高壓氧治療對腦梗死患者血清腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子影響的研究進展

韓月娥

東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬南京江北人民醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，江蘇南京 210048

腦梗死是缺血性卒中的總稱，約占全部缺血性卒中的70%，由于其高發(fā)病率、高致殘率、高再發(fā)率的特征，從而嚴(yán)重影響腦梗死患者的生存質(zhì)量。近年來，治療腦梗死的方法越來越多，如：改善腦循環(huán)、神經(jīng)保護劑、康復(fù)治療等。其中，高壓氧治療腦梗死的療效已得到廣泛的認可。隨著人們對高壓氧治療腦梗死機制研究的深入，特別是高壓氧治療對腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）影響的研究為其提供了強有力的理論依據(jù)。

1 血清源性神經(jīng)營養(yǎng)因子及其受體在腦梗死中的作用研究

1.1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子及其功能性受體的定義

作為神經(jīng)營養(yǎng)因子家族成員之一的BDNF，是德國生物學(xué)家Barde等[1]在1982年首次從豬腦提取液中獲得的一種堿性蛋白，其相對分子質(zhì)量為12.3 kU，具有防止神經(jīng)元死亡的作用。Ozcelik等[2]在1991年證實人BDNF基因位于11q13。BDNF屬于神經(jīng)營養(yǎng)因子的成員，廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，主要在大腦皮質(zhì)及海馬區(qū)域含量最高。存在于海馬CA1、CA3區(qū)的錐體細胞及齒狀回和門區(qū)的 BNDF mRNA含量較NGF mRNA含量高出20～30倍。有學(xué)者甚至發(fā)現(xiàn)在心臟、卵巢、骨骼肌以及周圍神經(jīng)系統(tǒng)也有BDNF的合成和表達[3]。

BDNF受體有兩種不同的家族，一個家族是低親和性受體為P75，它是富含酪氨酸但不具備酪氨酸激酶活性的糖蛋白，能夠誘導(dǎo)神經(jīng)元胞體的凋亡，并在抑制神經(jīng)再生中的起介導(dǎo)作用，是腫瘤壞死因子家族的成員之一[4]。另一個家族是具有高親和性的酪氨酸激酶受體（TrKB）。TrkB作為細胞間跨膜信息傳遞的中轉(zhuǎn)，其跨膜受體存在有3個區(qū)域，即胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)，其配體的結(jié)合區(qū)在胞外區(qū)，而酪氨酸蛋白激酶活性區(qū)在胞內(nèi)區(qū)，當(dāng)配體與受體在胞外區(qū)結(jié)合后，誘導(dǎo)TrkB二聚化，隨即將酪氨酸激酶激活。激活后的酪氨酸與跨膜傳遞信號系統(tǒng)的其他分子結(jié)合，使其他分子磷酸化，進而引發(fā)一連串的激酶瀑布效應(yīng)，這樣就完成了整個跨膜信號傳遞系統(tǒng)的激活[6]。因此，TrkB是BDNF功能型受體，TrkB受體酪氨酸磷酸化是整個在 BDNF信號傳遞系統(tǒng)中的啟動程序。研究還發(fā)現(xiàn)，雖然P75NTR在BDNF作用時不是必需的，但當(dāng)P75NTR和TrkB兩種受體同時存在時，參與高親合位點的形成P75NTR能使TrkB受體增強其階段特異性和組織特異性的表達[5]。

1.2 血清BDNF及受體在缺血缺氧性腦病中的表達和作用

目前多項研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性BDNF表達的增加可以存在于各種類型的腦缺血，這可能是一種內(nèi)源性自我保護機制誘導(dǎo)其表達的結(jié)果。Arai等[7]在一項以一側(cè)大腦中動脈阻塞為動物模型的實驗研究中觀察到，當(dāng)同側(cè)大腦中動脈阻塞造成梗死灶周圍皮質(zhì)的BDNF和TrkB mRNA表達增加的同時，遠離病灶的雙側(cè)海馬區(qū)域的BDNF和TrkBmR-NA表達也有增加。一系列研究表明，腦組織發(fā)生缺血損傷之后，BDNF及其受體TrkB的表達水平都提高明顯，但對于缺少BDNF基因的實驗組小鼠，相比于對照組其梗死灶體積則明顯增大[8-10]。說明通過內(nèi)源性自我保護機制誘導(dǎo)的BDNF水平增加可減輕缺血后神經(jīng)元的損傷。對因缺血造成損傷的腦組織，BDNF發(fā)揮了保護作用。林百喜等[11]發(fā)現(xiàn)，在腦缺血引起的損傷發(fā)生后，大鼠大腦內(nèi)BDNF陽性表達的神經(jīng)元出現(xiàn)在皮質(zhì)、海馬、缺血灶周圍等區(qū)域，3 d后上述部位陽性表達的神經(jīng)元數(shù)量較前明顯增多，表達信號明顯增強，7 d后陽性表達水平達高峰，隨后BDNF陽性表達水平逐漸下降，但30 d后其表達水平仍高于正常。說明BDNF在缺血的腦組織內(nèi)分布具有一定時空分布。Yanamoto等[12]用腦內(nèi)注射重組BDNF的方法，研究腦內(nèi)注射BDNF組與未注射BDNF組及注射生理鹽水組腦內(nèi)梗死體積和局部血流的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)注射BDNF組的腦組織梗死體積明顯小于其他兩組；梗死組織體積與注藥時間長短相關(guān)，注藥時間越長，BDNF組梗死體積減小與其他兩組差異越顯著。說明BDNF對神經(jīng)元具有保護作用。Ferrer等[13]發(fā)現(xiàn)，在靶神經(jīng)元變性區(qū)域BDNF基因及其受體TrkB特性上調(diào)，并以錐神經(jīng)元進行性凋亡的時期上調(diào)最為明顯，表明BDNF可能參與并影響了腦損傷后神經(jīng)干細胞的增殖、分化和移行。

1.3 血清BDNF抗腦缺血缺氧性損傷的作用機制

BDNF及其受體結(jié)合后，隨即將啟動細胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)途徑，從而發(fā)揮如下生物學(xué)作用：①激活特定的信號傳導(dǎo)途徑或者直接影響轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合去氧核糖核酸的活性，達到保護機體神經(jīng)元不會受到相關(guān)的氧化應(yīng)激反應(yīng)的損害[14]。②保護機體中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受興奮性和代謝性氨基酸毒性的損傷，以防止腦缺血后由于谷氨酸持續(xù)釋放而造成的細胞內(nèi)環(huán)境的不穩(wěn)定，即控制細胞外鈣離子進入細胞和細胞內(nèi)鈣離子釋放，從而達到穩(wěn)定細胞內(nèi)環(huán)境的作用[15]。③影響神經(jīng)干細胞增殖、分化以及移行和存活[16]。BNDF的研究發(fā)展越來越快，包括BNDF前角蛋白PROBN的研究和BDNF基因修飾施萬細胞結(jié)合組織工程技術(shù)治療周圍神經(jīng)損傷正快速發(fā)展。

2 高壓氧治療對腦梗死患者血清腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子影響

高壓氧治療腦梗死研究發(fā)展迅速，腦缺血發(fā)生細胞損傷的主要原因通常認為是組織缺氧造成的，因為對氧和葡萄糖的高度依賴性是腦組織維持正常生理功能所必需的，腦缺血必然帶來腦缺氧，因此恢復(fù)足夠的氧氣供給是受損腦組織功能恢復(fù)的一個關(guān)鍵因素。而高壓氧治療能迅速改善組織缺血缺氧狀況，阻止細胞凋亡，促進神經(jīng)組織修復(fù)，減少后遺癥，提高患者的生存質(zhì)量。

2.1 高壓氧治療在缺血缺氧性腦病中的作用

機體在氣體壓力超過1個大氣壓的環(huán)境下所吸的純氧稱為高壓氧，而應(yīng)用高壓氧治療多種疾病的方法稱為高壓氧療法。大量臨床實踐和動物實驗研究顯示，高壓氧有如下作用：顯著增加血氧含量及提高血氧張力，同時提高血氧彌散率，增加組織內(nèi)氧的有效彌散距離，克服腦梗死時毛細血管間距增加而發(fā)生的供氧障礙[17]；使部分腦血管收縮，降低血管通透性，減輕腦水腫，降低顱內(nèi)壓，改善腦微循環(huán)，提高腦組織的氧含量，從而打斷腦缺氧與腦水腫這一惡性循環(huán)；促進腦內(nèi)血管側(cè)枝循環(huán)的建立；提高超氧化物歧化酶的含量，增強機體的抗氧化能力，從而有效清除氧自由基，減少腦組織再灌注損傷的發(fā)生[18]。高壓氧可恢復(fù)“缺血半暗帶”功能，促進神經(jīng)細胞的恢復(fù)與再生[19]；可使椎動脈擴張，使腦干部位和網(wǎng)狀系統(tǒng)血流量增加、血氧分壓增高，促進腦電活動，促使患者意識早期恢復(fù)[20-21]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧可動員骨髓中的干細胞，使血外周循環(huán)中的CD34+細胞增加8倍，干細胞因子增加50%[22]。研究還發(fā)現(xiàn)高壓氧可增加腦缺血缺氧大鼠神經(jīng)干細胞nestin蛋白的表達，使Brdu免疫染色陽性細胞大量增加[23]。

2.2 高壓氧治療對大鼠腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子表達的影響

高壓氧治療能增加缺血缺氧性腦病動物模型腦內(nèi)BDNF的表達，例如高壓氧可增加大鼠腦缺血再灌注后BDNF的表達。彭慧平等[24]的研究表明，BNDF表達在小鼠腦缺血進行高壓氧處理的實驗組明顯高于對照組，說明小鼠腦缺血再灌注損傷后，BDNF參與了其神經(jīng)修復(fù)。高壓氧能增加腦內(nèi)源性的BDNF表達，對因缺血缺氧造成損傷的腦組織具有保護和修復(fù)作用。

近期和遠期的臨床和實驗研究均已表明,高壓氧治療對腦缺血缺氧性疾病的相關(guān)急性癥狀[25-26]以及所造成的后遺癥狀，如運動、感覺、智力、記憶和語言等方面障礙均有較好的療效[27-28]。

研究報道指出，高壓氧治療的療效可能與增加并延長腦梗死患者BNDF的表達有關(guān)。當(dāng)腦梗死患者BDNF及其受體表達增加時，神經(jīng)元的凋亡和壞死可以得到延緩，這樣有利于神經(jīng)軸突的芽生和神經(jīng)突觸的形成，最終使機體的神經(jīng)生理功能重建得以實現(xiàn)[29]。一般情況下?lián)p傷后的神經(jīng)元常會促使BDNF表達在神經(jīng)元內(nèi)短暫、快速增加并顯示出活動性依賴，以此刺激機體恢復(fù)和受損神經(jīng)元的再生[30]。但是腦缺血后，BDNF如果僅僅依靠自身的表達，其上調(diào)過程和上調(diào)幅度都是十分有限的[31]。在腦缺血早期階段，Robert等[32]研究表明，高壓氧的早期治療與介入能夠抑制相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中p38絲裂原活化蛋白激酶活化，促進BDNF的表達增加，從而抑制細胞凋亡。

目前應(yīng)用動物腦缺血模型進行不同治療可使內(nèi)源性BDNF表達增多的報道很多。如：復(fù)方麝香注射液既可以增加生物體內(nèi)BDNF含量，又可以延長BDNF的作用時間[33]。有研究報道表明，電針結(jié)合經(jīng)顱磁刺激能有效促進腦缺血疾病患者的神經(jīng)功能康復(fù)，這和大腦海馬區(qū)BDNF的表達提高有關(guān)聯(lián)[34]。高壓氧治療對BDNF的影響的報道目前僅限于缺血缺氧性腦病的動物模型，而臨床上腦梗死患者高壓氧治療前后血清BDNF的變化尚未見報道，這有待于人們進一步研究。

我國心腦血管疾病患者約有1300萬，其中腦中風(fēng)700萬人，腦血栓形成可出現(xiàn)較重的神經(jīng)功能缺損而影響患者生活質(zhì)量，增加社會及家庭負擔(dān)。隨著人們對高壓氧治療腦梗死機制的了解，讓高壓氧治療能早期介入，從而大大地縮短患者的恢復(fù)時間，減少后遺癥，讓數(shù)百萬患者和家庭受益。同時，進一步探討不同療程和不同氧壓下的高壓氧治療早期腦梗死患者血清BDNF含量變化及與神經(jīng)功能缺損評分的相關(guān)性，可以豐富和完善高壓氧治療腦梗死的機制，并為高壓氧治療腦梗死提供最佳治療方案。

[1]Barde YA，Edgar D，Thoenen M.Purification of a new neurotrophic factor from mammalian brain[J].EMBO J，1982，1（5）：549-53.

[2]Ozcelik T，Rosenthal A，F(xiàn)oancke U，et al.Chromosomal mapping of Brain derived neurotrophic factor and neurotrophin-3 gene in man and mouse[J].Genomics，1991，10（3）：569.

[3]Ojeda SR，Romero C，Tapia V，et al.Neurotrophic and cell-cell dependent control of early follicular development [J].Mol Cell Endocrinol，2000，163（1-2）：67-71.

[4]付美紅，李海濤.腦神經(jīng)源性營養(yǎng)因子與腦缺血的研究進展[J].安徽醫(yī)藥，2012，16（6）：717-720.

[5]李雪琴，魏瑞麗，馬曉霞.腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].中國實用神經(jīng)疾病雜志，2006，9（6）：45-47.

[6]Patapoutian A，Reichardt LF.Trk receptors：mediators of neurotrophinaction[J].Curr Opin Neurobiol，2001，11（3）：272-280.

[7]Arai S，Kinouchi H，Akabane A，et al.Induction of brain-derived neurotrophic factor（BDNF)and the receptor trkB mRNA following middle cerebral artery occlusion in rat[J].Neurosci Lett，1996，211（1）：57-60.

[8]Endres M，F(xiàn)an G，Hirt L，et al.Ischemic brain damage in mice after selectively modifying BDNF or NT gene expression[J].J Cereb Blood Flow Metab，2000，20（1）：139-144.

[9]Larsson E，Nanobashvili A，Kokaia Z，et al.Evidence for neuroprotective effect of endogenous brain-derived neurotrophic factor after globalforebrain ischemia in rats[J].J Ceceb Blood Flow Metal，1999，19（11）：1220-1228.

[10]Kiprianova I，Sandkuhler J，Schwab S，et al.Brain-derived neurotroph ic factor Improves long-term potentiation and cognitive functions after transient forebrain Ischemia in rat[J].Exp Neurol，1999，159（2）：511-519.

[11]林百喜，謝明，武衡.大腦中動脈阻塞大鼠腦內(nèi)腦源性神經(jīng)營因子蛋白表達變化[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2008，18（22）： 702-705.

[12]Yanamoto H，Nagata I，Sakata M，et al.Infarct tolerance induced by intra-cerebral infusion of recombinant brain derived neurotiophic factor[J].Brain Res，2000，859（2）：240-248.

[13]Ferrer I，Krupinsli J，Goutan E，et al.Brain-derived neurotrophic factor reduces cortical cell death by ischemia aftermiddle cerebral artery occlusion in the rat[J].Acta Neuropatho，2001，101 （3）：229-238.

[14]Jin K，Minami M，Lan JQ，et al.Neurogenesis in dentate subgranular zone and rostral subventricular zone after focal cerebral ischemia in the rat[J].Proc Natl Acad Sci，2001，98（8）：4710-4715.

[15]Xu J，Zhang QG，Li C，et al.Subtoxic N-methyl-D-aspartate delayed neuronal death in ischemic brain injury through TrkB receptor-and calmodulin-mediated PI-3K/Akt pathway activation[J].Hippocam Pus，2007，17（7）：525-537.

[16]Ohmiya M，Shudai T，Nitta A，et al.Brain-derived neuotrophic factor alters cellmigration of particular progenitors in the developingmouse cerebral cortex[J].Neurosci Lett，2002，317（1）：21-29.

[17]吳鐘琪.高壓氧臨床醫(yī)學(xué)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2003：40-43.

[18]郭華，劉青紅.高壓氧治療腦梗死患者血液流變學(xué)及LPO、SOD影響[J].醫(yī)學(xué)臨床研究，2004，21（6）：595-597.

[19]呂云利，劉吉耀，姚向榮，等.高壓氧治療急性腦梗死臨床療效分析[J].中國誤診學(xué)雜志，2011，11（15）：3627-3628.

[20]閆俊杰，韓珂，姚永華.短暫性腦缺血發(fā)展至腦梗死相關(guān)因素分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2011，（2）：343.

[21]劉亢丁，潘成利，宮萍，等.腦梗死患者急性期血清 VEGF含量變化及臨床意義[J].吉林大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2003，（3）：345-346.

[22]Thom SR，Bhopale VM，Velazquez OC，et al.Stem cell mobilization by hyperbaric oxygen[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，289（5）：1826-1833.

[23]Yu XH，Yang YJ，Wang X，et al.Effect of hyperbaric oxygenation on neural stem cells and myelin in neonatal rats with hypoxic-ischemic brain damage[J].Zhongguo Dangdai Erke Zazhi，2006，8（1）：33-37.

[24]彭慧平，盧曉欣，湯永建，等.高壓氧對腦缺血再灌注小鼠腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子及神經(jīng)細胞結(jié)構(gòu)的影響[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2005，27（5）：263-265.

[25]楊期東.神經(jīng)病學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2002：41-49.

[26]姜紅，孫若鵬.高壓氧促進中度缺氧缺血性腦病新生兒智能康復(fù)的療效觀察[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2006，28（1）：46-48.

[27]彭爭榮，朱雙羅，肖平田，等.高壓氧對腦梗死患者記憶、智力、日常生活能力的影響[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2003，18（8）：470-472.

[28]彭爭榮，肖平田.新方案高壓氧治療對腦梗死患者神經(jīng)功能缺損程度的影響[J].中國臨床康復(fù)，2006，10（24）：136.

[29]孫鵬飛，杜富會，周懷琪，等.腦源性神經(jīng)生長因子與腦缺血性損傷[J].中國臨床康復(fù)，2003，7（22）：3112-3114.

[30]Hughes PE，Alexi T，Walton M，et al.Activity and injury-dependent expression if inducible transcription factors，growth factors and apoptosis related genes within the central nervous system [J].Prog Neurobiol，1999，57（4）：421-450.

[31]Zhang Y，Pardridge WM.Neuroprotective in transient focal brain ischemia after delayed intravenous administration of brain-derived neurotrophic factor conjugated to a blood-brain barrier drug targeting system[J].Stroke，2001，32：1378-1384.

[32]Robert P，Ostrowski，Gerhart G，et al.The hyperbaric oxygen precondi-tioning-induced brain protection is mediated by a reduction of early apoptosis after transient global cerebral ischemia[J].Neurobiology of Disease，2008，29：1-13.

[33]陳偉峰，韓繼媛，田兆興，等.復(fù)方麝香注射液在大鼠急性缺血再灌注損傷中對BDNF和NGF的影響[J].廣西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2005，8（3）：8-10.

[34]彭力，黃曉琳，韓肖華.電針結(jié)合經(jīng)顱磁刺激對腦缺血大鼠不同腦區(qū) NGF、BDNF 及 mRNA 的表達[J].中國康復(fù)，2009，24（6）：363-366.