖等功能。TSPO還可以作為受體與配體結(jié)合，內(nèi)源性配體包括地西泮結(jié)合抑制物（diazepam-binding inhibitor，DBI），卟啉類等，外源性配體包括PK11195和Ro5-4864。配體與TSPO受體結(jié)合后可以調(diào)節(jié)其生理功能，如促進神經(jīng)類固醇合成等。

2 TSPO的表達與TBI

正常生理條件下TSPO在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達并不多，主要分布于小膠質(zhì)細胞，還有室管膜、脈絡(luò)膜、嗅球上皮等非神經(jīng)組織，腦干的一些細胞核與小腦皮質(zhì)也有少量的表達［4］。病理條件下如外傷、神經(jīng)退行性病變、腦缺血再灌注、腫瘤等，TSPO表達明顯增加，但仍主要表達于反應(yīng)性增生的膠質(zhì)細胞，神經(jīng)元表達較少［5］。Folkersma等［6］采用正電子發(fā)射X線斷層攝像術(shù)（positron emission tomography，PET），通過使用TSPO特異性標記配體（R）-11CPK11195與之結(jié)合后對TBI患者進行掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TBI患者傷側(cè)大腦（R）-11C-PK11195含量即TSPO表達顯著增加，且持續(xù)較長時間，后期的掃描結(jié)果顯示（R）-11C-PK11195廣泛分布于大腦。同樣，在動物TBI模型中采用3H-PK11195放射自顯影檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)，TBI后3H-PK11195含量與TSPOmRNA相一致，而TSPO的親和力并無明顯改變，傷后7 d傷側(cè)大腦3H-PK11195結(jié)合量仍明顯高于正常，而且在對側(cè)大腦等損傷遠隔區(qū)域也存在3H-PK11195的高表達。雖然TBI患者TSPO密度顯著增加，但其機制尚不明確，且隨時間的具體變化過程也不是很清楚，有待進一步深入研究。

病理學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)TSPO在TBI早期表達增加的同時伴隨著損傷區(qū)域大量神經(jīng)元細胞的丟失，因此TSPO在TBI后的增加可視為神經(jīng)損傷的標志［7］。結(jié)合TSPO在TBI后的這種特點，應(yīng)用體內(nèi)成像技術(shù)RET或者單電子發(fā)射計算機斷層攝像術(shù)（single photon emission computed tomography，SPECT）觀察TSPO的表達變化為TBI早期診斷及病情判斷提供了一定的依據(jù)。

3 TSPO在TBI中的作用

3.1 TSPO參與小膠質(zhì)細胞的激活

小膠質(zhì)細胞是腦內(nèi)的主要免疫細胞，當中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變時，其增殖活化，引起炎癥。在神經(jīng)退行性病變?nèi)缗两鹕C合征、阿爾茨海默病等疾病中，小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的腦內(nèi)慢性炎癥反應(yīng)，是病變早期的病理學(xué)改變和重要病理特征之一［8］。研究還發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞增加的同時，TSPO密度也明顯增加，且與中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥呈正相關(guān)［9］。離體的BV-2小膠質(zhì)細胞研究提示，TSPO表達增加主要在小膠質(zhì)細胞中［10］。在TBI模型中，通過3H-PK11195放射自顯影檢測技術(shù)［11］與小膠質(zhì)細胞標志物CD11的檢測發(fā)現(xiàn)，TBI后TSPO的表達部位主要在小膠質(zhì)細胞，TSPO表達量與小膠質(zhì)細胞增殖相伴行，且活化的小膠質(zhì)細胞形態(tài)學(xué)特征說明TSPO的高表達與小膠質(zhì)細胞的活化增殖存在著緊密的聯(lián)系［12］。另外，使用特異性TSPO配體如PK11195或者Ro5-4864作用于TBI模型后［13］，小膠質(zhì)細胞的活性明顯降低，炎癥因子水平下降，這也間接說明了TSPO參與TBI后小膠質(zhì)細胞的激活，因此，TBI后，使用TSPO特異性配體與之結(jié)合后發(fā)揮作用或者通過各種途徑降低傷后TSPO的表達可以適當抑制小膠質(zhì)細胞活化，從而抑制炎癥反應(yīng)，起到一定的腦保護作用。但是，TSPO參與小膠質(zhì)細胞的活化機制仍不清楚。一些研究表明TBI模型的星形膠質(zhì)細胞中TSPO表達也增加，但另一些研究則相反，認為TBI后TSPO表達增加僅在活化的小膠質(zhì)細胞，星型膠質(zhì)細胞則變化不大，這可能與不同實驗方法、實驗對象有關(guān)［14］。

3.2 TSPO參與神經(jīng)保護和神經(jīng)修復(fù)

坐骨神經(jīng)變性過程中TSPO表達增加，坐骨神經(jīng)再生完成后TSPO表達恢復(fù)到正常水平，說明TSPO參與了神經(jīng)修復(fù)過程［15］。神經(jīng)修復(fù)主要與TSPO介導(dǎo)的神經(jīng)類固醇合成功能有關(guān)。敲除下調(diào)TSPO表達的基因和反義實驗證明了TSPO在合成類固醇方面的重要作用，TSPO胞質(zhì)C末端的膽固醇識別氨基酸共有序列是負責(zé)線粒體攝取轉(zhuǎn)運膽固醇結(jié)合位點的一部分，TSPO能夠介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)，參與合成神經(jīng)類固醇，而這一過程在病理狀態(tài)下更加突出［16］。TBI后，當TSPO激活，游離的IBP尤其是二聚體IBP能促進膽固醇從線粒體外向線粒體內(nèi)運輸，線粒體內(nèi)膜細胞色素P450酶將其轉(zhuǎn)化為前體孕烯醇酮，之后再轉(zhuǎn)化為黃體酮等神經(jīng)類固醇激素，這些神經(jīng)類固醇具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的作用，在髓鞘糖蛋白Po和髓鞘蛋白22的合成過程中起著非常重要的作用。黃體酮單獨使用治療TBI時，具有抑制炎癥、腦水腫及降低顱內(nèi)壓、減輕氧化反應(yīng)、減少神經(jīng)元細胞的凋亡、促進腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）的表達等作用，提示腦內(nèi)TSPO介導(dǎo)合成的類固醇激素在TBI后具有腦保護作用［17］。

3.3 TSPO參與神經(jīng)細胞凋亡

TSPO受體復(fù)合物中的VDAC與ANT結(jié)合形成MPTP孔，MPTP孔開放后開啟線粒體凋亡途徑，導(dǎo)致細胞凋亡。TBI后TSPO大量表達，ROS的產(chǎn)生和釋放等因素導(dǎo)致MPTP孔膜電位改變，導(dǎo)致大量神經(jīng)細胞凋亡。最新研究提示在TBI神經(jīng)修復(fù)晚期［18］，MPTP孔開放還可能促使了多余的活化的小膠質(zhì)細胞凋亡，進而減輕炎癥，完成損傷修復(fù)，但是促使MPTP孔開放的途徑及時間還不清楚。

4 以TSPO為靶點的TBI治療

TBI后損傷中心區(qū)出現(xiàn)壞死，局部缺血缺氧、炎癥、水腫、鈣超載等因素引起繼發(fā)性腦損傷，其中，炎癥是主要因素。小膠質(zhì)細胞是腦內(nèi)的主要炎癥細胞，在TBI早期即活化增殖，大量分泌炎癥因子如TNF-a、IL-1β等，對腦組織造成了繼發(fā)性損傷。因此，早期抑制小膠質(zhì)細胞活化增殖導(dǎo)致的炎癥和促進神經(jīng)修復(fù)成了治療TBI的兩個重要方面。TBI后TSPO表達增加，參與小膠質(zhì)細胞活化和神經(jīng)修復(fù)的過程，以TSPO為靶點，早期減少活化的小膠質(zhì)細胞，增加神經(jīng)類固醇激素的合成，促進修復(fù)，就能達到較好的腦保護作用。

4.1 TSPO特異性配體

TSPO可以作為受體與特異性配體結(jié)合，現(xiàn)知主要的外源性配體包括PK11195和Ro5-4864。 PK11195全稱為1-（2-氯苯基）-N-（1-甲基丙基）-異喹啉-3-氨甲酰，現(xiàn)認為其是TSPO受體抑制劑。標記的PK11195在影像學(xué)可用于反映TBI后TSPO的表達程度及范圍，因其可單獨與18 kDa TSPO結(jié)合，而Ro5-4864需與其他線粒體蛋白來完成對TSPO的結(jié)合，因此，PK11195現(xiàn)被譽為反應(yīng)和評價TSPO功能狀態(tài)的金標準［19］。Ro5-4864全稱為7-葉綠素-5-（4-氯-苯基）-1，3-二氫-1-甲基-2H-1，4-苯二氮，其與TSPO的結(jié)合需要3個亞基的共同作用。PK 11195和Ro5-4864均能使炎癥減輕，且Ro5-4864抑制細胞分泌IL-6的效能比PK 11195強，而在抑制IL-1β上兩者效果相當，顯示Ro5-4864比PK11195具有更強的抗炎作用［20］。Ro5-4864是TSPO的激動劑，除了抑制炎癥因子的釋放，還可以誘導(dǎo)神經(jīng)類固醇的合成，具有保護神經(jīng)和誘導(dǎo)神經(jīng)再生的功能［21］，而且Ro5-4864在腦外傷動物試驗中可以有效減輕腦水腫，降低顱內(nèi)壓［22］。但是，這兩種配體的體內(nèi)親和力較低，而且不太穩(wěn)定，所以期待研究出親和力更強，穩(wěn)定性更好的配體。

4.2 使用外源性TSPO介導(dǎo)合成類固醇激素

腦組織可以通過TSPO介導(dǎo)合成神經(jīng)類固醇激素，這些激素在腦損傷后期起到了促進軸索再生的神經(jīng)修復(fù)作用。在單獨使用外源性類固醇激素如黃體酮治療TBI時，發(fā)現(xiàn)其也可以抑制凋亡及炎癥。Veenman等［23］研究發(fā)現(xiàn)增強腦內(nèi)類固醇水平，可以降低TSPO的水平，提示早期TSPO表達增加，活化了小膠質(zhì)細胞，增加類固醇激素以調(diào)節(jié)增殖，而后期，由于類固醇激素的不斷增高，反饋減少了TSPO，加上類固醇本身的抗炎和促進神經(jīng)修復(fù)的作用，從而炎癥慢慢減輕，這可能就是TBI后的病理變化過程。所以，如果早期使用外源性TSPO介導(dǎo)合成類固醇激素治療TBI，早期就可能抑制小膠質(zhì)細胞的活化，提供促進神經(jīng)修復(fù)的原料，這或許也是黃體酮通過諸多途徑治療TBI的作用機制。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，TBI后TSPO的表達可以反映局灶神經(jīng)元損傷和小膠質(zhì)細胞的活化，可作為TBI炎癥程度的間接指標，并且參與小膠質(zhì)細胞活化和神經(jīng)修復(fù)過程。以TSPO為靶點，可以探尋更多既能抑制炎癥又能促進神經(jīng)類固醇合成的TSPO新配體或者藥物，為科學(xué)研究及臨床治療提供了新的思路和方向。然而我們還不清楚TSPO每個亞基的具體作用，活化小膠質(zhì)細胞的機制，TSPO的下游產(chǎn)物類固醇激素能否與TSPO產(chǎn)生作用，亦缺少TSPO表達量的正常參考值，這些都有待進一步的研究與探索。

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R651.1

B

1671－7783（2014）02－0177－04

10.13312／j.issn.1671-7783.y130195

江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)臨床科技發(fā)展基金資助項目（JLY20120041）；常州市武進區(qū)科技發(fā)展（社會發(fā)展）基金資助項目（WS201321）*：通訊作者，E-mail：wybx2＠163.com

2013－08－22 ［編輯］何承志