一氧化碳中毒遲發(fā)性腦病與腦細(xì)胞自噬的研究進(jìn)展

張德新，詹 潔，王小霞，呂信鵬，鄧 穎

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院急診科，哈爾濱 150086

急性一氧化碳中毒在我國(guó)的發(fā)病率非常高，10%～40%的患者經(jīng)過(guò)2～60 d的假愈期后可發(fā)生以智能減退、不自主運(yùn)動(dòng)、大小便失禁等為主要表現(xiàn)的遲發(fā)性腦病，致使患者生活不能自理[1]。因其病程長(zhǎng)、致殘率高、治愈率低，嚴(yán)重威脅患者的生活和勞動(dòng)能力，給患者及其家庭造成極大的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

1 一氧化碳中毒遲發(fā)性腦病概述

導(dǎo)致一氧化碳中毒遲發(fā)性腦病(delayed encephalopathy after carbon monoxide poisoning, DEACMP)發(fā)病的機(jī)制仍然未明，主要有因缺血、缺氧引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛性的壞死及脫髓鞘的改變；腦細(xì)胞氧自由基、過(guò)氧化物等生成增加，導(dǎo)致腦細(xì)胞損傷；興奮性氨基酸誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞死亡；一氧化碳中毒啟動(dòng)腦細(xì)胞凋亡等學(xué)說(shuō)[2]。目前，DEACMP仍不能有效預(yù)防及治愈，因此，進(jìn)一步揭示 DEACMP的發(fā)病機(jī)制具有重要的臨床意義。

2 自噬概述

自噬是細(xì)胞在胞質(zhì)中出現(xiàn)的膜性結(jié)構(gòu)將大分子物質(zhì)和受損的細(xì)胞器包裹，與溶酶體結(jié)合后將其降解、消化并產(chǎn)生氨基酸等物質(zhì)的“自我吞噬”過(guò)程。自噬對(duì)細(xì)胞有正反兩方面的作用，當(dāng)細(xì)胞受到缺氧、應(yīng)激、營(yíng)養(yǎng)不足、自由基增多等有害刺激時(shí)，可為處于脅迫狀態(tài)的細(xì)胞提供存活和修復(fù)損傷所需的能量和物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用，但過(guò)度的自噬因降解必需的細(xì)胞成分反而對(duì)細(xì)胞造成損傷，甚至死亡。有觀點(diǎn)[3]認(rèn)為當(dāng)細(xì)胞遭遇應(yīng)激因素時(shí)，自噬首先被激活，以對(duì)抗有害刺激，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)有害刺激足夠強(qiáng)烈，自噬充分激活后仍不足以對(duì)細(xì)胞提供有效保護(hù)，細(xì)胞便死亡。也有研究[4]認(rèn)為自噬是細(xì)胞程序性死亡的一種機(jī)制，是繼壞死和凋亡外的第3種細(xì)胞死亡形式?？梢?jiàn)，自噬在對(duì)抗有害刺激、維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)、生長(zhǎng)發(fā)育及細(xì)胞死亡等方面扮演著重要的角色。

有研究[5-6]發(fā)現(xiàn)，自噬與缺血性腦病、阿爾茨海默病、帕金森病、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等密切相關(guān)。但自噬與DEACMP的關(guān)系，目前仍未取得公認(rèn)的結(jié)論，本文將自噬與DEACMP相關(guān)性的研究進(jìn)展作一綜述。

3 DEACMP與腦細(xì)胞自噬相關(guān)性

3.1 一氧化碳中毒后腦細(xì)胞自噬激活機(jī)制 一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合力是氧氣的200～250倍，中毒時(shí)可引起腦細(xì)胞嚴(yán)重缺氧。研究[7]表明，缺氧是激發(fā)細(xì)胞自噬的最強(qiáng)因素之一。低氧環(huán)境下，細(xì)胞能存活是因?yàn)榈脱跽T導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor-1, HIF-1)的存在，它使BCL-2/腺病毒E1B 19 kDa相關(guān)蛋白3(Bcl2/adenovirus E1 B 19-kDa interacting protein 3, BNIP3)及同源基因BNIP3L活化，導(dǎo)致Beclin-1-Bcl-2/Bcl-x L的復(fù)合物斷裂，將Beclin-1釋出。Beclin-1與液泡蛋白34(vacuolar protein sorting 34)發(fā)生反應(yīng)，啟動(dòng)自噬，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的自我保護(hù)[8]。另外，缺氧條件下，激活的蛋白激酶C(proteinkinase C, PKC)也通過(guò)Beclin-1激活自噬[9]。

一氧化碳中毒可使腦細(xì)胞產(chǎn)生大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)，對(duì)細(xì)胞線粒體等造成損傷，ROS是各種條件下觸發(fā)自噬的關(guān)鍵。ROS可通過(guò)3種途徑啟動(dòng)自噬，分別為通過(guò)激活HIF-2α增加BNIP3的表達(dá)啟動(dòng)自噬；通過(guò)活化PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PKR-like endoplasmic reticulum kinase, PERK)，誘導(dǎo)LC3和Atg5的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)自噬；通過(guò)活化NRF2誘導(dǎo)p62蛋白表達(dá)啟動(dòng)自噬[10]。

一氧化碳中毒可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，白細(xì)胞及血小板黏附性增加，血管內(nèi)微血栓形成，堵塞血管，使腦細(xì)胞能量供應(yīng)逐步中斷，腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)的累積增加，這就使腺嘌呤核糖核苷酸活化的蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase, AMPK)激活，Atg1表達(dá)的同源物ULK1，使AMPK-ULK1復(fù)合物解聚，阻斷絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)的活化，使mTOR-C1信號(hào)通路失活，啟動(dòng)自噬[11]。所以，一氧化碳中毒時(shí)，腦細(xì)胞可通過(guò)多種途徑啟動(dòng)自噬。

3.2 自噬變化對(duì)一氧化碳中毒腦細(xì)胞損傷的影響 隨著一氧化碳進(jìn)入人體對(duì)腦細(xì)胞造成缺氧等損傷，腦細(xì)胞啟動(dòng)自噬反應(yīng)，以對(duì)抗一氧化碳對(duì)腦細(xì)胞造成的損傷，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。研究[12]表明應(yīng)激后自噬的上調(diào)是細(xì)胞存活的關(guān)鍵。在缺血、缺氧性腦細(xì)胞損傷的研究[13]中就發(fā)現(xiàn)，自噬對(duì)腦細(xì)胞的存活發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。Sheng等[14]發(fā)現(xiàn)自噬能顯著減輕缺血、缺氧引起的腦損傷，自噬激動(dòng)劑雷帕霉素同樣能發(fā)揮這種保護(hù)作用，降低腦損傷的程度。Fang等[15]發(fā)現(xiàn)大腦中動(dòng)脈閉塞或血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷可激活自噬，以對(duì)抗缺血缺氧引起的腦細(xì)胞損傷，保護(hù)神經(jīng)功能，給予自噬抑制劑氯喹、3-MA等阻斷自噬后，可使神經(jīng)系統(tǒng)的損傷加重。

也有觀點(diǎn)認(rèn)為自噬的激活可導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。Zhang等[16]認(rèn)為自噬是導(dǎo)致慢性缺血、缺氧小鼠認(rèn)知功能障礙的原因，通過(guò)抑制雷帕霉素信號(hào)通路的靶通道抑制自噬，改善了慢性缺血、缺氧小鼠的認(rèn)知功能。郭向飛等[17]研究發(fā)現(xiàn)間歇性低氧通過(guò)mTOR-beclin 1通路啟動(dòng)自噬，致神經(jīng)細(xì)胞損傷加重，功能受損。Xu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，缺血、缺氧大鼠的腦細(xì)胞中自噬體明顯增多，并認(rèn)為自噬對(duì)腦細(xì)胞起損傷作用。給予自噬抑制劑3-MA可明顯減輕腦細(xì)胞的損傷，使腦損傷的體積縮小，腦水腫和神經(jīng)功能損傷得到顯著改善。

3.3 DEACMP與腦細(xì)胞自噬的關(guān)系 一氧化碳中毒后，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才發(fā)生遲發(fā)性腦病，說(shuō)明腦細(xì)胞并沒(méi)有立即壞死，而是逐步壞死的過(guò)程。有研究[19]表明DEACMP與腦細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。Guratowska等[20]發(fā)現(xiàn)急性一氧化碳中毒后大鼠腦細(xì)胞發(fā)生凋亡的高峰期與遲發(fā)性腦損傷發(fā)生的時(shí)間非常一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一理論。Xu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在缺血造成損傷的大腦皮質(zhì)中，自噬和凋亡并存，并且這一區(qū)域的細(xì)胞延遲死亡。可見(jiàn)，自噬、凋亡、壞死在DEACMP的發(fā)病中關(guān)系密切。研究[21]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自噬蛋白 (如Beclin-1、Atg7等)和凋亡相關(guān)蛋白 (如Bcl-2、Bax、p53等) 具有相互交叉的作用，如Beclin-1與Bcl-2結(jié)合后對(duì)自噬起抑制作用，而與Bax結(jié)合后，卻能促進(jìn)自噬。

目前研究認(rèn)為，在缺氧、缺血條件下，在死亡的神經(jīng)細(xì)胞中自噬水平是增強(qiáng)的，但到底因?yàn)樽允蓡?dòng)凋亡程序引起細(xì)胞死亡，還是因自噬未能起到有效的維護(hù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的作用致細(xì)胞死亡，仍未取得一致的結(jié)論。Xu等[22]研究發(fā)現(xiàn)在缺氧、缺血損傷的早期，抑制自噬后，腦細(xì)胞的損傷顯著增加。說(shuō)明在損傷早期，自噬通過(guò)清理受損的細(xì)胞器，對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用。晚期抑制自噬后，腦細(xì)胞損傷卻明顯減輕，說(shuō)明自噬起加重細(xì)胞損傷的作用，其原因可能是因?yàn)槌掷m(xù)的應(yīng)激損傷，誘發(fā)了“過(guò)度”的自噬，使自噬體吞噬了正常的細(xì)胞器，引起細(xì)胞壞死。Wang等[23]發(fā)現(xiàn)高壓氧可通過(guò)自噬對(duì)缺血再灌注造成的神經(jīng)損傷發(fā)揮保護(hù)作用，并認(rèn)為自噬可成為缺血再灌注損傷治療的新靶點(diǎn)。Yan等[24]在高壓氧治療之前，將3-MA 注射入腦室內(nèi)，使自噬被提前抑制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高壓氧對(duì)缺氧、缺血的保護(hù)作用減弱。反之，用雷帕霉素提前激活自噬后發(fā)現(xiàn)，自噬對(duì)細(xì)胞保護(hù)作用與高壓氧治療效果相似。Lu等[25]研究認(rèn)為高壓氧可擴(kuò)大因大腦中動(dòng)脈閉塞引起的腦損傷，因?yàn)榇罅康腞OS導(dǎo)致細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase1/2, ERK1/2)活性增強(qiáng)，導(dǎo)致自噬通路中斷，無(wú)法發(fā)揮對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用?？梢?jiàn)，自噬對(duì)DEACMP作用的具體機(jī)制，在不同階段對(duì)DEACMP的影響仍未得出一致的結(jié)論。

4 小 結(jié)

綜上所述，自噬介入急性DEACMP的發(fā)病，但自噬在疾病的不同時(shí)期發(fā)揮怎樣的作用，以及如何通過(guò)干預(yù)自噬的表達(dá)以有效預(yù)防和治療遲發(fā)性腦病仍需要進(jìn)一步的研究。