神經(jīng)血管單元與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

黃清　陳秋萍++蒙蘭青

【關(guān)鍵詞】神經(jīng)血管單元；網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)；缺血性卒中

中圖分類號(hào)：R743.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2014.04.026

缺血性腦卒中嚴(yán)重危害人類健康，給社會(huì)、家庭帶來沉重負(fù)擔(dān)。長期以來，在傳統(tǒng)藥物及現(xiàn)有的治療手段上，難以達(dá)到滿意的療效。神經(jīng)血管單元[1]將缺血后腦保護(hù)的目標(biāo)從過去單一的神經(jīng)保護(hù)提升到對(duì)神經(jīng)細(xì)胞、血管等整體結(jié)構(gòu)式的保護(hù)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是最近研發(fā)多靶點(diǎn)新藥的熱點(diǎn)學(xué)科，與缺血性腦卒中后對(duì)神經(jīng)血管單元多重治療新理論有密切關(guān)系。結(jié)合目前神經(jīng)血管單元與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究進(jìn)展，展望其可能成為缺血性卒中研究新策略。

1神經(jīng)血管單元（NVU）

2001年7月，美國國立神經(jīng)病學(xué)與卒中研究所（NINDS）提出了神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）的概念，強(qiáng)調(diào)神經(jīng)元、血腦屏障（BBB，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞的血管終足、基底膜和周細(xì)胞）、細(xì)胞外基質(zhì)及小膠質(zhì)細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)相互作用。這個(gè)概念的提出，不僅把神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和腦血管的相互作用看作一個(gè)整體，而且把過去對(duì)腦缺血損傷單一的神經(jīng)元保護(hù)、再灌注等治療提升到神經(jīng)血管單元保護(hù)和修復(fù)的高度進(jìn)行研究，為缺血性卒中的治療帶來了新的機(jī)遇。

1.1缺血性卒中NVU各組分及聯(lián)系生理情況下，神經(jīng)元以氧化磷酸化產(chǎn)生ATP維持細(xì)胞的正常代謝活動(dòng)。腦缺血缺氧時(shí)，氧和葡萄糖等能量代謝障礙引起Na+丟失，K+通道傳導(dǎo)受阻，突觸前膜去極化，激活興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸受體（尤其是NMDA受體）打開神經(jīng)細(xì)胞膜上的Ca2+通道，導(dǎo)致大量Ca2+進(jìn)入神經(jīng)元。神經(jīng)元通過產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子和活化氧（reactive oxygen species，ROS），激活小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生更多的細(xì)胞因子及一氧化氮合酶（NOS）的活性。以上綜合效應(yīng)的結(jié)果是使神經(jīng)細(xì)胞水腫，細(xì)胞器溶解，細(xì)胞膜破裂，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞壞死。血管內(nèi)皮細(xì)胞在細(xì)胞因子、趨化因子的作用下能產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs），而MMP2和MMP9參與了急性缺血損傷的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致血腦屏障的通透性發(fā)生破壞[2]。周細(xì)胞通過調(diào)整特異性的血管內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)，誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞的終足極化，維持完整的NVU結(jié)構(gòu)[3]。缺血狀態(tài)下星型膠質(zhì)細(xì)胞主要通過吞噬、產(chǎn)生抗原、細(xì)胞因子和趨化因子等發(fā)揮其免疫功能。

1.2NVU相關(guān)信號(hào)通路

1.2.1Wnt信號(hào)通路隨著NVU概念的提出，發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路在缺血性卒中神經(jīng)血管單元保護(hù)中可能發(fā)揮重要作用。研究表明，Wnt蛋白不僅存在于血管和BBB中，而且在培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞中刺激類似BBB的物質(zhì)形成，維持BBB的穩(wěn)定和神經(jīng)功能，是參與腦血管生成和BBB分化的重要調(diào)節(jié)介質(zhì)[4]。

1.2.2周細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞信號(hào)通路在BBB對(duì)維持NVU功能中，周細(xì)胞起著重要作用[5]。近年來的許多研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞和周細(xì)胞通過RhoGTP信號(hào)通路參與了血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長、毛細(xì)血管的發(fā)生和重塑。位于周細(xì)胞表面的血小板衍生生長因子β受體（PDGFR）與血小板衍生生長因子結(jié)合以促進(jìn)血管成熟[6]。周細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞之間通過N鈣粘蛋白來增強(qiáng)血管穩(wěn)定性[7]。

1.2.3tPA信號(hào)通路研究表明，MMPS和tPA在腦缺血急性期血腦屏障的損傷中起著關(guān)鍵的作用[8]。tPA通過激活MMPS等信號(hào)通路，使BBB通透性增加，導(dǎo)致腦出血、水腫。深入了解tPA的神經(jīng)毒性，對(duì)安全有效的tPA治療急性腦缺血提供分子基礎(chǔ)具有重要意義。

1.2.4其他信號(hào)通路研究表明，絲氨酸蛋白酶（APC）具有抗凝、抗炎免疫及抗細(xì)胞凋亡的作用，在腦缺血6～144 h后具有神經(jīng)保護(hù)和修復(fù)功能[9]。血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）通過活化Rho/ROK信號(hào)通路對(duì)缺血后的神經(jīng)元有保護(hù)作用[10]。

1.3NVU潛在靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，L型鈣通道激動(dòng)劑對(duì)神經(jīng)細(xì)胞具有明顯的保護(hù)作用；抑制BKCA通道阻止血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，對(duì)神經(jīng)具有保護(hù)作用；ERBB4受體調(diào)節(jié)神經(jīng)調(diào)節(jié)素1釋放GABA，對(duì)神經(jīng)起保護(hù)作用。因此，L型鈣通道、BKCA通道及ERBB4受體有可能成為神經(jīng)保護(hù)新靶點(diǎn)[11]。星形膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)分布最廣泛的一類細(xì)胞，腦缺血后出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，并廣泛受損。水通道蛋白4（AQP4）能調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（GluTs）的表達(dá)及谷氨酸的攝取功能，可見AQP4是星形膠質(zhì)細(xì)胞保護(hù)的重要靶點(diǎn)[12]。

2網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

在過去的十余年，新藥研發(fā)的主導(dǎo)思想是“一個(gè)藥物，一個(gè)靶標(biāo)，一種疾病”。以特異性靶點(diǎn)藥物來治療某種疾病，如腫瘤、心腦血管疾病、糖尿病等，均難以獲得滿意的療效。獲得FDA批準(zhǔn)的藥物數(shù)量卻逐年下降，全新藥物只有25%。2007年，英國藥理學(xué)家Hopkins[13]指出，造成上述失敗的原因或許不是科技因素，而是哲學(xué)理論因素。由此，他率先提出并系統(tǒng)地闡述了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)（network pharmacology）的概念，其運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、基因的冗余度以及多效性等原理闡釋疾病發(fā)展的過程，進(jìn)一步利用網(wǎng)絡(luò)平衡的整體觀來認(rèn)識(shí)藥物與機(jī)體的相互作用。

2.1網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究相關(guān)技術(shù)方法當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)主要有以下2種研究思路：一是利用已有的數(shù)據(jù)庫建立特定疾病藥物模型，預(yù)測(cè)藥物作用靶點(diǎn)，通過藥物靶點(diǎn)疾病網(wǎng)絡(luò)解析并驗(yàn)證所研究藥物的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)機(jī)制。二是采用生物信息學(xué)分析并構(gòu)建藥物靶點(diǎn)疾病網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)藥物模型之間的相互作用所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，進(jìn)而解析所研發(fā)藥物的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)機(jī)制。

2.1.1高通量/高內(nèi)涵篩選技術(shù)高通量篩選（high throughput screening，HTS）/高內(nèi)涵篩選（high content screening，HCS）是指以細(xì)胞、分子水平的實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，在不影響細(xì)胞、組織或機(jī)體結(jié)構(gòu)及功能的條件下，具有同時(shí)檢測(cè)大量樣品對(duì)活細(xì)胞、組織或機(jī)體多個(gè)表型的功能，如細(xì)胞、分子形態(tài)、生長、代謝途徑、分化、凋亡及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等環(huán)節(jié)。它能在單一實(shí)驗(yàn)中提取大量數(shù)據(jù)信息，并利用高分辨率熒光數(shù)碼影像系統(tǒng)和自動(dòng)化數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行高度的分析并儲(chǔ)存，體現(xiàn)了均質(zhì)、可視化、多維表型檢測(cè)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)化合物多靶點(diǎn)多參數(shù)的同時(shí)檢測(cè)，從細(xì)胞、基因調(diào)控通路和網(wǎng)絡(luò)水平上研究藥物的藥理毒理，并使全面評(píng)價(jià)活性化合物的成藥性成為可能，在新藥研發(fā)中發(fā)揮越來越重要的作用[14]。如運(yùn)用HCS和神經(jīng)突圖像定量軟件對(duì)Aβ影響小鼠皮層神經(jīng)元神經(jīng)突生長的進(jìn)行分析，篩選抑制神經(jīng)突丟失的藥物[15]。endprint

2.1.2雙高通量基因檢測(cè)技術(shù)雙高通量基因檢測(cè)技術(shù)是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)相關(guān)研究所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行驗(yàn)證，具有檢測(cè)樣品高通量、檢測(cè)目標(biāo)基因高通量的雙高通量技術(shù)。2002年Fakhari等[16]提出的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）芯片技術(shù)，具有特異性強(qiáng)、靈敏度高及重復(fù)性好、操作流程簡(jiǎn)單、定量結(jié)果無須后期驗(yàn)證等優(yōu)勢(shì)。

2.1.3分子相互作用技術(shù)分子相互作用技術(shù)是指從網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)角度揭示藥物作用原理，或?qū)λ鶚?gòu)建的藥物作用網(wǎng)絡(luò)/預(yù)測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn)證，用來揭示藥物分子與機(jī)體生物大分子之間的相互作用。目前研究分子相互作用的方法主要包括：基于表面等離子共振的檢測(cè)技術(shù)（surface plasmon resonance，SPR）[17]、基于生物膜層干涉的檢測(cè)技術(shù)（BioLayer Interferometry， BLI）[18]、液質(zhì)聯(lián)用分析技術(shù)（Liquid chromatographymass spectrometry，LCMS）[19]，這些都具有高精度、無標(biāo)記、高通量且實(shí)時(shí)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。

2.1.4網(wǎng)絡(luò)可視化與網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)可視化是指通過豐富網(wǎng)絡(luò)屬性和網(wǎng)絡(luò)描述，運(yùn)用可視化工具（Cytoscape、GUESS、Pajek等）將聯(lián)系表反映成具有相互聯(lián)系、表現(xiàn)更為直觀的可視網(wǎng)絡(luò)過程[20]。網(wǎng)絡(luò)分析是指運(yùn)用相應(yīng)工具對(duì)已構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析并從中提取有效使用信息。例如，網(wǎng)絡(luò)中的隱藏信息是通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(xué)信息計(jì)算得到網(wǎng)絡(luò)本身的統(tǒng)計(jì)屬性[21]；現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的可靠性是采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)生成來進(jìn)行比較和驗(yàn)證的[22]；網(wǎng)絡(luò)分層和聚類不僅使復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，還提供了尋找網(wǎng)絡(luò)潛在信息的方法[23]。

2.2網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與新藥物發(fā)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)分析，鑒定可產(chǎn)生滿意療效的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組合，指導(dǎo)研究者發(fā)現(xiàn)可干擾這些節(jié)點(diǎn)、產(chǎn)生多向藥理學(xué)效應(yīng)的先導(dǎo)藥物[24]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究，結(jié)束了“一個(gè)藥物，一個(gè)靶標(biāo)，一種疾病”為主導(dǎo)的傳統(tǒng)新藥研發(fā)模式，開創(chuàng)了一種多靶或與多種疾病間復(fù)雜網(wǎng)狀關(guān)系的新研究模式，從全新的視角認(rèn)識(shí)藥物靶點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)分布，對(duì)復(fù)雜疾病發(fā)病機(jī)制及治療靶標(biāo)的研究存在潛在的應(yīng)用價(jià)值。吳釘紅等[25]利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，對(duì)清熱中藥治療冠心病的有效成分和作用機(jī)制從系統(tǒng)水平進(jìn)行研究，構(gòu)建清熱中藥治療冠心病的藥物靶標(biāo)疾病網(wǎng)絡(luò)，并揭示中藥中化學(xué)成分與相關(guān)靶標(biāo)相互作用的分子機(jī)制。朱偉等人[26]運(yùn)用分子對(duì)接和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)研究治療慢性腎病中藥所含化學(xué)成分和靶標(biāo)之間的相互作用。結(jié)果顯示治療慢性腎病中藥所含化學(xué)成分靶標(biāo)相互作用網(wǎng)絡(luò)與西藥的化學(xué)成分靶標(biāo)相互作用網(wǎng)絡(luò)存在較大的差異，這說明中藥的作用機(jī)制和西藥的作用機(jī)制不完全相同。

3展望

綜上所述，NVU相關(guān)理論從新的角度認(rèn)識(shí)缺血性卒中神經(jīng)血管單元各組分之間相互作用機(jī)制、病理變化過程和潛在靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)從系統(tǒng)生物學(xué)和系統(tǒng)藥理學(xué)角度系統(tǒng)地揭示藥物和機(jī)體相互作用的規(guī)律和原理。結(jié)合神經(jīng)血管單元和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)相關(guān)理論將是缺血性卒中研究的新策略。參考文獻(xiàn)[1] Lok J，Gupta P，Guo S，et a1.Cellcell signaling in the neurovascular unit[J].Neurochem Res，2007，32（12）：20322045.

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（編輯：潘明志）endprint