神經血管單元與網絡藥理學

黃清　陳秋萍++蒙蘭青

【關鍵詞】神經血管單元；網絡藥理學；缺血性卒中

中圖分類號：R743.3文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2014.04.026

缺血性腦卒中嚴重危害人類健康，給社會、家庭帶來沉重負擔。長期以來，在傳統藥物及現有的治療手段上，難以達到滿意的療效。神經血管單元[1]將缺血后腦保護的目標從過去單一的神經保護提升到對神經細胞、血管等整體結構式的保護。網絡藥理學是最近研發多靶點新藥的熱點學科，與缺血性腦卒中后對神經血管單元多重治療新理論有密切關系。結合目前神經血管單元與網絡藥理學研究進展，展望其可能成為缺血性卒中研究新策略。

1神經血管單元（NVU）

2001年7月，美國國立神經病學與卒中研究所（NINDS）提出了神經血管單元（neurovascular unit，NVU）的概念，強調神經元、血腦屏障（BBB，包括血管內皮細胞、星形膠質細胞的血管終足、基底膜和周細胞）、細胞外基質及小膠質細胞之間的動態相互作用。這個概念的提出，不僅把神經元、神經膠質細胞和腦血管的相互作用看作一個整體，而且把過去對腦缺血損傷單一的神經元保護、再灌注等治療提升到神經血管單元保護和修復的高度進行研究，為缺血性卒中的治療帶來了新的機遇。

1.1缺血性卒中NVU各組分及聯系生理情況下，神經元以氧化磷酸化產生ATP維持細胞的正常代謝活動。腦缺血缺氧時，氧和葡萄糖等能量代謝障礙引起Na+丟失，K+通道傳導受阻，突觸前膜去極化，激活興奮性神經遞質谷氨酸受體（尤其是NMDA受體）打開神經細胞膜上的Ca2+通道，導致大量Ca2+進入神經元。神經元通過產生炎性細胞因子和活化氧（reactive oxygen species，ROS），激活小膠質細胞產生更多的細胞因子及一氧化氮合酶（NOS）的活性。以上綜合效應的結果是使神經細胞水腫，細胞器溶解，細胞膜破裂，產生炎癥反應，導致細胞壞死。血管內皮細胞在細胞因子、趨化因子的作用下能產生基質金屬蛋白酶（MMPs），而MMP2和MMP9參與了急性缺血損傷的炎癥反應，導致血腦屏障的通透性發生破壞[2]。周細胞通過調整特異性的血管內皮細胞基因表達，誘導星形膠質細胞的終足極化，維持完整的NVU結構[3]。缺血狀態下星型膠質細胞主要通過吞噬、產生抗原、細胞因子和趨化因子等發揮其免疫功能。

1.2NVU相關信號通路

1.2.1Wnt信號通路隨著NVU概念的提出，發現Wnt信號通路在缺血性卒中神經血管單元保護中可能發揮重要作用。研究表明，Wnt蛋白不僅存在于血管和BBB中，而且在培養的內皮細胞中刺激類似BBB的物質形成，維持BBB的穩定和神經功能，是參與腦血管生成和BBB分化的重要調節介質[4]。

1.2.2周細胞與血管內皮細胞信號通路在BBB對維持NVU功能中，周細胞起著重要作用[5]。近年來的許多研究發現膠質細胞和周細胞通過RhoGTP信號通路參與了血管內皮細胞的生長、毛細血管的發生和重塑。位于周細胞表面的血小板衍生生長因子β受體（PDGFR）與血小板衍生生長因子結合以促進血管成熟[6]。周細胞和血管內皮細胞之間通過N鈣粘蛋白來增強血管穩定性[7]。

1.2.3tPA信號通路研究表明，MMPS和tPA在腦缺血急性期血腦屏障的損傷中起著關鍵的作用[8]。tPA通過激活MMPS等信號通路，使BBB通透性增加，導致腦出血、水腫。深入了解tPA的神經毒性，對安全有效的tPA治療急性腦缺血提供分子基礎具有重要意義。

1.2.4其他信號通路研究表明，絲氨酸蛋白酶（APC）具有抗凝、抗炎免疫及抗細胞凋亡的作用，在腦缺血6～144 h后具有神經保護和修復功能[9]。血管內皮生長因子（VEGF）通過活化Rho/ROK信號通路對缺血后的神經元有保護作用[10]。

1.3NVU潛在靶點網絡相關研究發現，L型鈣通道激動劑對神經細胞具有明顯的保護作用；抑制BKCA通道阻止血管內皮細胞損傷，對神經具有保護作用；ERBB4受體調節神經調節素1釋放GABA，對神經起保護作用。因此，L型鈣通道、BKCA通道及ERBB4受體有可能成為神經保護新靶點[11]。星形膠質細胞是腦內分布最廣泛的一類細胞，腦缺血后出現炎癥反應，并廣泛受損。水通道蛋白4（AQP4）能調節星形膠質細胞谷氨酸轉運體（GluTs）的表達及谷氨酸的攝取功能，可見AQP4是星形膠質細胞保護的重要靶點[12]。

2網絡藥理學

在過去的十余年，新藥研發的主導思想是“一個藥物，一個靶標，一種疾病”。以特異性靶點藥物來治療某種疾病，如腫瘤、心腦血管疾病、糖尿病等，均難以獲得滿意的療效。獲得FDA批準的藥物數量卻逐年下降，全新藥物只有25%。2007年，英國藥理學家Hopkins[13]指出，造成上述失敗的原因或許不是科技因素，而是哲學理論因素。由此，他率先提出并系統地闡述了網絡藥理學（network pharmacology）的概念，其運用網絡生物學、系統生物學、基因的冗余度以及多效性等原理闡釋疾病發展的過程，進一步利用網絡平衡的整體觀來認識藥物與機體的相互作用。

2.1網絡藥理學研究相關技術方法當前，網絡藥理學主要有以下2種研究思路：一是利用已有的數據庫建立特定疾病藥物模型，預測藥物作用靶點，通過藥物靶點疾病網絡解析并驗證所研究藥物的網絡藥理學機制。二是采用生物信息學分析并構建藥物靶點疾病網絡，針對藥物模型之間的相互作用所產生的大量數據，進而解析所研發藥物的網絡藥理學機制。

2.1.1高通量/高內涵篩選技術高通量篩選（high throughput screening，HTS）/高內涵篩選（high content screening，HCS）是指以細胞、分子水平的實驗方法為基礎，在不影響細胞、組織或機體結構及功能的條件下，具有同時檢測大量樣品對活細胞、組織或機體多個表型的功能，如細胞、分子形態、生長、代謝途徑、分化、凋亡及信號轉導等環節。它能在單一實驗中提取大量數據信息，并利用高分辨率熒光數碼影像系統和自動化數字圖像處理技術進行高度的分析并儲存，體現了均質、可視化、多維表型檢測和實時動態監測特點。實現了對化合物多靶點多參數的同時檢測，從細胞、基因調控通路和網絡水平上研究藥物的藥理毒理，并使全面評價活性化合物的成藥性成為可能，在新藥研發中發揮越來越重要的作用[14]。如運用HCS和神經突圖像定量軟件對Aβ影響小鼠皮層神經元神經突生長的進行分析，篩選抑制神經突丟失的藥物[15]。endprint

2.1.2雙高通量基因檢測技術雙高通量基因檢測技術是指對網絡藥理學相關研究所需的基礎數據和網絡模型進行驗證，具有檢測樣品高通量、檢測目標基因高通量的雙高通量技術。2002年Fakhari等[16]提出的聚合酶鏈式反應（PCR）芯片技術，具有特異性強、靈敏度高及重復性好、操作流程簡單、定量結果無須后期驗證等優勢。

2.1.3分子相互作用技術分子相互作用技術是指從網絡藥理學角度揭示藥物作用原理，或對所構建的藥物作用網絡/預測模型進行驗證，用來揭示藥物分子與機體生物大分子之間的相互作用。目前研究分子相互作用的方法主要包括：基于表面等離子共振的檢測技術（surface plasmon resonance，SPR）[17]、基于生物膜層干涉的檢測技術（BioLayer Interferometry， BLI）[18]、液質聯用分析技術（Liquid chromatographymass spectrometry，LCMS）[19]，這些都具有高精度、無標記、高通量且實時檢測的優點。

2.1.4網絡可視化與網絡分析網絡可視化是指通過豐富網絡屬性和網絡描述，運用可視化工具（Cytoscape、GUESS、Pajek等）將聯系表反映成具有相互聯系、表現更為直觀的可視網絡過程[20]。網絡分析是指運用相應工具對已構建的網絡進行分析并從中提取有效使用信息。例如，網絡中的隱藏信息是通過網絡拓撲學信息計算得到網絡本身的統計屬性[21]；現有網絡的可靠性是采用隨機網絡生成來進行比較和驗證的[22]；網絡分層和聚類不僅使復雜的網絡簡化，還提供了尋找網絡潛在信息的方法[23]。

2.2網絡藥理學與新藥物發現通過網絡分析，鑒定可產生滿意療效的關鍵節點或節點組合，指導研究者發現可干擾這些節點、產生多向藥理學效應的先導藥物[24]。網絡藥理學的研究，結束了“一個藥物，一個靶標，一種疾病”為主導的傳統新藥研發模式，開創了一種多靶或與多種疾病間復雜網狀關系的新研究模式，從全新的視角認識藥物靶點的網絡分布，對復雜疾病發病機制及治療靶標的研究存在潛在的應用價值。吳釘紅等[25]利用網絡藥理學方法，對清熱中藥治療冠心病的有效成分和作用機制從系統水平進行研究，構建清熱中藥治療冠心病的藥物靶標疾病網絡，并揭示中藥中化學成分與相關靶標相互作用的分子機制。朱偉等人[26]運用分子對接和復雜網絡分析技術研究治療慢性腎病中藥所含化學成分和靶標之間的相互作用。結果顯示治療慢性腎病中藥所含化學成分靶標相互作用網絡與西藥的化學成分靶標相互作用網絡存在較大的差異，這說明中藥的作用機制和西藥的作用機制不完全相同。

3展望

綜上所述，NVU相關理論從新的角度認識缺血性卒中神經血管單元各組分之間相互作用機制、病理變化過程和潛在靶點網絡。網絡藥理學從系統生物學和系統藥理學角度系統地揭示藥物和機體相互作用的規律和原理。結合神經血管單元和網絡藥理學相關理論將是缺血性卒中研究的新策略。參考文獻[1] Lok J，Gupta P，Guo S，et a1.Cellcell signaling in the neurovascular unit[J].Neurochem Res，2007，32（12）：20322045.

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（編輯：潘明志）endprint