中央民族大学刘庆山-基于神经血管单元和网络药理学理论的抗脑卒中神经病变靶点分析

基于神经血管单元和网络药理学理论的

抗脑卒中神经病变靶点分析

刘庆山1，方亮2，王维群2，张梓倩1，杨洪军

3*

(1.中央民族大学中国少数民族传统医学研究院，北京100081;

2.苏州大学，江苏苏州215006;

3.中国中医科学院中药研究所，北京100700)

［摘要］目的:总结抗脑卒中神经病变的潜在药物靶点，为开发治疗脑卒中神经病变的创新组分中药提供资料。方法:根据国内外文献总结了脑缺血再灌注损伤导致神经血管单元的3种细胞即神经元、神经胶质细胞和脑微血管内皮细胞死亡和凋亡的信号机制。结果:重要通路有5个:炎性因子-MMPs 通路-Caspases ，Ca 2+-线粒体通路-Caspases ，Ca 2+-磷脂酶-PI-3K /AK 通路，Ca 2+-自由基-MAPK 通路，Ca 2+-NO-蛋白酶通路。其中重要节点是Caspases ，Ca 2+和NO 。结论:针对脑卒中神经病变信号网络的关键环节，发挥中药多层次多机制的特色，在神经血管单元和网络药理学理论指导下的创新组分中药开发极具价值。

［关键词］脑卒中;神经病变;神经血管单元;网络药理学;创新组分中药［稿件编号］20110714005

［基金项目］国家自然科学基金面上项目(30973959，81173657)［通信作者］

*

杨洪军，研究员，博士生导师，

Tel :(010)64014411-2948，

E-mail :hongjun0420@ ［作者简介］刘庆山，副研究员，博士生导师，研究生导师，Tel :(010)68933254-839，E-mail :nlqsh@

脑卒中神经病变是临床医学难题，医学界多年来围绕促进血管重构、阻断神经细胞死亡级联反应2个机制进行治疗和药物开发，药物的临床疗效不理想，药物研发思路亟待突破，中药具有多组分、多层次、多靶点和多机制的优势，如何结合国内外在神经血管单元和网络药理学方面的最新研究成果，

借鉴组分中药和有效成分组学思路，从中药宝库中开发创新药物具有重要意义。1基于神经血管单元理论分析脑缺血再灌注损伤的治疗靶点

1.1

围绕神经血管单元开发多靶点抗脑卒中药物符合网络

药理学理论特点

脑卒中是危害中老年人生命与健康的常

见病，具有高发病率、高致残率、高复发率及高致死率的特点，脑卒中分为缺血性卒中和出血性卒中2种类型，脑卒中神经病变(CIN )是其共同病理特征之一

［1-2］

。国际上多年来

主要针对神经元保护进行抗脑卒中创新药物研制，效果不理想，

10多年来美国FDA 仅仅批准了一个相对有效的药物上市，其原因可能是单细胞、单靶点思路阻碍了药物的成功率，近年来的神经血管单元理论为创新药物开发提供了新的思路。神经血管单元(neurovascular unit ，NVU )是美国国立神经病学与卒中研究所(NINDS )提出的一个中风治疗的概念模型，是神经系统的结构和功能单位，由神经元、血脑屏障

(blood brain barrier ，BBB )、小胶质细胞(microglia )以及维持脑组织完整性的细胞外基质构成，

BBB 的组分包括星形胶质细胞、血管内皮细胞、周细胞(pericyte )和基底膜

［3-5］

。脑缺血损伤与神经元、小胶质细胞和微血管

［6-8］

关系密切，符合网

络药理学理论。因此，

对NVU 相关的“靶点网络”进行药物开发可能会为脑卒中神经病变的防治带来新的机遇［9-10］

，我

国一些医药研究机构利用该技术研究创新药物已经取得了

一系列进展［8，11-12］

。

1.2

兴奋性氨基酸受体和离子通道是抗CIN 潜在靶点

在

缺血脑再灌注损伤中至少有3种基本机制:兴奋性毒性和离子失衡、氧化/硝基化应激、细胞凋亡

［13-14］

。脑缺血导致能量

丢失而促发离子稳态失衡和神经递质(如谷氨酸)的释放及再摄取抑制。过量谷氨酸结合到离子型N -甲基-D -天门冬氨酸受体(NMDA )和α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸(AM-PA )受体上加速了钙内流，进而导致了线粒体上的磷脂酶(主要是磷脂酶C 和磷脂酶A2)、钙依赖蛋白酶及一氧化氮合酶(NOS )等活化，改变线粒体膜的通透性，并诱导生成大量氧自由基引起膜脂质过氧化等一系列自由基连锁反应等进而导致细胞死亡或凋亡

［12］

。

近年来AMPA 受体的作用日益受到关注，研究发现一种含有PDZ 和BAZ 结构域的功能性伴侣蛋白PICK1(protein that interacts with C kinase 1)在AMPA 受体的上膜、转运和酸敏感离子通道(ASIC )的膜定位分布扮演了极为重要的角色，PICK1可能成为缺血性脑损伤的新靶点［15］。另外，胞内Ca 2+的其他通道，如L ，P /Q 和N 型钙通道都是抗脑卒中的潜在靶点。1.3

抗脑神经细胞凋亡的潜在靶点

在脑卒中病例中，凋

亡主要出现在缺血半暗带。凋亡程序的触发器包括过量的

·

831·

氧自由基生成、Bid分裂、DNA损伤、死亡受体连接及溶酶体蛋白酶激活等。研究发现多种调节基因产物参与细胞凋亡过程，如半胱氨酸蛋白酶(Caspases)家族、Bcl-2家族、c-Myc 及p53等。其中Caspases家族在凋亡过程中起关键作用，Caspases的酶原经蛋白水解酶而激活，激活的半胱氨酸蛋白酶又可作用于其自身和其他半胱氨酸蛋白酶原，依次激活其他半胱氨酸蛋白酶，形成信号传导机制的酶级联反应，最终导致细胞凋亡，其中多个环节蛋白可能成为未来的药物靶点［5，16-17］。

在主要已知的细胞凋亡途径中，线粒体目前是最重要的机制之一。线粒体包含了一系列促凋亡因子，包括细胞色素C、继发性线粒体源性Caspase激活因子(secondary mitochon-drial activator of caspase，Smac/Diablo)、核酸内切酶G、细胞凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor，AIF)等［18-19］。

1.4跨膜信号转导通路中的潜在靶点脑卒中参与神经病变信号转导的主要有以下几条通路［20-22］:促丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated proteinkinases，MAPK)信号转导通路，其中又以胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal-regula-ted rotein kinase，ERK)通路、c-jun-N端激酶(c-jun nterminal kinase，JNK)通路和p38MAPK通路研究的最为广泛;磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide-3kinase，PI-3K)/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(serine/threonine kinase，Akt)(PI-3K/Akt)信号转导通路;Janus激酶-信号转导和转录激活子(Janus kinase-signal transducer and activator transcription，JAK/STAT)信号转导通路;核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)转录因子参与的信号转导通路;蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)等。虽然多数信号转导通路在神经元、星形胶质细胞及血管内皮细胞被激活，但它们的表达呈现出不同的时程变化，发挥的作用也不尽相同，并且不同的信号转导通路之间可相互影响［23］。

2神经血管单元三种细胞的潜在药物靶点分析

2.1神经元保护的潜在药物靶点缺血后再灌注可快速导致炎性细胞因子的表达，如肿瘤坏死因子(TNF)，白介素-1(IL-1)，IL-6，IL-8，IL-10等，继发的反应包括其他的细胞因子的释放，细胞间黏附分子表达的上调以及免疫反应成分的变化等，引起继发的神经元损伤［19，24］。神经元兴奋时多巴胺的毒性作用主要包括:多巴胺自身的神经毒性、多巴胺代谢产物的神经毒性、增强兴奋性氨基酸的毒性、诱导神经元凋亡等。近年研究发现，脑缺血晚期给予L-型钙通道激动剂有明显的神经保护作用;抑制大电导钙依赖的钾通道(BKCA)通道功能活动对神经元具有保护作用;神经调节素-1(NRG-1)可通过突触前ERBB4受体促进GABA的释放，从而发挥神经保护作用。因此激活L-型钙通道、抑制BKCA通道及激活ERBB4受体可能成为潜在的神经保护新靶点［25］。

2.2胶质细胞保护的潜在药物靶点脑缺血后胶质细胞作为中枢神经系统第一类受损的细胞，出现肥大、增殖，并合成表达多种炎症介质，形成复杂的“细胞因子网络”共同调控细胞功能。胶质细胞还可以通过释放谷氨酸调节突触信号使神经元兴奋。目前胶质细胞保护靶点研究的热点集中在四方面:胶质细胞和神经元之间的相互关系、细胞间信号传导及调控、胶质细胞功能和结构上的偶联、胶质细胞本身内在功能及调控机制。如研究发现水通道蛋白4(aquaporin-4，AQP4)可调节星形胶质细胞谷氨酸转运体(glutamate trans-porters，GluTs)表达及谷氨酸摄取功能，揭示AQP4是星形胶质细胞功能调节的重要靶点［26］。

2.3血管内皮细胞保护的潜在药物靶点脑微血管保护靶点应该在脑缺血再灌注病理生理机制的背景环境下来评价，可以分急性(数小时)、亚急性(数小时至数天)以及慢性阶段(数天至数月)。在脑卒中急性期，血管保护措施的主要损伤因素包括:氧自由基、内皮素1(ET1)等。而保护因素包括:NO、血管内皮生长因子(VEGF)以及血管生成素1(An-giopoietin1)等。

在脑卒中亚急性期，血管内皮细胞产生IL-1β，TNF-α，以及激活转录因子如缺氧诱导因子1(HIF-1)，NF-κB，IFN-1等因子。同时一些对血管具有损伤和保护作用的蛋白因子及其相关受体也被激活，如可降解基底膜及破坏内皮完整性的基质金属蛋白酶2和9(MMP-2，MMP-9)表达上调［27］;VEGF，an-giopoietin-2和bEGF及其相应受体也被激活［28］。利用药物调节以上环节，可以发挥微血管内皮细胞的保护作用。

3脑卒中CIN潜在靶点网络总结

根据国内外研究进展，脑卒中神经病变的发生发展具有多因素、多机制共同作用的特点，缺血再灌注损伤导致神经血管单元细胞死亡和凋亡的通路有:炎性因子-MMPs通路-Caspases通路;Ca2+-线粒体通路-Caspases通路;Ca2+-磷脂酶-PI-3K/AK通路;Ca2+-自由基-MAPK通路;Ca2+-NO-蛋白酶通路。其中前2个通路的重要节点是Caspases，后4个通路的重要节点是Ca2+和NO。同样，相关治疗药物，绘制了成图1

。

图1脑卒中神经病变药物-靶点网络图

Fig.1The drug-targets network of stoke nearopathy

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