人类免疫缺陷病毒Ⅰ型( human immunodeficiency virus type 1，HIV-1) 感染中枢神经系统，可导致一系列临床并发症，其中最受关注的一种是艾滋病痴呆综合症( AIDS dementia complex，ADC) ，主要表现为认知损害、精神行为异常和运动障碍。随着高效抗逆转录病毒疗法( highly active anti-retroviral therapy，HAART) 的出现，ADC 的发病率有所降低，但该疗法并不能完全控制或逆转ADC 的发展^〔1〕。迄今为止，ADC 的发病机制尚不完全清楚。在大脑中，HIV-1 主要感染巨噬细胞和胶质细胞，而未感染细胞( 如神经元细胞) 也能发生损伤和凋亡，表明HIV-1 感染细胞后释放的神经毒素对于神经系统的损伤发挥重要作用，其中重要的神经毒素是HIV-1 的反式激活蛋白( trans-activator，Tat)^{〔2, 3〕}。本文就Tat 蛋白的神经毒性作用机制的研究进展做一综述。

应用蛋白免疫印迹( western-blot) 技术，ADC 患者大脑中的Tat 已经被检测出来^〔4〕，但检测到的Tat 是由大脑中被感染细胞分泌的还是透过血脑屏障转运进来的尚不清楚。大脑中的Tat 可以由HIV-1 感染后的巨噬细胞和小胶质细胞分泌，但是HIV-1 在中枢神经系统的复制受限，感染细胞的蛋白分泌量不足，所以Tat 的毒性效应应该部分来自于外源性Tat。 外源性的Tat 很难检测到，Tat 随血液循环快速流动以及Tat 能够被细胞表面广泛表达的硫酸类肝素捕捉可能是难检测的原因^〔5〕。

血脑屏障可使中枢神经系统免受神经毒素和炎性介质的损伤。正常免疫监视下，单核和淋巴细胞通过不会破坏血脑屏障的完整性，但是当感染HIV-1 的细胞穿过时血脑屏障遭破坏^〔6〕。血脑屏障在HIV-1 感染时的损伤机制可能与紧密连接蛋白减少有关。Tat 能通过促分裂原活化蛋白激酶-核转录因子( MAPK-NFκB) 途径增强金属蛋白酶的表达，而金属蛋白酶能裂解紧密连接蛋白从而破坏血脑屏障的完整性^〔7〕。 紧密连接蛋白ZO-1 和封闭蛋白claudins 是2 个最重要的紧密连接构成蛋白，其含量下降对微血管渗透作用有明显影响^〔8〕。 不完整的血脑屏障渗透性增强，使HIV-1 感染细胞、Tat 等毒性蛋白以及炎症因子轻易进入大脑，引发神经毒性。

大脑的特定区域对于Tat 特别敏感，包括纹状体，海马的齿状回还有CA3 区域，表明大脑的特定区域在HIV-1 感染时特别容易受到损害。有研究发现，Tat 还能沿着解剖学途径迁移^〔9〕，可以从海马齿状回迁移到CA3 /4 区域，从纹状体迁移到黑质，发挥远距离神经毒性。细胞外Tat 能够随脑脊液流动是Tat 发挥远距离神经毒性的另一种可能的解释^〔9〕。

Tat 发挥神经毒性首先是被神经元吸收，低密度脂蛋白受体关联蛋白( low-density lipoprotein receptor-related protein，LRP) 及硫酸类肝素与Tat 吸收过程有关。大脑中，LRP 在神经元和激活的星形胶质细胞表面表达，拥有至少 16 种配体，Tat 是其中之一。配体和LRP 结合后，复合物内陷，之后只有Tat 能游离出来到胞质中并迅速集中到胞核^〔10〕。硫酸类肝素则是Tat 被LRP 受体吸收所必需的蛋白，Tat 使硫酸肝素分解以后就会引发氧化应激反应^〔11〕。

Tat 能通过激活N-甲基-D-天冬氨酸( NMDA) 受体而诱发神经细胞凋亡，凋亡过程能被NMDA 受体抑制剂丁烯二酸盐或激动蛋白( AP-5) 阻断。Tat 暴露后的啮齿类动物会发生NMDA 受体依赖性的昼夜节律的改变，ADC 患者的认知障碍也与NMDA 受体的活性相关，因此有人提出用NMDA 受体抑制剂可以降低神经损害和痴呆程度^〔12〕。

Tat 对NMDA 受体的激活是很多信号途径交互作用的结果。研究证实，Tat 与LRP 结合后，能诱导凋亡必需蛋白质复合物( LRP、PSD-95 及NMDA 受体) 的形成，其中突触后致密蛋白-95( postsynaptic density-95 protein，PSD-95) 是谷氨酸能突触后致密物蛋白，可以与酪氨酸激酶等很多蛋白结合，以促进不同信号蛋白间的相互作用^〔13〕。酪氨酸激酶及其活化的其他激酶，能使受体亚单位2A 和2B 上的酪氨酸发生磷酸化，NMDA被激活。同时，激活受体上的L 型电压门控钙通道又能活化酪氨酸激酶信号途径，导致受体激活的进一步扩大。

最近研究发现，锌离子在Tat 引发的NMDA 受体反应中起重要作用。锌离子( 一般作为抑制性阳离子) 连接2 个单体的半胱氨酸富集区形成Tat 二聚体，二聚体的形成解除了 NMDA 受体受到的抑制作用^〔14〕。

被Tat 激活后，单核巨噬细胞和胶质细胞能分泌趋化因子( CCL2、CCL3) 、人白细胞介素8( IL-8) 、重组人干扰素诱导蛋白10( CXCL10) ，基质细胞衍生因子-1( MCP-1) ，人单核细胞趋化蛋白1、白细胞介素1、 白细胞介素6 以及肿瘤坏死因子-α 等因子，这些因子在低水平时具有神经保护作用，而高水平时则具有神经毒性作用。 胶质细胞产生的趋化因子CCL2、CXCL10 和MCP-1 使单核细胞穿越血脑屏障进入病毒感染区域，在那里，单核细胞分泌更多的细胞因子、趋化因子或神经毒素，扩大中枢的炎症反应和神经损伤。研究证实，Tat 不但能通过激动蛋白AP-1 和核转录因子NFκB 途径激活CCL2 的转录，而且能通过转录因子 CCAAT-增强子结合蛋白( C/EBP) 和Smad3 的直接作用上调CCL2^〔15〕。CCL2 还能参与小胶质细胞的自分泌迁移机制，小胶质细胞释放CCL2 并激活自身的CCL2 受体^〔16〕。最近研究发现，Tat 与干扰素IFN-γ 能通过蛋氨酸脑啡肽MEK1 /2、 P38 分裂原活化蛋白激酶以及酪氨酸激酶/信号转导子和转录活化子信号途径协同作用于巨噬细胞，增加CXCL10 含量，加强趋化作用^〔17〕。

Tat 能上调单核细胞和小胶质细胞的CD40，Tat 与 rCD40L 通过NFκB 发挥协同作用，促进了细胞因子TNF-α 的分泌^〔18〕。TNF-α 具有调节钙流、通过星形胶质细胞破坏谷氨酸新陈代谢以及过度激活神经元谷氨酸受体等作用。Tat 诱导产生的IL-1 和IL-6 具有促进HIV-1 复制、神经元增殖和星形胶质细胞增生的作用，并能诱导其他细胞因子的产生^〔19〕。

谷氨酸是大脑中主要的兴奋性神经毒素，谷氨酸介导的神经毒性作用以及NMDA 受体的过度激活是很多神经退化疾病的重要机制。ADC 患者脑脊液中谷氨酸含量升高，并且谷氨酸含量与认知缺陷和大脑萎缩程度相关^〔9〕。研究显示，TNF-α 能激活星形胶质细胞释放谷氨酸，并限制其吸收谷氨酸，导致谷氨酸在邻近神经元积聚^〔20〕。 神经元上的NMDA 受体对谷氨酸很敏感，NMDA 受体与细胞外积聚的谷氨酸结合导致兴奋性中毒，最终导致细胞死亡^〔9〕。最近发现，HIV-1 能通过抑制谷氨酸运输基因EAAT2 的转录，从而损伤星形胶质细胞运送谷氨酸的能力^〔21〕。

在Tat 暴露的神经元中能发现广泛的钙失调。 神经元细胞中，Tat 能激活磷脂酶C，其将磷脂酰肌醇分裂成甘油二酯和肌醇三磷酸，提高了肌醇三磷酸的水平，使肌醇三磷酸敏感的内质网将储存的钙释放出来^〔9〕。这种钙的释放可以被百日咳毒素—1 种G 蛋白信号抑制剂所阻断，这说明 Tat 能激活神经元中G 蛋白信号途径导致后来的钙的释放及超载。钙失调导致内质网膨胀以及线粒体膜电位损失，自由基和细胞色素C 释放，半胱天冬酶激活，最终引发神经元细胞的凋亡^〔22〕。

一氧化氮合酶的激活及后来的氧化应激反应是Tat 引发神经元凋亡的一个重要机制。神经元一氧化氮合酶通过PSD-95 与NMDA 受体结合，被钙流激活后产生NO^〔23〕。还有Tat 活化的星形胶质细胞能通过NFκB 和C/ EBP 途径来表达可诱导的一氧化氮合酶，产生NO^〔12〕。后者产生的NO 可以从星形胶质细胞向神经元扩散，2 种来源的 NO 产物都能导致神经细胞凋亡。

NO 的毒性开始于与线粒体中细胞色素C 的作用，作用产生的ONOO-是一种损害线粒体膜和DNA 的分子，能引发线粒体膨胀和功能障碍^〔12〕。最近研究显示，NO 还能通过活化p38 和应激活化蛋白激酶-促分裂原活化蛋白激酶途径导致细胞凋亡，JNK-MAPK 途径的抑制剂能明显降低Tat 诱发的半胱天冬酶-3 活性。半胱天冬酶-3 及细胞色素C 和核酸内切酶G 的释放最终导致神经元的凋亡^〔23〕。

总之，Tat 被神经细胞吸收后，不仅能激活NMDA 受体，诱导HIV-1 感染细胞分泌细胞因子、趋化因子，还能破坏谷氨酸和钙平衡，引发氧化应激反应，这些机制的联合作用导致神经元凋亡和中枢神经系统损伤。了解病毒蛋白对中枢神经系统的毒性作用及机制对于ADC 的预防和控制具有重要意义。