缺血性中風基于神經血管單元的研究進展

龐曉斌，余瑞雙，謝欣梅，杜冠華

(1.河南大學 藥物研究所，河南 開封 475004； 2.中國醫(yī)學科學院&北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所 國家藥物篩選中心，北京 100050)

缺血性中風基于神經血管單元的研究進展

龐曉斌1，余瑞雙1，謝欣梅1，杜冠華2*

(1.河南大學 藥物研究所，河南 開封 475004； 2.中國醫(yī)學科學院&北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所 國家藥物篩選中心，北京 100050)

摘要：本文概述了缺血性中風的病理機制以及神經血管單元(neurovascular unit，NVU)的概念和缺血性損傷對神經血管單元的影響，強調了針對“神經血管單元”的保護對缺血性中風防治的意義。

關鍵詞：中風；缺血損傷；神經血管單元

中圖分類號：R743.3

文獻標識碼：A

文章編號：號： 1672-7606(2015)01-0001-05

收稿日期：2014-12-19

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81273652)。

作者簡介：龐曉斌(1973-)，男，河南洛陽人，博士，副教授，從事中藥藥效物質基礎與作用機制研究工作。

通訊作者：*杜冠華(1956-)，男，山東滕州人，研究員，博士生導師，從事藥物發(fā)現(xiàn)的理論與技術研究工作。

Abstract:This article summarized the pathophysiology of ischemic stroke and neurovascular unit(NVU)concepts， and the influence of ischemic injury on NVU, emphasized the significance of the "nerve vascular cell" protection in the prevention and cure of ischemic stroke.

Research Progress of Ischemic Stroke Based on Neurovascular Unit

PANG Xiao bin1, YU Rui shuang1, DU Guan hua2*, XIE Xin mei1

(1PharmaceuticalInstitute,HenanUniversity,Kaifeng,Henan475004,China; 2NationalCentreforPharmaceuticalScreening,InstituteofMateriaMedica,ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege,Beijing100050,China)

Key words: stroke; ischemit injury; nevrovascular unit

中風是一種急性腦血管疾病，是導致全球人口死亡的第三大原因和致殘率最高的疾病[1]。中風分為缺血性中風和出血性中風，其中缺血性中風較為常見，約占中風病例的80%，生存者中的病殘率達70%～80%[2,3]。目前，缺血性中風的治療主要采取溶栓和/或神經保護措施,針對缺血性中風的治療，這兩種治療措施都未達到理想效果。臨床研究發(fā)現(xiàn)，針對單一細胞途徑或細胞類型的治療顯然是不夠的，有效的治療措施必須超越單一細胞類型，找到一個腦缺血損傷后整合的藥物作用靶點。

1缺血性中風的病理機制及目前治療存在的問題

1.1　缺血性中風的病理機制

缺血性中風是由于血管阻塞引起腦缺血損傷而致局灶或全腦的功能障礙。根據(jù)缺血區(qū)域損傷的不同程度分為缺血中心區(qū)和缺血半暗帶。在缺血中心區(qū)，血供迅速下降，導致ATP合成減少，能量供應不足，離子穩(wěn)態(tài)嚴重失衡，代謝紊亂，細胞將在幾分鐘內死亡；而在缺血周邊的半暗帶區(qū)域，細胞不同程度受損,死亡相對較慢，是通過積極拯救可以恢復功能的區(qū)域。但是，半暗區(qū)處于低灌注狀態(tài)，一旦超過了黃金溶栓時間窗之后，半暗區(qū)大部分的細胞由于長時間的缺血最終仍將走向死亡。所以，中風治療需要通過早期再灌注恢復供血及神經保護等手段拯救趨于死亡的半暗帶細胞[4,5]。

缺血性腦損傷的病理機制十分復雜，主要涉及各種細胞內外因素如興奮性氨基酸毒性、鈣超載、一氧化氮、氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡等。

1.1.1興奮性氨基酸毒性和細胞內鈣超載腦缺血后，由于能量耗竭和胞膜去極化，導致離子穩(wěn)態(tài)失衡和神經遞質(如谷氨酸)的釋放及其重攝取抑制，導致具有神經毒性的谷氨酸在細胞間隙積聚；過多的谷氨酸與NMDA和AMPA受體結合引起鈣內流，進而導致線粒體上的磷脂酶、鈣依賴蛋白酶及一氧化氮合酶(NOS)等活化，影響線粒體膜的通透性，并誘導產生大量氧自由基引起膜脂質過氧化等反應，破壞細胞膜上蛋白質的功能及膜的完整性，從而導致細胞死亡或凋亡[6,7]。另外，離子型谷氨酸受體促使過量Na+內流，導致細胞腫脹和組織水腫。

1.1.2氧化應激生理情況下氧自由基產生于線粒體，體內超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化防御系統(tǒng)可及時將其清除。缺血引起的細胞內Ca2+超載或能量代謝障礙刺激線粒體產生過多的氧自由基，限制了內源性清除機制并導致脂質、蛋白質和核酸的過氧化[8,9]。氧自由基和氧化應激促進線粒體的MPTP孔形成，使氧化磷酸化和ATP形成所需的質子動力勢受損，使細胞損傷，甚至凋亡或死亡[10]。

1.1.3硝化應激硝化應激由一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase，NOS)家族調節(jié)。腦缺血后鈣內流增加，內流的鈣離子與鈣調素(Calmodulin，CaM)結合，激活一氧化氮合酶，導致一氧化氮過量合成，產生細胞毒性作用，加重缺血性損傷[11]。

1.1.4炎癥反應腦缺血后，由于腦部動脈缺血后微血管灌流量急劇下降，引起各種炎癥細胞(中性粒細胞、小膠質和星形膠質細胞)激活，粘附因子、細胞因子等的趨化作用及炎性細胞的滲出等。激活的中性粒細胞、小膠質細胞和星形膠質細胞等產生多種炎癥介質，如TNF-a、IL-1B、iNOS、環(huán)氧化酶-2 (COX-2)和單核趨化蛋白1 (MCP-1)、基質金屬蛋白酶(MMPs)、粘附分子等，可損傷內皮細胞，降解細胞外基質、增加毛細血管通透性等一系列繼發(fā)性腦缺血損傷。腦缺血再灌注后，中性粒細胞在粘附分子的參與下粘附在血管內皮細胞表面，阻塞微循環(huán)血管，引起機械性阻塞作用,形成無復流現(xiàn)象，從而影響腦組織的血液供應，加重細胞的缺血性損傷[12-14]。

1.1.5細胞凋亡上述機制之間緊密聯(lián)系，互為因果，介導神經元、膠質細胞和血管成分的損傷，在亞細胞水平，影響線粒體、細胞核、細胞膜、內質網(wǎng)和溶酶體的功能，最終導致半暗帶區(qū)缺血細胞的凋亡或壞死。

1.2　缺血性中風目前治療的困惑

盡管對于缺血過程的興奮性氨基酸毒性、氧化應激和細胞凋亡的研究已經取得了很大進展，但臨床上治療中風的有效策略仍有許多需要思考的地方。因為腦缺血不僅損傷神經元，而且會傷及對神經元起支持作用的星形膠質細胞及其他膠質細胞，以及起信號中繼作用的神經元軸突和為神經組織供能的微血管，針對單一的細胞途徑或細胞類型的治療是不夠的。多年的臨床試驗與實驗研究表明，腦缺血后急性損傷及再灌注后的損傷涉及多種細胞、不同機制，針對腦缺血損傷病理生理過程中多數(shù)關鍵分子的單一治療方式均未取得良好的預期效果?！吧窠浹軉卧贝蚱屏藛我患毎愋偷木窒?，從腦缺血損傷后的多靶點角度探索其作用機制，為腦缺血損傷的治療提供了新思路。

2神經血管單元與缺血性中風的關系

2.1　神經血管單元的概念

神經血管單元(neurovascular unit，NVU)是美國國立神經病學與卒中研究所(NINDS)提出的中風研究和治療的整合靶點和概念模型，也可以說是神經系統(tǒng)的結構和功能單位[15]。神經血管單元主要包括神經元、血腦屏障(blood brain barrier, BBB)、小膠質細胞及細胞外基質。BBB是NVU中的重要結構，由星形膠質細胞、血管內皮細胞、基底膜、周細胞以及少突膠質細胞構成[16]。

NVU旨在強調神經系統(tǒng)中神經元、神經膠質細胞和血管內皮間相互聯(lián)系和相互影響的重要性，為缺血性腦損傷機制提供了新的靶點，從整體水平上研究神經元損傷及其保護機制，為臨床治療提供新依據(jù)。

2.2　神經血管單元各組分間的聯(lián)系

多種神經遞質、蛋白質分子、電解質和介質等參與NVU中各成分間的信號聯(lián)系，而NVU中各成分間的有效聯(lián)系是保證神經細胞功能和正常腦供血的物質基礎。

近年來的許多研究發(fā)現(xiàn)，周細胞(神經膠質細胞)通過 RhoGTP 信號通路參與血管內皮細胞的生長、毛細血管的發(fā)生和重塑，將膠質細胞與血管內皮細胞聯(lián)合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)前者可促進后者向血管的演化；同時，血管內皮細胞對神經元前體和膠質細胞的分化也有導向作用。離體實驗[17]顯示，周細胞和血管內皮細胞間的相互作用能促進 MMP-9 的分泌。腦血管內皮細胞還可以通過分泌腦源性神經營養(yǎng)因子(BDNF)的方式, 使神經元免受缺血、缺氧和應激等損害[18]。鈣離子通過作用于腦動脈平滑肌細胞進行血管舒縮的調節(jié)機制也是許多學者研究腦損傷的熱點。

2.3　神經血管單元研究進展

隨著 NVU 概念的提出，人們逐漸從過去聚焦于單一神經元成分轉變?yōu)橐?NVU 為整體的結構及功能的觀察。其中，神經元、微血管和BBB生理和病理狀態(tài)下的形態(tài)學改變仍是關注的重點。Hawkins 等[19,20]利用埃文斯蘭和熒光素鈉快速有效地評價BBB的滲透性，利用激光共聚焦顯微鏡觀察BBB的破壞和神經元軸突、樹突的變化。波蘭學者應用電鏡技術對老年性癡呆患者腦組織中新生血管、神經元和膠質細胞進行觀測。Jiang等[21]利用磁共振成像技術，通過監(jiān)測滲透系數(shù)(Ki) 和容積分布(Vp) 等滲透相關參數(shù)對BBB滲透性進行評價，發(fā)現(xiàn)此方法具有高度敏感性。此外，有人[22]將共聚焦顯微鏡獲得的圖像信息輸入計算機，運用定量圖像分析的方法對NVU結構和功能進行評價。也有利用小鼠腦栓塞模型，應用磁共振彌散加權成像、組織病理學和激光共聚焦顯微鏡技術對神經元和新生血管進行全面評價, 揭示了NVU在腦卒中病理改變中的地位[23]。

2.4　腦缺血對神經血管單元的影響

在缺血性中風發(fā)生時，神經元、神經膠質細胞及微血管均受到傷害，而神經元在腦組織中所占比例不足5%，更多成分為神經膠質細胞和微血管，所以，更應當關注缺血引起的神經膠質細胞及微血管損害對神經功能的影響。

腦缺血損傷時NVU發(fā)生了復雜的炎癥級聯(lián)反應：腦缺血會導致中性粒細胞、小膠質細胞等炎癥細胞的激活，激活的炎癥細胞釋放有毒介質造成組織損傷從而引發(fā)廣泛的炎癥反應[24,25]。上游事件如活性氧(ROS)的產生以及細胞內鈣超載也會引起免疫反應，最終造成炎癥細胞的活化和浸潤。炎癥級聯(lián)反應表現(xiàn)為細胞因子、趨化因子等表達增加，炎癥因子激活及表達增加；中性粒細胞黏附，膠質細胞活化、遷移及形態(tài)改變；基質金屬蛋白酶表達增加，微血管通透性增高，血管基膜成分降解，星形膠質細胞終足與血管基膜分離，星形膠質細胞腫脹，缺血神經元去極化，谷氨酸釋放增加，鈣離子超載，最終啟動凋亡途徑[26]。

由于BBB是神經血管單元的主要結構，其通透性的改變會對神經血管單元的功能或結構造成較大影響。缺血導致 BBB 通透性增加，緊密連接(TJ) 的結構蛋白咬合蛋白(occludin)、閉合蛋白(claudin) 和閉鎖小帶蛋白ZO(zonular occludens protein)-1 等蛋白表達的下降[27-30]。尤其在缺血期間，多種黏附分子和細胞因子表達量增加，如細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、血管細胞黏附分子-1 ( VCAM-1)、CD44，內皮細胞黏附分子(ECAM-1)、E-選擇素及單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)的表達變化，使BBB的通透性增加，是促進白細胞跨內皮遷移的必要過程，其在多種神經系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制中起著重要的作用[31-33]。

2.5　神經血管單元保護在缺血性中風治療中的應用

大量研究證實，腦缺血導致了血管系統(tǒng)與神經組織之間的相互損傷，NVU的完整性和功能的全面性被破壞。因此，只有針對NVU的全面保護而非單純針對神經元保護的藥物才能有效治療中風。

神經血管單元保護包括神經保護、血管保護、膠質保護三方面，是更為全面、深入的腦保護。一些在體和離體實驗也觀察到諸如喬松素、雌激素和辛伐他汀等物質可以通過改善BBB通透性、促進神經膠質細胞的分化再生等多靶點對 NVU 產生保護作用[34-36]；抑制腫瘤壞死因子家族, TWEAK-Fn14通道參與維持了腦缺血后 BBB的完整性, 也對NVU有保護作用[37,38]；血管新生也是疾病后NVU 多靶點干預的重要環(huán)節(jié)，VEGF可促進腦缺血后的血管新生[39,40]，人類重組紅細胞生成素(rhEPO)可促進神經血管重塑蛋白的表達，對微血管的發(fā)生和NVU 的重塑有重要作用[41]。

3結語

缺血性中風是多種機制的復雜病理過程，單純針對某一個單一的分子靶點，甚或某一單一類型的細胞，都難以收到良好的治療效果。而“神經血管單元 ”概念的提出，為整體研究大腦對血管病理變化的反應提供了一個框架，亦為了解藥物調節(jié)大腦微血管通透性的不同途徑提供了研究基礎，為當前神經疾病研究及治療提供了理論依據(jù)。單純的神經保護及針對血管的治療方法已經不能適應當今系統(tǒng)醫(yī)學的需求，因此，在整體水平靶向性針對神經血管單元有可能為中風的治療帶來新的機遇。

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