来源：国际脑血管病杂志,,28(06):-.
缺血性卒中具有高发病率、高致残率和高死亡率的特点，增大了医疗及社会负担[1]。静脉溶栓和机械血栓切除是目前最有效的缺血性卒中治疗手段，但严格的纳入标准及出血风险将很多患者排除在外。对于错失静脉溶栓及机械血栓切除治疗机会的患者，尚缺乏有效的神经保护治疗方案。缺血性卒中发病后，梗死灶持续扩大并非单纯由局部血流减少所致[2]。脑缺血后损伤区域细胞释放的应激信号或有*代谢物是造成兴奋*性、炎症反应和血脑屏障(blood-brainbarrier,BBB)损伤等病理过程的重要原因，作为构成膜通道的缝隙连接蛋白(connexins,Cx)和泛连接蛋白(pannexins,Panx)在这些病理过程中发挥着重要作用。
由神经元、神经胶质细胞、血管细胞构成的神经血管单元通过细胞膜通道整合和处理信息，从而维持神经系统的动态平衡[3]。细胞膜通道由缝隙连接蛋白和泛连接蛋白构成(表1)，介导相邻细胞间及细胞与细胞外区域的信息、能量和物质交换，从而在调控突触传递、信号传递、血管舒缩控制、BBB完整性等各方面发挥重要作用[4]。脑缺血后，细胞死亡释放的有*物质，以及不可逆性损伤细胞释放的高浓度分解代谢产物(如氧化型谷胱甘肽和有机酸)和Ca2＋等，可通过细胞膜通道扩散到邻近细胞并对后者造成损伤[5,6,7,8]。在该过程中，神经细胞相互间联系所致的微环境变化发挥了重要作用。因此，针对脑缺血后细胞间病理联系的干预被视为神经保护的作用靶点之一。本文旨在回顾近年来Cx和Panx在脑缺血病理过程中的作用及相关机制的研究进展。
表1
神经血管单元中不同类型细胞的缝隙连接蛋白和泛连接蛋白的表达
1 Cx和Panx
缝隙连接通道和泛连接通道是相邻细胞间及细胞与细胞外区域进行物质交换、转运以及信号交流的主要通道，在包括脑部炎症、癫痫、神经变性疾病、缺血性卒中等神经系统疾病中发挥重要作用[9]。Cx和Panx分别为组成缝隙连接通道和泛连接通道的主要成分。1个缝隙连接通道由相邻细胞膜上的2个半通道组成，而1个半通道则由6个Cx组成[10]。1个泛连接通道通常由6个Panx组成，体外培养证实Panx2可形成8聚体通道(图1[4])。人中枢神经系统中包含11种Cx和2种Panx。Cx根据理论分子量的不同命名[11]，各种蛋白亚型定位于中枢神经系统的不同区域并发挥不同的病理生理学作用，其中Cx43含量最为丰富。由于Panx2主要存在于细胞间隙内[12,13,14]，因此Panx1是构成中枢神经系统泛连接通道的主要成分。缝隙连接通道和泛连接通道均可在细胞表面开放，直接介导细胞质与细胞外环境之间的小分子交换，包括谷氨酸、葡萄糖、三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate,ATP)、环磷酸腺苷以及各种离子(Ca2＋、Na＋、K＋)。在生理条件下，缝隙连接通道和泛连接通道处于开放状态，缝隙连接半通道通常处于关闭状态。在脑缺血过程中，半通道开放会使离子、代谢物以及可能导致细胞死亡的营养分子过度损失，加大有害物质的释放，从而加重细胞损伤[11,15]。
图1
缝隙连接蛋白(Cx)和泛连接蛋白(Panx)的结构及其构成的通道[4]
2 Cx和Panx在脑缺血中的作用和机制
越来越多的证据证明，Cx和Panx通过介导细胞*性、炎症反应、BBB损伤等机制参与缺血性脑损伤过程[17,18,19,20]。特别是缝隙连接半通道的开放，会加大有害物质的释放从而造成细胞死亡[21]。下面详细介绍Cx和Panx在脑缺血中的病理机制。
2.1 兴奋*性
在缺血性卒中进展过程中，受损细胞释放大量谷氨酸，过度活化N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartatereceptor,NMDAR)，引起大量Ca2＋涌入细胞，并在缝隙连接通道和泛连接通道的作用下造成周围细胞死亡，从而导致梗死区域进一步扩大，该过程被称为谷氨酸的兴奋*性机制[22]。大量谷氨酸依赖性神经元死亡的主要原因并非NMDAR本身的过度活化，而是由谷氨酸通过Ⅱ组代谢型谷氨酸受体调节新的神经元缝隙连接形成并扩大细胞死亡信号的传播，Cx36在该过程中表达增加并发挥重要作用[23](图2[24])。然而，也有研究得出了相反的结论，发现应用非特异性阻滞剂阻断缝隙连接通道会加剧谷氨酸诱导的小鼠神经元死亡[25]。因此，缝隙连接通道在缺血性脑损伤中的作用仍然存在争议。有证据表明，缺血性脑损伤后半通道的开放可促进细胞死亡，而应用半通道阻滞剂可改善脑损伤[26,27,28]。此外，活化星形胶质细胞培养基中的谷氨酸水平很高，可通过激活NMDAR来激活Panx通道，从而加重细胞损伤[29]。在该过程中，NMDAR、Panx1通道和Src(原癌基因酪氨酸蛋白激酶)组成的NMDAR-Src-Panx1信号复合体发挥重要作用[30]。在短暂性大脑中动脉闭塞后，破坏NMDAR-Src-Panx1信号复合体可提供神经保护作用。综上所述，缝隙连接通道和泛连接通道参与了谷氨酸介导的细胞兴奋*性作用。
图2
神经元损伤过程中的谷氨酸依赖性兴奋*性作用[24]
2.2 炎症反应
炎症在脑缺血和再灌注引发的级联损伤过程中发挥着重要作用[31]。缝隙连接通道和泛连接通道可有助于ATP释放到细胞外区域。一方面，细胞外ATP可激活嘌呤能受体，使包括小胶质细胞在内的多种脑细胞类型的炎性小体活动持续；另一方面，ATP也是炎性小体信号2的关键激活因子，可与嘌呤能受体结合形成炎性复合物并进一步激活促炎性细胞因子的释放，例如白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α。这些促炎性细胞因子会导致缝隙连接通道抑制并激活培养的星形胶质细胞中的Cx43半通道，而半通道的开放可促进缺血性脑损伤的扩散[32]。因此，旨在阻止膜通道释放ATP从而减轻炎症反应的治疗方法有可能为缺血性卒中提供有效的保护。
2.3 BBB损伤
在缺血性卒中后，BBB转运失调会加剧脑损伤[33]。BBB是血液循环与脑组织之间的高度选择性亲脂屏障，在脑稳态中起着至关重要的作用，对正常神经元活动和脑功能至关重要[33]。BBB可以调节离子浓度、促进营养物质运输以及阻止有*物质进入。构成BBB的细胞主要为血管内皮细胞，后者之间的紧密连接是BBB限制细胞旁通透性的主要机制[34]。Cx和Panx可在BBB中的各类细胞中表达，其构成的膜通道主要通过介导Ca2＋信号、释放ATP、直接引起血管内皮细胞死亡等机制影响BBB通透性，从而加剧缺血性脑损伤[3,25,35]。因此，有可能通过抑制Cx和Panx构成的细胞膜通道来改善缺血性卒中患者的脑损伤。
3 针对Cx和Panx干预治疗缺血性卒中的可能策略
既往研究表明，传统的Cx和Panx抑制剂、新型模拟肽以及反义脱氧核苷酸均可干预Cx和Panx的表达和功能，维持细胞间微环境稳态，从而减轻缺血性卒中的细胞损伤[36]。有研究表明，丙磺舒可抑制Panx1半通道[37]，预防小鼠脑缺血再灌注损伤和星形胶质细胞的氧/葡萄糖剥夺损伤[38]。同样，作为水溶性缝隙连接半通道阻滞剂，在脑缺血再灌注1.5h内给予生胃酮能减轻神经损伤[36]。Cx模拟肽在脑缺血中的作用是目前基础实验研究的热点。Cx模拟肽是靶向缝隙连接细胞外环或细胞质环的肽，可阻止缝隙连接通道形成或缝隙连接半通道开放。既往研究表明，Cx43模拟肽Gap26或Gap27能抑制半通道开放，进而缩小脑梗死体积和促进功能恢复[39]。在神经元－内皮细胞－星形胶质细胞共培养模型中，氧葡萄糖剥夺处理后星形胶质细胞半通道活性增高，给予Cx43半通道模拟肽Gap19可抑制半通道活性；在小鼠大脑中动脉闭塞后1h经右侧脑室注射Gap19能减轻神经元损伤[40]。反义脱氧核苷酸可作用于靶向的Cx和Panx，与互补mRNA结合后抑制蛋白质翻译，从而减少Cx和Panx表达。创伤性脑损伤模型大鼠存在Cx43水平过表达，以Cx43为靶点的反义寡脱氧核苷酸可改善星形胶质细胞增殖和脑水肿，从而发挥神经保护作用[41]。相反，直接敲除Cx43基因可造成脑梗死体积增大，发挥有害作用[42]。因此，选择性抑制半通道开放或减少Cx过表达能改善缺血性脑损伤。通过干预措施影响Cx和Panx构成的膜通道有望作为脑缺血的潜在治疗方法。
4 结语
Cx和Panx形成的膜通道可介导相邻细胞间及细胞与细胞外区域的信息、能量和物质交换，在调控突触传递、信号传递、血管舒缩控制、BBB完整性等方面发挥重要作用。在脑缺血过程中，Cx和Panx通过参与细胞*性、炎症反应、BBB损伤等病理过程发挥重要作用。传统的Cx和Panx抑制剂、新型模拟肽以及反义脱氧核苷酸可干预Cx和Panx的表达和功能，维持细胞间微环境稳态，从而减轻脑缺血后的细胞损伤。因此，阐明Cx和Panx在脑缺血中的作用及其机制，有助于进一步理解缺血性脑损伤的具体机制，为开发神经保护药提供新依据。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
参考文献略
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