蛛網(wǎng)膜下腔出血后鐵代謝機(jī)制的研究進(jìn)展

田衛(wèi)東，王業(yè)忠

蛛網(wǎng)膜下腔出血 (subarachnoid hemorrhage，SAH)最嚴(yán)重的并發(fā)癥是腦血管痙攣 (cerebral vasospasm，CVS)，其發(fā)生率高達(dá)30%～90%，治療棘手，常引起嚴(yán)重局部腦組織缺血或遲發(fā)性缺血性腦損害［1］，是影響患者預(yù)后，導(dǎo)致病情加重甚至死亡的重要原因。SAH患者中70%出現(xiàn)CVS，36%可致癥狀性腦缺血或腦梗死［2］。據(jù)統(tǒng)計，SAH患者中有12%在CVS尚未治療時就已死亡，25%于24h內(nèi)死亡，另有40% ～60%的患者于30d內(nèi)死亡，可見其危害之巨大［3］。因此探討CVS的發(fā)病機(jī)制對臨床治療有著重要的指導(dǎo)意義。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對SAH后并發(fā)CVS中鐵代謝機(jī)制進(jìn)行不斷的深入研究，出現(xiàn)新的進(jìn)展，綜述如下。

根據(jù)SAH后CVS的發(fā)生時相不同，分為兩種:一種是SAH后破入腦脊液中的血液對腦血管的機(jī)械性刺激所致的早發(fā)性CVS，早發(fā)性CVS，多發(fā)生于SAH后0.5h至3d內(nèi)，常于數(shù)小時內(nèi)緩解。二是持續(xù)時間較長的、目前機(jī)制尚未明了的遲發(fā)性CVS(dalei cerebral vasospasm，DCV)。DCV發(fā)生于出血后4～15d，7～10d為高峰期，12～14d開始緩解［4］。DCV不同于早期CVS，病理解剖學(xué)上可觀察到痙攣血管平滑肌細(xì)胞的壞死和內(nèi)皮細(xì)胞的剝離［5］。

1 鐵在腦組織的分布和功能

鐵在正常腦組織中濃度為 (63±24)μmol/g，在腦的各個部位均有鐵離子廣泛存在，但分布很不均勻，以海馬、橋腦、中腦、延髓中濃度最高［6］，基底神經(jīng)節(jié)最多，少突膠質(zhì)細(xì)胞是鐵離子濃度最高的腦細(xì)胞［7］。腦組織中的鐵離子幾乎總是與蛋白或其他大分子結(jié)合，或作為小分子復(fù)合物配體(如檸檬酸鹽、磷酸鹽和氨基酸)的形式存在［8］。細(xì)胞內(nèi)鐵主要存在于鐵蛋白中，細(xì)胞內(nèi)僅含10～17mol/L游離鐵，結(jié)合在鐵蛋白上的鐵為氧化態(tài)，無活性作用，其可從大分子物質(zhì)上解離出來，變成游離鐵或低分子物質(zhì)則具有活性。

腦鐵及其生理平衡在腦的功能活動中有著十分重要的作用［9］。大腦需要大量ATP以保持細(xì)胞膜內(nèi)外的離子梯度、實現(xiàn)突觸傳遞和軸突轉(zhuǎn)運(yùn)，而鐵離子是氧化鏈中細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶以及鐵－硫復(fù)合物的必需成分，因此在腦組織ATP生成中起重要作用。鐵離子還作為酪氨酸羥化酶和色氨酸羥化酶的協(xié)同因子，參與神經(jīng)遞質(zhì)合成、DNA合成和三羧酸循環(huán)，在脂質(zhì)和膽固醇合成中也必不可少，而后兩者是合成髓鞘的重要底物。另外，鐵離子也參與γ－氨基丁酸 (γ－aminobutyric acid，GABA)能神經(jīng)元的活動［10］。在腦內(nèi)參與鐵代謝的蛋白質(zhì)包括轉(zhuǎn)鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、血紅蛋白、鐵蛋白等。

2 轉(zhuǎn)鐵蛋白及其受體

2.1 轉(zhuǎn)鐵蛋白 血漿轉(zhuǎn)鐵蛋白 (transferrin，Tf)主要在肝臟合成，腦組織也合成該蛋白，Tf存在于發(fā)育期及成熟的神經(jīng)元，以及腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、室管膜細(xì)胞。TfmRNA存在于脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形細(xì)胞及神經(jīng)元中。脈絡(luò)叢細(xì)胞中TfmRNA濃度相對較高，因此合成Tf能力較強(qiáng)［11］。

成人腦內(nèi)的Tf與腦脊液和細(xì)胞外間隙中的鐵離子結(jié)合［12］。Tf在氨基酸及碳酸鹽的協(xié)同作用下，當(dāng)pH值＞7時才能與鐵結(jié)合。每個轉(zhuǎn)鐵蛋白有兩個結(jié)合鐵的位點(diǎn)，一分子Tf可與兩個Fe3+結(jié)合，形成Fe－Tf復(fù)合體。

2.2 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體 (transferrin recept，TfR)是由2個亞基組成的跨膜蛋白，包括胞內(nèi)、跨膜和胞外三部分。TfR主要存在于管腔側(cè)內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元中。在蛋白水解酶作用下，TfR在Argl02Leul01處與細(xì)胞脫落，失去膜內(nèi)和跨膜部分，以單體形式游離于血中，形成 (soluble transferrin receptor，sTfR)，sTfR濃度與細(xì)胞的TfR總量成比例［13］。

結(jié)合了鐵的轉(zhuǎn)鐵蛋白 (Fe－Tf)運(yùn)輸至血 －腦屏障(BBB)，與BBB內(nèi)皮細(xì)胞上的TfR結(jié)合內(nèi)吞，形成的內(nèi)吞小體膜上有H泵可使內(nèi)吞小體內(nèi)pH值下降至大約5.5～6.5，導(dǎo)致Fe與Tf解離并還原至Fe2+。然后Fe2+經(jīng)二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)－1(divalent cation transporter－1，DMT－1)介導(dǎo)穿越內(nèi)吞小體膜進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)，與TfR結(jié)合的非結(jié)合鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白(apo.transferrin，apo.Tf)則返回細(xì)胞表面，在pH值7.4的環(huán)境下，apo－Tf與TfR解離回到血液循環(huán)中。TfR通過與Tf的可逆結(jié)合介導(dǎo)細(xì)胞攝取Fe－Tf。

3 鐵在腦毛細(xì)血管的轉(zhuǎn)運(yùn)及調(diào)節(jié)

3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)途徑 鐵離子被吸收進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞主要通過3條途徑:經(jīng)典鐵離子攝取途徑 (Tf/TfR途徑［14］)、Tf有關(guān)的非TfR依賴途徑、非Tf依賴途徑。

轉(zhuǎn)鐵蛋白－轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) (Tf/TfR)是鐵跨越腦毛細(xì)血管內(nèi)皮腔膜的主要途徑。鐵離子通過轉(zhuǎn)鐵蛋白－轉(zhuǎn)鐵蛋白受體 (Tf/TfR)、二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn) －1(divalent cation transporter－1，DMT－1)、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)激活物 (stimulator of Fetransport，SFT)或其他途徑轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入腦血管內(nèi)皮細(xì)胞，然后穿過血腦屏障進(jìn)入腦組織。

毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中也存在黑色素轉(zhuǎn)鐵蛋白 (melanotransferrin，MTf)，它既能與細(xì)胞膜結(jié)合，也能以可溶性形式存在。DMT－1和SFT是Tf有關(guān)的非TfR依賴途徑的主要功能蛋白，而MTf在非Tf依賴途徑中起重要作用。另外，乳鐵蛋白－轉(zhuǎn)鐵蛋白同族體與Fe3+結(jié)合后可刺激發(fā)生胞吞作用，轉(zhuǎn)運(yùn)鐵離子進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞。鐵離子從內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入腦組織的機(jī)制尚不清楚。

此外，銅藍(lán)蛋白、人乳鐵蛋白 (1actoferrin，Lf)/Lf R等在Fe轉(zhuǎn)運(yùn)通過BBB過程中可能也發(fā)揮一定作用，少量Fe也可能以完整的Tf結(jié)合成Fe復(fù)合體形式通過受體機(jī)制穿過BBB。

3.2 轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié) 目前已知參與對TfR調(diào)節(jié)的因素除與細(xì)胞的分化狀態(tài)有關(guān)外，還與細(xì)胞內(nèi)的血紅素含量 (細(xì)胞內(nèi)游離血紅素含量增高時，可抑制TfR的表達(dá)。反之，則TfR的表達(dá)增加)及細(xì)胞內(nèi)鐵代謝的狀況有關(guān)。Fe2+供應(yīng)水平和細(xì)胞增殖率決定TfR的數(shù)目，后者直接影響細(xì)胞攝取Fe2+。Fe缺乏能刺激受體合成，反之就會抑制其合成。TfR的表達(dá)主要是根據(jù)細(xì)胞內(nèi)鐵水平進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鐵過多時，胞漿內(nèi)的鐵反應(yīng)因子 (IRF)與TfRmRNA3翻譯區(qū)的鐵反應(yīng)元件(IRE)親和力下降，TfRmRNA的降解增加，細(xì)胞內(nèi)TfRmRNA減少，TfR合成減少，使細(xì)胞攝取鐵減少;當(dāng)細(xì)胞處于鐵缺乏時，IRF與 IRE結(jié)合增強(qiáng)，使 TfRmRNA穩(wěn)定，不被降解，TfmRNA數(shù)量增加，TfR合成增多，細(xì)胞攝取鐵增加。從體外細(xì)胞培養(yǎng)可觀察到，當(dāng)培養(yǎng)基中鐵供給減少時，細(xì)胞表達(dá)TfR明顯增強(qiáng);反之，向培養(yǎng)細(xì)胞供給過量的鐵，細(xì)胞表達(dá)TfR減少。

目前DMT－1對鐵代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制不明。DMT－1－IREmRNA含有與TfR相似的IRE結(jié)構(gòu)，推測DMT－1的表達(dá)調(diào)控可能與TfR的表達(dá)調(diào)控方式類似，即IRP－IRE介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后水平的表達(dá)調(diào)節(jié)。當(dāng)鐵水平過低時，DMT－1－IREmRNA的IRE與IRP緊密結(jié)合，增加了DMT－1－IREmRNA的穩(wěn)定性，DMT－1表達(dá)增加。缺鐵動物的小腸、腦等組織發(fā)現(xiàn)DMT－1的表達(dá)增加。均支持DMT－1－IREmRNA表達(dá)可能是受IRP－IRE介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的觀點(diǎn)。

SFT具有刺激細(xì)胞表面的非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵或轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵的攝取功能，其基因表達(dá)存在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平兩種調(diào)控機(jī)制，主要受細(xì)胞內(nèi)鐵濃度的負(fù)向調(diào)控。

4 研究現(xiàn)狀

SAH后血液流至蛛網(wǎng)膜下腔，紅細(xì)胞溶解后的降解產(chǎn)物有血紅素、膽綠素、鐵離子 (Fe3+)和一氧化碳 (CO)。高分子溶血產(chǎn)物氧合血紅蛋白是引起血管痙攣的早期關(guān)鍵因素，也是目前較為肯定的致血管痙攣物質(zhì)。Horky等［15］進(jìn)一步認(rèn)為，OxyHb中亞鐵狀態(tài)的鐵離子很可能在CVS發(fā)生過程中起重要作用，在其后的有關(guān)實驗動物模型中也證實了上述推斷。Pluta［16］的設(shè)想，SAH后凝血塊中紅細(xì)胞裂解釋放的含二價鐵血紅蛋白 (HbO2和亞鐵血紅蛋白)迅速與內(nèi)源性的一氧化氮反應(yīng)結(jié)合形成沉淀，降低了血管舒張作用，從而導(dǎo)致腦血管痙攣的發(fā)生。鐵螯合劑消除鐵能預(yù)防或減輕CVS，也證明了SAH后鐵超載、鐵代謝障礙與CVS的發(fā)生有密切的關(guān)系。細(xì)胞內(nèi)鐵主要存在于鐵蛋白中，結(jié)合在鐵蛋白上的鐵為氧化態(tài)，無活性作用，其可從大分子物質(zhì)上解離出來，變成游離鐵或低分子物質(zhì)則具有活性。SAH后紅細(xì)胞溶解，CSF中鐵離子濃度明顯增高，亞鐵離子還能與內(nèi)皮衍生舒張因子結(jié)合，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鐵離子減少，氧化及活性降低，使血管舒張功能減退，致使 CVS［17］。

活性鐵涉及機(jī)體許多細(xì)胞內(nèi)過程，并參與維持哺乳動物細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)和功能。鐵作為潛在的脂質(zhì)過氧化催化劑，具有很強(qiáng)的氧化還原活性，可產(chǎn)生大量氧自由基，造成脂質(zhì)過氧化損傷，氧自由基和脂質(zhì)氧化產(chǎn)物都可通過血管壁，造成血管的直接反應(yīng)性，損害血管內(nèi)皮及平滑肌細(xì)胞［18］。竇巖等［19］用腦室注入高濃度鐵離子的方法誘發(fā)大鼠神經(jīng)細(xì)胞凋亡，結(jié)果表明腦脊液中高濃度鐵離子能促進(jìn)神經(jīng)元凋亡。

Tf/TfR轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)是鐵跨越腦毛細(xì)血管內(nèi)皮腔膜的主要途徑。鐵向細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是由細(xì)胞表面特異性的受體－轉(zhuǎn)鐵蛋白受體數(shù)目所決定的［20］。sTfR濃度與細(xì)胞的TfR總量成比例。袁安芝等［21］研究顯示，在所有SAH患者的CSF中均發(fā)現(xiàn)在發(fā)病后5、7、10 d時Tf濃度與1 d時比明顯升高，CSF中的Tf濃度變化與CVS發(fā)生時間窗基本一致，而sTfR濃度無明顯改變。研究表明，蛛網(wǎng)膜下隙的紅細(xì)胞分解產(chǎn)物可以引起CVS，然而在腦實質(zhì)出血模型上，紅細(xì)胞分解產(chǎn)物并不導(dǎo)致血腫周圍組織產(chǎn)生明顯缺血［22－23］，推測是SAH出血的RBC大量溶解后分解出鐵，間接刺激脈絡(luò)叢Tf分泌所致［24］。可認(rèn)為Tf的升高與鐵清除有密切關(guān)系，推測Tf可能在SAH并發(fā)CVS中起著重要作用。

5 展望

綜上所述，SAH后CSF鐵超載在CVS中起一定作用，鐵螯合劑消除鐵能預(yù)防或減輕CVS也進(jìn)一步驗證了此推斷。SAH后CSF中Tf反應(yīng)性增高，并且與CVS發(fā)生時間窗基本一致，而TfR并沒有反應(yīng)性升高，我們推測CVS的發(fā)生與鐵代謝障礙有關(guān)系，具體機(jī)制有待于進(jìn)一步的研究。SAH患者CSF中Tf的變化可以作為判斷SAH后是否發(fā)生CVS的一個重要指標(biāo)，也為應(yīng)用阻止CVS的藥物、用藥時間及用量大小提供了重要理論依據(jù)，而SAH患者CSF中鐵離子的變化是否可以作為判斷SAH后是否發(fā)生CVS的一個指標(biāo)也有待于進(jìn)一步的研究。

此外，研究發(fā)現(xiàn)乳酸水平升高與腦組織缺血的臨床癥狀密切相關(guān)，高濃度乳酸與嚴(yán)重缺血和完全性缺血亦有良好的相關(guān)性［25］。趙衛(wèi)華等應(yīng)用微透析技術(shù)監(jiān)測腦脊液中的乳酸水平發(fā)現(xiàn)，SAH急性CVS期乳酸水平并無明顯改變，SAH后第5天開始升高，提示遲發(fā)性CVS與其病理演變過程具有一致性，而SAH患者CSF中乳酸水平的變化是否與CVS發(fā)生的時間窗一致也有待于進(jìn)一步的研究。

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