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腺苷A2A受体在创伤性颅脑损伤中的双向作用及机制研究

戴双双  
【摘要】: 现代社会,创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury,TBI)具有高发生率、高致残率及高死亡率的特点,严重威胁着人类生命及生活质量。颅脑创伤的损害分为原发性损伤和继发性损伤,前者无法逆转,而后者却是可逆并对预后具有决定性作用。目前,对于继发性损伤机制的认识主要有兴奋性氨基酸毒性、过度炎症以及钙超载三方面。颅脑创伤后,损伤组织由于ATP的崩解而释放大量腺苷并激活腺苷受体发挥生物学效应。而近来研究发现,腺苷A2A受体活化可以通过调节谷氨酸释放、炎性反应及钙离子内流而在多种中枢损伤模型(如:帕金森氏病模型、缺血性脑损伤模型及兴奋性毒性脑损伤模型等)中发挥保护或加重损伤的双向作用。但是,就A2A受体在颅脑创伤中的作用,少有报道。 因此,为阐明A2A受体在颅脑创伤中是否同样存在双向作用以及其作用的机制,在本研究中,我们首先利用重力撞击致伤法构建了小鼠TBI模型并在TBI后15min、3h、6h和12h分别应用A2A受体激动剂CGS21680和拮抗剂ZM241385处理TBI小鼠,观察了其对TBI后24h时的伤情的影响,结合对小鼠TBI后24h内脑脊液谷氨酸浓度的动态检测,分析其作用与内环境谷氨酸浓度的关系。然后,我们检测了体外实验中,不同浓度(0, 0.1, 0.5和5.0 mmol/L)谷氨酸条件下,小鼠小胶质细胞及中性粒细胞上A2A受体活化后分别对LPS诱导的小胶质细胞NOS产生及LPS诱导的TNF-αmRNA表达的影响,并探讨了其可能涉及的主要信号通路;进而通过观察联合应用谷氨酸释放抑制剂及A2A受体激动剂对小鼠TBI模型伤情的影响,以期通过细胞及整体动物实验阐明谷氨酸调控A2A受体双向作用的具体机制。最后,为证实骨髓来源细胞上的A2A受体是否是谷氨酸调控的主要靶标,我们利用骨髓移植的方法构建了选择性敲除及选择性重建骨髓来源细胞上A2A受体的小鼠模型,并观察了其对伤后内环境中存在较高浓度谷氨酸的TBI及无谷氨酸存在的ALI的伤情影响。 主要实验结果及结论: 1、在较低谷氨酸浓度的TBI后3h时间点,激活A2A受体产生保护,拮抗A2A受体加重损伤;而在较高浓度的TBI后15min、6h时间点,激活A2A受体则加重损伤,反而拮抗A2A受体产生保护;而在谷氨酸浓度达到峰值的TBI后12h时间点激活A2A受体使伤情加重更为剧烈,甚至引起动物死亡,但拮抗A2A受体却不再具有明显保护作用。这提示A2A受体活化后效应的走向与内环境中谷氨酸浓度的高低存在密切联系。进一步对各组TBI后24h时脑脊液中谷氨酸浓度及炎性因子表达的检测结果表明:激活或拮抗A2A受体对伤情的加重或减轻与其对脑脊液中谷氨酸浓度及炎性因子TNF-α、IL-1的表达的上调或降低基本成正相关。根据神经元、星型胶质细胞上A2A受体活化促谷氨酸释放的文献报道,以上结果初步提示:低浓度谷氨酸时激活A2A受体可能主要通过抑制炎性因子表达减轻损伤,从而使谷氨酸水平下降;反之,高浓度谷氨酸时激活A2A受体,则可能主要通过促进谷氨酸及炎性因子释放而加重损伤。 2、在无谷氨酸及较低浓度(0.1 mmol/L)谷氨酸条件下,激活A2A受体可以显著抑制LPS诱导的小胶质细胞NOS活性,并伴随着cAMP的上调。这种效应可以被PKA抑制剂H-89所阻断。而在较高浓度(0.5mmol/L及5.0mmol/L)的谷氨酸条件下,A2A受体活化则显著促进LPS诱导的小胶质细胞NOS活性,但与LPS组比较,并不伴随cAMP的改变。这种效应可被PKC抑制剂GF109203X而非PKA抑制剂H-89所拮抗。这表明A2A受体活化后,在无谷氨酸及低浓度谷氨酸条件下,可能主要通过PKA途径发挥作用;而在高浓度谷氨酸条件下,则主要通过PKC途径发挥作用。此外,我们在中性粒细胞上,通过检测LPS诱导的中性粒细胞TNF-α表达再次证实了不同浓度谷氨酸对A2A受体活化后效应的调控:与在小胶质细胞中观察的结果相一致,在无谷氨酸及较低浓度(0.1 mmol/L)谷氨酸条件下,激活A2A受体可以显著抑制LPS诱导的中性粒细胞TNF-α表达;而在较高浓度(0.5mmol/L及5.0mmol/L)的谷氨酸条件下,A2A受体活化则显著促进LPS诱导的中性粒细胞TNF-α表达。进一步通过联合应用谷氨酸释放抑制剂与A2A受体激动剂的整体动物TBI实验发现,在抑制谷氨酸释放的前提下,激活A2A受体可以使其在高浓度谷氨酸条件下的促炎损伤作用又重新转变为抑炎保护效应。通过上述细胞及整体动物实验证实:谷氨酸浓度的高低确实调控着TBI后A2A受体激活后的效应走向,高浓度的谷氨酸可以使A2A受体活化后从PKA途径的抑炎保护作用转变为PKC的促炎损伤效应,即谷氨酸浓度的高低可能是A2A受体产生双向作用的重要原因之一。 3、在TBI模型中,选择性敲除或重建骨髓来源细胞上的A2A受体均具有同整体A2A受体敲除一致的保护作用,虽然三者在对谷氨酸释放抑制上作用相当,但选择性敲除A2A受体却体现出更显著的抑炎效应。相反,在ALI模型中,选择性敲除骨髓来源细胞上的A2A受体与整体A2A受体敲除却能通过促炎作用显著加重肺损伤,而选择性重建骨髓来源细胞上的A2A受体却对伤情影响不大。以上结果提示:骨髓来源细胞上的A2A受体在较高浓度谷氨酸环境中主要发挥促炎损伤效应,而在无谷氨酸存在时发挥抑炎保护作用。这与2中细胞实验结果一致,从而证实:骨髓来源细胞上的A2A受体可能是TBI后谷氨酸调控A2A受体的主要靶标,而其受谷氨酸浓度调控而产生的不同生物学效应可能是A2A受体在TBI及其它中枢损伤中产生双向作用的重要细胞机制。 上述研究结果表明:A2A受体活化在颅脑创伤模型中同样存在双向作用;高浓度的谷氨酸可以使A2A受体活化后从抑炎保护效应转变为促炎损伤效应,这种效应的偏转可能与其从PKA到PKC信号通路的偏转有关;而骨髓来源细胞上的A2A受体可能是受谷氨酸上述调节的主要靶标,即谷氨酸对骨髓来源细胞上A2A受体激活后效应走向的调节可能是A2A受体双向作用的重要细胞机制。以上发现不仅为阐明A2A受体在TBI中的作用与机制奠定了基础,而且可以为临床通过调节A2A受体而治疗TBI的新策略提供可靠的实验依据和理论支持。


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