转位蛋白在术后认知功能障碍中的研究进展

刘阳阳张琳 张蕊 孙晓彤 隽兆东 孙丽娜

潍坊医学院麻醉学院，潍坊 261053

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(6):669-.672

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20210907-00578

 基金项目 

山东省自然科学基金（ZR2017MH066，ZR2020MH017）；

山东省医药卫生科技发展计划项目（202004110567）

REVIEW ARTICLES

【综述】

相对分子质量为18×103的转位蛋白（translocator protein, TSPO）（既往文献称为18 kDa转位蛋白）是一种多功能线粒体外膜蛋白，它首先在外周组织中被描述为一个高亲和力的苯二氮卓类结合位点[1]，在多种生理和神经退行性疾病进程中发挥重要作用。TSPO在活化的小胶质细胞中表达增强，并且是急性和慢性神经炎症的生物标记物[2]。小胶质细胞是中枢神经系统中的主要免疫细胞，在病理损伤或发育缺陷的情况下，自噬可以调节小胶质细胞的激活和吞噬能力。研究显示，小鼠自噬基因敲除后，原代小胶质细胞或小胶质BV2细胞系的激活增加[3]，小胶质细胞和星形胶质细胞中TSPO的表达水平升高[4]，通过抑制自噬，活化的小胶质细胞分泌多种促炎细胞因子和其他炎症介质，损害周围神经元，进而导致术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction, POCD）［POCD现已不建议使用，已更新为围手术期神经认知障碍（perioperative neurocognitive disorders, PND）[5]，但本文引用的文献中使用POCD，因此沿用POCD］。本文对TSPO与POCD之间的机制和发生、发展的关系进行综述。

1 TSPO在受损伤的小胶质细胞中表达上调，抑制线粒体自噬     

在生物体内，自噬是一种自我降解机制，它将不需要的和受损的细胞内容物传递给溶酶体进行降解，对于维持细胞蛋白质的稳态非常关键。近年来研究表明，自噬，特别是选择性自噬（如线粒体自噬、自噬、核自噬、脂自噬等）与神经系统疾病密切相关[6]。其中，线粒体自噬在维持线粒体功能的完整性、细胞内环境的稳定性和细胞存活中扮演了重要的角色。自噬对于神经系统的发育和维持至关重要，然而，随着外部刺激的增强，当自噬不足以去除受损的线粒体时，神经细胞将凋亡[7]。正常生理条件下，TSPO在小胶质细胞中表达较低，在小胶质细胞发生损伤时显著增加，而在小胶质细胞中被激活时可产生两种极化状态：促炎表型（M1和A1）和抗炎表型（M2和A2）。在老年人的大脑中，小胶质细胞形成一种“启动”表型，呈现出过度活动的炎症状态[8]。在老年大鼠大脑中，认知功能受损与相关小胶质细胞激活迹象有关：当神经系统受损时，激活的小胶质细胞和星形胶质细胞表型转化为M1型，并且伴随着TSPO的表达水平升高[4]。研究显示，TSPO的上调抑制了自噬系统：TSPO的上调使自噬相关蛋白水平下降，抑制线粒体自噬，消除了p62［也被称为sequestosome1（SQSTM1），是自噬降解错误折叠蛋白的选择性载物受体］和自噬标记物微管相关蛋白1轻链3的线粒体迁移，从而导致功能失调的线粒体积累，同时，研究者观察到炎症介质表达上调[9]。

2 TSPO上调与POCD发生、发展的关系      

POCD是一种常见的临床综合征，目前其病因和发病机制仍不清楚，老年患者在术后更易发生POCD。POCD的发生不仅使患者记忆力和注意力下降，还与病死率的增加有关。其中神经炎症在POCD的发生、发展中起着重要作用，可能参与了POCD的发病机制[10]。在老年人大脑中，小胶质细胞过度活动导致的炎症状态损害认知功能。年龄相关的自噬失调和氧化应激增加可能是NOD样受体蛋白3（NOD‑like receptor protein 3, NLRP3）炎症小体成熟和活化的刺激因素，与年轻牛脑相比，老年牛脑的神经元和小胶质细胞中NLRP3炎症小体的表达增加[11]，老年患者对手术神经炎症反应增加，这些结果表明神经炎症信号可能确实参与了POCD的发病机制。研究显示，TSPO 上调很可能通过抑制自噬系统促进炎症发生进而在POCD中发挥重要作用。此外更有体外实验表明，TSPO配体PK11195可以通过抑制小胶质细胞活化和自噬抑制大鼠脂多糖引起的认知功能障碍[7]。

3 TSPO配体对POCD的治疗具有重要意义      

TSPO影响基因的表达和功能，已经被TSPO基因敲除和TSPO配体相关实验所证实。大量的体外实验已经证明，TSPO经典配体（如PK11195和 Ro5‑4864）在细胞损伤后或在某些疾病状态下能够调节炎症、减少小胶质细胞的活化，对神经产生保护作用[12]。研究显示，TSPO配体可以减少小鼠脂多糖所诱导的认知功能障碍，使用TSPO配体进行预处理后，可以下调NLRP3和IL‑1β活化的表达，干扰慢性炎症级联、破坏细胞因子循环，可以对神经变性疾病的临床治疗产生积极影响，TSPO相互作用的配体被认为是药物开发的潜在基础[13]。可见TSPO配体通过调控自噬和神经炎症对神经产生保护作用，TSPO很可能是POCD的潜在治疗靶点，在未来对于POCD的治疗具有重大的临床意义。

4 TSPO和VDAC1通过PINK‑Parkin通路调节线粒体自噬      

VDAC1是一种电压依赖性阴离子通道，它控制线粒体外膜中的细胞代谢，调节线粒体与其他细胞之间的代谢交互作用[14]。TSPO/VDAC1活性改变在线粒体自噬系统中发挥了关键的调控作用，并且受到线粒体活性氧（reactive oxygen species, ROS）的调节。PINK1（一种核密码线粒体激酶）和Parkin（一种胞质E3泛素连接酶）共同调节有丝分裂：PINK1作用于Parkin的上游[15]，共同依赖于线粒体膜电位介导的有丝分裂。当Parkin在线粒体中诱导VDAC1多聚泛素化时，泛素化的VDAC1将p62和微管相关蛋白1轻链3B招募到线粒体中，从而触发Parkin介导的线粒体自噬。Parkin分别诱导VDAC1单聚泛素化和多聚泛素化，在细胞凋亡和线粒体自噬发挥作用[16]。TSPO对线粒体自噬的调节依赖于VDAC1，TSPO与VDAC1结合，减少线粒体耦联，促进ROS的过量产生[17]。在原代肝细胞中，shRNA沉默PINK1降低了肝缺血再灌注损伤诱导的线粒体自噬水平，促使缺血再灌注期间功能失调的线粒体积累，增加ROS的产生，诱导细胞凋亡，最终导致肝细胞死亡。这表明PINK1介导的线粒体自噬在缺血再灌注过程中对线粒体质量控制以及肝细胞存活起关键作用[18]，通过与VDAC1的相互作用，TSPO抑制了PINK1‑Pakin途径下游的线粒体自噬。

5 TSPO和VDAC1与NLRP3神经炎症形成有关      

自噬通过调节细胞因子的产生和释放、炎症活化、抗原提呈和清除入侵病原体而在免疫中发挥关键作用，这些和炎症性疾病的发病机制有关。研究显示，自噬可以平衡神经炎症的不利影响，从而起到减轻慢性炎症，保护神经元的作用[15]。众所周知，炎症是机体对于病原微生物感染和组织损伤的一种快速而协调的反应。而炎症小体是炎症的重要组成部分，是由多个蛋白组成的复合物，其中NLRP3是一种天然免疫传感器，由NLRP3、含有胱天蛋白酶（caspase）募集域的凋亡相关斑点蛋白和caspase‑1组成。炎症小体促进caspase‑1激活，控制IL‑1β和IL‑18的成熟和分泌，并且可通过损伤相关分子模式和线粒体ROS激活该炎症小体[19]。有研究表明，NLRP3炎症小体与年龄相关的神经炎症和神经退行性变有关，ROS在NLRP3炎症小体的激活中起关键作用[20]。研究显示，TSPO和VDAC1确实与NLRP3炎症形成有关[21]，体外实验证明心肌细胞在缺血再灌注损伤的条件下，TSPO表达上调，而抑制TSPO后，可减少氧化应激、线粒体损伤，由此增加心肌细胞抵抗缺血再灌注损伤的耐受力[22]。由此可见，抑制TSPO的表达可以延缓炎症的发展，保护细胞的生存。已有研究显示，TSPO和VDAC1的过表达可能是激活双相情感障碍患者中NLRP3炎症细胞的机制之一[23]，可见TSPO、VADC1与NLPR3炎症的发生有很紧密的关联。另有发现VDAC1水平升高导致NLRP3炎症小体激活，VDAC1水平下调导致炎症小体、caspase‑1和IL‑1β分泌减少[24]。PINK1和Parkin的缺失加剧了小鼠小胶质细胞对促炎条件的反应，导致与NLRP3炎症小体相关的细胞因子过度释放，PINK1通过VDAC1影响自噬，并且其缺失会加剧小胶质细胞的炎症反应[25]。TSPO与VADC1将自噬系统和神经炎症联系在一起，TSPO的上调抑制了自噬系统，由此引发了神经炎症级联反应，影响细胞的生存与发展，而神经炎症又在POCD疾病发生过程中扮演了重要角色。

6 ROS调控TSPO参与自噬和炎症      

研究表明，抑制自噬可能导致脑巨噬细胞或小胶质细胞的过度激活，而线粒体ROS的生成可能参与了小胶质细胞的促炎反应，线粒体ROS可能是自噬与小胶质细胞炎症反应之间的关键中介[26]。线粒体ROS是免疫系统的有效激活物，在炎症反应期间线粒体DNA受损并与NLRP3炎症细胞相互作用，ROS降低的膜电位可导致NLRP3炎症反应活化。TSPO与VDAC1比值的增加导致线粒体ATP生成减少，ROS水平升高，从而抑制PARK2介导的泛素化、p62/SQTM1（自噬相关蛋白）募集和有丝分裂[16,24]。通过ROS的正向调控，TSPO表达上调，抑制了线粒体的自噬系统，促进了炎症的发生、发展。

7 总结与展望      

TSPO与POCD之间的作用机制复杂，联系紧密，其中小胶质细胞的激活介导了神经炎症：小胶质细胞中TSPO 过表达引起线粒体自噬下调，增强氧化应激，TSPO/VDAC1活性改变在线粒体自噬系统中发挥了关键的调控作用，并且通过PINK‑Parkin途径调节线粒体自噬。当自噬受到抑制时，线粒体ROS生成增加，可以造成细胞的损伤，激活炎性小体，释放促炎因子，导致神经炎症的产生，最终引发认知功能障碍。由此可推测，在小胶质细胞中，抑制自噬激活炎症会引发POCD，而多项研究已经证明TSPO配体通过抑制小胶质细胞活化产生神经保护作用，可见TSPO配体对POCD的治疗具有重大意义。