卒中是由于脑部血流出现中断而产生的疾病。在统计数据中，有80%的病例是由缺血性卒中（堵塞）引起的，其余的13%的病例则被认为是由出血性卒中（出血）引起[1]。卒中患者通常会在发生卒中的前90 d内出现缺血性的脑缺血现象，进而引起神经炎症和细胞死亡，最终出现脑死亡、偏瘫等[2]。

利钠肽家族（natriuretic peptide system,NPs）是一类对控制心脑血管、内分泌、肾脏和心血管稳态至关重要的激素类物质[3]。钠肽家族主要包含心房利钠肽（A-type natriuretic peptide,ANP）、脑钠肽（B-type natriuretic peptide,BNP）和C型利钠肽（C-type natriuretic peptide,CNP），其同源性受体分别为（natriuretic peptide receptor-A,NPR-A）、（natriureticpeptidereceptor-B,NPR-B）和（natriureticpeptide receptor-C,NPR-C）虽然这3种NP具有高度相似的序列结构，且在受体结合、生理学功能和生物学功能等方面都有重要的联系，但不同的NP都来自不同的独立基因[4]。通过对NPs及其受体进行细胞、分子、生化药理和遗传分析发现，NPs及其受体对机体神经元、免疫、心血管可产生有益影响[5,6]。环磷酸腺苷（cyclic guanosine monophosphate,cGMP）是不同组织和细胞类型中形成的独特的第二信使，需要通过NPR进行激活。值得注意的是，cGMP的诱导作用受到如NPs和一氧化氮（NO）等内源性配体的调节。近期研究表明，NPs/cGMP通路可能参与抗AIS引起的纤维化、神经损伤和炎症[7]。因此，NPs/cGMP系统或是目前提高AIS诊断水平和治疗的一种潜在策略。

1、利钠肽家族成员的生物学特征

1.1 ANP

ANP的发现源于DeBold的开创性试验。早期研究表明ANP的释放主要源于心房壁的拉伸诱导作用。虽然心室的心肌细胞也可以诱导ANP的合成，但心室ANP含量浓度仅为心房ANP水平的1/1 000[8]。分子分析表明，编码ANP的序列包括3个相应的外显子：第1个外显子是由25aa(proANP的16aa）形成的信号肽，该外显子编码的是区域5末端（不翻译）；第2个外显子则负责proANP的编码；而第3个外显子是负责3末端酪氨酸的编码[9]。经过cDNA序列推倒所得出的一级结构表明，ANP由152个氨基酸的pre-pro-ANP合成，然后经过一系列的修饰加工，最终形成28-氨基酸肽的循环ANP分子，其中含有生物活性的激素序列位于其羧基末端的区域[10]。ANP的半衰期在动物实验中仅为0.5～3.5 min，而在人体中也仅为2～2.5 min，这表现出了ANP在循环中极快的清除率[11]。ANP作为NPs的初始成员，其结构与BNP和CNP相似，都是由两个半胱氨酸残基组成，与生物活性相关的17个重要残基二硫键环则分布在其两侧[12]。

1.2 BNP

BNP是在猪脑中发现的主要在心室合成和表达的肽类激素。与ANP相似的是，BNP也是在心脏压力的情况下诱导释放：首先，机体合成其前体pre-pro-BNP，然后再将其转化成为proBNP的形式并进行进一步的修饰切割，进而产生具有生物活性的BNP分子及其衍生物proBNP的N端片段（NT-proBNP)[13]，其中后者被认为是检测缺血性卒中的稳定生物标准物。BNP以BNP-32和BNP-108两种形式存在于心脏中，BNP-32主要分布于心房，而BNP-108则主要分布于心室中的心肌细胞，其中，前者是具有生物活性形式的BNP[14]。BNP的编码基因同样包含在3个外显子，其中大部分的proBNP是由第2个外显子进行编码所得[9]。与ANP不同的是，BNP的产生是由心肌的拉伸诱导分泌的，这通过检测冠状窦和室间前静脉的BNP的水平时得到了证实[15]。与同为NPs的ANP和CNP相比，BNP的清除表现出较长的半衰期，其短衰期约为3～4 min，而长衰期可达20～30 min[16]，这为BNP作为心血管疾病检测的生物标志提供了极为有利的条件。

1.3 CNP

CNP是近期发现的主要由内皮细胞分泌的一种含有22个氨基酸的强效神经肽，它可以诱导心血管的舒张[17]。CNP首先由103个氨基酸的pre-pro-CNP通过蛋白酶的切割形成含53个氨基酸的多肽，后在其基础上进行再加工，进而形成含22个氨基酸的生物活性激素（CNP）。CNP在动物体内的半衰期仅为1.5～2.0 min，而在人体内约为2～3 min[18,19]。近期研究发现，心肌并不是CNP分泌的唯一场所，心肌、脑、软骨细胞和血细胞也可以产生CNP，其在脑部和血浆中以CNP22的形式存在，而在心肌中则以CNP53的形式存在[20]。

1.4 其他NPs

NPs不仅包含3种特定的NP(ANP、BNP、CNP），还包括了3种NP的衍生物（NT-pro-ANP、MR-pro-ANP和NT-pro-BNP等）及其相应的受体（NPR-A、NPR-B和NPR-C等）。由于这些衍生物具有更久的半衰期和更高的稳定性（如NT-proBNP的半衰期约为90～120 min），可用于缺血性脑卒中后的风险预测[21]。有趣的是，NPR-A和NPR-B均为膜结合行受体，由胞外参与配体结合结构域、胞内的GC结构域和中间单个跨膜区域构成，以响应cGMP快速释放[22,22]，这也是神经保护类药物合成和开发一种潜在策略。

2、利钠肽受体的生理学作用机制

NPs中的利钠肽受体可以分为NPR-A、NPR-B和NPR-C 3种不同的亚型。然而，这3种受体在机体内的信号转导机制、GC活性和受体与配体结合的特异性并不是固定的[23]。在一般结构拓扑方面，NPR-A和NPR-B都含有胞外配体结合结构域、胞内羧基末端GC催化结构域、胞内蛋白激酶同源结构域和单个跨膜区域4个不同的区域，这与GC受体家族具有一致性[24]。研究表明，当GC作为同源二聚体发挥作用时，NPRA将位于GC催化结构域和蛋白质-KHD之间，使其形成具有双亲和性的α螺旋结构[25]。当配体与受体结合后，NPR-A和NPR-C都会发生内化并将其重新分配到相应的亚细胞室中，而NPR-B则循环灰质膜[26]。总体上，大多数NPR-A、NPR-B和NPR-C内化的配体-受体复合物最终都会在溶酶体中被降解。

机体内cGMP的产生可能通过配体对NPR-A和NPR-B中的GC催化结构域的调节来实现，这与GC催化结构域的比活性有关[27,28]。研究表明，在NPR-A内化的同时，亚细胞区室中的cGMP同样存在一个连续平行产生的过程，这在共聚焦免疫荧光分析中已经得到了证实[29]。值得注意的是，血管舒张、抗炎、抗纤维化和免疫反应的机制均与cGMP效应蛋白激活引起的信号传导机制的生理效应有关。

ANP-BNP/NPR-A通路的信号传导可以抑制心血管疾病中包括TNF-α、IL-1β和IL-6在内的促炎细胞因子在心室内的表达，实现其对心血管的保护功能。当ANP-BNP/NPRA通路的信号传导被阻断或受到抑制时，机体内的促炎细胞因子的激活将会增强[30]。

CNP对脑缺氧缺血（HI）的保护作用是由内源性受体NPR2和NPR3介导的。研究表明，在新生儿HI脑损伤模型中，CNP处理可以显著地减轻HI后脑组织中的IgG的泄露程度，然而，这一有益的影响在NPR2抑制剂（P19）和NPR3抑制剂（AP811）处理组中却受到明显的抑制。由此可见，CNP对心血管的保护作用与NPR2和NPR3两种受体的激活密不可分[31]。

3、利钠肽与cGMP在AIS中的作用机制

3.1 利钠肽与cGMP

cGMP作为不同组织和细胞类型中的第二信使，它可以和下游多种分子产生靶向效应。cGMP主要存在细胞膜中，需要通过NPR进行激活，其表达水平可通过细胞内NO的水平来确认。cGMP不仅对脑、肾和肝等器官的功能具有调节作用，还参与炎症、神经变形和纤维化等相关疾病的治疗。有趣的是，利钠肽（NPs）是调节cGMP水平的内源性因子，这使得NPs/cGMP通路在炎症、神经变形和纤维化等相关疾病中的研究具有重要意义。以往研究表明，CNP/GC-B/cGMP信号传导系统可能是减轻缺血性损伤和维持心血管完整的有效途径[32]。

近期研究表明，ANP不仅通过提高cGMP的表达水平和诱导机体血管的舒张达到降压的效果，还可以通过NPRA/cGMP/PKG信号传导途径促进神经元的发育和存活[33]。NPR-B作为NPC的特异性受体，它通过cGMP/PDE3/cAMP信号传导途径来调节肌细胞中离子通道的生理功能，同时，CNP还可以通过NPRB诱导cMGP水平的增加来抑制PDE3中cAMP-PDE的活性[34]。已有证据表明，NPs可能通过诱导激活NPRA/cGMP/PKG-1信号传导途径使得NLRP3中Sre295位点对应的磷酸化与炎性体平台被解体；同时，该途径还能激活胞内磷酸二酯酶并提高cGMP表达水平，此外，NPs还会干扰caspase-8和Gasdermin-D的解体。值得注意的是，ANP/NPRA/cGMP信号传导通路直接参与NF-κB和caspase-1的调节，并降低IL-1β的表达水平[35]。因此，NPs/cGMP信号传导途径的应用或将是治疗与炎症和免疫相关疾病的有效方案。NPs通过激活cGMP对AIS产生的有益作用（见图1）。

3.2 利钠肽与急性脑卒中

急性脑缺血事件发生后，患者脑部会出现一系列的缺血性脑损伤，包括损伤核心区不可逆转的细胞坏死和其核心区周围可挽救的细胞损伤，而挽救核心区周围的损伤细胞被认为是当前治疗AIS最可行的策略[36]。

以往的研究表明，NPs的应用有望成为检测和治疗缺血性脑卒中再灌注损伤（cerebral ischemia reperfusioninjury,CIRI）的有效策略。现有的关于CIRI的研究涵盖多个研究手段和途径，其研究思路都以兴奋性毒性、卒中后水肿、炎症、氧化应激和细胞凋亡为中心。虽然，传统的非增强CT能够对出血性脑卒中具有敏感的识别能力，但其在缺血性脑卒中并未起到很好的检出效果，然而，这一缺陷可以通过NPs（如NT-pro-BNP）得到弥补。BNP及其衍生物NT-pro-BNP不仅可以有效地区分缺血性卒中（IS）和出血性卒中（ICH），还与再灌注治疗后的恶性水肿和卒中死亡率有关[37,38]。其中NT-pro-BNP的表达水平与卒中的严重程度为正相关，这在美国国立卫生研究院卒中量表的数据对比中得到了证实[39]。

近期研究表明，ANP可能作为一种辅助性神经保护剂，在CIRI中发挥其对神经元的保护作用。实验结果显示，大剂量的ANP不仅可以减少由caspase-3介导的神经元凋亡，还能改善实验大鼠损伤细胞中NPRA、NPRC和KATP的表达，同时还能显著改善因缺血性损伤诱导上调的pERK2和ERK2的表达水平，这在药理实验的磁共振成像检测结果中得到了证实[7]。

诸多的临床和实验证据表明，BNP作为AIS的内源性保护因子，对大脑神经元也具有潜在的保护作用。虽然尚不明确NPs对神经元的保护作用是否与NPs的直接介导有关，但现有的证据表明，BNP及其依赖性受体NPRC在大脑中得到广泛的表达，同时BNP还作为内源性保护因子，通过cGMP途径介导降低天冬氨酸受体和抑制炎症因子的表达水平，进而达到保护神经元的作用。事实上，静脉注射BNP可以对脑损伤的神经元具有保护作用，这在小鼠脑损伤模型中已经得到了证实[40]。

CNP被认为是一种由神经元和内皮细胞释放的强效神经肽。它在神经系统中的神经保护作用已经在诸多实验中得到了证实。例如，它可以增加脑内星形胶质细胞和内皮细胞cGMP的表达水平。近期的研究中发现，CNP对缺氧引起的新生儿脑损伤具有神经保护作用，这与CNP对新生儿HI引起的脑水肿、脑梗死和IgG泄露产生的有益作用有关。此外，CNP还通过NPRB和NPRC受体通路对HI引起的内皮损伤起到保护作用，该理论已在雄性小鼠受体抑制剂（P19和AP811）干扰实验中得到了证实[31]。

图1 NPs通过激活cGMP对AIS产生的有益作用  

3.3 cGMP与脑卒中

cGMP作为具有生物效应的第二信使，其与cAMP起到相互对立的调节作用，使得细胞内外的生物环境得以平稳运行。以往的研究表明AIS患者与非AIS患者脑脊液中的cGMP和cAMP含量有显著差异[41]，且患者脑脊液中的cGMP和cAMP变化量与患者的性别、年龄和脑梗情况无关。临床研究表明，在通过针灸法对AIS患者进行治疗时发现，患者血浆中的cAMP和cGMP水平都有显著的改变[42]。有趣的是，近期研究发现，不管是针灸治疗法还是平针结合运动康复治疗法，治疗前与治疗后的cAMP和cGMP水平都有显著差异[43]。磷酸二酯酶（PDEs）是一系列能水解第二信使cAMP和cGMP的水解酶。PDEs（如PDE10A）的过表达会使机体内cAMP和cGMP的平衡被打破，进而引起机体的诸多不良反应。已有研究表明，磷酸二酯酶抑制剂的运用有效减少实验小鼠的脑梗死体积，并增加神经元的存活率，促进神经元的恢复，进而缓解AIS小鼠的神经损伤[44]。在一项关于西地那非对新生儿缺血缺氧后的血流再分配的研究中发现，NO-cGMP通路信号表达的增强可以改变脑血流量，从而缓解新生儿缺氧缺血性神经元损伤[45]。因此cGMP可能是AIS治疗的关键靶标。

4、讨论与展望

经过以往的研究，NPs在临床上的应用得到广泛的认可，特别是在与卒中相关的多种疾病中。在前期的探索过程中，NPs的实验研究主要集中于心血管疾病的诊断、治疗、风险分层和预后作用。NPs在心血管的诊断作用主要体现在BNP及其衍生物NT-pro-BNP，其中后者最为常见，这取决于它具有较长的半衰期和较好的稳定性。

相对而言，NPs在急性缺血性脑卒中方面进行的研究较少。但是，已有证据证实NPs作为内源性保护因子参与急性缺血性卒中的神经保护作用[46]。虽然目前尚未发现NPs直接参与大脑的神经保护作用。但是，NPs的参与似乎是保护大脑神经元的必要条件，特别是cGMP的激活过程。在人体脑组织中NPs中的ANP、BNP和CNP及其受体都得到了表达，其中CNP及其依赖性受体NPRB分布最为广泛，这可能与其在脑组织中的神经保护作用有关。以往的研究表明，急性缺血性/再灌注损伤的病理机制包括水肿、炎症、氧化应激和神经凋亡等，其中继发性炎症是引起脑组织神经元损伤的主要因素[47]。NPs对临床多种疾病特别是心血管疾病的改善作用包括在水肿、炎症、心血管生成、纤维化和炎症凋亡等[48]。然而，NPs在机体内的这些有益作用似乎都与NPs/cGMP通路的信号传导保持着高度的依赖性[49]。虽然，CNP对缺氧缺血引起的神经损伤神经保护作用已在小鼠幼崽缺氧缺血模型中的得到了证实[31]，而关于NPs在脑损伤中的神经保护通路机制仍有待研究。

综上所述：NPs/cGMP信号传导途径对AIS引起的脑组织损伤具有神经保护作用。但该通路在CIRI（包括水肿、炎症、细胞凋亡和氧化应激等）的神经保护作用中的具体机制仍有待研究。NPs作为AIS事件的关键物质，充分利用NPs在AIS事件的作用机制，从而采取有效措施，这对检测和治疗CIRI引起的神经损伤将有重要意义。

参考文献:

[41]李善宗,钱采韵.缺血性脑卒中患者脑脊液cAMP､cGMP测定[J].中国神经精神疾病杂志,1995,21(4):226-227.

[42]景福权,秦虎,刘欢,等.针灸联合康复疗法对缺血性脑卒中偏瘫患者肢体运动功能及血清cAMP､cGMP的影响[J].中国针灸,2020,40(6):581-585.

[43]景福权,周伟,王增亮,等.平针法结合新型运动再学习康复治疗对缺血性脑卒中患者肢体运动功能及血清cAMP､cGMP的影响[J].新疆医科大学学报,2020,43(11):1500-1503.

基金资助:国家自然科学基金项目(81960734);包头医学院博士科研启动基金(BSJJ201806);包头医学院科学研究基金项目(BYJJ-QM 201905);

文章来源:李家任,刘嘉禹,张佳乐,等.利钠肽､cGMP与急性缺血性脑卒中的相关研究进展[J].中风与神经疾病杂志,2024,41(05):470-475.