活性酶与多发性硬化

梁 活 综述 曾 丽 审校

广西医科大学第一附属医院神经内科 南宁 530021

多发性硬化(multip le sclerosis,M S)被认为是中枢神经系统(CNS)慢性炎症性脱髓鞘性自身免疫疾病,其病因及发病机制未明。实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimentalautoimmune encephalom yelitis,EAE)是研究MS的动物模型。在MS发病过程中各种酶类表达活性增加,明确各种蛋白酶在MS中作用对制定治疗策略有重要意义。本文就各种蛋白酶与MS/EAE的关系进行综述。

1 基质金属蛋白酶

以前认为,基质金属蛋白酶(matrix metallop roteinases, MMPs)能降解细胞外基质(ECM)和髓磷脂,破坏血脑屏障,促进白细胞进入CNS,是MS的重要致病因素。但近来发现不同MMPs在MS/EAE中作用不同,并不完全扮演有害角色。

研究显示,MM P-7、MMP-8、MMP-28参与MS/EAE致病。MMP-7基因敲除鼠抵抗EAE发生,另外,MMP-7能增加血脑屏障内皮细胞间通透性,使免疫细胞易于侵入CNS[1]。MMP-8基因敲除鼠EAE临床症状显著减轻,侵润CNS炎症细胞减少,脱髓鞘减轻[2]。在MS和EAE的脱髓鞘病灶中MMP-28表达增加,在鼠后根神经节细胞髓鞘生成培养中加入MMP-28会使髓鞘生成减少,用MMP-28抗体pAb180或 pAb183中和 MMP-28的活性,则增加髓鞘生成[3]。MMP-28使髓鞘生成减少的机制未明,认为可能与影响髓鞘生成的信号转导有关。值得注意的是,MMP-12基因敲除鼠在缓解复发型EAE中复发时呈现更严重的症状,同时在EAE慢性期趋化因子(如MCP-1等)和炎症因子(IFN-γ、IL-17、IL-6等)显著增加[4]。另外,MM P-12基因敲除鼠表达T-bet增加,而表达GATA-3减少,T-bet被认为是Th1特征性转录因子,促进Th向Th1效应细胞分化[5]。MMP-2基因敲除鼠中MMP-9表达增多,EAE发病提早,加重EAE[6]。以上研究提示了针对MMPs抑制治疗要谨慎把MMP-12、MMP-2作为抑制目标。

2 肾素和血管紧张素转化酶

血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,ANGⅡ)是肾素-血管紧张素系统(RAS)中活性最强的物质,是血管紧张素原在肾素和血管紧张素转化酶(ACE)作用下生成,ANG II与血管紧张素受体(angiotensin receptors)结合产生各种生物效应,特别对调节心血管系统有重要作用。最近研究显示RAS参与MS/EAE发病,EAE血清中的肾素活性增加,且在EAE的脾及脊髓中肾素、ACE、血管紧张素Ⅱ受体(angiotensinⅡtype-1 receptor,AT1R)表达显著增加,用AT1R拮抗剂氯沙坦(losartan)、ACE抑制剂依那普利(enalap ril)和肾素抑制剂阿利克仑(aliskiren)治疗 EAE能显著减轻 EAE临床症状[7]。在慢性和急性EAE的脾及脊髓中,A T1R拮抗剂氯沙坦能显著减少趋化因子 CCL2、CCL3和CXCL10的mRNA水平,减少巨噬细胞迁移[7]。在MS和EAE中T细胞和巨噬细胞表达AT1R。用ACE抑制剂赖诺普利(lisinop ril)和AT1R拮抗剂坎地沙坦(candesartan)能抑制 Th1和Th17分泌的促炎因子(如IL-17、IFN-γ),并上调抗炎因子(如IL-10),增加CNS中CD4+、FoxP3+、T细胞数量,能逆转EAE瘫痪症状[8]。

以上研究表明,ACE、肾素抑制剂和AT1R拮抗剂能减少炎症因子、趋化因子分泌和减少巨噬细胞等抗原提呈细胞迁移到CNS,使T细胞增殖、侵润减少,并能增加T调节细胞,改善EAE病情。抑制RAS是治疗MS潜在的新靶点。

3 钙蛋白酶

钙蛋白酶(calpain)是特异性依赖钙激活的蛋白水解酶,在MS/EAE中钙蛋白酶的活性增加,钙蛋白酶与MS/EAE的脱髓鞘、轴索损害、神经元凋亡等病理变化密切相关。在急性EAE脊髓中钙蛋白酶和半胱氨酸天冬氨酸酶(caspase)表达增多,活性上调,促进神经元凋亡[9]。抑制钙蛋白酶使EAE发病延迟,症状减轻,病程缩短,且显著减少轴突损伤标志物淀粉样前蛋白(amy loid p recursor protein,APP)、NaV1.6通道,减轻轴突损伤[10-11]。过继转移经钙蛋白酶抑制剂SJA6017孵育的髓鞘碱性蛋白特异性T细胞到SJL/J小鼠,能显著减轻EAE症状及脱髓鞘、炎症反应、轴索损害、少突胶质细胞和神经元的调亡、丧失[12],说明用钙蛋白酶抑制剂抑制T细胞能减少T细胞致病性,改善EAE病情。

4 谷氨酸代谢酶

兴奋性毒性是指过量兴奋性氨基酸引起的神经毒性作用。MS活动病灶受损轴索的旁小胶质细胞和巨噬细胞高水平表达谷氨酰胺酶,且MS病灶中少突胶质细胞缺乏谷氨酸脱氢酶(glutam ine dehyd rogenase,GDH)和谷氨酰胺合成酶(glutam ine synthetase,GS)[13]。另外,MS活动性病灶中少突胶质细胞、星形胶质细胞的兴奋性氨基酸转运体(excitatory am ino acid transporter,EAAT)表达减少,谷氨酸重摄取减少[13-15]。谷氨酰胺酶使谷氨酸产生增多,缺乏GDH和GS使利用谷氨酸减少,谷氨酸累积于细胞外,过量的谷氨酸作用于神经组织谷氨酸受体(glutamate recep tors,G luR)产生兴奋性毒性作用。

Vercellino等对MS大脑皮质[14]和深部灰质[15]的病灶研究时,发现在小胶质细胞大量激活的大脑皮质病灶内突触囊泡蛋白丧失和神经元受损。在慢性进展MS深部灰质的活动性病灶,活化的小胶质细胞与神经元紧密接触,有神经元丧失。在小胶质细胞活化的病灶中星形胶质细胞的EAAT-1、EAAT2表达减少。Vercellino等认为是因为谷氨酸重摄取异常引起谷氨酸累积于细胞外,兴奋性毒性导致MS大脑皮质和深部灰质的病理改变。用谷氨酰胺酶抑制剂6-重氮-5-氧代-L-正亮氨酸(DON)减少活化的小胶质细胞产生谷氨酸,减轻EAE发病[16]。

5 线粒体呼吸链酶复合体

线粒体呼吸链酶复合体包括复合体(comp lex)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。在MS病人的大脑皮层(特别是运动神经元),线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ和Ⅲ活性下降,导致ATP生成减少,能量不足引起Ca2+介导轴索变性,病人的神经功能进展性障碍[17]。

Mahad等[18]发现在MS慢性活动性病灶边缘的脱髓鞘轴突内线粒体呼吸链复合体Ⅳ活性下降,轴突内损伤标志物APP堆积,且复合体Ⅳ活性与小胶质细胞/巨噬细胞密度负相关。M ahad等认为是小胶质细胞/巨噬细胞介导的炎症致复合体Ⅳ活性下降,引起能量不足,导致轴索损伤。因为小胶质细胞/巨噬细胞分泌的NO与活性氧反应,产生过氧亚硝酸盐,可以通过硝化催化亚基、氧化损伤线粒体DNA不可逆地抑制复合体Ⅳ活性。

6 一氧化氮合酶和环氧化酶

在MS病灶中活化的小胶质细胞、星形胶质细胞和内皮细胞大量表达NOS[19]。NOS增多使生成NO增多,NO和超氧阴离子反应生成强氧化剂过氧亚硝酸盐会损害组织。如使脱髓鞘、少突胶质细胞和神经元坏死或凋亡。运动神经元比少突胶质细胞更易受NO的毒性损伤[20]。轴索在NO存在下,更易发生变性和传导障碍。在微克分子的NO浓度下,就可以使在生理频率下传导冲动的轴索发生沃勒变性,传导阻滞[21]。

Rose等[22]发现,在 MS活动性脱髓鞘病灶中受损少突胶质细胞旁的小胶质细胞/巨噬细胞内常同时表达iNOS和环氧化酶-2(COX-2),认为激活的小胶质细胞/巨噬细胞能同时表达iNOS和COX-2,而且NO可以上调 COX-2活性, COX-2产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)与NO生成过氧亚硝酸盐使谷氨酸转运体失活,谷氨酸重摄取障碍。COX-2产生前列腺素能促进细胞(如星形胶质细胞)释放谷氨酸。提示了在MS中,iNOS和COX-2也可以使谷氨酸释放增多,重摄取障碍,使谷氨酸在细胞外堆积产生兴奋性毒性。

7 结语

以上研究表明,活性酶参与MS致病过程,且活性酶在MS中并不是彼此独立,而是相互作用。如NOS使NO生成增多,NO与ROS反应产生的过氧亚硝酸盐可抑制呼吸链酶复合体Ⅳ活性。谷氨酸代谢异常使谷氨酸堆积于细胞外,作用于神经元的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体引起大量Ca2+内流并在线粒体内堆积,可导致线粒体功能丧失,且NM DA受体激活也可以上调NOS活性。酶的相互作用使酶在MS中致病效应放大,更充分说明了针对活性酶治疗MS的重要性。干扰素(Interferon,IFN)-β是治疗MS的有效药物,其机制之一就是抑制MMPs,用IFN-β治疗MS可以有效地减少病人MMP-9表达[23]。相信随着研究的深入,活性酶将成为治疗MS有效靶点。

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