《International Journal of Molecular Sciences》：Translational Potential of the Epoxyeicosatrienoic Acid Pathway in Neurological Disorders
编辑推荐：
神经系统疾病是全球残疾和死亡的主要原因。鉴于当前的单一靶点疗法常无法阻止疾病进展或穿越血脑屏障（BBB），亟需新型治疗策略。内源性脂质网络提供了有前景的靶点。它们是中枢神经系统（CNS）的主要结构成分，提供对稳态至关重要的多靶点神经保护，并能自然绕过BBB限制
神经系统疾病是全球残疾和死亡的主要原因。鉴于当前的单一靶点疗法常无法阻止疾病进展或穿越血脑屏障（BBB），亟需新型治疗策略。内源性脂质网络提供了有前景的靶点。它们是中枢神经系统（CNS）的主要结构成分，提供对稳态至关重要的多靶点神经保护，并能自然绕过BBB限制或通过脑渗透性小分子调节实现。在这些脂质中，花生四烯酸（AA）约占神经元总脂肪酸的20%。在细胞激活后，虽然环氧化酶（COXs）和脂氧合酶（LOXs）途径产生经典药物靶向的促炎介质，但细胞色素P450（CYP450）级联反应生成具有保护作用的环氧二十碳三烯酸（EETs），它们作为全身和神经稳态的基本调节因子。在CNS内，EETs通过调节脑血流（CBF）、维持BBB完整性和促进血管生成，充当神经血管单元（NVU）的关键保护因子。此外，它们通过抑制小胶质细胞活化、减少氧化应激和抑制神经元凋亡，积极减轻神经炎症。通过这些多方面的机制，以及增强神经发生和突触可塑性，EETs有效保护大脑免受缺血性卒中、神经退行性疾病和其他神经系统损伤。因此，本文全面综述了EETs在神经系统中的生理作用、潜在机制和调控因素。最终，通过强调靶向可溶性环氧化物水解酶（sEH）抑制和EET升高的转化潜力，本综述旨在为创新的神经保护疗法铺平道路。
2. 神经系统AA环氧酶途径的代谢与亚细胞区室化
内源性脂质网络对CNS稳态至关重要，是一个可行的治疗靶点。在该脂质池中，AA是一种20碳ω-6多不饱和脂肪酸，是细胞膜的主要成分，在CNS中尤为丰富，约占神经元脂肪酸池的20%，主要酯化于膜磷脂中。在生理和病理生理条件下，如神经元激活、缺血或神经炎症，细胞内钙离子水平升高，激活胞浆型磷脂酶A2（cPLA2），将AA从膜磷脂sn-2位点切割下来，释放到细胞内空间。游离AA主要通过三种酶促级联反应代谢：COX、LOX和CYP途径。COXs和LOXs途径通常产生促炎类二十烷酸，而CYP环氧酶途径主要负责EETs的生物合成。
这些脂质介质的合成在中枢和外周神经系统中表现出细胞类型特异性。关键的环氧酶亚型包括啮齿动物CYP2C11和CYP2J亚型。CYP2C11在星形胶质细胞、血管周围胶质终足和微血管内皮细胞中表达，而CYP2J亚型在外周神经节神经元中表达。谷氨酸能突触传递通过代谢型谷氨酸受体激活及随后星形胶质细胞内钙动员，促进神经活性EETs快速释放至胶质血管和突触间隙。
EETs的生物半衰期和空间扩散主要受限于其快速水化为邻近的DHETs。此反应由sEH催化，sEH是由EPHX2基因编码的同源二聚体双功能酶，具有C端环氧化物水解酶活性和N端脂质磷酸酶活性。尽管sEH在大脑组织中广泛分布，尤其在星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元胞体中高表达，但免疫细胞化学分析显示，该酶在原代皮层、交感神经和感觉神经元的轴突中主要定位。这种精确的亚细胞分布支持一个模型，即sEH在生长锥处充当局部代谢门控，从而严格调控生物活性脂质环氧化物的微环境梯度。此外，sEH的N端磷酸酶结构域参与大脑胆固醇生物合成和稳态调节。由于局部胆固醇合成对慢性病变中的髓鞘再生至关重要，sEH的双重催化功能可能将细胞脂质稳态与神经再生程序耦合起来。
3. EETs在神经系统中的神经保护作用
EETs作为多效性脂质介质，协调神经保护程序，包括维持神经血管耦合、促进突触可塑性和抑制神经元凋亡。
3.1. 维持神经血管稳态
NVU是将脑血流动力学与BBB功能联系起来的整合结构实体，对CNS稳态至关重要。在此微环境中，内源性EETs作为血管活性和内皮保护性介质发挥作用。在生理条件下，它们促进脑血管舒张、刺激血管生成并调节血小板粘附。CYP450-EET轴的保护效力在遗传模型中得以体现。内皮靶向过表达CYP2J2的转基因小鼠可升高14,15-EET生物合成。在双侧颈总动脉闭塞诱导的全脑缺血后，这种增加可维持局部CBF和微血管密度，抑制ROS产生，限制梗死扩展，并通过激活促生存PI3K/AKT信号级联减弱凋亡。
通过遗传或药理学靶向sEH来防止EET降解已成为一种有前景的干预策略。值得注意的是，sEH阻断的血管效应呈现出细微差别。虽然遗传性sEH缺失可减少缺血后梗死面积并增加局部CBF，但使用AUDA-BE或t-AUCB进行药理学抑制可限制缺血性损伤并优化局部EET-DHET比率，而不显著改变整体或区域CBF。这种分离表明，永久性sEH基因消融可能促进大血管再灌注和结构重塑，而药理学sEH抑制剂提供的急性神经保护则通过非血流动力学机制运作。
在这些非血流动力学作用中，包括对BBB的直接稳定。BBB主要由特化的脑内皮细胞组成，调节分子转运并限制外周免疫浸润。在脑缺血期间，紧密连接蛋白的降解会引发BBB破坏和脑水肿。缺血后给予选择性sEH抑制剂TPPU可抵消这种结构失效。通过维持关键紧密连接蛋白的表达，TPPU保持了BBB完整性，从而缓解水肿并限制总梗死面积。这种屏障稳定作用也扩展到全身性炎症损伤。
从转化角度看，EET-sEH轴独立于血流动力学变化维持BBB完整性的能力具有临床相关性。急性缺血性卒中再灌注疗法的治疗窗狭窄，且存在由缺血诱导的BBB破坏引起出血转化的高风险。由于脑渗透性sEH抑制剂可以强化内皮紧密连接并在不引起突然血流动力学改变的情况下挽救缺血组织，它们代表了一种有前景的辅助策略。
3.2. 促进神经可塑性与胶质-神经元串扰
神经网络重塑，包括轴突生长、突触形成和胶质-神经元通讯，是CNS发育和修复的基础。内源性EETs，特别是通过CYP450环氧酶途径产生的EETs，是这种结构和功能可塑性的驱动因素。实验证据表明存在区域异构体特异性效应：14,15-EET独特地刺激中枢和外周神经元的轴突伸长以及NGF诱导的 neurite 生长，而8,9-EET和11,12-EET缺乏类似的神经再生活性。在机制层面，14,15-EET通过TRPV4依赖性机制促进 neurite 生长。此外，EETs协调细胞间串扰。在缺血挑战下，14,15-EET刺激星形胶质细胞合成和分泌BDNF，建立保护相邻神经元的旁分泌存活网络。此外，直接脑室内输注14,15-EET可通过增强星形胶质细胞的溶酶体生物发生来减少Aβ沉积。
鉴于内源性EETs的神经营养潜力受其快速水解的限制，sEH抑制提供了一种增强神经可塑性的策略。sEH广泛分布于神经元胞体、树突和轴突中，并在星形胶质细胞中高表达。药理学sEH阻断可增强14,15-EET驱动的轴突生长。值得注意的是，虽然药理学sEH抑制一致地限制病理性星形胶质细胞增生，但全局sEH基因敲除的效果可能依赖于情境。EET-sEH轴也与多种神经病理学中的BDNF/TrkB信号传导相关联。
脑渗透性sEH抑制剂同时促进神经元重连和调节胶质反应性的能力呈现出一个有吸引力的治疗范式。这些小分子通过代谢性地放大内源性EETs，刺激星形胶质细胞BDNF释放并增强突触弹性。这种方法规避了与外源性神经营养因子直接给药相关的药代动力学限制和较差的BBB穿透性。
3.3. 减轻细胞应激与细胞死亡途径
在亚细胞水平，错误折叠蛋白的积累和氧化损伤会引发内质网应激。长期蛋白毒性应激会启动终末凋亡级联反应，导致不可逆的神经元丢失。内源性EETs作为缓冲这些应激反应和维持蛋白质稳态的脂质介质。然而，它们的快速水解限制了其内在的保护能力。
升高的EET水平可减弱内质网应激反应。在帕金森病小鼠模型中，遗传性sEH敲除和TPPU处理均抑制了纹状体内三条经典内质网应激传感器通路的过度激活。关键的是，这种干预阻止了黑质中内质网特异性caspase-12的激活。这种上游韧性也在阿尔茨海默病病理学中观察到。在Aβ输注模型中，TPPU给药下调了海马中的内质网应激伴侣GRP78和KEAP1。
当细胞损伤向终末执行阶段发展时，增强的EET生物利用度在不同疾病病因中发挥抗凋亡作用。在帕金森病细胞模型中，异常sEH上调发生在PARK2突变iPSC来源的神经元中；随后的sEH阻断降低了cleaved caspase-3的表达。这种对内在凋亡机制的调节延伸到脑血管和阿尔茨海默病模型。在永久性MCAO后，损伤后给予TPPU通过下调促凋亡效应因子BAX和caspase-3，同时上调抗凋亡保护因子BCL-2来减轻结构性脑损伤。
由持续性内质网应激和凋亡驱动的渐进性神经元损失构成了帕金森病和阿尔茨海默病的病理核心。因为脑渗透性sEH抑制剂同时淬灭上游未折叠蛋白反应途径并拆除下游caspase驱动的执行程序，这些实验发现为进一步的临床测试提供了理论基础。
4. EET-sEH轴在神经和精神疾病中的转化潜力
上述神经保护机制将EET-sEH代谢轴定位为一个药理学上可操作的靶点。脑渗透性sEH抑制剂提供了一种增强内源性EETs的方法，从而规避外源性脂质直接给药固有的药代动力学限制。
4.1. 脑血管病理学中的干预策略
脑血管疾病，包括缺血性和出血性卒中，共享由急性血管损伤和继发性神经炎症驱动的病理轨迹。人类遗传学证据支持EET-sEH轴在此背景下的临床相关性：EPHX2基因内部或其附近的多态性与缺血性卒中易感性增加有关。药理学sEH阻断在急性缺血性卒中模型中赋予结构和分子保护。sEH抑制的治疗效果扩展到出血性卒中模型。在胶原酶诱导的脑出血小鼠模型中，遗传性sEH敲除和预防性sEH抑制剂治疗均可减弱小胶质细胞介导的神经炎症并挽救血肿周围神经元。在蛛网膜下腔出血小鼠模型中，sEH消融减轻了血管炎症和脑水肿。
4.2. 阿尔茨海默病的实验证据
阿尔茨海默病的特征在于Aβ沉积、tau蛋白过度磷酸化和神经炎症。人体组织观察表明sEH在大脑中上调。在细胞水平，通过sEH抑制剂TPPU升高EET可减弱NF-κB信号传导并拮抗Aβ42诱导的神经毒性。在APP/PS1转基因小鼠中，遗传性sEH消融促进了抗炎性星形胶质细胞表型，有助于Aβ清除并挽救行为缺陷。在Aβ诱导的阿尔茨海默病小鼠中，TPPU通过稳定EETs缓解了空间学习和记忆缺陷，抑制了神经炎症和神经元凋亡。sEH抑制的治疗多功能性也在混合病因的神经退行性变中显现。
4.3. 减轻癫痫中的神经网络不稳定性
癫痫持续状态会触发神经炎症，这是神经网络过度兴奋性的驱动因素。在匹罗卡品诱导的癫痫持续状态后，sEH表达从诱导后第七天开始上调。使用sEH抑制剂进行药理学阻断可维持内源性EET水平。在KA诱导的慢性癫痫模型中，TPPU通过减少神经元凋亡和神经炎症并抑制Akt/mTOR通路激活而显示出神经保护特性。与药理学抑制相反，全局sEH敲除小鼠与野生型对照相比，表现出对癫痫发生更高的易感性。
4.4. 调节抑郁症及共病中的系统性-大脑串扰
除了原发性神经病理学之外，EET-sEH轴还调节大脑对全身性损伤的反应，这反映了系统性到大脑的串扰。在小鼠心脏骤停模型中，sEH抑制剂4-PCO揭示了一种精细的免疫调节机制：它不是简单地抑制小胶质细胞活化，而是上调抗炎细胞因子IL-10的产生。这种免疫调节扩展到全身性感染。EET-sEH轴的多器官分布将躯体不适与精神结局联系起来。在慢性疼痛诱导的快感缺乏小鼠模型中，sEH水平在一个系统性网络中异常升高，伴随循环促炎因子的激增。全身性TPPU给药中和了这些外周细胞因子并消除了快感缺乏和抑郁样行为。
5. EETs在其他器官与神经系统之间的系统性调节与串扰
关于EET-sEH轴神经保护功能的研究历来采用以CNS为中心的视角。然而，新兴证据表明，神经脂质稳态受到系统性因素的调节。
5.1. EET-sEH轴的性别依赖性二态性
生物学性别和循环性激素影响EET-sEH轴的基础活性和治疗反应性。在大脑中，sEH表达受性激素调节，并被雌激素抑制。因此，在病理应激下观察到性别二态性。这种二态性转化为体内的脑血管事件。代谢和神经退行性进展也表现出性别特异性差异。
5.2. 肝-脑脂质轴
传统的神经精神治疗方法侧重于设计脑渗透性分子。然而，外周脂质代谢对CNS健康产生实质性影响。在慢性精神和神经退行性疾病中，这种肝脏-大脑通路起着关键作用。在慢性疼痛诱导的小鼠抑郁动物模型中，靶向肝脏sEH敲除产生抗抑郁效果，而肝脏特异性sEH过表达则加剧抑郁样行为。在衰老和5xFAD阿尔茨海默病模型中，靶向肝脏sEH敲低升高血浆14,15-EET，后者随后穿过BBB调节中枢Aβ代谢和认知功能。除了慢性调节，肝-脑轴还在神经创伤后作为一种急性救援机制发挥作用。肝-脑脂质穿梭的发现提出了一种药理学策略，即自身不穿过BBB的药物仍可通过选择性抑制外周sEH来赋予CNS保护。
