缺血缺氧性腦突觸損傷和修復的研究現(xiàn)狀

黃媛媛 汪萌芽

（皖南醫(yī)學院細胞電生理研究室，安徽 蕪湖 241002）

神經(jīng)元之間、 神經(jīng)元與效應器細胞之間相互接觸并以此傳遞信息的部位叫做突觸， 腦內(nèi)的神經(jīng)突觸與信息傳遞和學習記憶的形成密切相關。 缺血缺氧性腦損傷（hypoxic-ischemic brain damage,HIBD）的致殘率和病死率都很高， 存活者大部分都遺留神經(jīng)系統(tǒng)功能的障礙。 大多數(shù)研究學者[1]認為，HIBD 是多因素共同作用的結果，缺血缺氧極易出現(xiàn)酸中毒，能量不足，大量乳酸堆積和氧化應激進一步加重酸中毒和神經(jīng)毒性損傷； 由于腦供血不足引起興奮性的氨基酸大量釋放導致細胞內(nèi)外的Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡，Ca2+超載[2]進一步加重神經(jīng)元細胞的損傷。 還有氧化應激， 氮化應激， 細胞內(nèi)鈉、鉀、鈣、氯等離子的失衡等多方面的原因。 為了進一步了解HIBD 對突觸的損傷及相關藥物突觸修復的作用，現(xiàn)將HIBD 對突觸損傷的研究進展綜述如下。

1 突觸的損傷

（1）跨突觸變性(trans-synaptic degeneration, TSD)是指神經(jīng)元損傷后出現(xiàn)壞死和損傷的范圍跨過突觸，進一步引起相鄰神經(jīng)元軸突及胞體發(fā)生繼發(fā)性變性和壞死的現(xiàn)象[3]。 TSD 更多的發(fā)生在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞變性[4]，在腦干和小腦上也有研究[5]，大腦半球的神經(jīng)纖維損傷后可出現(xiàn)黒質(zhì)、 丘腦等部位跨突觸神經(jīng)元的損傷。 腦卒中TSD[6]可影響下一級神經(jīng)元損傷，病理研究顯示脊髓前角運動神經(jīng)元不僅凋亡的信號上調(diào)， 而且數(shù)目也逐漸減少。

（2） 突觸蛋白及中樞神經(jīng)軸突生長相關誘導因子的損傷急性卒中需要在有效時間窗內(nèi)進行溶栓治療，否則就可能會出現(xiàn)腦缺血再灌注損傷[7]，并進一步加重神經(jīng)細胞的級聯(lián)反應， 引起神經(jīng)細胞的凋亡或壞死。長時間的缺血可導致突觸蛋白的表達下降[8]。突觸素（synaptophysin, SYP），突觸囊泡蛋白的一種，可直接影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和囊泡的轉運，避免神經(jīng)損傷[9]。在腦缺血再灌注的大鼠模型上應用RT-q PCR 技術可檢測到SYP 的表達下調(diào)[10]， 紅景天苷可改善這種情況， 并抵抗缺血帶來的突觸損傷， 而進一步促進突觸再生。 中樞神經(jīng)軸突生長相關誘導因子主要有細胞外基質(zhì)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、 細 胞 粘 附 分 子 (cell adhesion molecules，CAMs)、免疫球蛋白超家族等，在神經(jīng)再生的誘導神經(jīng)突起靶方向生長中起決定性作用。 在缺血性腦損傷中， 基質(zhì)金屬蛋白酶可引起大腦的水腫， 加重血腦屏障受損，細胞外基質(zhì)的主要成分糖蛋白、膠原、脂蛋白等均作為基質(zhì)金屬蛋白酶反應的底物， 細胞外基質(zhì)的消耗進一步加重血腦屏障的損傷[11]。 BDNF 也能改善腦水腫， 其機制可能是促進正五聚蛋白3 的生成進而維持血腦屏障的完整性。 細胞黏附分子家族是阻止非特定神經(jīng)元突觸進去靶定區(qū)域， 指導軸突的生長方向。 CAMs 參與了成人大腦突觸可塑性和神經(jīng)元存活，神經(jīng)質(zhì)體65 (neuroin 65, Np65)是CAMs 免疫球蛋白超家族的一員，具有腦特異性，在Np65 敲除腦缺血模型小鼠的實驗中，與野生型(WT)小鼠相比，神經(jīng)功能缺損更嚴重，Np65 KO 小鼠卒中后磷酸化細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2 水平顯著升高，表明Np65 KO 小鼠可能更容易受到腦缺血事件的影響[12]。

（3）突觸超微結構的損傷 有研究顯示[13-14]，HIBD由于缺血缺氧對突觸的超微結構造成損傷， 通過電鏡觀察海馬CA3 區(qū)錐體神經(jīng)元的超微結構，顯示腦損傷后的神經(jīng)元突觸間隙增寬、 突觸囊泡減少、 突觸后致密區(qū)變得稀薄等， 高壓氧治療可以改善突觸超微結構的損傷， 不同時間窗的高壓氧治療效果不盡相同，學者研究得出在發(fā)病后的起初6h 內(nèi)使用高壓氧治療效果最佳，可極大程度地保護了突觸免受損傷。

2 突觸的修復

（1） 突觸蛋白及中樞神經(jīng)軸突生長相關誘導因子的修復 目前，突觸相關蛋白及BDNF 等已被證實與突觸的再生和重塑密切相關， 更對腦卒中后神經(jīng)功能的修復起到一定的促進作用。 趙景[15]等人在腦缺血性模型鼠上采用黃芩素長期干預治療后， 發(fā)現(xiàn)黃芩素可以明顯提高小鼠運動協(xié)調(diào)功能， 也可以調(diào)節(jié)腦缺血后軸突膜蛋白如GAP43、BDNF、突觸相關蛋白PSD95 及SYP等的表達，從而可能參與調(diào)節(jié)突觸可塑性和軸突生長,提高大腦可塑性。 另外加減薯蕷丸 （modified dioscorea pills，MDP）是由《金匱要略》的薯蕷丸演化而來，具有補腎填精、益氣通絡、健脾調(diào)肝之效。 臨床研究對非癡呆型血管性認知功能障礙及中風后失語等疾病療效顯著[16-17]。 有研究證明MDP 可以促進血管性癡呆（vascular dementia，VD） 大鼠海馬區(qū)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的mRNA 表達[18]， 另外，SYP 作為突觸結構的標志物，也是可以防止神經(jīng)損傷[19]。 突觸蛋白MAP-2 在神經(jīng)元胞體、樹突、樹突棘和突觸后致密區(qū)均有表達，也參與了突觸可塑性， 并對樹突棘功能和形態(tài)有很好的促進作用[20]。 PSD-95 是一種突觸后蛋白，表達增多也會促進突觸興奮性增強[21]。 李在望等人通過對VD 模型鼠使用濃縮湯劑進行灌胃， 結果顯示MDP 增強了SYP、PSD-95、MAP-2 等相關突觸蛋白的表達，進一步表明MDP 能明顯改善 VD 大鼠的學習記憶能力。

2.1 突觸超微結構的修復

（1）藥物的修復丹參注射液是以丹參、降香等有效成分制成的中藥注射劑。 許多的臨床實驗發(fā)現(xiàn)其在改善血液微循環(huán)、 抑制血小板聚集、 抗凝、 防治血管痙攣、 擴張血管等方面具有較好的療效， 現(xiàn)已被廣泛應用于心血管疾病的治療[22]。 丹參亦可以改善腦損傷神經(jīng)元的突觸的重建。 王怡珍[23]對缺血缺氧性腦損傷模型大鼠運用了丹參注射液， 用免疫染色和形態(tài)學等方法檢測表明受損神經(jīng)元細胞器有恢復痕跡， 可見突觸小泡數(shù)量增多和突觸結構的形態(tài)接近正常。 五味子(fragaria nilgerrensis schlecht, FNS)， 對糖尿病小鼠有神經(jīng)保護作用[24]，急性糖尿病研究顯示，經(jīng)FNS 干預4周后，在Morris 水迷宮實驗中，F(xiàn)NS 增強了野外任務中的運動活動， 顯著地防止了空間學習缺陷， 并且改善海馬突觸超微結構， 提示FNS 具有明顯的抗糖尿病和神經(jīng)保護作用， 機制可能與提高糖尿病小鼠的抗氧化活性有關。 除此之外MDP 保護相關突觸蛋白的同時，也改善了突觸超微結構[19]。

（2） 針刺的修復 針刺對腦疾病的治療有積極的作用，在治療阿爾茨海默病、血管性癡呆、腦缺血、骨癌疼痛、 孤獨癥都有不錯的研究進展。 有學者研究發(fā)現(xiàn)[25]，通過調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)網(wǎng)絡，不僅調(diào)節(jié)突觸可塑性，如上調(diào)海馬突觸比例， 增加突觸界面曲率、 突觸面密度、 單個突觸的面積及減少突觸裂谷， 還通過調(diào)節(jié)谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸受體（NMDA）受體、和α-氨基-3-羧基-5-甲基異惡唑-4-丙酸（AMPA）受體和生長相關蛋白(GAP-43)的表達，增加海馬突觸后電位斜率、群發(fā)電位峰值和峰面積，引起長時程增強。 在針刺的基礎上， 電刺激對抑制細胞的凋亡、 神經(jīng)干細胞再生的誘導和促進神經(jīng)細胞功能的重建有著一定的作用。 電刺激腦中風模型的小鼠肝俞、腎俞穴這兩處，對神經(jīng)功能的修復和突觸的再生和重塑有明顯的反應，也可以促進軸突生長、 再生和增強樹突棘偽足的運動能力等方面發(fā)揮重要作用[26]。 更有研究[27]使用不同頻率的電針治療， 明顯改善了學習記憶能力， 尤其是高頻電針，是最有效的改變淀粉樣β1-42(Aβ1-42)所致的學習記憶障礙， 對突觸超微結構損傷具有保護作用，其機制是抑制海馬糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)活性。

2.2 沉默信息調(diào)整器1

沉默信息調(diào)整器1 (SIRT 1)[28]是一個哺乳動物的同源煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依賴的去乙?；竤irtuin 家族。動物模型中的遺傳和生理分析顯示，SIRT 1 在發(fā)育和成年期間對大腦起著有益的作用。 體內(nèi)和體外研究表明，SIRT 1 調(diào)節(jié)神經(jīng)祖細胞的命運、 軸突伸長、樹突分支、突觸可塑性和內(nèi)分泌功能。 SIRT 1 除了在生理過程中發(fā)揮重要作用外， 還參與保護神經(jīng)元免受損傷性腦損傷和阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型的損傷。

3 展望

對突觸再生的研究近年來已逐步成為研究熱點，就目前的醫(yī)療水平來看， 對于腦突觸的損傷的恢復性治療還很難達到很好的療效。 治療突觸損傷的主要方法， 有改善突觸超微結構的損傷、 增加調(diào)節(jié)生長相關蛋白的表達以及針灸促進突觸再生。 有關針灸對突觸再生的研究需要注意的是針刺對刺激量、 手法、 針刺治療持續(xù)時間有較高的要求， 以及針刺干預對神經(jīng)損傷和損傷神經(jīng)修復過程中內(nèi)源性保護作用。 這值得進一步深入研究。 同時，SIRT 1 是一種組蛋白去乙?；?， 可以調(diào)節(jié)多種細胞的功能， 在神經(jīng)突觸再生研究又是一大新的進展。 這些治療的基礎上對于突觸再生后的功能研究及學習記憶方面的影響都需要進一步的探究。