文摘
自噬,生理机制,促进能源回收和有序降解通过自动调整的蜂窝组件的拆卸,帮助维持体内平衡。激活一系列的证据表明,自噬作为应对缺血和良好的治疗目标。然而,缺血后自噬的作用仍存在争议。Activated-autophagy可以去除坏死物质对缺血性损伤,促进细胞的生存。相反,激活自噬可能会进一步加重缺血性损伤,导致细胞死亡。因此,目前的审查将检查当前的理解的确切机制和作用自噬在自噬的缺血和最近的神经保护治疗,药物治疗,和造成治疗,包括电针刺激(EA)。
1。介绍
在全球范围内,中风是残疾的主要原因,提出了一种巨大的财务负担由于其“3 h”效应:高残疾、高发病率和高死亡率(1,2]。急性缺血性中风中占主导地位的光谱中风疾病并导致神经元坏死迅速由于脑动脉闭塞(3,4]。随后,几个细胞信号级联脑组织缺血性改变的状态,导致在很多情况下显著加重脑损伤。由于神经元不能再生,神经元坏死常产生许多永久性神经系统后遗症包括瘫痪、失语、昏迷和死亡。尽管生物和技术进步在脑血管领域的研究中,重组组织纤溶酶原激活物(rtPA)仍然是最有效的fda批准的治疗方法。纤溶治疗管理静脉注射4.5小时内出现症状,旨在促使血管内clot-retrieval和闭塞血管再灌注(2,5,6]。虽然rtPA有效,许多患者仍受到重大伤害的狭窄的治疗时间窗,rehemorrhagic并发症和再灌注损伤(7,8]。最新进展与新一代stent-retrievers血管内治疗时间窗和扩大干预取得了较高的重建术对急性缺血性中风患者大血管闭塞(9,10]。然而,只有46%的患者接受血管内治疗前循环大血管闭塞(LVO)实现功能独立在90天内死亡率为15.3% (9,11]。因此,迫切需要与广泛的神经保护药物治疗窗口。高度关注神经保护再灌注后保证减少残疾,发病率和死亡率在缺血性脑损伤。
自噬是一个高度保守的lysosome-dependent维持细胞内稳态的过程。还能储备老化和错误折叠的蛋白质分子降解是非或针对特定蛋白质聚合。基于方法和尺寸的货物交付到溶酶体,自噬可以分为三种类型:macroautophagy, microautophagy,即使伴娘自噬(CMA) [12]。在本文,我们的重点将macroautophagy。Macroautophagy用双膜结合泡为细胞质货物到溶酶体,它随后融合形成一个自吞噬泡,导致消化(13,14]。相比之下,microautophagy发生在细胞内溶酶体内容直接吸收,而CMA采用有针对性的蛋白质,被溶酶体跨膜复合物。macroautophagy的过程包括五个阶段。感应是第一阶段,由细胞压力如内质网(ER)压力和低氧/缺氧。在哺乳动物系统中,自噬被认为起源于omegasomes,单层膜。omegasome扩展和弯曲成一个双层膜结构称为phagophore,然后吞噬细胞大分子和细胞器。double-membraned结构首先围绕细胞内的内容,形成自噬体,然后与溶酶体融合形成自吞噬泡在一个过程被称为phagophore成核。在接下来的两个阶段,phagophore扩张和phagophore伸长,分别phagophore扩展和延伸。随后,成熟的吞噬体发生通过收购贩卖到溶酶体的蛋白质。不必要的或损坏的组成内容然后消化溶酶体和回收生产基板维修的胞质平衡(14- - - - - -16]。这个过程是由一群autophagy-related基因(ATG),激活细胞的适应性反应压力保持细胞活力的体内平衡的目的。
越来越多的研究表明,自噬活性的变化在脑缺血/再灌注(I / R),当自噬对中风的影响是有争议的。自噬的激活在缺血已经证明与电子显微镜和免疫印迹(17]。microtubule-associated蛋白的免疫荧光分析1 a / b光链3 (LC3),一个autophagy-associated蛋白质,也已确认激活自噬在脑缺血大鼠18]。温家宝等人的研究发现自噬抑制剂,3-methyladenine (3-MA)和bafilomycin(论坛),减少梗死体积和运动缺陷当缺血发作前的管理。研究还表明,过度自噬后缺血导致细胞死亡,可能鼓励细胞凋亡的表达下调B细胞lymphoma-2 (bcl - 2)17]。有趣的是,有报道称,自噬通过不同的信号通路激活可以减轻梗死的结果(1,19]。尽管有冲突的结果关于自噬在缺血的影响,目前的研究表明,许多干预措施可以改善缺血性损伤通过调节自噬。现在回顾旨在讨论研究的最新进展对卒中后自噬的分子机制和潜力的自噬作为一种新颖的目标减轻卒中后神经保护脑损伤。
2。自噬信号通路的中风
缺血后内部环境的干扰导致自噬活性的变化通过某些信号通路的调控。缺血脑组织中导致ATP产量,降低氧化应激,内质网压力,和钙超载。通过不同的途径[因素调节自噬20.)和将讨论如下。图1简要描述了缺血性中风后的自噬信号通路。
2.1。哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)通路
mTOR,丝氨酸/苏氨酸激酶活性的蛋白质,坐标合成代谢和分解代谢的过程维持体内平衡至关重要。它由两个复合物,mTORC1 mTORC2,调节细胞内稳态的不同方面(21]。mTORC1对雷帕霉素高度敏感(具体mTOR抑制剂),促进合成代谢,通过抑制自噬抑制分解代谢的过程。mTORC2参与其他不同的信号复合体,并演示了一种蛋白激酶表达推广(22]。
mTOR缺血和再灌注通过调节自噬活动两大途径:Akt-mTOR通路和AMPK-mTOR通路。Akt-mTOR通路是由哺乳动物调制phosphatidyl-inositol 3-kinase (PI3K)的酶,由三组:类I, II类和III类。类我pi3k特别涉及一种蛋白激酶的激活(23]。各种细胞内和细胞外的刺激激活PI3K,启动一系列下游瀑布。其中一个级联导致phosphatidylinositol-3 4 5-trisphosphate (PIP)3)生产,形成一个对接网站含有蛋白质的基因和一种蛋白激酶(24]。Akt变得完全由基因激活后磷酸化和mTORC2两个氨基酸残基(Thr308和Ser473),分别。Akt激活然后抑制TSC2(薯球蛋白),诱导其离解TSC1 (hamartin)。当在一个复杂的,TSC1/2 GTP-Rheb转换成GDP-Rheb。因此,TSC1的离解和TSC2改善GTP-Rheb活动,随后增加的活动mTORC1 [5,22,24,25]。激活后,mTORC1磷酸化下游效应器蛋白,抑制ULK1/2复杂的形成,这是必要的在自噬的早期步骤生成自噬体(20.,26]。的差别,对这些Akt-mTOR通路可能诱导自噬。
相反,海拔AMP / ATP比例,增加钙流入由于缺血性压力增强AMPK活性(27,28]。一旦激活,AMPK调节能量平衡通过刺激代谢过程和抑制合成过程(29日]。它刺激自噬通过特定autophagy-initiating的磷酸化蛋白复合物,被认为是一个上游中介,尽管它的监管是复杂的和可交叉反应的30.]。AMPK磷酸化TSC2 Thr1227 Ser1345残留物,激活TSC2,抑制TSC1 / TSC2复杂的分离。mTORC1活动减少。此外,通过磷酸化的猛禽mTORC1 AMPK灭活,一个独特的复杂的发现在mTORC2 mTORC1但不是,Ser722 Ser792残留。因为autophagy-inducing蛋白质ULK1/2 mTORC1灭活和ATG13,减少mTORC1活动可能增加ULK1激活,从而促进自噬流量(31日,32]。除了调节自噬通过mTOR, AMPK参与第三类PI3K复合物的监管。组成的另一个复杂,PIK3C3 / VPS34 PIK3R4 / p150 Beclin 1,鼓励AMPK诱导的自噬形成。AMPK,例如,可能会修改VPS34亲和力的其他组件的复杂调节自噬的活动。此外,AMPK的磷酸化Beclin 1在不同地点(Thr388、Ser91 Ser94)可以促进自噬体形成的营养不足的条件下(33,34]。
2.2。低氧诱导因子- 1 (HIF-1)通路
HIF-1是一种转录因子,调节适应性反应的缺氧环境,由两个单元:HIF-1α和HIF-1β。它已成为一个主要的神经科学研究的焦点,因为它调节缺血后病理过程,如细胞凋亡,能量代谢和基因转录。此外,最近的文献表明,HIF-1参与调节自噬卒中后(35]。腺病毒(E1B) 19 kd-interacting蛋白3 (BINP3) / BNIP3-like (BNIP3L) HIF-1的目标基因,是一个自噬诱导物。激活HIF-1促进BINP3在缺血条件下的表达。BNIP3 / BNIP3L与深受Beclin 1和从竞争Beclin 1 / bcl - 2复杂,刺激Beclin 1参与自噬小体的形成[36]。陆等人表明,缺氧预处理(HPC)激活自噬通过HIF-1 / BNIP3 / Beclin 1信号通路在SH-SY5Y细胞氧气和葡萄糖剥夺/复氧(OGD / R)。这个现象可以由应用程序YC-1, HIF-1抑制剂。这表明低氧诱导因子参与了自噬的激活和自噬是一个潜在的治疗目标37]。此外,BNIP3还可以抑制Rheb mTOR的上游激活,促进自噬。HIF-1表达式也参与上调线粒体自噬通过抑制mTOR信号通路,尽管这种影响是否受BNIP3需要进一步验证(38]。此外,HIF-1可能激活自噬通过调节肿瘤蛋白质p53的表达(20.]。
2.3。展开的蛋白质反应(UPR)信号通路
内质网(ER)中扮演一个重要的角色在维持细胞内Ca2 +平衡和合成蛋白质。在缺血条件下,错误折叠蛋白质的积累和Ca2 +平衡被破坏,导致ER应激和启动自我保护的事件称为展开的蛋白质反应(UPR) [14]。自噬被UPR通过活跃/ eIF2激活α和Ire1 / TRAF2 /物信号通路(39]。UPR上调蛋白激酶RNA-like ER激酶(活跃)和肌醇激酶1 (Ire1) [40]。活跃促进Atg12真核起始因子2的表达α(eIF2α)磷酸化。Atg12在自噬体的形成中起着重要的作用。活跃抑制自噬基因敲除,证明PERK-eIF2α上调自噬信号通路(41]。此外,IRE1可以结合肿瘤坏死因子receptor-associated因子2 (TRAF-2),进一步使磷酸化物,从而引发自噬(42]。此外,激活转录因子6 (ATF6)的信号转导途径之一UPR一直在报道调节自噬的发生中风,但具体的信号机制仍然令人费解(43]。
2.4。活性氧(ROS)的途径
缺血性损伤后氧化应激导致的过度积累ROS (44),这是自噬相关规定(45]。ROS介导自噬主要通过细胞内转录调节(14]。ROS增加p53水平升高,激活自噬的两个监管者,Tp53-induced糖酵解和凋亡调节器(TIGAR)和DNA damage-regulated自噬调制器(DRAM) (46,47]。ROS也增强了核转录因子(erythroid-derived2) like2 (Nrf2)。随后,Nrf2促进autophagy-associated蛋白质的表达p62调节自噬(48]。ROS刺激forkhead盒O3 (FOXO3)表达调节自噬通过激活LC3 BNIP3 [49]。此外,活跃也激活ROS除了UPR的参与自噬调节(50]。HIF-1表达式是由活性氧积累,刺激诱导自噬通过BNIP3 / BNIP3L途径如上面所提到的(36,51]。另一方面,Atg4,负责自噬体膜伸长,还能抑制活性氧,从而支持自噬小体的形成(52]。Atg4参与形成LC3-I暴露残留在LC3的C末端。然后,LC3-I结合phosphoethanolamine LC3-II (PE)形式。此外,Atg4参与乳沟LC3-II [13]。据报道,Atg4蛋白酶活性被抑制活性氧氧化(53]。抑制Atg4可以促进自噬通过减少乳沟LC3-II [45]。
2.5。额外的信号通路
如前所述,HIF-1结合bcl - 2与Beclin竞争1和释放Beclin 1诱导自噬。不像HIF-1,过氧物酶体摘要受体(PPAR -γ)上调bcl - 2表达抑制Beclin 1-mediated自噬激活(20.]。核转录因子(NF -κBκB),一个敏感的转录因子,参与报道自噬和凋亡调节(54]。NF -κB激活自噬通过触发Beclin - 1蛋白的表达(55,56]。此外,p50, NF -亚基κB,据报道抑制mTOR活动在缺血性中风小鼠模型(57]。抑制NF -κB和其下游效应器p53会使自噬和凋亡,因此减轻缺血/再灌注损伤(58]。
3所示。自噬在中风
自噬的过程中发挥着不可或缺的作用的生理和病理过程中通过几个途径缺血性中风。许多研究表明,自噬被激活后缺血/再灌注(17,20.,59]。燕等人证明自噬激活使用电子显微镜通过检测自噬小体的数量。他们观察到缺血半影LC3蛋白水平的老鼠的大脑皮层之间增加3 MCAO再灌注后24小时(59]。同样,另一项研究发现,LC3表达显著增加缺血和缺血半影1小时后的持续了5个小时没有再灌注(60]。有趣的是,凋亡蛋白裂解caspase-3也升高,及其动态变化类似于自噬,表明自噬和凋亡的共存的脑缺血半影61年]。然而,是否激活自噬促进神经元的生存或死亡一直争论不休。一些研究表明,卒中后诱导自噬的提供了一个细胞能量来源丰富,降低损坏材料。他人建议应对自噬可能加剧中风损伤破坏正常细胞,导致自噬细胞死亡(II型程序性细胞死亡)以及细胞凋亡。
3.1。自噬在缺血性卒中后状态产生的有利影响
细胞内环境的变化,如线粒体功能异常、氧化应激、内质网应激、细胞凋亡,可能加重缺血和再灌注后的神经功能障碍。细胞凋亡是一种程序性细胞死亡,是严格监管。Proapoptotic基因被激活在缺血条件下启动凋亡通路。张等人发现第四套可以减少神经细胞凋亡后通过激活细胞自噬在HT22 OGD / R (62年]。此外,ezetimibe证明减轻梗死体积和神经行为的赤字在老鼠大脑中动脉阻塞(MCAO)。ezetimibe的神经保护和凋亡的影响是减少与自噬抑制剂3-MA[干预后63年]。这些数据表明,激活自噬缺血和再灌注后可以减少通过减少细胞凋亡神经元损害。雷帕霉素诱发自噬通过抑制mTOR。吴等人发现雷帕霉素降低梗死体积及神经功能缺损改善(64年]。据报道,自噬可以改善缺血后细胞的内部条件通过移除受损的线粒体(65年]。李等人也发现rapamycin-activated自噬改善线粒体功能和减轻缺血性损伤,并且保护作用被3-MA[逆转66年]。
3.2。自噬的负面影响中风的结果
积累的结果表明,自噬激活加重缺血和再灌注后的神经功能障碍。腹腔内注射3-MA减少缺血性神经损伤和脑水肿的永久性大脑中动脉缺血模型(17]。治疗tetrahydroxystilbene葡萄糖苷(次数)的本质之一Fallopia野蔷薇,也减少梗死体积和神经行为的赤字在缺血/再灌注小鼠通过抑制自噬(67年]。张等人研究了TP53-induced糖酵解和凋亡调节器(TIGAR),哪些功能fructose-2, 6-biphosphatase,证实自噬激活后缺血再灌注的作用。他们发现自噬减少TIGAR-transgenic老鼠,而不是TIGAR-knockout老鼠。淘汰赛TIGAR不仅提升自噬也增加违反体积分数和神经赤字。这些不利影响缺血/再灌注后被3-MA治疗。因此,TIGAR的神经保护作用是产生部分通过抑制自噬(68年]。传统中药葛根素,已被证实能减轻缺血/再灌注后的大脑功能障碍,抑制自噬蛋白表达通过AMPK-mTOR-ULK1信号通路(8]。同样,江泽民和他的同事证实,抑制过度自噬可以减少postischemia-reperfusion损伤(69年]。罗等人发现使用dexmedetomidine可以显著降低脑损伤后缺血性中风通过抑制自噬。dexmedetomidine的影响被3-MA增强和减弱雷帕霉素(70年]。这些数据表明,自噬抑制神经。
4所示。Autophagy-Mediated神经保护缺血/再灌注损伤
尽管当前的共识是,自噬是一把双刃剑缺血再灌注后,大量的神经保护策略针对神经元自噬被发现,包括神经保护药物,脑缺血预处理,电针刺激,高压氧预处理,核酸疗法。这些都是总结表1。
4.1。神经保护药物对自噬
今天,药理发展仍然是缺血性中风的研究的重点。如前所述,ezetimibe变弱通过自噬激活神经元细胞凋亡在大鼠MCAO后(63年]。Ezetimibe政府减少梗死体积、神经赤字和脑胆固醇水平在MCAO后24小时。他们还指出,Beclin 1 immunopositive细胞增加脑缺血大鼠,而3-MA逆转ezetimibe提供的神经保护。中药通过调节自噬已被证明有治疗效果。葛根素证明减轻缺血/再灌注后的大脑功能障碍,抑制自噬蛋白表达通过AMPK-mTOR-ULK1信号通路(8]。Ginkogolide K(门将)预处理诱导自噬在缺血,促进星形胶质细胞增殖和迁移后复氧(71年]。人参皂苷Rb1 (GRb1)改善脑损伤和缺血/再灌注后自噬增加(72年]。据报道,同样,triptolide治疗减少缺血后细胞凋亡,与诱导自噬(73年]。在另一项研究中,雷帕霉素显示潜在的神经保护作用在两个永久性大脑中动脉结扎大脑中动脉闭塞(pMCAL)和栓塞血栓(eMCAO)。梗死体积测量通过TTC染色后eMCAO pMCAL表示rapamycin-reduced损伤病变和调节自噬64年,66年,74年]。此外,据报道,二甲双胍降低中风的风险提高自噬(19),而烟酰胺phosphoribosyl转移酶(NAMPT)促进细胞生存通过调节自噬脑缺血后(75年]。总的来说,赋予通过针对自噬与神经保护药物治疗是可行的。
4.2。造成治疗上自噬
4.2.1。准备电针刺激(EA)
据报道,EA是预防脑缺血性损伤91年,92年]。最近,这是观察到EA治疗可以减少缺血后细胞凋亡(93年,94年]。EA的神经保护作用及其与自噬的关系已经被黄评估等。76年]。EA是参与自噬起始,泡成核、和自噬体成熟,除了autophagolysosome退化。也表明,EA治疗影响自噬流量通过调节autophagy-related蛋白质的表达包括ULK1复杂,Beclin 1, mTOR [77年,78年]。然而,目前尚不清楚EA促进或抑制自噬。此外,不同的EA等参数的选择穴位,刺激的持续时间,以及缺血/再灌注的时间有不同的影响对神经元缺血/再灌注损伤。
4.2.2。缺血预处理和后处理(IPC)
IPC赋予神经保护通过增加公差致命缺血性风险敞口,这已被证明是与自噬相关(95年,96年]。盛集团的结果表明,神经元自噬小体的数量增加的感应LC3 immunopositivity缺血性预处理模型。3-MA、自噬抑制剂逆转,削弱了缺血性preconditioning-induced自噬激活和保护作用[79年]。这些发现表明,自噬增强有助于神经保护引起的缺血性预处理,展示了最近[80年- - - - - -82年]。此外,在体外研究证实缺血预处理诱导自噬通过激活AMPK途径(97年]。此外,自噬活性的变化与赋予的抗脑缺血远程缺血后处理。郭等人发现,远程肢体缺血后处理(RIPoC)诱导autophagy-related蛋白质表达与缺血/再灌注组相比。通过药理手段抑制自噬不仅废除了调节对缺血的影响但也逆转凋亡效应(83年]。另一方面,陈等人发现RIPoC的保护作用与抑制自噬激活(84年]。这些相互矛盾的结果可能是由于不同缺血时间的影响和调节自噬活动在动物模型的方法。综上所述,缺血预处理和后处理可以通过调节自噬诱导神经保护。
4.2.3。高压氧(HBO)管理
HBO是一种有效的方法治疗脑外伤的临床实践。目前,研究人员发现,它也有一个治疗效果在缺血性损伤98年]。尽管潜在的机制仍不清楚,都花费了大量的精力,自噬和HBO之间的关系99年,One hundred.]。MCAO模型中,自噬在HBO(赋予的宽容对脑缺血60]。在这项研究中,作者发现,HBO减少脑损伤通过增强autophagy-related蛋白质LC3-II Beclin 1。3-MA减少HBO-induced神经保护作用,这表明激活自噬是HBO管理的机制之一。此外,HBO保存溶酶体膜的完整性,促进了自吞噬泡在短暂的局灶性脑缺血大鼠的形成。半胱氨酸蛋白酶抑制物C (CysC)是神经保护的行列式在HBO治疗可以促进脑缺血后自噬流量(85年]。HBO-induced自噬在脑缺血/再灌注神经保护的还发现小王和他的同事们(86年]。相比之下,由陈等人最近的一篇文章中报道说,HBO授予由自噬抑制神经保护(87年]。HBO应该进一步研究作为一个有前途的非药物和非侵入性治疗。
4.2.4。核酸疗法
小分子核糖核酸(microrna)是由20 - 25内生,非编码,单链RNA分子。他们调节靶基因的表达,可以调节细胞增殖、分化、凋亡,和新陈代谢101年]。最近的研究表明,脑缺血导致异常microrna的表达水平的变化,这是参与中风后遗症的病因和病理。Dharap等人证明了24个microrna增加,而其他23 microrna减少中风后(88年]。这些改变microrna可能调节基因表达,这表明microrna的可能是一个潜在的治疗目标通过一个autophagy-mediated机制来减少脑损伤(90年]。王等人发现miR-30a表达下调,而自噬表达调节体内和体外缺血/再灌注模型。已经证实,miR-30a废除缺血损伤的差别,对这些Beclin 1-mediated自噬。miR-30a负调节Beclin 1表达通过识别3′未翻译区(3 'utr) Beclin - 1 (1]。同样,miR-30d-5p,调节3 'utr Beclin 1,认为促进缺血神经元死亡(HI)大鼠通过抑制自噬(89年]。陈等人发现mir - 497增加了神经元自噬抑制和减轻缺血损伤,特别是在年轻大鼠(90年]。总的来说,这些发现表明,卒中后microrna的表达可能参与神经保护通过自噬。
5。结论
当前的研究始终海拔缺血/再灌注后自噬流量报告。然而,急性缺血和再灌注后自噬的作用仍不确定,特别是在精确的功能,调节细胞生存或细胞死亡。总体而言,自噬可能通过“金发姑娘”原则:过度或不足诱导自噬可能是不适应的,在一个特定水平的自噬可能是有益的。此外,自噬的有益或有害的影响可能依赖于缺血的严重程度或长度。进一步的研究是必要的评估自噬激活是有益的。有共识,与自噬相关信号通路构成小说的潜在治疗靶点和神经保护策略。多通道的目标自噬在不同时间点可以作为一种有效的方法治疗中风。
数据可用性
使用的数据集和分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这部分工作是由中国国家自然科学基金(81871838)和北京通州地区金融基金和科技计划北京通州区(KJ2020CX002和KJ2019CX004)。