慢性腦低灌注致認(rèn)知功能障礙的機(jī)制及治療研究進(jìn)展

曾曉莉，冉豐，曾令陽，李紅月，秦文

(1.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443000；2.三峽大學(xué)附屬仁和醫(yī)院內(nèi)科，湖北宜昌443000；3.長陽縣人民醫(yī)院康復(fù)科，湖北宜昌443500)

目前，隨著世界人口老齡化進(jìn)程的逐步加劇，人類腦血管疾病也日漸突出，阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)、血管性癡呆(vascular dementia，VaD)和Binswanger病發(fā)病率居高不下，這些疾病的發(fā)生發(fā)展過程中均有一個(gè)共同的病理過程—慢性腦低灌注，又被稱為慢性腦缺血[1]，它是指腦組織灌注長期低于生理閾值而出現(xiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)損害的一種病理狀態(tài)。它所引起的神經(jīng)功能和認(rèn)知功能障礙具有漸進(jìn)性和持久性的特點(diǎn)，針對慢性腦低灌注這一神經(jīng)系統(tǒng)常見的病理學(xué)改變，我們對其導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙的主要機(jī)制以及治療策略展開討論，現(xiàn)綜述如下：

1 慢性腦低灌注引起認(rèn)知功能障礙的病理生理學(xué)機(jī)制

諸多研究表明，長期腦血流量減少是導(dǎo)致記憶學(xué)習(xí)認(rèn)知功能障礙加劇和癡呆發(fā)展惡化的可能原因，也是神經(jīng)退行性病變的致病因素[1]。

1.1 神經(jīng)元的凋亡海馬是腦缺血后最易受損的部位之一，也最能顯示AD神經(jīng)病理性改變，海馬與空間學(xué)習(xí)和記憶能力高度相關(guān)，海馬CA1區(qū)對缺血及細(xì)胞凋亡十分敏感。研究發(fā)現(xiàn)結(jié)扎大鼠雙側(cè)頸總動(dòng)脈(2VO)術(shù)后3～7 d，海馬CA1區(qū)部分神經(jīng)元死亡，術(shù)后第二周，6%～29%會(huì)出現(xiàn)海馬區(qū)神經(jīng)元損傷，術(shù)后第四周增加到55%，這證實(shí)了慢性腦缺血后會(huì)造成海馬區(qū)的神經(jīng)元受損。缺血后的海馬細(xì)胞凋亡則成為神經(jīng)元脫失的主要表現(xiàn)形式，是血管性認(rèn)知功能障礙的重要致病環(huán)節(jié)。

Toyama等[2]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)在慢性腦低灌注導(dǎo)致的認(rèn)知功能障礙方面具有重要的影響，這可能是氧化應(yīng)激激活A(yù)SK1-p38通路參與認(rèn)知障礙的發(fā)生發(fā)展機(jī)制有關(guān)。在凋亡途徑的發(fā)生過程中，B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)家族蛋白被認(rèn)為是凋亡的調(diào)控“開-關(guān)”[3]。研究表明，Bcl-2家族中促凋亡成員(Bax、Bad、Bak)是通過增加線粒體膜通透性，促進(jìn)凋亡蛋白從線粒體釋放入細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)而誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡；而抗凋亡成員(如Bcl-2、Bcl-XL)則通過抑制Bax的作用來維持線粒體的正常通透性，從而抑制凋亡發(fā)生。實(shí)驗(yàn)研究顯示，缺血后Bcl-2蛋白在海馬缺血區(qū)表達(dá)水平下降，Bax表達(dá)水平升高，提示有凋亡發(fā)生。

1.2 膽堿能代謝異常和受體缺失在基底前腦組織中分布著大量的膽堿能神經(jīng)，它對學(xué)習(xí)記憶等認(rèn)知功能起到了重要作用，慢性腦缺血后，大鼠膽堿能數(shù)量減少以及受體結(jié)合能力下調(diào)。Zhang等[4]研究發(fā)現(xiàn)，AD早期的記憶功能缺陷可能與可溶性Aβ(β-淀粉樣蛋白)引起的氧化損傷增加和膽堿能功能障礙有關(guān)。另外永久性雙側(cè)頸總動(dòng)脈閉塞術(shù)后大腦皮層及海馬區(qū)的腦血流量減少，神經(jīng)元損傷，中樞膽堿能功能障礙和氧化損傷，造成記憶功能受損[5]。Z-蒿本內(nèi)酯可明顯改善大鼠慢性腦灌注不足引起的內(nèi)源性抗氧化防御障礙和膽堿能活性的異常變化，進(jìn)而證明腦缺血損傷后發(fā)生了膽堿能的代謝障礙[6]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)便是目前研究的一種類型，BDNF的作用是維持膽堿能細(xì)胞的生長和上調(diào)乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶(ChAT)的表達(dá)，而2VO術(shù)后GABAB表達(dá)下調(diào)，BDNF、酪氨酸激酶B(TrkB)和神經(jīng)細(xì)胞黏附分子(NCAM)都明顯減少，而使用GABA受體激動(dòng)劑巴氯芬可以提高GABA的表達(dá)，恢復(fù)BDNF的水平[7]。有研究表明在慢性腦低灌注狀態(tài)下，大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的改變與海馬BDNF的表達(dá)呈一致性，內(nèi)源性BDNF的過低表達(dá)可能是導(dǎo)致膽堿能代謝異常的原因之一，從而導(dǎo)致了突觸傳遞的不連續(xù)性和認(rèn)知功能的減退。

1.3 氧化應(yīng)激損傷慢性腦低灌注是長期慢性缺血所致的神經(jīng)元退行性病變的級聯(lián)反應(yīng)，無氧酵解途徑被激活后，活性氧自由基和抗氧化酶的平衡被打亂，導(dǎo)致自由基大量蓄積并超出機(jī)體抗氧化的能力，即產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。腦組織代謝率高，抗氧化能力較弱，又富含脂質(zhì)，易受氧自由基的過氧化，產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物，如丙二醛(MDA)，加重腦組織損害?；钚匝踝杂苫?ROS)特別是OH-自由基的神經(jīng)毒性最大，抑制線粒體呼吸鏈，使細(xì)胞內(nèi)一些ATP依賴泵功能障礙，線粒體功能障礙已被證實(shí)為慢性腦低灌注的原因之一。同時(shí)ROS也可攻擊核苷酸，造成DNA損傷并激活PARS，加劇ATP耗竭，最終導(dǎo)致神經(jīng)元退行性病變或死亡。長期慢性低灌注使缺血區(qū)(海馬、額葉皮質(zhì))長期處于一種漸進(jìn)強(qiáng)化的應(yīng)激狀態(tài)，使認(rèn)知功能在很大程度上受到不可逆的損傷。Farkas等[8]在2VO術(shù)后13周發(fā)現(xiàn)慢性腦缺血組CA1區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞明顯活化和增殖，通過產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子造成腦白質(zhì)損害。

2 慢性低灌注致認(rèn)知功能障礙的干預(yù)及治療機(jī)制

2.1 低劑量阿司匹林對腦白質(zhì)損傷的保護(hù)作用阿司匹林能與環(huán)氧合酶-1(COX-1)共價(jià)結(jié)合，使COX-1的絲氨酸發(fā)生乙?；磻?yīng)而失活，導(dǎo)致血小板內(nèi)血栓素A2(TXA2)和血管內(nèi)膜中前列腺素I2(PGI2)生成減少，多項(xiàng)研究顯示小劑量阿司匹林可抑制血小板聚集，防止血栓形成，使缺血性腦卒中的發(fā)生和復(fù)發(fā)明顯減少[9]。慢性腦缺血后胼胝體部白質(zhì)損傷，髓鞘相關(guān)的一些蛋白如髓鞘堿性蛋白(CNPase)、環(huán)核苷酸磷酸二酯酶(MBP)蛋白表達(dá)相應(yīng)的減少，MBP是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)髓鞘的主要蛋白質(zhì)，維持CNS髓鞘結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定，具有神經(jīng)組織特異性。CNPase在髓磷脂中含量較多，具有神經(jīng)組織特異性，是髓鞘形成的一種重要的相關(guān)蛋白質(zhì)，參與了少突膠質(zhì)細(xì)胞軸突的生成[10]。王靜等[11]實(shí)驗(yàn)研究顯示，缺血后的胼胝體部位MBP和CNPase的表達(dá)顯著降低，低劑量阿司匹林可明顯升高M(jìn)BP和CNPase的表達(dá)并降低髓鞘損傷。阿司匹林可以抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞的損傷，增加神經(jīng)元的成髓鞘化，對慢性缺血誘導(dǎo)的腦白質(zhì)損傷有保護(hù)作用。

2.2 米諾環(huán)素改善慢性腦缺血認(rèn)知障礙β-淀粉樣蛋白(Aβ)是淀粉樣前體蛋白(APP)的一種正常水解產(chǎn)物，有很強(qiáng)的聚集難溶性，易在神經(jīng)細(xì)胞外沉積形成病理性斑塊，這是AD形成血管病理性改變的主要原因。Aβ生成的關(guān)鍵限速酶是APP內(nèi)的β位點(diǎn)剪切酶1(BACEl)，在人和大鼠的大腦中活體性最高，星形膠質(zhì)細(xì)胞也是其來源途徑之一，隨著老年性的長期慢性腦缺血，在氧化應(yīng)激反應(yīng)、膠質(zhì)細(xì)胞的活化及鈣超載的一系列生化反應(yīng)誘導(dǎo)下，Aβ致血管斑塊形成，又進(jìn)一步與這些發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)，引發(fā)神經(jīng)毒性作用，最終形成AD等認(rèn)知功能障礙。米諾環(huán)素作為二代半合成的四環(huán)素類抗生素，不僅用于治療感染性疾病，還可以通過抗炎、保護(hù)血腦屏障、抗細(xì)胞凋亡、清除氧自由基等多重機(jī)制來減輕慢性缺血性腦損傷，延緩AD進(jìn)展，改善認(rèn)知功能減退，發(fā)揮腦保護(hù)作用。根據(jù)免疫組化對2VO大鼠模型試驗(yàn)研究的結(jié)果顯示，缺血后米諾環(huán)素治療組的Aβ和BACE表達(dá)比模型組有明顯下降，行為學(xué)評分也有所提高，這說明慢性腦缺血后氧化應(yīng)激等因素激活海馬區(qū)APP及BACE基因的過表達(dá)，從而使APP從β內(nèi)分泌酶裂解成Aβ增加；另外由于血腦屏障的破壞，導(dǎo)致組織對Aβ的自身清除能力減弱[12]。米諾環(huán)素抑制了BACE生成Aβ的關(guān)鍵限速酶，使Aβ相應(yīng)降低，減少AD中病理性斑塊沉積的級聯(lián)反應(yīng)，以及可以試圖從BACE抑制劑和阻止Aβ老年斑的形成靶點(diǎn)開發(fā)藥物，這可能為改善慢性腦缺血后認(rèn)知功能障礙提供了新的治療途徑。

2.3 巴氯芬改善慢性腦缺血的記憶損傷Li等[13]首次研究發(fā)現(xiàn)慢性腦缺血大鼠空間學(xué)習(xí)和記憶功能明顯下降，海馬CA1區(qū)和皮質(zhì)HCN1 mRNA明顯減少，而且長時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，LTP)減弱，說明超極化激活及環(huán)化核苷酸門控陽離子通道(hyperpolarization-activated，cyclic nucleotide-gated cation channel，HCN)與慢性腦缺血導(dǎo)致的認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)。HCN2通道參與抑制性中間神經(jīng)元的表達(dá)，而PV-IR GABA(γ-氨基丁酸)是一種關(guān)鍵基質(zhì)，并且與調(diào)節(jié)工作記憶相關(guān)的神經(jīng)元發(fā)放和震蕩重要相關(guān)，HCN2在前額皮質(zhì)(PFC)微清蛋白(PV)上密集表達(dá)，可能是在靶向抑制神經(jīng)元，尤其是參與工作記憶過程的PV抑制性神經(jīng)元，而HCN2的下調(diào)可能破壞其抑制作用，致大鼠2VO的PFC空間工作記憶損傷，而γ-氨基丁酸受體激動(dòng)劑巴氯芬可以逆轉(zhuǎn)HCN2的下調(diào)，改善記憶損傷[14]。

2.4 四甲基吡嗪硝酮對血管性癡呆的改善慢性腦低灌注后會(huì)引起一系列細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路的表達(dá)變化，最新研究表明，PI3K/Akt/GSK3β途徑增強(qiáng)了腦卒中和2VO模型的軸突生長，軸突中GSK3β抑制對增強(qiáng)軸索再生具有潛在的治療作用。激活A(yù)kt和隨后磷酸化GSK3β可以增加背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和皮質(zhì)神經(jīng)元中的軸突生長[15]。四甲基吡嗪為我國傳統(tǒng)中藥當(dāng)歸的活性成分之一，可抗血小板聚集，其具有神經(jīng)保和抗氧化功能的衍生物——四甲基吡嗪硝酮(tetramethylpyrazine nitrone，TBN)增強(qiáng)與調(diào)節(jié)PI3K/Akt/GSK3β途徑相關(guān)的p-NFH蛋白表達(dá)，研究表明，TBN保護(hù)海馬神經(jīng)元免受OGD誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并通過PI3K/Akt/GSK3β途徑促進(jìn)軸突向外生長，另外可以改善氧化應(yīng)激，緩解白質(zhì)、皮層和海馬神經(jīng)元損傷，從而改善慢性灌注不足大鼠模型中的認(rèn)知缺陷。TBN已進(jìn)入中國缺血性卒中治療Ⅰ期臨床試驗(yàn)，治療神經(jīng)變性疾病，特別是血管性癡呆的潛在治療劑[16]。

3 不足與展望

對于慢性腦低灌注造成的認(rèn)知功能損傷，目前形態(tài)學(xué)方面研究較多，而從分子水平層面研究則較少，雖然部分細(xì)胞凋亡，組織代謝等學(xué)說從不同側(cè)面解釋了慢性腦缺血的發(fā)生發(fā)展，但我們還未完全明白慢性腦缺血后是如何對機(jī)體造成影響，又如何誘導(dǎo)老年性癡呆疾病的形成，因此可以進(jìn)一步從基因信號通路等方面對于其病理生理機(jī)制做更多的研究。

而對于慢性腦缺血的治療，還不能從根本上去干預(yù)缺血后認(rèn)知功能障礙的發(fā)生及漸進(jìn)性加重過程。目前所有的防治干預(yù)措施研究多停留在實(shí)驗(yàn)探索階段，未應(yīng)用到臨床治療，即使有些藥物可以起到干預(yù)的作用，也只能達(dá)到減輕癥狀與延緩病情的效果，因此如何防止缺血后神經(jīng)組織的持續(xù)損傷，如何降低致死和致殘率等一系列問題還有待更深入的研究。

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