腦缺血再灌注損傷發(fā)生機(jī)制及治療進(jìn)展

王紅梅 賀永貴 伊紅麗 李海波

(河北聯(lián)合大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)一科 河北唐山 063000)

近年來，腦血管病的發(fā)病率逐年升高，在這一疾病及其相應(yīng)的治療過程中，腦缺血/再灌注損傷(ischemia－reperfusion injury)的病理生理過程起著重要的作用。腦缺血再灌注損傷是一個復(fù)雜的過程，包括許多環(huán)節(jié)，如:線粒體損傷、鈣超載、氧自由基的累積、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡等。通過對發(fā)病機(jī)制的深入研究有助于開發(fā)新的腦保護(hù)藥物，并進(jìn)一步明確各種腦保護(hù)藥物的治療靶點(diǎn)和療效。本文就腦缺血再灌注損傷相關(guān)機(jī)制及治療情況進(jìn)行綜述。

1 腦缺血再灌注損傷機(jī)制

腦缺血再灌注損傷機(jī)制十分復(fù)雜，研究發(fā)現(xiàn)線粒體是缺血/再灌注損傷的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，自由基連鎖反應(yīng)是腦缺血/再灌注損傷的核心環(huán)節(jié)，而細(xì)胞內(nèi)鈣超載則可能是導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的最后通路[1]。

1.1 線粒體損傷 缺血再灌注后產(chǎn)生大量自由基攻擊線粒體，使其結(jié)構(gòu)和功能破壞，酶活性喪失，同時膜屏障的破壞，導(dǎo)致大量離子內(nèi)流，使線粒體腫脹、分解、消失、胞質(zhì)密度增加。腦缺血/再灌注時引起呼吸鏈本身的酶復(fù)合體Ⅰ和Ⅱ活性明顯下降。因此清除氧自由基保護(hù)線粒體功能結(jié)構(gòu)完整是發(fā)揮抗腦缺血活性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。腦缺血/再灌注線粒體功能障礙的機(jī)制涉及氧自由基損傷、鈣超載、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)的異常開放、線粒體結(jié)構(gòu)損傷等。腦缺血/再灌注也可引起腦線粒體脂類分解，膜蛻變，同時導(dǎo)致呼吸鏈酶的活性受到影響，減少線粒體ATP生成，腦水腫加重。

1.2 自由基累積 自由基廣泛存在于生物體內(nèi)，人體內(nèi)的自由基主要包括超氧陰離子(O2－)、羥自由基(－OH)、一氧化氮自由基、烷自由基、烷氧基和烷過氧基、脂質(zhì)過氧化物自由基等。其中氧自由基是誘發(fā)自由基連鎖反應(yīng)的啟動環(huán)節(jié)，其性質(zhì)極不穩(wěn)定，可以不斷生成新的活性氧;－OH 則是危害最大的自由基。自由基對腦組織的損傷主要發(fā)生在缺血/再灌注期，在神經(jīng)元的凋亡中也起重要作用，一般認(rèn)為氧自由基與引起的脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞內(nèi)鈣超負(fù)荷導(dǎo)致的不可逆損傷有關(guān)。一氧化氮在腦缺血/再灌注具有雙刃劍的作用，一方面擴(kuò)張血管、改善缺血組織血供、抑制血小板聚集、減輕缺血/再灌注損傷，具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用;另一方面參與腦缺血急性腦損傷與遲發(fā)神經(jīng)元死亡過程。

1.3 鈣超載 研究表明，細(xì)胞內(nèi)鈣超載則可能是導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的最后通路。腦缺血缺氧時導(dǎo)致細(xì)胞ATP缺乏，pH值降低，抑制Na+/Ca2+交換蛋白的活性，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)Na+、Ca2+增加，K+降低，這些離子的不平衡使腦細(xì)胞的防御系統(tǒng)受到破壞。Ca2+超載加重腦缺血/再灌注損傷可能通過以下途徑[3]:①細(xì)胞內(nèi)外鈣平衡紊亂，細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流入細(xì)胞，引起線粒體膜損傷，Ca2+可抑制ATP合成，使能量生成障礙。除影響ATP合成外，對細(xì)胞氧化還原反應(yīng)、滲透壓、pH值、細(xì)胞內(nèi)信號的維持都有重要的影響;②可激活磷脂酶A和C，使膜磷脂降解為游離脂肪酸，尤其是花生四烯酸(AA)大量釋放，導(dǎo)致脂質(zhì)膜流動性降低及通透性增高，細(xì)胞腫脹，AA在環(huán)氧酶及脂氧酶等作用下可生成前列腺素、白三烯和自由基等活性物質(zhì)，使血管收縮，進(jìn)一步造成缺血后低灌注;③Ca2+增高使活性鈣調(diào)蛋白增加，Ca2+與鈣調(diào)蛋白復(fù)合物導(dǎo)致5－HT及NE釋放，引起腦血管痙攣，局部血流變狀況惡化，加重腦缺血;④Ca2+增高可造成自由基和一氧化氮增加，活化NOS及鈣依賴蛋白酶，使胞內(nèi)無害的黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，氧自由基生成增多，損害血腦屏障，產(chǎn)生血管源性腦水腫?，F(xiàn)已認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載是缺血性神經(jīng)元損傷的共同徑路。

1.4 炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的微血管功能紊亂也是腦缺血再灌注繼發(fā)性損傷的重要原因之一[4]，許多炎性細(xì)胞及炎性介質(zhì)均參與了炎性反應(yīng)[5]，主要炎性細(xì)胞包括白細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，炎性介質(zhì)包括細(xì)胞因子、趨化因子和黏附分子(選擇凝集素家族、免疫球蛋白家族、整合素家族)等。白細(xì)胞介導(dǎo)再灌注損傷的機(jī)制包括阻塞微小血管，造成繼發(fā)性低灌注，釋放氧自由基、縮血管物質(zhì)和蛋白水解酶，增加血管通透性引發(fā)水腫等;而神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的作用類似，可能有損傷和保護(hù)雙重作用，在缺血性卒中急性期，小膠質(zhì)細(xì)胞以毒性作用為主，在后期可促進(jìn)神經(jīng)再生[5]。多種炎性介質(zhì)及白細(xì)胞通過與內(nèi)皮細(xì)胞粘連，促使內(nèi)皮細(xì)胞破裂壞死，使血腦屏障破壞，加重了缺血再灌注區(qū)的損傷。

2 缺血后腦保護(hù)作用的可能機(jī)制

腦組織在受到腦缺血再灌注損傷的同時，機(jī)體即使在無外源性干預(yù)時會調(diào)動一切可能的保護(hù)機(jī)制對抗損傷作用，其保護(hù)機(jī)制可能有:①再灌注損傷補(bǔ)救激酶通路包括兩種激酶AKt和ERK。②抑制凋亡相關(guān)物質(zhì)的產(chǎn)生:survivin是至今發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)凋亡抑制因子，是凋亡抑制蛋白家族中一個新成員，與細(xì)胞凋亡、增殖、血管再生有密切關(guān)系，具有獨(dú)特的組織學(xué)分布和強(qiáng)大的抗細(xì)胞凋亡能力。Shi Y等[6]研究發(fā)現(xiàn)，survivin可能通過中間結(jié)合蛋白間接抑制Caspase－9活性，從而抑制細(xì)胞凋亡;誘導(dǎo)型NO在高氧性損傷、缺血－再灌注損傷、器官移植等方面對器官起保護(hù)作用[7，8];CBS/H2S體系具有抗損傷的作用，與 iNOS/NO體系參與了神經(jīng)細(xì)胞的損傷相對抗，兩體系間存在相互的調(diào)節(jié)。最近的研究發(fā)現(xiàn)H2S能有效減輕大鼠海馬病理性的損傷[9];B細(xì)胞淋巴瘤基因 －2(B －cell lymphoma－2，Bcl－2)家族蛋白是在細(xì)胞凋亡過程中其關(guān)鍵作用的一類蛋白質(zhì)，它通過與其它凋亡相關(guān)因子的協(xié)助作用調(diào)控著線粒體結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定性，是重要的抗細(xì)胞凋亡基因。Bcl－2并不是僅僅是對抗前凋亡蛋白BAX的作用，抑制凋亡，還可以穩(wěn)定線粒體，對抗壞死的保護(hù)作用[10]。

3 缺血再灌注損傷治療研究

3.1 藥物治療 發(fā)生腦缺血再灌注損傷后，臨床上及時給予藥物及對癥治療是目前應(yīng)用最為廣泛及成熟的治療方法。臨床上在改善腦缺血再灌住損傷后的藥物主要為抗凝、抗血小板聚集、神經(jīng)保護(hù)劑、抗氧化等方面。一些中藥成分在缺血再灌注損傷治療中取得較好的效果:川芎通過抑制血小板聚集及血栓形成，改善血液流變性，促進(jìn)DNA合成，還能改善腦能量代謝，從而促進(jìn)神經(jīng)機(jī)能恢復(fù);三七總皂甙具有減輕腦水腫等作用;丹酚酸A有抗氧化、抑制腦血栓形成等作用，對腦缺血起保護(hù)作用。此外，銀杏葉、粉防己、山莨菪堿、絞股藍(lán)、牛磺酸、當(dāng)歸、水蛭等中藥，都已證明通過各種機(jī)制對腦缺血起到防治作用。黃芪甲苷、白藜蘆醇具有腦保護(hù)作用，且其保護(hù)機(jī)制可能與抗氧化抗凋亡有關(guān)[11]。

一些合適劑量麻醉藥物的應(yīng)用在達(dá)到鎮(zhèn)靜作用的同時對組織起到保護(hù)作用，但具體機(jī)制尚未闡明。韓樹海等[12]通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):利多卡因能顯著促進(jìn)腦缺血再灌注大鼠腦織中熱休克蛋白(HSP70)的表達(dá)，使局灶性缺血腦組織中的神經(jīng)元在形態(tài)上保持完整并且具有活力。

3.2 缺血預(yù)處理 Murry[13]等首次提出了缺血預(yù)處理，后來的研究也證實(shí)缺血預(yù)處理在不同種屬[14]、不同組織器官[15]，對缺血－再灌注損傷均有顯著的保護(hù)作用。1990年Kimgawa等[16]首次發(fā)現(xiàn)缺血預(yù)處理對大腦有保護(hù)作用，并提出腦缺血預(yù)處理的概念。隨后Przyklenk等[17]首次提出遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理概念。由于遠(yuǎn)距預(yù)處理同缺血預(yù)處理均必須施加在缺血發(fā)生之前，且不能預(yù)測缺血時間的發(fā)生，這顯然限制了預(yù)處理保護(hù)器官作用在臨床上的應(yīng)用范圍。

3.3 缺血后處理 各種缺血處理保護(hù)方式的出現(xiàn)及發(fā)展，它們大多起源于對心肌缺血再灌注損傷領(lǐng)域的研究。目前對缺血后處理的研究主要集中在遠(yuǎn)程缺血后處理、藥物性缺血后處理及二者缺血后處理的聯(lián)合應(yīng)用。藥物缺血后處理的腦保護(hù)作用研究和發(fā)展已十分成熟，鈣通道阻滯劑、自由基清除劑、麻醉相關(guān)藥物、抗炎、神經(jīng)營養(yǎng)藥、活血化瘀類中藥等藥物聯(lián)合應(yīng)用被廣泛應(yīng)用到臨床及仍在不斷深入研究。遠(yuǎn)程缺血后處理目前研究仍處于起步階段，但其方法的簡單性、微創(chuàng)性和安全性有巨大的發(fā)展空間和臨床應(yīng)用前景。已有大量的研究明確了遠(yuǎn)程缺血后處理和藥物性缺血后處理對心肌器官的保護(hù)作用，并且與缺血預(yù)處理和缺血后處理相比，具有操作簡單易行、無創(chuàng)安全的優(yōu)點(diǎn)，臨床應(yīng)用前景廣闊，然而在腦保護(hù)領(lǐng)域的相關(guān)研究報道尚少。遠(yuǎn)程缺血后處理和藥物性缺血后處理聯(lián)合應(yīng)用是否具有聯(lián)合增強(qiáng)腦保護(hù)的作用，以及其作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.4 亞低溫治療 低溫處理治療目前是重癥室對危重病人采取的治療方式之一，在減輕身體耗能的同時，通過低溫抑制腦細(xì)胞及神經(jīng)元損傷、死亡起到腦保護(hù)作用，其機(jī)制可能與下列有關(guān):①使神經(jīng)元Bcl－2表達(dá)明顯升高，Bax表達(dá)明顯降低，細(xì)胞凋亡顯著減少[18];②使caspase－3表達(dá)下降、凋亡陽性細(xì)胞數(shù)減少相關(guān)，抑制細(xì)胞色素C、自由基、一氧化氮等對caspase－3的激活，減少損傷后caspase－3表達(dá)，從而起到對腦神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用[19，20];③促進(jìn) p－ERK1/2表達(dá)，而對 JNK 表達(dá)僅有較小的上調(diào)作用，從而促進(jìn)缺血再灌注神經(jīng)元存活[21];④促進(jìn)p－Akt表達(dá)抑制細(xì)胞凋亡[22]，以上機(jī)制是相互聯(lián)系、相互影響。

3.5 高壓氧治療 近幾年高壓氧能否改善缺血再灌注損傷成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，動物實(shí)驗(yàn)表明:高壓氧預(yù)處理可能通過上調(diào)抗氧化酶活性減輕局灶性腦皮層缺血一再灌注缺血半暗帶的自由基損傷和神經(jīng)元凋亡可能通過下調(diào)皮層缺血半暗帶神經(jīng)元線粒體水平的凋亡反應(yīng)減輕鼠腦缺血再灌注損傷。

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