内皮素与神经系统疾病

顾汉现

内皮素与神经系统疾病


[ 09-08-17 08:37:00 ]    作者：许超


【关键词】  内皮素


　　内皮素与神经系统疾病的研究，近年来得到了医学界的广泛关注。本次研究通过分析内皮素与神经系统疾病。希望能为相关领域的研究提供借鉴之据。

　　1　内皮素概述

　　内皮素(endothelin, ET) 是Yanagisawa等[1]1988年从猪主动脉内皮细胞培养液中分离纯化出的一种具有强烈缩血管作用的生物活性肽，是目前所知的作用最强的长效血管收缩因子。

　　Inoue等[2]在1989年以人工合成的编码ET 1-20位氨基酸残基的寡核苷酸片段为探针，筛选人的cDNA文库时发现三组ET相关肽基因。除了ET基因外，另外二组均可表达出与ET相似的活性多肽。提出ET家族( endothelin family )这一概念，按照ET发现的顺序，分别命名为ET-1、2、3。分子结构表明，ET没有种属差异性，而只是反映结构特异性的不同。

　　研究表明，ET的作用是与细胞膜表面特异性的内皮素受体结合，发挥其作用[3]。目前已经分离成功的有ET受体A( endotheline recepter A, ETRA)和ET受体B(endotheline recepter B,ETRB) 。ETRA与ET的亲和力：ET-1 >ET-2>ET-3，而ETRB对ET-1、ET-2、ET-3亲和力相近。

　　2　内皮素系统在神经系统的分布

　　ET不能透过血脑屏障，而近年的研究表明，在中枢神经系统（Central nervous systrm，CNS）以及周围神经系统神经节细胞中都有ET以及ETmRNA的广泛分布，故大脑中出现的ET只能是脑组织自身合成的。

　　ET在CNS内呈不均一分布，其中以非神经元的脉络丛含量最高，推测ET参与脑脊液的容量调节。CNS的ET约3/4位于神经细胞内，1/4存在于CNS的血管内皮细胞中。在脑，ETmRNA主要集中于Purkinje细胞、皮质层、侧脑室及丘脑下部视上神经元。在整个脑室、丘脑下部、海马、基底核、Purkinje细胞等也有散在或密集分布。ET受体存在于包括CNS在内的的许多器官，丘脑及丘脑下部、侧脑室周围、苍白球、尾状核、脑干、小脑颗粒细胞层等处均可见ET受体，尤以脑干和延脑的受体数量最多。应用细胞免疫化学方法证明这些部位的神经细胞中具有ET样免疫反应，且有ET多肽的合成。

　　应用体内单细胞穿刺技术、体外原代细胞培养及体内原位杂交等技术的研究证实，神经元、胶质细胞均有合成ET-1、ET-3的能力，而且表达有ETAR和ETRB。发现目前并没有证据表明ET-2在中枢神经系统有分布。

　　3　内皮素在神经系统中的生理和药理作用

　　3.1　内皮素作为血管活性肽对神经系统的作用　

　　ET-1是迄今为止发现的体内最强的血管收缩物质。Yoshida等[4]发现ET-1通过与兔动脉平滑肌细胞的ETRA结合引起血管收缩。ETRA激活后使Ca2+内流及细胞内Ca2+动员，细胞内Ca2+浓度增加，同时激活磷脂酶A2和磷脂酶C、蛋白激酶C，促进Na+-H+交换，诱导c-fos原癌基因传录。细胞内Ca2+浓度增加引起平滑肌收缩，最终引起血管收缩。

　　除血管收缩反应以外，ET还可引起依赖性血管舒张反应，导致动脉血压降低。ET的这种作用发生在低浓度时，收缩反应之前，并且持续时间较短。研究发现[5]，用tritonX-100去除血管内皮，ET-1则引起兔的基底动脉血管收缩，除去内皮细胞的血管对ET的舒张反应消失。在基底动脉痉挛中，不仅血管收缩因子水平升高而且伴有ET源性的血管舒张因子水平下降。由于平滑肌细胞以ETRA为主，主要结合ET-1、ET-3，可介导血管收缩反应，因此认为内皮细胞对维持和精细调节血管基础张力和平滑肌细胞增殖有重要意义。

　　3.2　内皮素作为神经活性肽对神经系统的作用　

　　Di等[6]人的研究表明，ET-1可作为一种抑制性的神经肽，作用于大鼠下丘脑前部，减少去甲肾上腺素的释放，增加一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）的活性。脑和脊髓的胶质细胞有合成ET的能力，并有特异性ET受体分布，它可能依赖于Ca2+内流、PKC和G蛋白的活化，也与ET能抑制刺激条件下的环腺苷-磷酸生成有关。由于心房利钠多肽、儿茶酚胺可以通过cAMP途径促进胶质细胞的增生，因此，ET也影响心房利钠多肽、儿茶酚胺对胶质细胞的作用。

　　ET同时也是小脑皮质颗粒细胞释放的一种神经调节肽，它显著促进颗粒细胞释放N-甲基-D-天门冬氨酸，N-甲基-D-天门冬氨酸是内源性兴奋性氨基酸的代经肽和生长因子调节CNS的胶质细胞增殖和生长，可以修补CNS的损伤。这一作用不仅依赖前体。所以，ET可刺激小脑颗粒细胞释放兴奋性神经递质。Mathison等[7]发现大鼠漏斗核-正中隆起区，ET- 1可通过ETB受体，减少cGMP的生成，抑制NOS的活性。Webber等[8]提出，ET可通过ETRB受体，抑制大鼠纹状体的多巴胺释放。在自主神经系统内也含有ET，交感神经和付交感神经递质都可不同程度的影响ET的释放，儿茶酚胺能明显促进ET mRNA表达和ET释放。
　　
　　由于CNS及周围神经系统许多神经元均有ET肽及受体的表达，ET作为一种神经递质，在生殖和神经内分泌方面发挥重要作用。原代培养大鼠下丘脑神经元可以分泌ET，神经细胞上分布有ET受体。ET-1、ET-3能增加细胞内钙离子浓度和IP3水平，促进促性腺激素释放素的分泌。

　　4　内皮素与神经系统疾病

　　众多研究表明，多种CNS病理生理情况下脑组织内、脑脊液内或血浆内的ET-1、ET-3增高，其受体表达上调，提示ET系统不仅是正常生理情况下重要的血管活性肽及神经调节肽，还在众多CNS病理生理过程中起重要作用。

　　4.1　ET与缺血性脑血管病　

　　目前研究发现，大鼠局灶性或全脑性脑缺血时细胞外液ET水平升高[9]。Yamashita[10]报道，大鼠短暂性脑缺血后缺血区周围伴有星形胶质细胞和小胶质细胞增生，星形胶质细胞分泌ET增加、小胶质细胞表达ETR增加。从大脑中动脉注射ET-1成为制作鼠脑缺血模型的新方法，并且ET-1所致梗塞范围与ET-1的浓度有关，随着剂量的增大，缺血范围也增大。在已麻醉的大鼠大脑中动脉内注射ET-1可引起剂量依赖性的脑血流下降以及缺血性脑损害。
　　
　　这些结果提示ET可能参与脑缺血、脑损伤，加重缺血性脑水肿。引起ET水平升高的原因不明，可能为：①与应激所造成的全身非特异性ET-1产生增多有关。因脑梗死而导致的应激反应可引起血浆肾上腺素和去甲肾上腺素升高，而前者可使ET-1释放增多。应激反应也可引起血管内皮细胞产生一过性ET增高；②病灶区脑组织的神经元、神经胶质细胞及血管内皮细胞受损后ET从上述细胞中逸出来；③局部凝血酶增加促进了ET的合成与释放；④局部灌注压降低使内皮细胞所受切应力减小，内皮细胞产生ET增多；⑤局灶性脑缺血时反应性星形胶质细胞以及神经元产生ET增加；⑥构成血脑屏障的微血管内皮细胞间的紧密连接受到破坏，使脑组织ET漏入血管内；⑦星形胶质细胞和小胶质细胞的NO活性增强，一氧化氮（nitric oxide，NO）促进了迟发性神经元死亡。不论是何种原因引起的ET升高，均可引起侧支血管收缩，使病灶局部血流量减少，加重梗死区脑组织缺血及神经元损伤，并形成恶性循环，使预后恶化。而使用ETAR拮抗剂后可使实验脑梗死体积缩小，并改善神经功能。

顾汉现

内皮素与神经系统疾病（2）


　　4.2　ET与蛛网膜下腔出血　

　　Seifert等[11]发现，临床蛛网膜下腔出血患者的脑脊液和血浆中ET含量均有明显增高，且随着时间延长和出血量增加，ET增高更为明显。并且，这一变化伴有脑脊液和神经功能的相应变化。这提示了蛛网膜下腔出血后ET的增加是引起迟发性脑血管痉挛及由此导致的缺血性脑功能损害的关键因素之一。Sobey等[12]试验发现，伴发血管痉挛的蛛网膜下腔出血患者脑脊液中ET含量显著增加，而无血管痉挛的蛛网膜下腔出血患者脑脊液中ET含量在正常范围，因而认为，ET参与了血管痉挛的病理生理过程。临床和动物模型上应用ET受体拮抗剂或ET合成抑制剂可改善血管痉挛均支持ET参与血管痉挛的观点。这些研究结果表明，ET-1是蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛的关键因素，有重要的病理作用。

　　4.3　ET与CNS其他疾病　

　　Pfister等[13]通过肺炎球菌感染大鼠后，制造了大鼠脑膜炎模型，发现使用Bosentan，一种非选择性ET受体拮抗剂之后，通过改善血流后起到保护效果。反过来也证实了ET可通过引起血管收缩，促凋亡等作用对神经细胞造成损害。在各种恶性肿瘤中，作为生长因子，ET可以旁分泌和自分泌方式刺激癌细胞的异常增生。Yang等[14]发现，脑外伤后病人血浆ET和NO均升高，损伤严重者更高过轻者。Speciale等[15]发现，在多发性硬化病人急性期的脑脊液中，ET含量明显增高，稳定期下降。证实ET与多发性硬化有密切关系。炎症反应时，ET和NO基因转录水平均有所增加，提示了两者可能的有害作用。

　　4.4　ET与非神经系统凋亡的关系　

　　在非神经系统，ET也有广泛的分布，并因不同的器官和组织而发挥不同的作用。心肌缺血和充血性心衰时，ET增高促凋亡基因，如FAS、BAX、P53和CASPASE-1的mRNA水平均明显提高，梗死及梗死周围部位的细胞凋亡也相应提高。而使用了非选择性ET受体拮抗剂后，该反应被打断。因此也间接证明了ET参与了心肌细胞的凋亡过程。其机制可能与线粒体功能障碍和能量代谢损害导致ET-1在心肌的表达增高有关。
　　
　　Hegarty等[16]报道，制造单侧输尿管堵塞的病肾模型，结果发现病肾中ET-1明显较对侧健肾增高，并且与细胞凋亡呈正相关。此种促凋亡作用可被非选择性ET受体拮抗剂所阻断。ET-1还可导致角膜细胞和生殖细胞通过凋亡和功能丧失的途径死亡，可能与3H-胸腺嘧啶、3H-亮氨酸、3H-尿嘧啶的上调，促进蛋白水解有关，给予ET受体拮抗剂-bosentan后，ET-1 mRNA表达减少，细胞凋亡的过程被打断。
　　
　　不仅体内研究提示ET与上述有关非神经系统凋亡关系密切，众多体外实验研究[17]也表明，ET参与了不同的作用途径，从而起到促凋亡或抑制凋亡的作用。在体外培养的大鼠血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和成纤维母细胞中，ET-1作为一种促分裂剂，可通过ETB或A受体，以自分泌或旁分泌的形式，活化丝裂素蛋白激酶对抗细胞的凋亡，起到保护作用。

【参考文献】
  　　１ Yanagisawa M, Kurihara H, Kimura S, et al. A novel potent vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cells [J]. Nature, 1988,332 (6163):411-415.

　　2 Inoue A, Yanagisawa M, Kimura S. The human endothelia family:three structurally and pharmacologically distinct isope-ptides predicted by three separate genes[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2004, 86(8):2863-2867.

　　3 黄勇华. 内皮素与中枢神经系统疾病[J]. 北京医学, 2000, 12（4）:14－15.

　　4 Yoshida M, Suzulti A, Itoh T. Mechanisms of vasoconstriction induced by endothelin-1 in smooth muscle of rabbit me-senteric artery[J]. J Physio1, 2006, 477(2): 253-265.

　　5 Seifert V, LoBler BM, Zimmermann M, et al. Endothelin concentrations in patients with aneurismal subarachnoid he-morrhage. Correlation with cerebral vasospasm, delayed ischemic neurological deficits, and volume of hecatomb[J]. J
Neurosurgery, 2005, 82(1):55-62.

　　6 Di NA, Jaureguiberry MS, Rodano V, et al. Endothelin-1 and-3 diminish neuronal NE release through an NO mecha-nism in rat anterior hypothalamus[J]. Am J Physiol. 2002, 283 (3):15-22.

　　7 Mathison Y, Israel A. Role of endothelin type B receptor in NO/cGMP signaling pathway in ratmedian eminence[J]. Cell Mol Neurobio1, 2006, 22(5):783-789.

　　8 Webber KM, Pennefather Jonahed Gavin dB. Endothelin induces dopamine release from rat striatum via endothelin-B receptors[J]. Neuroscience, 2006, 86(22): 1173-1180.

　　9 刘爱芬, 李义召. 脑出血患者血浆内皮素水平的变化[J]. 中国临床神经科学, 2000, 12（04）14－16.

　　10 Yamashita K, Kataoka Y, Niwa M, et al. Increased produ-ction of endothelins in the hippocampus of stroke-prone spontaneously hypertensive rats following transient forebrain ischemia: histochemical evidence[J]. Cell Mol Neurobio1, 2006, 13(1):15-23.

　　11 Seifert V, Loffer BM, Zimmermann M, et a1.Endothelin concentrations in patients with aneuyrsmal subarachnoid hemorrhage[J]. J Neurosurg, 2005, 82(1):55-62.

　　12 Sobey CG, Faraci FM. Subarachnoid haemorrhage:what happens to the cerebral arteries? [J]. Clin Exp Pharmacol Physio1, 2005, 25(11):867-876.

　　13 Pfister LA, Tureen JH, Shaw S, et al. Endothelin inhibition improves cerebral blood flow and is neuroprotective in pneu-mococcal meningitis[J]. Ann.Neuro1, 2005, 47(3):329-335.