缺血后處理對腦保護(hù)作用的研究進(jìn)展

陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華

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缺血后處理對腦保護(hù)作用的研究進(jìn)展

陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華

缺血后處理是一種可以減輕腦缺血再灌注損傷的新方法,對腦缺血的再灌注損傷也具有顯著保護(hù)作用。通過抑制基因過表達(dá)，調(diào)控炎癥、凋亡及氧化應(yīng)激、自我吞噬，影響泛連接蛋白1/P2X7 嘌呤受體復(fù)合物途徑、p38 MAPK-ATF2通路作用，下調(diào)AQP4的表達(dá)等機(jī)制，其改善了血管神經(jīng)單元細(xì)胞的相互作用,實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用。

腦缺血是危害人類健康的常見病、多發(fā)病，其較高發(fā)病率、病死率和致殘率給社會、家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān)和痛苦。研究者發(fā)現(xiàn)腦組織經(jīng)過一定時(shí)間的缺血后再次恢復(fù)血液灌注時(shí)其功能及結(jié)構(gòu)損傷反而會加重，即“腦缺血再灌注損傷”。 目前大量研究表明缺血后處理(Ischemic postconditioning，IPoC)對缺血再灌注損傷后的腦組織具有內(nèi)源性保護(hù)作用，例如國內(nèi)研究者王貝娜等對290 例急性腦梗死患者使用血壓袖帶模擬肢體IPoC操作，結(jié)果顯示肢體缺血后處理能夠改善急性腦梗死患者的神經(jīng)功能。因此，本研究就IPoC的腦保護(hù)作用的機(jī)制和方法做一綜述。

1 IPoC的腦保護(hù)作用機(jī)制

1.1 抑制轉(zhuǎn)錄因子的過度表達(dá)

Tang等發(fā)現(xiàn)鐘樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)表達(dá)于神經(jīng)元，TLR4基因活化后可以直接或間接地導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[1]。核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是最常見的一種炎癥反應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，缺血腦組織中發(fā)現(xiàn)TLR的內(nèi)生型配體，其與TLRs結(jié)合后引起下游信號通路的激活，包括NF-кB可引起促炎細(xì)胞因子和趨化因子的生成，參與缺血/再灌注后的腦組織的炎癥反應(yīng)，免疫熒光表明TLR4 和NF-κB顯著表達(dá)于神經(jīng)元[2]。Qi等人證明實(shí)驗(yàn)大鼠腦組織缺血/再灌注損傷后1 d內(nèi)神經(jīng)組織中TLR4 和 NF-кB的轉(zhuǎn)錄顯著上調(diào)，隨后Qi等人對大腦中動脈短暫閉塞的SD大鼠股骨后動脈進(jìn)行10 min夾閉/10 min開放的3個循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)隔IPoC顯著改善了缺血腦組織的神經(jīng)功能缺陷，而且縮小了梗死體積；進(jìn)一步研究顯示此機(jī)制是通過抑制由大腦中動脈閉塞/再灌注引起的TLR4和NK-κB的過度表達(dá)，進(jìn)而減弱缺血再灌注后的TLR4 和 NF-κB信號通路的過度激活，來實(shí)現(xiàn)其神經(jīng)保護(hù)作用[3]。

HIF-1α(缺氧誘導(dǎo)因子-1α)是與腦缺血相關(guān)的另一個重要的轉(zhuǎn)錄因子。作為多數(shù)基因缺氧條件下的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器，在缺血情況下它不僅參與調(diào)節(jié)血管生成、糖代謝和細(xì)胞生長[4]，還在細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)等過程中起至關(guān)重要的作用[5]。Zong等人通過對IPoC大鼠腦組織進(jìn)行神經(jīng)功能缺損評分、梗死體積及腦水腫程度測算，發(fā)現(xiàn)IPoC發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制是通過抑制HIF-1α的過度表達(dá)，進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的[6]。上述研究證實(shí)了IPoC通過抑制轉(zhuǎn)錄因子過表達(dá)來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，為臨床研究提供了新思路。

1.2 核因子 NF-kB/P65 激活的衰減

大量研究證實(shí)核因子 NF-κB/p65 在腦IPoC中起保護(hù)性作用，而在程序性細(xì)胞死亡如細(xì)胞凋亡和自噬性死亡過程中起破壞性作用，為了探究它在腦IPoC中的保護(hù)機(jī)制，Liang等人對大腦中動脈阻塞大鼠進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)IPoC減弱缺血誘導(dǎo)NF-κB/P65 從細(xì)胞漿到細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而抑制神經(jīng)核中NF-κB/P65的激活來抑制神經(jīng)元凋亡，最終達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用[7]。

1.3 抑制氧化應(yīng)激

越來越多的研究已經(jīng)證實(shí)遠(yuǎn)隔肢體IPoC能夠通過保護(hù)性刺激來減少缺血再灌注損傷和ROS(活性氧簇)的產(chǎn)生。Li等人通過對大腦中動脈閉塞大鼠進(jìn)行5 min再灌注/5 min缺血的反復(fù)3個循環(huán)研究，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)隔肢體IPoC可以通過上調(diào)Nrf2、HO1、NQO1的表達(dá)和SOD的激活，下調(diào)MDA的表達(dá)來激活 Nrf2-ARE通路，進(jìn)而通過減輕氧化應(yīng)激損傷來顯著地促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)，減少梗死體積，減輕腦水腫，保護(hù)腦組織免受缺血再灌注損傷[8]。

1.4 觸發(fā)自我吞噬

自我吞噬是細(xì)胞內(nèi)一個至關(guān)重要的細(xì)胞內(nèi)大分子或受損細(xì)胞器的降解途徑[9]。研究者發(fā)現(xiàn)在缺血性腦損傷過程中自我吞噬可能有助于減輕缺血腦組織的氧化損傷和線粒體損傷[10]。有報(bào)道顯示Bcl-2的磷酸化作用促發(fā)Bcl-2/Beclin1 復(fù)合體(與自我吞噬相關(guān)的分子機(jī)制之一)的解聚[11]。另有研究顯示，通過激活缺血大腦半球的AKT(蛋白激酶)來對大腦中動脈阻塞模型的腦組織起到神經(jīng)保護(hù)作用[12]。已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)AKT依賴的自我吞噬途徑在IPoC中起到神經(jīng)保護(hù)作用[13]。

Qi等人通過對大鼠大腦中動脈閉塞模型股動脈進(jìn)行10 min閉塞/10 min再通的3個循環(huán)，發(fā)現(xiàn)磷酸化的Bcl-2比例在缺血后處理組中顯著上調(diào)，AKT抑制劑通過抑制Bcl-2磷酸化來削弱了IPoC介導(dǎo)的自我吞噬、加重了線粒體損害，通過檢測LC3陽性斑點(diǎn)，來評估不同組的自我吞噬水平，發(fā)現(xiàn)在缺血后處理組LC3II/LC3I (LC3是微管蛋白質(zhì)輕鏈3，經(jīng)過連續(xù)轉(zhuǎn)換機(jī)制形成LC3I和磷脂酰乙醇胺共軛的LC3II，此兩者表達(dá)在自噬小體薄膜上)比例顯著提高，自我吞噬水平明顯上升，最終Qi等人發(fā)現(xiàn)肢體遠(yuǎn)隔IPoC激活自我吞噬機(jī)制，進(jìn)而減輕線粒體損傷，通過AKT激活Bcl-2磷酸化，降解Bcl-2/Beclin1復(fù)合體達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用，而且早期實(shí)施IPoC保護(hù)作用更顯著[14]。

1.5 泛連接蛋白1/P2X7 嘌呤受體復(fù)合物途徑

泛連接蛋白(Pannexins)是新被發(fā)現(xiàn)的表達(dá)在腦組織和外周組織的蛋白質(zhì)，包括泛連接蛋白1、2、3(Panx1、2、3)三個成員，泛連接蛋白寡聚體化后會在細(xì)胞膜表面形成較大的孔道[15]。在所有的泛連接蛋白中Panx1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大量表達(dá)[16]。有報(bào)道顯示P2X7 嘌呤受體、膜結(jié)構(gòu)被拉伸以及細(xì)胞外高鉀可以激活泛連接蛋白1通道[17]。有研究證實(shí)Panx1和P2X7嘌呤受體通道在功能上是互相聯(lián)系的[18]。Mahi等人通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙側(cè)頸動脈閉塞后實(shí)施再灌注會顯著增大腦梗死體積、提高NSS評分、造成嚴(yán)重的記憶及運(yùn)動功能障礙，而且同時(shí)會增加腦組織的乙酰膽堿酯酶、硫代巴比妥酸活性物質(zhì)水平，減少谷胱甘肽水平，而實(shí)施IPoC可以減小腦梗死體積，降低NSS評分，逆轉(zhuǎn)缺血/再灌注引起的記憶和運(yùn)動功能障礙，同時(shí)改變腦組織相關(guān)的生化水平，但是預(yù)先應(yīng)用甲氟喹(Panx1/P2X7嘌呤受體阻滯劑)等。以上談及的IPoC的神經(jīng)保護(hù)作用會極大被削減[19]。

1.6 下調(diào)缺血半影區(qū)的 p38 MAPK-ATF2 通路

越來越多的證據(jù)證實(shí)，IPoC形成的缺血耐受實(shí)現(xiàn)對缺血器官的功能保護(hù)涉及許多潛在的機(jī)制，包括大量信號通路和蛋白激酶[20]。作為促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成員，p38 MAPK可以被環(huán)境應(yīng)激優(yōu)先激活，像紫外線照射、X 射線、熱休克、促炎細(xì)胞因子等這些環(huán)境應(yīng)激可涉及細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡、自我吞噬等多種過程[21]。p38 MAPK活化加強(qiáng)在應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)元死亡過程中起關(guān)鍵作用，對它的抑制明顯減弱腦缺血性損傷，該神經(jīng)保護(hù)作用在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均得到證實(shí)[22]。目前研究表明，大腦中動脈閉塞顯著增加了活化的p38 MAPK，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡，然而IPoC或者給予p38 MAPK 抑制劑可以減少磷酸化的p38，進(jìn)而減弱缺血/再灌注損傷，故選擇性地阻斷p38 通路可減弱神經(jīng)元損傷作用，因此Li HAO等人認(rèn)為肢體IPoC可以抑制大鼠腦缺血/再灌注損傷中的 p38 MAPK 信號[23]。

p38 MAPK 通路對下游信號分子起重要調(diào)控作用，發(fā)揮多種細(xì)胞功能。ATF2是其中的一個下游信號靶點(diǎn)，它參與了MAPK在細(xì)胞凋亡中的復(fù)雜作用。ATF2 高表達(dá)于腦組織[24]，它通過磷酸化反應(yīng)被 p38 激活后[25]ATF2 反轉(zhuǎn)錄地調(diào)控大量基因靶點(diǎn)，這些基因靶點(diǎn)調(diào)控其他細(xì)胞通路。Li HAO等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表達(dá)在缺血半影區(qū)的磷酸化ATF2蛋白可以顯著增強(qiáng)缺血腦組織的缺血/再灌注損傷，IPoC或p38 MAPK抑制劑可以抑制此增強(qiáng)作用[23]。故IPoC的神經(jīng)保護(hù)作用可能與下調(diào)缺血半影區(qū)的p38 MAPK-ATF2 通路有關(guān)，并且這些改變可能對神經(jīng)元的凋亡起抑制作用。

1.7 下調(diào)AQP4在細(xì)胞膜表面的表達(dá)

腦水腫是與缺血再灌注損傷相關(guān)的嚴(yán)重而復(fù)雜的病理過程，水通道蛋白4(aquaporin4，AQP4)在此過程中發(fā)揮了重要作用。AQP4是膜蛋白大家庭中的一員，可以促進(jìn)水的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。AQP4在腦組織中分布十分廣泛，參與腦水腫的形成及水的平衡調(diào)節(jié)，協(xié)助水通過BBB(血腦屏障)。大量研究表明AQP4在腦水腫的發(fā)病機(jī)制中扮演了舉足輕重的角色，缺乏AQP4的大鼠在局灶性腦缺血早期以及全腦缺血時(shí)可以免受腦水腫損害，它的抑制劑可以顯著減少與缺血損傷有關(guān)的腦水腫體積。Han等人證實(shí)IPoC通過抑制AQP4，抑制腦水腫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)功能保護(hù)[26]。另有研究證實(shí)遠(yuǎn)隔IPoC組的AQP4表達(dá)顯著減少，通過下調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞膜表面的AQP4來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)隔IPoC在局灶腦缺血模型中的腦保護(hù)作用。

2 IPoC是腦卒中治療中簡單的、十分有應(yīng)用前景的方法

2.1 按作用時(shí)間分為早期IPoC、延遲IPoC，然而兩者的聯(lián)合效應(yīng)更顯著，通過早期和延遲后處理的聯(lián)合可以減少缺血腦組織的最終梗死體積、穩(wěn)定腦血流、減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，同時(shí)還可以減輕腦水腫，以上效應(yīng)是通過加強(qiáng)缺血腦組織大腦皮層中 ERK1/2和CREB 的磷酸化，進(jìn)而增加腦神經(jīng)營養(yǎng)因子[BDNF，包括ERK1/2(細(xì)胞外信號相關(guān)蛋白激酶1/2)和CREB(cAMP反應(yīng)元件相關(guān)蛋白)]的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的[27]。

2.2 按作用方法分為(1)藥物IPoC：紅藻氨酸后處理、丙泊酚后處理、納洛酮后處理、七氟烷后處理、異氟烷后處理、右旋美托咪啶后處理、鹽酸戊乙奎醚后處理等；(2)物理IPoC：低壓缺氧后處理、延遲缺氧后處理、氧糖剝奪后處理、緩激肽后處理等。

3 展 望

許多神經(jīng)保護(hù)措施的有效性只是暫時(shí)的，帶給我們一種假象，IPoC的腦保護(hù)作用具有相對持久性，與溶栓時(shí)間窗比較，IPoC能夠在相對較長的時(shí)間窗內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)腦保護(hù)。早期有效的溶栓治療已成為公認(rèn)有效的缺血性腦卒中的治療手段，但同時(shí)再灌注損傷以及t-PA所帶來的神經(jīng)損傷是溶栓治療的明顯副作用，而IPoC能明顯降低再灌注所帶來的神經(jīng)損傷，同時(shí)減輕t-PA 在溶栓的同時(shí)所帶來的神經(jīng)毒性作用，所以如果將IPoC應(yīng)用于缺血溶栓治療之后可以彌補(bǔ)溶栓所帶來的神經(jīng)損傷，改善神經(jīng)功能。此外，發(fā)生腦出血后在相對非重要器官比如下肢進(jìn)行IPoC或能夠直接給予某些藥物來實(shí)現(xiàn)IPoC，能夠更好地實(shí)現(xiàn)腦保護(hù)?？傊?，IPoC有較好的臨床應(yīng)用前景，然而關(guān)于IPoC的有效時(shí)間窗、閉塞/開放模式、確切機(jī)制等問題尚需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究以及臨床應(yīng)用。

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(2016-07-02收稿 2016-07-26修回)

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12541313)；國家自然科學(xué)基金(81371324)

150086 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科[陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華(通信作者)]

R743.3

A

1007-0478(2017)02-0150-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.02.020