摘要:蛛网膜下腔出血(SAH)是卒中的一种重要类型,具有较高的病死率和致残率｡目前研究显示,细胞焦亡作为一种程序性细胞死亡方式,在SAH后早期脑损伤中发挥关键作用｡SAH后神经元､小胶质细胞､星形胶质细胞及脑血管内皮细胞均可发生焦亡,造成神经功能损伤､脑水肿及血-脑屏障破坏｡核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体是细胞焦亡的核心调控因子,其激活机制及在不同细胞类型中的作用已成为研究热点｡针对该通路的SAH治疗策略包括NLRP3抑制剂､半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1抑制剂､消皮素D抑制剂等均在动物实验中展现出一定疗效｡此外,干细胞､外泌体､气体治疗等新兴技术也为调控细胞焦亡提供了新的干预思路｡该文就SAH后细胞焦亡的发生机制､不同细胞焦亡的特点以及针对细胞焦亡的SAH治疗策略进行简要综述,旨在为后续机制研究与临床转化提供理论依据｡

蛛网膜下腔出血(SAH)是卒中的一种重要亚型,主要由脑血管异常如颅内动脉瘤､动静脉畸形等破裂出血流入蛛网膜下腔所致｡目前,针对SAH的治疗首先为迅速控制SAH病因以降低再出血风险,但残留在蛛网膜下腔的血液及其分解产物仍可影响SAH患者预后｡近年来,有研究表明,SAH发生后72h内发生的脑损伤,即早期脑损伤(early brain injury,EBI)是SAH后血液及分解产物造成的主要病理变化｡EBI是一个集合概念,包括颅内压升高､氧化应激､神经炎症､血-脑屏障破坏､脑水肿､微血栓形成､皮质扩散去极化､自调节功能障碍､脑血流减少和神经退化等｡了解EBI相关机制是寻找SAH治疗靶点及降低其致死､致残率的关键｡疾病状态下细胞特殊的死亡形式是影响病理变化的关键因素,如细胞凋亡､铁死亡等均在EBI中发挥重要作用｡Cookson教授研究团队发现,沙门菌感染后巨噬细胞会出现一种依赖于半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(cysteinyl aspartate specific proteinase-1,Caspase-1)的特殊细胞死亡形式,并将其命名为焦亡｡Caspase-1的激活可导致消皮素家族成员的裂解和聚合,促进细胞核浓缩､染色质断裂､细胞肿胀,导致细胞破裂,细胞内的炎症因子如白细胞介素(IL)-1β､IL-18释放,从而促进炎症反应｡近年来,已经在SAH患者及体内外模型中发现了细胞焦亡的存在,且广泛存在于多种细胞｡笔者就SAH后细胞焦亡的发生机制､不同细胞焦亡的特点以及针对细胞焦亡的SAH治疗策略进行简要综述｡

1 SAH后细胞焦亡的发生机制

焦亡的主要作用为清除受病原体相关分子模式或损伤相关分子模式影响的细胞,而细胞焦亡的发生与炎症小体的激活密不可分,如黑色素瘤缺乏受体2(absent in melanoma 2,AIM-2)､Toll样受体､视黄酸诱导基因I样受体(retinoic acid-inducible gene-I,RIG-I)和核苷酸寡聚化结构域样受体家族(nucleotide-binding leucine-rich repeat,NLR)等｡其中,属于NLR家族的核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)在SAH后细胞焦亡发生中的作用成为研究重点｡Chen等研究显示,在大鼠SAH模型中NLRP3上调并受嘌呤能2X7受体调节加剧神经炎症｡随后,多项研究显示,血液分解产物激活的活性氧(reactive oxygen species,ROS)､炎症信号转化生长因子激酶1､长链非编码核糖核酸H19等均可激活NLRP3的上游信号,促进细胞焦亡｡此外,Díaz-García等纳入28例SAH患者和14名健康对照者的外周血,结果显示,与健康对照组相比,SAH患者单核细胞中NLRP3过度激活,并伴随血浆IL-1β､IL-18等炎症因子水平升高(均P<0.01);流式细胞术检测结果显示,与不使用NLRP3抑制剂MCC-950组比较,在SAH患者单核细胞中使用MCC-950可有效减少NLRP3的激活[SAH组NLRP3水平低于SAH+MCC-950组(P<0.01)];酶联免疫吸附测定法检测结果显示,与不使用MCC-950组比较,使用MCC-950后SAH组单核细胞培养上清中的炎症因子(IL-1β､IL-18)含量均下降(均P<0.05)｡除NLRP3之外,其他炎症小体如AIM-2､NLRP1､含NLR家族CARD结构域4(nucleotide-binding leucine-rich repeat CARD4,NLRC4)等在SAH后也可能被激活并介导细胞焦亡,但相关研究数量有限｡NLRP3激活后,其可作为炎症小体复合物的传感器,招募一个适配器与细胞凋亡相关的斑点状蛋白质(apoptosis-related speck-like protein,ASC),同时招募前体Caspase-1以形成炎症小体复合物并进一步激活Caspase-1｡Caspase-1的激活可分裂炎症细胞因子IL-1β和IL-18的前体｡此外,Caspase-1还可激活消皮素D(Gasdermin-D,GSDMD),导致其N端结构域被切割,并在细胞膜中形成一个孔隙,而成熟的IL-1β和IL-18可沿着该孔隙释放,导致细胞肿胀,最终引发细胞焦亡｡

2 SAH后多种细胞的焦亡

2.1 神经元焦亡

神经元是维持机体正常生活活动的主体,SAH后神经元死亡可导致患者神经功能障碍甚至死亡｡SAH后神经元焦亡通常由小胶质细胞介导的神经炎症激活,而神经元焦亡又促进了细胞释放IL-1β和IL-18,进一步加重神经炎症｡目前,已知的能够促使SAH后神经元焦亡的上游炎症信号包括信号转导和转录激活因子3､去乙酰化酶､趋化因子受体､转化生长因子激酶1等,这些上游炎症信号可激活神经元中的炎症小体,其中NLRP3为最常见的炎症小体,而AIM-2作为一种主要定位于神经元的细胞膜上的炎症小体,可能在SAH后的神经元焦亡中具有特殊意义｡Yuan等的研究显示,与蛛网膜下隙麻醉后从非SAH患者中获取的脑脊液对照样本相比,SAH患者脑脊液中AIM-2水平在SAH后1~3d明显升高(P<0.01),并且Hunt-Hess分级越高,其脑脊液中AIM-2水平越高(P<0.01)｡该研究显示,在SAH小鼠颞叶皮质及氧合血红蛋白处理(模拟体外SAH模型)的原代神经元中,由AIM-2炎症小体介导的焦亡相关蛋白(AIM-2､GSDMD､GSDMD-N､Caspase-1､Caspase-1p20和ASC等)表达水平较假手术组和对照组均上调(均P<0.05),且其表达水平均以时间依赖的方式持续增加,而免疫组化与免疫荧光染色的结果进一步证实AIM-2所介导的焦亡主要发生在大脑神经元中;通过慢病毒敲低小鼠SAH模型及体外神经元中的AIM-2和Caspase-1后,AIM-2所诱导的GSDMD切割造成的神经元焦亡减少,提示AIM-2/Caspase-1/GSDMD信号通路可能是SAH后靶向神经元焦亡的治疗靶点｡此外,由于SAH通常发生在Willis环内,其附近的下丘脑通常会受到影响,患者可出现下丘脑相关的神经内分泌功能障碍,如生长激素缺乏等并发症｡有研究显示,作为释放生长激素的主要区域,位于下丘脑弓形核的生长激素释放激素神经元在SAH后发生了焦亡｡Mao等应用质谱法在40例SAH患者队列的脑脊液样本中发现了蛋白水平高表达的差异基因ADAM9与生长激素缺乏高度关联(ADAM9对SAH后生长激素缺乏的预测价值:敏感度90%,特异度100%; 95%CI:0.9295~1.0000,P=0.0003),随后在SAH小鼠模型中验证了小胶质细胞分泌的ADAM9可通过有丝分裂阻滞缺陷2样蛋白2/c-Jun氨基末端激酶/Caspase-1途径促进生长激素释放激素神经元的焦亡,并加重SAH后的认知功能障碍和生长激素缺乏,而索拉芬尼可抑制这一现象的发生｡总之,该研究为探究SAH相关生长激素缺乏的机制及治疗策略提供了新思路｡

2.2 小胶质细胞焦亡

小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞,在正常的生理条件下处于休眠状态,有许多突起可用于识别信息,使其能够在疾病条件下到达脑损伤区域并发挥作用｡SAH发生后,小胶质细胞膜上的Toll样受体4可识别病原体相关分子模式和损伤相关分子模式,然后通过其连结分子髓样分化因子88激活核因子κB途径,以增加NLRP3和成熟体IL-1β的合成,随后与ASC､Caspase-1迅速组装成复合物激活典型的焦亡途径｡同时,SAH后小胶质细胞可由休眠状态极化为促炎的M1表型和抑炎的M2表型,M1型小胶质细胞可释放大量的促炎因子,如IL-1β､肿瘤坏死因子α和诱导型一氧化氮合酶,以引起炎症反应｡目前,尚无证据表明SAH后小胶质细胞焦亡在M1与M2表型转化过程中发挥作用,但神经元焦亡与小胶质细胞的促炎反应存在紧密联系｡Xu等研究显示,骨髓细胞触发受体1在SAH组表达量高于假手术组,并主要定位于小胶质细胞,其可激活下游NLRP3炎症体介导的焦亡进一步加剧神经炎症｡Liu等通过酶联免疫吸附测定法发现,SAH患者(39例)脑脊液中的焦亡相关蛋白(NLRP3､Caspase-1､IL-1β)水平较非神经系统疾病患者(7例)均升高(均P<0.05);该研究随后建立了SAH大鼠模型,定量聚合酶链式反应检测结果显示,与假手术组比较,SAH组大鼠脑组织中的长链非编码核糖核酸H19水平升高(P<0.01),且携带长链非编码核糖核酸H19的慢病毒在SAH大鼠模型和经氧合血红蛋白处理的小胶质细胞中均可促进NLRP3介导的细胞焦亡｡小胶质细胞作为SAH后最早介导神经炎症的细胞,其焦亡进一步加剧了炎症反应,是导致其他细胞死亡的关键原因｡因此,了解并寻求调节小胶质细胞焦亡的措施是减轻SAH后神经炎症的关键｡

2.3 星形胶质细胞焦亡

星形胶质细胞在健康神经系统的发育､营养支持和代谢调节中发挥重要作用｡SAH发生后,星形胶质细胞可出现增殖异常､有害表型极化､炎症因子释放等,对神经元完整性､血-脑屏障功能产生负面影响｡但是,关于SAH后星形胶质细胞焦亡的相关研究较少｡Ding等建立了小鼠SAH模型,荧光共定位结果显示,炎症小体NLRC4在星形胶质细胞中表达,其水平在SAH后增加(SAH组NLRC4荧光阳性细胞数量高于假手术组;P<0.01),并且伴随GSDMD-N等焦亡相关信号的激活｡此外,肿瘤坏死因子刺激基因6(tumor necrosis factor-stimulated gene-6,TSG-6)是NLRC4的上游调节因子,TSG-6重组蛋白可以抑制NLRC4介导的星形胶质细胞焦亡,但TSG-6的内源性敲除则可起到相反的效果｡研究者通过对焦亡蛋白与炎症因子的免疫蛋白分析与荧光检测发现,星形胶质细胞焦亡的缓解伴随着促炎因子表达水平的下降,并通过神经功能评分检测､脑水重评估､凋亡神经元荧光分析发现,星形胶质细胞焦亡的缓解伴随着神经元损伤(P<0.01)､脑水肿(P<0.01)和神经功能损伤(P<0.05)的减轻｡但是,在Ding等的研究中,尽管经重组TSG-6处理后SAH大鼠脑组织裂解的Caspase-1表达水平低于单纯SAH组(P<0.01),但该研究未能提供TSG-6直接作用于Caspase-1蛋白本身的机制证据,其机制可能为通过抑制NLRC4炎症小体的激活,间接减少Caspase-1的活化,而非直接靶向抑制Caspase-1,是否存在TSG-6对Caspase-1的直接调控作用仍有待后续研究进一步阐明｡此外,星形胶质细胞作为脑损伤后参与神经功能恢复的重要细胞,可表达高水平的组织因子｡Fang等研究显示,在大鼠SAH后的1~3d,星形胶质细胞中的组织因子和焦亡关键因子Caspase-1存在共定位,而应用Caspase-1抑制剂VX-765则可降低氧合血红蛋白刺激的星形胶质细胞的组织因子表达水平､减轻炎症因子释放和GSDMD裂解介导的细胞焦亡｡在单核细胞和内皮细胞中,IL-1β可以通过IL-1β/IL-1R1信号通路促进组织因子转录,而鉴于炎症细胞因子IL-1β在细胞焦亡后被释放,该调节组织因子产生的机制也可能发生在SAH后的星形胶质细胞中｡总之,Caspase-1抑制可以有效减弱SAH后的星形胶质细胞焦亡并进一步减轻神经炎症和组织因子激活的凝血反应｡

2.4 其他细胞焦亡

除上述常见神经细胞外,还有其他细胞也在SAH后出现焦亡并参与了EBI｡脑血管内皮细胞是组成血-脑屏障的主要成分,紧密连接蛋白则是血-脑屏障渗透性最重要的控制者｡SAH发生后,血液分解产物等导致血-脑屏障的紧密连接蛋白降解,发生血管性水肿,是SAH后发生EBI的主要原因之一｡在缺血性卒中､神经退行性病变､脂多糖诱导的神经炎症等中枢神经系统病变中,NLRP3炎症小体可以通过激活脑血管内皮细胞中的炎症信号级联和细胞焦亡,成为血-脑屏障破坏的关键致病效应器｡Hu等研究显示,SAH大鼠脑血管内皮细胞中裂解的Caspase-1表达增加并发生了细胞焦亡,且受到ROS水平的限制｡体外模型的免疫蛋白印迹结果显示,ROS激活剂过氧化氢可以进一步加重氧合血红蛋白刺激的内皮细胞的焦亡;此外,来源于蕨类植物蛇足石杉的一种倍半萜生物碱石杉碱甲可能通过抑制ROS介导的内皮细胞焦亡减轻SAH后的血-脑屏障功能障碍与神经系统损伤｡神经干细胞是一组可自我更新的细胞,可以分化为神经元､星形胶质细胞和少突胶质细胞,其在成熟大脑中主要定位于海马及其附近,主要参与脑损伤后的神经修复｡Kanamaru和Suzuki及Mino等在成年小鼠SAH模型中通过免疫荧光检测发现,与正常对照组相比,SAH后神经干细胞数量开始减少,并在第3天处于最低水平,第7天恢复至正常对照组水平｡Yue等研究显示,大鼠海马神经干细胞在SAH后发生了焦亡,且体外由氧合血红蛋白刺激的神经干细胞焦亡由ROS激活的NLRP3所介导,而应用ROS抑制剂N-乙酰-L-半胱氨酸可减轻神经干细胞焦亡｡由此可见,NLRP3可能在SAH后神经干细胞焦亡中发挥重要的介导作用｡

3 SAH后细胞焦亡的治疗

目前,关于SAH后细胞焦亡的药物研究主要集中在典型的焦亡靶点抑制剂,如NLRP3抑制剂MCC-950､Caspase-1抑制剂VX-765､GSDMD抑制剂LDC7559等｡Fang等的大鼠SAH模型研究表明,VX-765可通过在SAH后1周内抑制焦亡介导的神经炎症和组织因子诱导的纤维蛋白沉积加速脑脊液循环和血液清除,从而减轻SAH造成的神经功能损伤,并可通过防止大鼠SAH后海马神经元损失(P<0.05)来提高学习和记忆能力｡Cai等通过建立大鼠SAH模型验证LDC7559在SAH后的作用,免疫蛋白印迹结果显示,LDC7559可同时减少SAH后神经元凋亡和焦亡(均P<0.05),并改善SAH造成的大鼠Garcia评分降低等行为功能障碍(P<0.05),但LDC7559治疗对SAH后NLRP3的表达无影响(P>0.05)｡MCC950作为NLRP3的靶向抑制剂,不仅可减轻SAH后EBI,还可减少SAH造成的脑血管痉挛｡Cao等则通过MR扩散张量成像发现,MCC950可通过减少SAH后大鼠的白质微观结构损伤改善认知功能障碍｡此外,有研究尝试应用已上市药物和化合物减轻SAH后的细胞焦亡｡伊布替尼是一种治疗淋巴瘤及白血病的上市药物,可以作为布鲁顿酪氨酸激酶的靶向抑制剂｡Liu等通过构建小鼠SAH模型进行研究显示,应用伊布替尼可以抑制趋化因子受体/布鲁顿酪氨酸激酶轴所介导的NLRP3炎症体和核因子κB途径激活造成的SAH后小胶质细胞焦亡和脂质过氧化,从而减轻神经炎症反应｡Dl-3-n-丁基邻苯二甲酸酯(丁基苯酞)为2002年在中国批准用于治疗急性缺血性卒中的药物,Gao等建立小鼠SAH模型并进行免疫组化和免疫蛋白印迹分析,结果显示,丁基苯酞可以抑制SAH后NLRP3介导的细胞焦亡｡Yang等的研究显示,抗癫痫药物吡仑帕奈可通过去乙酰化酶/FOXO3α途径减轻SAH后的氧化应激和细胞焦亡｡此外,还有一些常见的抗炎与抗氧化应激的上市药物,如阿托伐他汀､右美托咪定等在SAH中具有类似的焦亡抑制作用和神经改善效果｡

另外,气体治疗､干细胞及外泌体等新兴治疗策略也可以减轻SAH后的细胞焦亡｡研究显示,氢气吸入可以通过线粒体腺苷三磷酸敏感K+通道信号通路降低大鼠SAH后的ROS水平并抑制早期神经元焦亡｡牙髓间充质干细胞衍生的外泌体可通过miRNA-197-3p/FOXO3轴抑制SAH后的神经炎症和小胶质细胞焦亡｡由此可见,针对细胞焦亡进行SAH相关治疗具有较好的应用前景,未来研究或可继续针对减轻SAH后不同类型的细胞焦亡进行治疗方法的探索｡

4 总结

SAH发生后,细胞焦亡发挥了至关重要的调节作用且与神经炎症密不可分,而炎症小体作为先天免疫系统的探测器是启动SAH后细胞焦亡的关键信号｡目前,关于SAH后细胞焦亡的临床研究尚未得到广泛的关注,大多数与细胞焦亡相关的研究仍处于基础实验阶段,主要侧重于NLRP3炎症小体相关的多种机制和分子调节研究,其他炎症小体如AIM-2､RIG-I等尚未得到重视｡最后,虽然部分研究尝试将细胞焦亡相关标志物(如GSDMD､沉默信息调节因子2)与临床预后关系进行研究,但需更大样本量验证其预测价值｡未来可将SAH后焦亡相关研究重点转移至临床前和临床试验,以确定针对细胞焦亡的更安全､有效的SAH治疗方法,从而有效改善患者预后｡

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