腦缺血再灌注神經(jīng)元損傷機(jī)制研究進(jìn)展*

閆 晨 ，馬德鄰 ，朱金墻

（1.天津生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300462；2.天津河北鐵三院醫(yī)院，天津 300142；3.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 300193）

腦血管病，隸屬中醫(yī)“中風(fēng)”、“卒中”之范疇,是一種高致殘、高病死率的常見病，已成為當(dāng)今危害人類特別是中老年人健康的重癥疾病之一。缺血性腦血管病在腦血管病的發(fā)病中占60%～80%。臨床治療以溶栓為主，但在恢復(fù)缺血腦組織血供的同時(shí)，有時(shí)卻造成再灌注損傷。

目前認(rèn)為，腦缺血再灌注是腦損傷和慢性神經(jīng)病變的重要原因，過程主要涉及神經(jīng)元損傷，包括酸中毒，谷氨酸興奮性中毒，氧自由基釋放和氧化應(yīng)激反應(yīng)，以及細(xì)胞凋亡和炎癥損傷過程。其中細(xì)胞內(nèi)鈣超載是腦損傷的核心。同時(shí)，一氧化氮（NO）合成所引起的一系列氧化級(jí)聯(lián)反應(yīng)是引發(fā)血腦屏障通透性改變，神經(jīng)元損傷加重的關(guān)鍵。

本文主要針對(duì)腦缺血再灌注對(duì)神經(jīng)元損傷機(jī)制做一探討，為今后中藥治療腦血管病臨床研究提供參考以及理論基礎(chǔ)。

1 氨基酸興奮性中毒

興奮性氨基酸（EAA）主要有谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、甘氨酸（Gly）。其中缺血神經(jīng)元大量釋放的Glu是神經(jīng)元損傷的關(guān)鍵[1-2]。生理狀態(tài)下，Glu與Asp主要存在于神經(jīng)元突觸末梢。而腦損傷后，谷氨酸大量釋放到突觸間隙,細(xì)胞膜Na+-K+-ATP酶激活，大量 Na+，Cl-內(nèi)流，引發(fā)神經(jīng)元水腫[3]。

此外，EAA受體有三種亞型：N－甲基-D-天門冬氨酸受體（NMDA）、α－氨基羥甲基惡唑丙酸受體(AMPA)、親代謝受體。其中NMDA受體可控制Ca2+、Na+、K+跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的通道。腦缺血再灌注損傷不僅激活Na+-K+-ATP酶同時(shí)大量激活NMDA受體，使Ca2+大量內(nèi)流激發(fā)一系列瀑布樣病理生理過程進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)元的遲發(fā)性死[4-5]。

由此可見，興奮性氨基酸分布改變和谷氨酸受體激活引起的胞內(nèi)Ca2+濃度增高是觸發(fā)神經(jīng)元損傷的主要因素之一。

2NO和氧自由基

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，腦缺血再灌注過程中出現(xiàn)大量氧自由基是神經(jīng)元級(jí)聯(lián)死亡的重要原因[6]。正常情況下體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和消除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)故不發(fā)生自由基連鎖反應(yīng)和組織損傷。但自由基產(chǎn)生過多或清除機(jī)制發(fā)生障礙時(shí)可破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中蛋白成分，引起脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致細(xì)胞損傷、線粒體功能障礙、溶酶體破裂、細(xì)胞溶解和組織水腫等一系列損害作用引發(fā)自由基連鎖反應(yīng)[7-8]。其中NO與神經(jīng)元損傷密切相關(guān)，有研究提示NO可引發(fā)神經(jīng)元毒性，線粒體能量代謝異常以及抗氧化損傷等[9]。過量 NO 和過氧化物與超氧陰離子（O2－·）反應(yīng)生成有害的過氧亞硝酸鹽陰離子（OONO－），造成細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞蛋白質(zhì)損傷破壞DNA鏈結(jié)構(gòu)[10]，同時(shí)這些穩(wěn)定的氧化劑可大量透過血腦屏障，損傷腦組織[11]。有研究稱NO亦可通過干預(yù)糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑調(diào)節(jié)葡萄糖消耗，推斷這與神經(jīng)退行性病變及神經(jīng)凋亡作用機(jī)制相關(guān)[12]。

腦缺血再灌注損傷后，活性氧（ROS）大量釋放，各種分子信號(hào)通路被激活。其中ROS通過攻擊細(xì)胞色素C（Cyt.C）或凋亡誘導(dǎo)因子等加重神經(jīng)損傷[13-14]。

可見，腦缺血再灌注破壞自由基平衡，通過上調(diào)NO及氧自由基含量引發(fā)神經(jīng)元凋亡等環(huán)節(jié)加重腦損傷。

3 凋亡途徑

腦缺血時(shí)的組織低氧缺氧可使細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境發(fā)生重大變化，細(xì)胞反應(yīng)可表現(xiàn)為壞死或凋亡，同時(shí)細(xì)胞也啟動(dòng)了修復(fù)機(jī)制對(duì)缺氧損傷進(jìn)行自我修復(fù)。有學(xué)者認(rèn)為[15]，線粒體是細(xì)胞早期凋亡的關(guān)鍵因素之一。在經(jīng)典的凋亡信號(hào)出現(xiàn)之前線粒體膜完整性已經(jīng)開始改變,線粒體內(nèi)、外膜的變化導(dǎo)致線粒體膜電位的崩解和各種凋亡誘導(dǎo)因子（如細(xì)胞色素C）的釋放。因此，可以說線粒體膜電位的降低是凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)中最先發(fā)生的重要標(biāo)志之一[16]。諸多研究發(fā)現(xiàn)在腦缺氧再復(fù)氧后，線粒體膜電位下降[17]，細(xì)胞凋亡率增加，細(xì)胞活性降低[18]，都進(jìn)一步說明以線粒體為關(guān)鍵環(huán)節(jié)的凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)可能是腦缺血再灌注的重要機(jī)制。線粒體膜電位降低，內(nèi)膜通透性增高,最終導(dǎo)致凋亡基因Bax活性增加。Bax是強(qiáng)有力的促凋亡分子，能與抑制凋亡的蛋白Bcl-2、Bcl-xl形成異源二聚體，阻斷它們抑制凋亡，并激活Caspase-3[19-21]介導(dǎo)的蛋白質(zhì)變性、DNA降解、染色質(zhì)凝聚以及細(xì)胞凋亡。

4 鈣超載

正常情況下，細(xì)胞內(nèi)Ca2+主要儲(chǔ)存在線粒體和肌質(zhì)網(wǎng)中，急性腦缺血再灌注損傷時(shí)，NMDA受體門控通道的激活引發(fā)Na+/Ca2+異常交換。同時(shí)大量氧自由基破壞細(xì)胞膜通透性，加重細(xì)胞內(nèi)鈣超載[22]，使神經(jīng)細(xì)胞蛋白質(zhì)代謝受阻，磷脂酶激活，脂質(zhì)分解增加，氧自由基大量生成，氧化磷酸化脫偶聯(lián)。此外，鈣超載一方面通過刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子白介素（IL）-1β、IL-6和腫瘤壞死因子（TNF-α）等毒性物質(zhì)，加重炎癥反應(yīng)[23]，另一方面通過增加AC的基質(zhì)金屬蛋白酶2（MMP-2）表達(dá)，加重?fù)p傷[24]。同時(shí)，鈣超載可導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔以高通透的構(gòu)象開放[25-26]，線粒體膜電位降低，進(jìn)而激活凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)。另外自由基的產(chǎn)生以及炎癥因子的產(chǎn)生也能誘導(dǎo)鈣離子大量內(nèi)流導(dǎo)致鈣超載。

5 炎癥損傷

隨著腦缺血病理生理機(jī)制研究的進(jìn)展，目前認(rèn)為，炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)是腦缺血再灌注損傷的重要機(jī)制之一。核因子-κB（NF－κB）是由 P65/P50 組成的異源二聚體復(fù)合物。通常情況下，細(xì)胞內(nèi)的NF-κB與其抑制劑IκB蛋白結(jié)合，存在于胞漿中。腦缺血再灌注后可誘導(dǎo)IκBα磷酸化，泛素化，最終IκBα降解,釋放游離的NF-κB,后者向細(xì)胞核內(nèi)移位，調(diào)節(jié)許多下游靶基因的表達(dá)和調(diào)控，如TNF-α[27]。一方面，TNF-α也是NF-κB活化的重要刺激物之一，可促進(jìn)NF-κB的激活,最終引發(fā)過度的組織炎癥反應(yīng)和損傷[28]。另一方面，TNF-α的激活進(jìn)一步促進(jìn)炎性因子的釋放，如IL-6[29]等。此外，腦缺血再灌注后ICAM-1的表達(dá)上調(diào)及細(xì)胞和中性粒細(xì)胞（PMN）的黏附率增加[30]，這都可能與以NF-kB為中心環(huán)節(jié)的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)密切相關(guān)。因而NF-κB被認(rèn)為是炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的中心靶點(diǎn)[31]。

腦缺血再灌注損傷是一個(gè)復(fù)雜的病理過程，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)。目前腦缺血再灌注對(duì)神經(jīng)元損傷機(jī)制研究主要建立了氨基酸興奮性中毒，NO及氧自由基損傷，炎癥損傷，凋亡等途徑為核心的研究體系。研究提示，這些途徑互為因果，相互影響，共同發(fā)揮作用，最終導(dǎo)致神經(jīng)元水腫乃至壞死。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為缺血性腦損傷的中藥臨床研究提供了參考和理論基礎(chǔ)。

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