丙戊酸治療脊髓損傷潛在機(jī)制的研究進(jìn)展

謝志杰 吳建躍*

脊髓損傷（SCI）是一種嚴(yán)重的創(chuàng)傷，通常會(huì)給患者帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和永久性殘疾。SCI的病理生理包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的主要先天免疫細(xì)胞，在神經(jīng)炎癥中起重要作用［1］。然而小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化會(huì)導(dǎo)致促炎因子的過(guò)度產(chǎn)生，例如環(huán)氧合酶2（COX-2），白介素1β（IL-1β），白介素6（IL-6）和白介素受體（IL-4R和IL-2Ra）［2］；當(dāng)這些促炎因子過(guò)表達(dá)時(shí)，其傾向于激活可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的轉(zhuǎn)錄因子，例如NFκB。相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)，NF-kB和STATs的轉(zhuǎn)錄活性與其賴氨酸乙?；芮邢嚓P(guān)，而賴氨酸乙?；芙M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）和組蛋白脫乙?；福℉DACs）間的平衡調(diào)節(jié)［3］。通過(guò)恢復(fù)組蛋白乙?；钠胶?，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄功能障礙和上調(diào)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)基因，HDAC抑制劑（HDACis）被認(rèn)為是治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種有前途的干預(yù)措施［4］。本文探討丙戊酸（VPA）在脊髓損傷修復(fù)過(guò)程中潛在的分子機(jī)制，并對(duì)其治療脊髓損傷的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 丙戊酸概述

VPA是衍生自天然戊酸的支鏈短鏈脂肪酸。丙戊酸的主要用途是作為抗癲癇藥，以及用于偏頭痛，雙相情感障礙，情緒和焦慮癥等。丙戊酸以多種方式顯示其藥理作用，例如通過(guò)作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的GABA（γ氨基丁酸）水平，阻斷電壓門控離子通道以及抑制組蛋白脫乙酰基酶。近年來(lái)，丙戊酸被證明是組蛋白脫乙?；福℉DAC）的抑制劑，尤其是HDAC1以及其他HDAC。對(duì)組蛋白脫乙?；傅囊种谱饔每赡軙?huì)增強(qiáng)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡及抗腫瘤作用的基因的表達(dá)［5］。因而其可通過(guò)抑制炎癥細(xì)胞因子和抑制神經(jīng)元凋亡來(lái)發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［6］。

大部分藥物在血液中分布，并存在于細(xì)胞外液的快速交換過(guò)程。同時(shí)藥物也可在腦脊液（CSF）和大腦總分布。CSF中丙戊酸鹽的濃度與血漿中游離藥物濃度接近。藥物的半衰期為15~17 h。兒童通常更短。人體中至少有3種VPA代謝途徑：葡萄糖醛酸化，線粒體中的β氧化（均被認(rèn)為是主要途徑，分別占劑量的50%和40%）和細(xì)胞色素P450（CYP）介導(dǎo)的氧化（被認(rèn)為是次要途徑，0~10%），丙戊酸葡糖醛酸是VPA的主要尿代謝產(chǎn)物（約30%~50%）［7］。

2 丙戊酸治療脊髓損傷的潛在作用機(jī)制

2.1 抑制組蛋白脫乙酰酶（HDAC） 組蛋白是染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，組蛋白的乙?；兔撘阴；饔每烧{(diào)節(jié)DNA轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。組蛋白脫乙?；甘菑慕M蛋白中除去乙酰基的酶，使DNA-組蛋白結(jié)構(gòu)更緊湊，因此可以限制轉(zhuǎn)錄。相反，組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶減弱DNA-組蛋白的吸引力，從而展開復(fù)合物并使DNA更易于轉(zhuǎn)錄［8］。組蛋白乙?；且粋€(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，受兩個(gè)大家族酶［組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）和組蛋白脫乙酰酶（HDACs）］的拮抗作用控制。這些酶的作用間的平衡是基因表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，并控制著較多發(fā)育過(guò)程和疾病狀態(tài)［9］。主要通過(guò)以下幾種機(jī)制發(fā)揮作用：（1）減少細(xì)胞和神經(jīng)元的凋亡：PENAS等［10］在大鼠脊髓損傷模型中，以治療劑量應(yīng)用VPA可減輕脫髓鞘作用和軸突損失，并保留相關(guān)的少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元，從而在SCI大鼠橫斷模型中顯著恢復(fù)后肢活性，該機(jī)制通過(guò)減少促凋亡因子C/EBP同源蛋白在細(xì)胞核中的逐步積累來(lái)預(yù)防內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激，這可能是由VPA抑制HDAC作用介導(dǎo)的，由于VPA是一種已經(jīng)在臨床使用的藥物，這些結(jié)果為其治療脊髓損傷開辟了道路。LEE等［11］動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，在大鼠脊髓損傷后皮下注射VPA（300 mg/kg），1次/12 h，并在指定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)VPA可顯著降低SCI后早期運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的凋亡，并抑制損傷后與氧化應(yīng)激相關(guān)的超氧陰離子（O2-）產(chǎn)生和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）表達(dá)，同樣發(fā)現(xiàn)VPA給藥可通過(guò)抑制細(xì)胞色素C的釋放和caspase-9和caspase-12的活化保護(hù)SCI早期運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元免受氧化應(yīng)激和ER應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡。（2）丙戊酸可減輕脊髓損傷后血脊髓屏障破壞和炎癥浸潤(rùn)：血脊髓屏障的破壞主要是由于脊髓損傷后各種炎性細(xì)胞可分泌基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9），而氧化應(yīng)激是激活MMP的主要原因［12-13］，其主要參與細(xì)胞外基質(zhì)及其他細(xì)胞外蛋白的降解，如緊密連接蛋白o(hù)ccludin和claudin-5，ZO-1-5［14］。繼而加重炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，同時(shí)也會(huì)引起微出血和水腫，從而加重繼發(fā)性損傷。WANG等［15］研究表明，MMP-9是干擾血腦屏障完整性的關(guān)鍵蛋白酶，而VPA阻斷MMP-9的升高，以及claudin-5和ZO-1的下調(diào)，均參與該藥物對(duì)血腦屏障的保護(hù)。

2.2 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用 PANDAMOOZ等［16］研究為評(píng)估組蛋白脫乙?；敢种苿┍焖幔╒PA）對(duì)所選營(yíng)養(yǎng)因子的mRNA表達(dá)的影響，在大鼠動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)VPA可上調(diào)表皮神經(jīng)干細(xì)胞（EPI-NCSC）中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF），膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（GDNF）和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）的mRNA表達(dá)。VPA介導(dǎo)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的增加通過(guò)保護(hù)剩余神經(jīng)細(xì)胞免受細(xì)胞凋亡和刺激軸突生長(zhǎng)，在神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。VPA的生存效應(yīng)已在脊髓損傷動(dòng)物模型中反復(fù)得到證實(shí)，YU等［17］研究大鼠模型中與VPA治療相關(guān)的脊髓損傷（SCI）的組織學(xué)變化和功能恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)VPA注射到脊髓損傷動(dòng)物模型中可以恢復(fù)組蛋白的超乙酰化，從而上調(diào)HSP70和Bcl-2的神經(jīng)保護(hù)基因活性。HSPs具有分子伴侶、促進(jìn)血管生成、抑制炎癥反應(yīng)、抑制細(xì)胞凋亡、抗氧化應(yīng)激等作用［18］，從而改善由短暫性局灶性缺血引起的神經(jīng)功能損害，減輕損傷脊髓的炎癥。

2.3 丙戊酸促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2極化并減輕小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng) 小膠質(zhì)細(xì)胞是位于大腦中的常駐組織巨噬細(xì)胞，并在激活時(shí)具有兩個(gè)主要的極化狀態(tài)，即M1表型和M2表型。M1與M2的比例決定了局部微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。在對(duì)創(chuàng)傷的應(yīng)激反應(yīng)中，可以檢測(cè)到高水平的活性氧（ROS）。在這些刺激因素下，M1巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞處于主要狀態(tài)，這對(duì)于損傷的修復(fù)是不利的，可導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，例如IL-6，IFN-γ，IL-12，IL-23，IL-1β和TNFα［19］。M1表型巨噬細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為具有吞噬作用的M2表型。M2表型的小膠質(zhì)細(xì)胞，具有組織修復(fù)特性（即高產(chǎn)量的IL-10和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGFβ）），可通過(guò)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的分泌和抗炎性細(xì)胞因子及通過(guò)吞噬作用清除細(xì)胞碎片發(fā)揮保護(hù)和促神經(jīng)、血管、髓鞘再生［20］。激活NF-κB，下調(diào)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。CHEN等［21］研究表明VPA治療使小膠質(zhì)細(xì)胞的極化向M2表型轉(zhuǎn)移，并減輕小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)［21］。

2.4 丙戊酸對(duì)STAT1乙?；蚇F-κB信號(hào)通路的影響 NF-κB被認(rèn)為是炎癥介質(zhì)的中央轉(zhuǎn)錄因子，在較多炎癥反應(yīng)中起至關(guān)重要的作用。而STATs的激活具有緩解多種NF-kB介導(dǎo)的炎性和代謝性疾病的潛力［22］。CHEN等［21］研究還包括co-IP分析，證實(shí)VPA可引起乙?；腟TAT1與核NF-κB（p65）相互作用，從而抑制NF-kB（p65）的核易位及其轉(zhuǎn)錄活性并減弱SCI后的中樞炎癥反應(yīng)。而乙酰賴氨酸免疫沉淀組分中STAT1蛋白的存在證實(shí)VPA處理后STAT1乙?；脑黾印PA介導(dǎo)的乙?；蚐TAT1表達(dá)上調(diào)可能是由于HDAC3移位到細(xì)胞核和活性降低所致［20］。

3 展望

脊髓損傷的神經(jīng)功能修復(fù)目前仍是醫(yī)學(xué)界的難題，如何阻斷脊髓損傷后的病理生理過(guò)程，抑制炎性因子的釋放，凋亡基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，誘導(dǎo)神經(jīng)再生及神經(jīng)保護(hù)基因的表達(dá)等一直是治療的研究方向。目前治療脊髓損傷的方法主要通過(guò)減輕脊髓損傷后的繼發(fā)性損傷，干細(xì)胞移植治療，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)支持等，以及近年來(lái)生物材料的迅猛發(fā)展也為恢復(fù)脊髓損傷后微環(huán)境提供更多的選擇。VPA是一種已經(jīng)在臨床使用的藥物，以往主要的用途是作為抗癲癇藥，近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)其治療脊髓損傷的潛在作用，如減少細(xì)胞和神經(jīng)元的凋亡；可減輕脊髓損傷后的血脊髓屏障破壞和炎癥浸潤(rùn)；神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用等。通過(guò)對(duì)VPA在脊髓損傷修復(fù)中的作用的深入了解，可望為脊髓損傷的治療帶來(lái)新的契機(jī)。