缺血性卒中的病理生理級聯(lián)效應(yīng)

李玉蘭，郭丹丹，楊有仙(綜述)，艾青龍(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，昆明 650031)

腦卒中具有高發(fā)病率、高致死率和高致殘率的特點，我國2001年腦卒中總死亡人數(shù)中所占比例城市為20.4%、農(nóng)村為19%，每年新發(fā)腦卒中患者約200萬人，其中70%～80%的患者因殘疾不能獨立生活[1-2]。缺血性卒中病灶由中心壞死區(qū)和周圍的缺血半暗帶組成，中心壞死區(qū)腦血流量下降至正常的25%以下，而缺血半暗帶由于側(cè)支循環(huán)灌注，腦血流量仍在閾值以上，神經(jīng)元功能喪失但保留結(jié)構(gòu)上的完整性[3-4]。目前已經(jīng)有大量研究闡述了缺血性卒中發(fā)生的機制，深入理解和運用這些研究結(jié)果為缺血性卒中的預(yù)防、治療和改善預(yù)后帶來了新的曙光。該文根據(jù)新近研究結(jié)果，對缺血性卒中發(fā)生過程中的一系列病理生理級聯(lián)效應(yīng)進行綜述。

1 神經(jīng)元死亡機制

缺血導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的機制主要包括興奮性毒性、離子穩(wěn)態(tài)失衡、氧化應(yīng)激以及神經(jīng)元壞死和凋亡。

1.1興奮性毒性 興奮性氨基酸包括谷氨酸和天冬氨酸，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。缺血導(dǎo)致神經(jīng)元能量代謝障礙，細(xì)胞膜內(nèi)外離子梯度破壞，進而導(dǎo)致興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的大量釋放，重攝取下降。大量累積的谷氨酸與N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體或α-氨基-3-羧酸-5-甲基-4-異戊丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid，AMPA)受體結(jié)合并促進過量的Ca2+內(nèi)流。在實驗?zāi)Ｐ椭?，阻斷離子型谷氨酸受體能減少梗死面積，但是針對NMDA和AMPA受體的臨床試驗表明該治療方法不能改善患者的轉(zhuǎn)歸[5]。

1.2離子穩(wěn)態(tài)失衡 神經(jīng)元離子穩(wěn)態(tài)是維持神經(jīng)元存活和發(fā)揮正常功能的基礎(chǔ)，然而離子穩(wěn)態(tài)的維持依賴于多種離子轉(zhuǎn)運體等載體，而載體功能的發(fā)揮都直接或間接依賴于腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)。腦缺血導(dǎo)致神經(jīng)元供氧供能障礙、ATP耗竭、載體轉(zhuǎn)運功能障礙，最終導(dǎo)致離子穩(wěn)態(tài)失衡。鈣超載是缺血后神經(jīng)元損傷的關(guān)鍵因素，缺血引起神經(jīng)元鈣超載的主要原因是細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流增加，細(xì)胞內(nèi)儲存的Ca2+大量釋放和胞質(zhì)Ca2+外排能力下降。鈣超載不僅導(dǎo)致神經(jīng)元滲透性水腫，而且激活細(xì)胞內(nèi)的磷脂酶和蛋白酶并發(fā)揮降解作用，導(dǎo)致細(xì)胞完整性被破壞，更重要的是鈣超載還參與線粒體介導(dǎo)的凋亡過程。隨著缺血性卒中后神經(jīng)元鈣超載機制研究的深入，鈣拮抗劑可抑制鈣超載并阻斷神經(jīng)元死亡級聯(lián)效應(yīng)中的多個環(huán)節(jié)，鈣拮抗劑具有防止缺血后神經(jīng)元損傷的保護性作用，有待臨床試驗進一步證明其療效[6]。除Ca2+外，缺血中心區(qū)域的Na+/K+-ATP酶功能喪失，大量Na+內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞水腫、軸突串珠樣改變，最終導(dǎo)致死亡。動物實驗證實，Na+通道阻滯劑二丁卡因能拮抗因Na+內(nèi)流而造成的神經(jīng)元損傷[7]。細(xì)胞膜上ATP敏感型K+通道開放有助于膜電位恢復(fù)而發(fā)揮保護作用，埃他卡林能激活該通道開放，促進K+內(nèi)流，拮抗谷氨酸所致的興奮性毒性[8]。

1.3氧化應(yīng)激 腦缺血和再灌注過程中生成大量的氧自由基，導(dǎo)致神經(jīng)元內(nèi)氧化應(yīng)激狀態(tài)，氧化應(yīng)激是神經(jīng)元損傷的關(guān)鍵因素之一。氧化應(yīng)激導(dǎo)致神經(jīng)元損傷的機制包括：導(dǎo)致細(xì)胞成分如蛋白質(zhì)、磷脂、核酸的不可逆性損傷；有利于線粒體通透轉(zhuǎn)換孔形成并釋放細(xì)胞色素C，活化胱天蛋白酶(caspase)家族，啟動細(xì)胞凋亡；激活核因子κB、低氧誘導(dǎo)因子1等轉(zhuǎn)錄因子，啟動靶基因轉(zhuǎn)錄，這些靶基因的表達(dá)與神經(jīng)元損傷和凋亡密切相關(guān)[9]。氧化應(yīng)激有望成為治療缺血性卒中的潛在靶點，抗氧化劑如維生素C、維生素E、依布硒等在動物實驗中已經(jīng)被證實具有神經(jīng)保護作用，其臨床有效性及其毒性有待進一步研究[10-12]。

1.4神經(jīng)元壞死和凋亡 興奮性毒性、離子穩(wěn)態(tài)失衡和氧化應(yīng)激等各種損傷因素作用于神經(jīng)元，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，神經(jīng)元死亡機制包括壞死和凋亡。壞死常發(fā)生于缺血程度嚴(yán)重的中心壞死區(qū)，而凋亡常發(fā)生于缺血程度較緩和的缺血半暗帶。凋亡過程由啟動階段和執(zhí)行階段組成，該過程持續(xù)時間較長并且存在大量可調(diào)控的信號分子，因此可作為治療缺血性卒中的潛在靶點，而且最大程度地挽救缺血半暗帶也是臨床治療的主要目標(biāo)。

客觀上說，目前對缺血性卒中細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的認(rèn)識尚不全面，比較清楚的途徑主要有死亡受體活化(外源性途徑)和線粒體損傷途徑(內(nèi)源性途徑)。外源性途徑：神經(jīng)元細(xì)胞膜表面的Fas受體與其配體腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)超家族成員FasL結(jié)合后引發(fā)自身構(gòu)象改變并與Fas相關(guān)死亡域蛋白 (fas-associated protein with death domain，F(xiàn)ADD)結(jié)合，激活caspase-8。內(nèi)源性途徑：缺血后出現(xiàn)的興奮性毒性、鈣超載、氧化應(yīng)激和細(xì)胞外凋亡信號等作用于線粒體，形成線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔，釋放大量細(xì)胞色素 C。細(xì)胞色素C與凋亡蛋白酶活化因子結(jié)合形成凋亡小體，最終激活下游的caspase-3活化，活化的caspase-3是腦卒中后細(xì)胞凋亡進入不可逆階段的重要標(biāo)志。除caspase家族外，Bcl-2家族也參與調(diào)控細(xì)胞過程，并且與線粒體釋放細(xì)胞色素C密切相關(guān)[13-14]。腦缺血后神經(jīng)元凋亡是一個持續(xù)漸進的過程，而且該過程中有大量凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子參與，因此削弱或阻斷凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是治療缺血性腦卒中的新思路，眾多凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子有望成為缺血性腦卒中的治療靶點。

神經(jīng)元死亡機制和神經(jīng)元保護是缺血性卒中的焦點，傳統(tǒng)研究思路局限在保護神經(jīng)元的水平，然而腦的組成和功能還依賴于除神經(jīng)元以外的細(xì)胞和細(xì)胞間功能的聯(lián)系。臨床治療缺血性腦卒中的目的不僅僅是挽救神經(jīng)元，更重要的是盡可能地恢復(fù)大腦功能，所以缺血性腦卒中研究應(yīng)突破單一神經(jīng)元的界限，轉(zhuǎn)變成為更加宏觀和綜合的水平，治療也應(yīng)當(dāng)從神經(jīng)元保護的水平轉(zhuǎn)化為腦保護。

2 擴展性皮質(zhì)抑制

擴展性皮質(zhì)抑制(cortical spreading depression，CSD)是局部神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞去極化并出現(xiàn)短暫性的電活動抑制，該效應(yīng)可向皮質(zhì)和其他灰質(zhì)區(qū)域擴展，伴隨細(xì)胞外K+增加，Ca2+減少，離子梯度變化激活離子泵，導(dǎo)致氧和葡萄糖消耗量增加。中心壞死區(qū)因缺氧、谷氨酸遞質(zhì)釋放和NMDA受體活化而出現(xiàn)CSD并向周圍的缺血半暗帶擴展，反復(fù)發(fā)作的CSD加劇了缺血半暗帶缺血缺氧程度而成為新的壞死中心區(qū)[15]。CSD導(dǎo)致腦梗死范圍增加，所以阻斷CSD是又一治療缺血性卒中的思路。腦缺血動物模型中，NMDA受體阻滯劑能有效抑制CSD從而減少梗死范圍，但是臨床試驗并未成功。實驗動物和人在腦回結(jié)構(gòu)及膠質(zhì)細(xì)胞比例方面的差異能解釋NMDA受體阻滯劑治療效果的差異，無創(chuàng)性檢測人腦CSD和有效阻斷CSD的方法有待進一步研究[16]。

3 炎性反應(yīng)

炎性反應(yīng)在缺血后腦組織損傷的過程中發(fā)揮重要作用。缺血導(dǎo)致核因子κB活化，而激活炎性因子白細(xì)胞介素1β、TNF-α、趨化因子白細(xì)胞介素8、細(xì)胞黏附分子1、血管細(xì)胞黏著分子1的表達(dá)，誘導(dǎo)大量炎性細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等炎性細(xì)胞聚集在損傷部位，導(dǎo)致微血管閉塞、氧自由基生成、細(xì)胞毒性酶釋放和血管舒縮性改變，加劇缺血后腦損傷[17]。因此，抑制缺血后炎性反應(yīng)成為減少腦缺血后損傷新的治療策略，吲哚美辛、阿司匹林、特魯曲班能通過抑制炎性反應(yīng)從而減輕缺血后腦損傷[13，18]。

4 神經(jīng)血管單元

神經(jīng)血管單元由神經(jīng)元、血腦屏障、膠質(zhì)細(xì)胞及維持腦組織完整性的細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成，強調(diào)神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和腦血管之間相互聯(lián)系及影響[19]。腦缺血后基質(zhì)金屬蛋白酶、纖溶蛋白酶原激活物表達(dá)，并導(dǎo)致血腦屏障通透性增加，一方面有利于炎性細(xì)胞穿過血腦屏障，局部浸潤導(dǎo)致腦組織損傷，另一方面導(dǎo)致血管源性腦水腫，進而通過容積效應(yīng)加重腦缺血的嚴(yán)重程度，甚至導(dǎo)致顱內(nèi)高壓和腦疝的出現(xiàn)?；谏窠?jīng)血管單元理論，Zhang等[20]提出組織型纖溶酶原激活物溶栓治療缺血性腦卒中具有局限性和風(fēng)險性，聯(lián)合運用多靶點的神經(jīng)血管保護藥物能提高溶栓的效率并減少出血風(fēng)險，如他汀類藥物、蛋白酶體抑制劑、二甲胺四環(huán)素、自由基清除劑、促紅細(xì)胞生成素等，盡管溶栓和輔助藥物聯(lián)合治療是一種合理的治療策略，但是臨床中還需進一步的研究藥物之間有無不利的相互作用。

5 腦白質(zhì)損傷

腦白質(zhì)主要由少突膠質(zhì)細(xì)胞包裹的軸突束組成，白質(zhì)的血流比灰質(zhì)少，幾乎沒有側(cè)支血管供應(yīng)深部白質(zhì)，因此白質(zhì)對缺血更為敏感。缺血性卒中發(fā)生過程中確實有少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡，白質(zhì)受損。白質(zhì)中神經(jīng)傳導(dǎo)通路的修復(fù)和再通對神經(jīng)功能恢復(fù)尤為重要。新近研究提出，在白質(zhì)中很可能存在一個少突膠質(zhì)細(xì)胞血管單元，血管內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞間的營養(yǎng)交換有助于少突膠質(zhì)細(xì)胞生成和血管形成[21]。星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌營養(yǎng)因子有利于少突膠質(zhì)細(xì)胞的存活[22]。研究表明，缺血性卒中后注射干細(xì)胞或由干細(xì)胞部分分化形成的衍生細(xì)胞，這些細(xì)胞可以在梗死部位存活并能分化成為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞，分化過程中生成營養(yǎng)因子有利于損傷修復(fù)和功能恢復(fù)[23]。干細(xì)胞治療有望成為腦缺血后白質(zhì)損傷的治療手段。

6 小 結(jié)

長期以來，缺血性卒中機制的研究集中于神經(jīng)元死亡，該機制的深入研究確實促進臨床治療缺血性卒中的發(fā)展，但腦的組成和功能不僅依賴于神經(jīng)元，也依賴于除神經(jīng)元以外的多種細(xì)胞以及細(xì)胞之間的功能聯(lián)系。新近研究表明缺血性卒中發(fā)生后，多種細(xì)胞、因子和機制都參與了卒中后的病理級聯(lián)效應(yīng)。缺血性卒中的治療也不能停留在挽救神經(jīng)元的層面，而應(yīng)該向最大程度恢復(fù)腦功能的方向發(fā)展。深入研究缺血性腦卒中多細(xì)胞多因素參與的病理生理級聯(lián)效應(yīng)有助于臨床治療發(fā)展，但是目前研究大多還處于實驗階段，將研究結(jié)果逐步向臨床治療轉(zhuǎn)化極具挑戰(zhàn)性。

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