鐵氧化應(yīng)激與腦血管病的研究進展

王麗嬌，范鷹

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院老年病科，哈爾濱 150001)

氧化應(yīng)激是指機體受各種內(nèi)外環(huán)境有害刺激時，機體或細(xì)胞內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生與清除失衡，細(xì)胞內(nèi)活性氧生成速度大于清除速度，致使活性氧在體內(nèi)大量蓄積，從而打破了氧化與抗氧化平衡，對核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)產(chǎn)生損傷，破壞了細(xì)胞的正常功能。鐵作為人體必需的一種微量元素，可作為催化劑參與機體活性氧的產(chǎn)生，使機體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，并參與癌癥、炎癥、動脈硬化等多種疾病的發(fā)生[1]。

1 鐵氧化應(yīng)激

鐵主要通過胃腸道吸收，并在十二指腸上皮細(xì)胞中以3種形式存在，即游離二價鐵、三價鐵及血紅素鐵。三價鐵首先由十二指腸細(xì)胞色素b還原為二價鐵，然后通過二價金屬轉(zhuǎn)運體-1轉(zhuǎn)運至腸細(xì)胞的頂膜。血紅素鐵通過血紅素載體蛋白1被吸收，隨后被血紅素氧合酶1降解以釋放出鐵。所吸收的鐵構(gòu)成腸細(xì)胞的不穩(wěn)定鐵池，既可以儲存在鐵蛋白中，也可以借助鐵轉(zhuǎn)運蛋白穿過基底外側(cè)膜運輸，通過銅藍(lán)蛋白將二價鐵氧化成三價鐵。三價鐵最終與血漿轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合，在血漿轉(zhuǎn)鐵蛋白與轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1復(fù)合物結(jié)合后，傳遞到不同的組織[2]。當(dāng)體內(nèi)鐵超載時，過多的鐵一部分可生成鐵蛋白(重鏈鐵蛋白和輕鏈鐵蛋白)，另一部分可通過Fenton反應(yīng)產(chǎn)生大量的活性氧(超氧陰離子、羥自由基及過氧化氫)，其中羥自由基的活性最強，可使機體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，并可能參與動脈硬化[3]、脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)破壞及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生和進展。研究發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化斑塊中氧化還原型鐵的出現(xiàn)及斑塊中重鏈鐵蛋白和輕鏈鐵蛋白的高水平表達(dá)間接證明了動脈硬化與鐵超載有關(guān)[4]。同時研究表明，糖尿病患者的鐵蛋白水平存在明顯升高現(xiàn)象[5]，而在慢性并發(fā)癥(心臟血管、腦血管、腎臟血管及視網(wǎng)膜血管病變等)患者中升高的現(xiàn)象最為明顯[4]，證實鐵超載時對血管性疾病有一定危害。

2 顱腦鐵代謝

正常情況下，鐵進入顱腦是通過循環(huán)中的轉(zhuǎn)鐵蛋白與位于腦內(nèi)皮細(xì)胞頂膜的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1結(jié)合后以細(xì)胞溶膠或受體介導(dǎo)的內(nèi)吞模型進入大腦。靠近腦內(nèi)皮細(xì)胞頂膜的星形膠質(zhì)細(xì)胞可釋放低分子化合物，如抗壞血酸鹽、檸檬酸等，結(jié)合從腦內(nèi)皮細(xì)胞頂膜釋放出來的鐵，增加大腦的非轉(zhuǎn)鐵結(jié)合鐵池。顱內(nèi)的鐵既可以儲存在鐵蛋白中，也可以通過膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白1和循環(huán)中的銅藍(lán)蛋白從星形膠質(zhì)細(xì)胞中輸出。但鐵從顱內(nèi)輸出過程中需要淀粉樣前體蛋白對膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白1的穩(wěn)固，并通過微管相關(guān)蛋白轉(zhuǎn)運到細(xì)胞膜上。在核內(nèi)酸化時，三價鐵從轉(zhuǎn)鐵蛋白或鐵蛋白中釋放出來，被還原成二價鐵，通過二價金屬轉(zhuǎn)運體-1進入神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)中，而適量的鐵可參與髓鞘的合成及神經(jīng)傳遞過程[6]。銅藍(lán)蛋白缺乏癥患者鐵輸出減少，導(dǎo)致顱腦內(nèi)鐵增多，過多的鐵產(chǎn)生自由基，使氧化應(yīng)激標(biāo)志物升高，說明鐵超載時顱腦內(nèi)存在氧化應(yīng)激。鐵超載時產(chǎn)生的大量自由基，可增加活性氧的濃度和脂質(zhì)過氧化，從而引起血-腦屏障破壞、動脈硬化和神經(jīng)元死亡[7]。當(dāng)組織存在缺血、出血等血管損傷時，可進一步加重缺血/再灌注損傷[8]。

3 鐵氧化應(yīng)激和腦血管病

3.1 鐵氧化應(yīng)激和腦梗死

高素玲等[9]發(fā)現(xiàn)血清鐵蛋白水平升高是缺血性腦卒中進展的重要危險因素。Dávalos等[10]研究了100 例發(fā)病在24 h內(nèi)的急性腦梗死患者，發(fā)現(xiàn)此類患者血清鐵蛋白及腦脊液鐵蛋白濃度均明顯增高，提示早期血清鐵蛋白升高與腦梗死進展明顯相關(guān)，血清鐵蛋白>275 g/L是腦卒中進展的危險因素。有文獻(xiàn)報道，大腦內(nèi)皮細(xì)胞中鐵含量的增加會導(dǎo)致腦卒中患者病情進展和預(yù)后惡化，同時在某些類型(腦出血、腦梗死)的卒中發(fā)生后，使用螯合劑去除多余的鐵元素可對機體產(chǎn)生治療效應(yīng)[11]。國外一項動物實驗顯示，鐵超載與小鼠腦梗死體積增加呈正相關(guān)，血清鐵蛋白在鐵超載組小鼠中明顯高于對照組，表明鐵超載可能加速受損腦組織死亡[12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注增加了鐵調(diào)素和白細(xì)胞介素-6的表達(dá)，鐵調(diào)素誘導(dǎo)膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白1內(nèi)化降解，減少鐵的流出，從而導(dǎo)致鐵的積累；其次，缺血再灌注可上調(diào)重組人缺氧誘導(dǎo)因子-1α水平，進而上調(diào)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1表達(dá)，最終加速缺血組織中鐵的積累[13]。

3.2 鐵氧化應(yīng)激和腦出血

臨床研究發(fā)現(xiàn)，腦出血患者72 h內(nèi)的腦血腫體積與高血清鐵蛋白有顯著相關(guān)性[14]。Yang等[15]在100例腦出血患者和75 例對照組中亦測得預(yù)后較差的患者血清鐵蛋白明顯升高，血清鐵蛋白與第1天和第3天的相對水腫量(或比值)及第1 天的血腫量顯著正相關(guān)。動物實驗研究表明，與健康組比較，腦出血小鼠模型在14 d和1 個月后腦血腫周圍鐵沉積顯著增多[16]。腦出血后，腦內(nèi)的鐵超負(fù)荷產(chǎn)生大量的活性氧，導(dǎo)致神經(jīng)毒性，此時丙二醛的水平在腦出血后亦出現(xiàn)升高，這與神經(jīng)細(xì)胞凋亡相關(guān)，表明鐵氧化應(yīng)激參與了腦出血誘導(dǎo)的腦損傷。

二價鐵螯合劑能夠結(jié)合鐵，改善腦出血后的神經(jīng)系統(tǒng)，減輕腦水腫。鐵超載引起的活性氧生成增加在腦出血后繼發(fā)性腦損傷中起關(guān)鍵作用，應(yīng)用鐵螯合劑后減少血腫面積，減輕腦損傷[17]。動物研究表明，大鼠腦出血模型1～28 d內(nèi)顱周血腫中鐵離子濃度均明顯高于對照組，但給予鐵螯合劑后，鐵離子的濃度明顯減少，同時小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的神經(jīng)毒性因子如腫瘤壞死因子的數(shù)量亦明顯減少，血腫周圍組織神經(jīng)元的丟失顯著減少，神經(jīng)系統(tǒng)的缺陷分?jǐn)?shù)顯著降低。分析認(rèn)為腦出血后血腫的紅細(xì)胞開始溶解，釋放大量的血紅蛋白，鐵從血紅蛋白中降解，進而鐵在血腫及周圍腦組織中不斷聚集，導(dǎo)致鐵超載，異常升高的鐵離子可以作用于神經(jīng)小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元，誘導(dǎo)脂質(zhì)氧化和自由基形成，進一步引起局部神經(jīng)元的氧化損傷，在應(yīng)用鐵螯合劑后通過清除血腫周圍腦組織的鐵離子，抑制了小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化，減少了腦出血的神經(jīng)元死亡，從而改善了繼發(fā)性神經(jīng)功能障礙[18]。此外，腦出血后應(yīng)用二價鐵螯合劑能夠使二價金屬轉(zhuǎn)運體-1下調(diào)、膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白1表達(dá)增加，減少顱內(nèi)鐵攝入，增加鐵輸出，從而減輕顱內(nèi)鐵超載，減輕腦水腫和活性氧的產(chǎn)生，改善神經(jīng)系統(tǒng)[19]。

3.3 鐵氧化應(yīng)激和腦白質(zhì)疏松

腦白質(zhì)疏松(leukoaraiosis)由Hachinski等在1986 年首次提出，指腦室周圍及皮質(zhì)下(半卵圓中心)在CT上的低密度帶或磁共振成像 T2加權(quán)像上的高信號區(qū)，病變呈彌漫的斑點或斑片狀，邊緣模糊不清，也被稱為白質(zhì)高信號(white matter hyperintensities，WMH)、白質(zhì)腦病或白質(zhì)疾病等。腦白質(zhì)疏松與腔隙性腦梗死、腦微出血共同組成腦小血管病，其患病率是腦卒中的5倍，臨床癥狀通常隱匿，如認(rèn)知障礙、損傷、癡呆和抑郁，同時使卒中的風(fēng)險增加3倍，癡呆的風(fēng)險增加2倍，并且死亡風(fēng)險也隨之增加[20]。腦白質(zhì)疏松的高危因素包括年齡、高血壓、高鹽飲食、吸煙、顱外血管狹窄、高同型半胱氨酸、血小板平均體積、血脂異常、頸動脈內(nèi)膜中層厚度增加(即頸動脈粥樣硬化)等[21-23]。腦白質(zhì)疏松可見于正常老年人，但其發(fā)病機制尚不明確。大量研究認(rèn)為內(nèi)皮功能障礙、氧化應(yīng)激、血-腦屏障損傷、炎性反應(yīng)、低灌注、β淀粉樣蛋白沉積以及遺傳因素等參與腦白質(zhì)疏松的發(fā)病[24]。鐵氧化應(yīng)激參與動脈粥樣硬化[3]和血-腦屏障損傷[8]，故也可能參與腦白質(zhì)疏松的發(fā)病。而腦白質(zhì)疏松是否存在鐵沉積、鐵超載是腦白質(zhì)疏松的結(jié)果還是原因，需進一步研究并探討相關(guān)機制。

超敏核磁共振成像技術(shù)測量顱腦鐵含量發(fā)現(xiàn)，大腦白質(zhì)中的鐵沉積增加[25]。有研究認(rèn)為，鐵沉積可能是一種小血管疾病的指標(biāo)，會導(dǎo)致白質(zhì)損傷，進而影響認(rèn)知功能，分析可能原因為腦白質(zhì)疏松患者因脫髓鞘改變，導(dǎo)致腦組織對鐵的需求減少，使顱內(nèi)處于相對鐵沉積狀態(tài)[26]。鐵染色病理研究顯示，與正常對照組比較，腦白質(zhì)疏松組織彌漫性鐵染色增加，推測鐵的增多促進了自由基的產(chǎn)生，這可能是腦白質(zhì)疏松發(fā)展的一個潛在因素[27]。分析其機制可能為：腦白質(zhì)疏松組織中沉積的鐵可能來源于髓磷脂或少突膠質(zhì)細(xì)胞碎片及巨噬細(xì)胞中的濃縮鐵，同時腦白質(zhì)疏松慢性缺血狀態(tài)可能導(dǎo)致自由基的積累和酸中毒，這均有利于鐵的沉積。此外，鐵的大量沉積是一種強大的趨化刺激，會吸引大量儲存鐵的巨噬細(xì)胞，通過觸發(fā)免疫級聯(lián)，增加活性氧生成，引起氧化應(yīng)激，加速髓磷脂的破壞，從而破壞大腦白質(zhì)區(qū)域的髓鞘。然而近來有研究者分析核磁共振成像R2*(有效橫向弛豫率，用來反映該處的鐵含量)檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)重度腦白質(zhì)疏松患者蒼白球中的R2*較低，腦白質(zhì)疏松體積與R2*水平?jīng)]有相關(guān)性，因此提出腦白質(zhì)疏松疾病本身導(dǎo)致了脫髓鞘改變而蒼白球中鐵沉積并沒有增加的觀點，推測在缺血性小血管疾病發(fā)病機制中沒有鐵積累的作用[28]。筆者分析出現(xiàn)上述文獻(xiàn)結(jié)論不一致的原因可能有以下幾方面：(1)納入標(biāo)準(zhǔn)不一致；(2)顱內(nèi)測量鐵沉積方法之間存在一定差異；(3)可能與患者病情程度有一定關(guān)系，即輕中度腦白質(zhì)疏松患者表現(xiàn)為鐵沉積，當(dāng)患者處于重度腦白質(zhì)疏松時，體內(nèi)處于鐵耗竭狀態(tài)?？傊写诰C合更多研究進行證實。

4 小結(jié)與展望

腦大血管疾病中鐵氧化應(yīng)激的本質(zhì)是鐵超載，而在腦白質(zhì)疏松時鐵沉積的意義尚需進一步探討。臨床上存在腦血管疾病風(fēng)險者可檢測血清鐵蛋白，指導(dǎo)鐵蛋白升高者應(yīng)用鐵螯合劑，減輕鐵超載，同時發(fā)揮其抗凋亡、抗氧化應(yīng)激、抗吞噬、抗炎作用，預(yù)防及治療腦血管疾病。