外源性二磷酸果糖在腦組織損傷中的保護(hù)作用

喬瑞峰,汪明慧,解旭東

(1.陸軍總醫(yī)院衛(wèi)生干部訓(xùn)練中心，北京 102300; 2.北京衛(wèi)戍區(qū)西城第一離職干部休養(yǎng)所門診部，北京 100055; 3.解放軍第二五二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，河北 保定 071000)

糖是絕大部分細(xì)胞能量的主要來(lái)源，其通過(guò)有氧和(或)無(wú)氧酵解生成ATP，為細(xì)胞活動(dòng)提供最基本的能量[1]。1,6-二磷酸果糖( fructose-1,6-diphosphate，F(xiàn)DP)是細(xì)胞內(nèi)糖酵解過(guò)程中產(chǎn)生的重要的中間代謝產(chǎn)物，是高效的糖分解媒介，具有促進(jìn)糖酵解、提高糖酵解效率，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)K+、Ca2+等離子流動(dòng)，維護(hù)細(xì)胞膜和溶酶體膜穩(wěn)定性等作用[2-3]。FDP作用廣泛，在多種細(xì)胞和組織如腦、腎、腸、肝、心臟等中能抵御損傷因素，發(fā)揮保護(hù)作用，還可降低敗血癥患者的病死率[4]。早在20世紀(jì)80年代就有研究證實(shí)，外源性FDP可通過(guò)血腦屏障被腦組織利用，并對(duì)腦組織功能有保護(hù)作用[5]。自此，學(xué)術(shù)界開始從不同角度、不同個(gè)體對(duì)外源性FDP進(jìn)行研究，結(jié)果證實(shí)，外源性FDP在缺血、缺氧導(dǎo)致的腦損傷、一氧化碳中毒后腦損傷、高熱驚厥、癲癇發(fā)作等過(guò)程中均發(fā)揮了確實(shí)有效的腦保護(hù)作用[6-7]。同時(shí)臨床研究還發(fā)現(xiàn)，在用藥過(guò)程中外源性FDP具有較低的毒性作用和配伍禁忌，可采用口服或靜脈給藥，適用人群范圍較廣[8]，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)就FDP在腦組織損傷中的保護(hù)作用進(jìn)行綜述。

1 缺血、缺氧后腦損傷機(jī)制

腦組織是人體代謝最為活躍的器官，正常情況下，腦組織的耗氧量占人體總耗氧量的1/4，且腦組織幾乎無(wú)能量?jī)?chǔ)備，因而腦細(xì)胞對(duì)缺血、缺氧的耐受性極低。缺血、缺氧30 s，腦細(xì)胞的代謝就發(fā)生改變，1 min后神經(jīng)元活動(dòng)停止，5 min后腦組織出現(xiàn)壞死[9]。缺血、缺氧導(dǎo)致腦損傷的機(jī)制主要有以下幾種。

1.2細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載 正常情況下，神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴于突觸介導(dǎo)的受體活化和釋放神經(jīng)遞質(zhì)的突觸后膜細(xì)胞內(nèi)離子的可調(diào)控性。離子的跨膜運(yùn)動(dòng)受能量依賴性N+，K+-ATP酶的精密調(diào)控。腦細(xì)胞發(fā)生缺血、缺氧損傷后，細(xì)胞膜的功能出現(xiàn)一過(guò)性受損，細(xì)胞內(nèi)離子的水平和突觸遞質(zhì)分布異常，導(dǎo)致細(xì)胞膜的電勢(shì)發(fā)生變化，Ca2+大量?jī)?nèi)流，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。Ca2+超載激活線粒體的Ca2+攝入，引起線粒體功能障礙，促進(jìn)氧自由基生成，激活Ca2+依賴性降解酶，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和代謝功能障礙[12]。在腦細(xì)胞受損的動(dòng)物模型中，采用同位素標(biāo)記Ca2+(45Ca2+)，在細(xì)胞損傷后6 h可檢測(cè)到細(xì)胞內(nèi)45Ca2+的水平升高，4～7 d后45Ca2+的水平恢復(fù)正常[13]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載被認(rèn)為是一系列級(jí)聯(lián)事件如糖代謝異常、線粒體功能受損、氧自由基生成增加等的重要誘發(fā)因素。此外，Ca2+超載也與腦損傷后的認(rèn)知障礙有關(guān)[13]。

1.3炎癥反應(yīng)加重 炎癥反應(yīng)貫穿于缺血、缺氧導(dǎo)致腦損傷的全過(guò)程，在損傷急性期及慢性恢復(fù)過(guò)程中，損傷區(qū)及損傷周圍邊緣帶均檢測(cè)出顯著高表達(dá)的炎性細(xì)胞[14]。在缺血性卒中死亡者的腦組織病理切片中發(fā)現(xiàn)了炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[15-17]。在腦缺血、缺氧發(fā)生的24 h內(nèi)，腦細(xì)胞受損或死亡觸發(fā)了炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致了繼發(fā)性二次損傷。腦組織固有炎性細(xì)胞——小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞被激活，從而生成更多的促炎性細(xì)胞因子，使黏附分子聚集在腦血管內(nèi)；趨化因子促使炎性細(xì)胞進(jìn)入損傷區(qū)及周圍邊緣帶；血管內(nèi)皮上附著的黏附分子吸附了更多的白細(xì)胞，造成微循環(huán)堵塞，同時(shí)血管通透性增加，促使炎性細(xì)胞外滲至腦實(shí)質(zhì)[18]。激活的炎性細(xì)胞合成多種細(xì)胞毒性因子，如促炎性細(xì)胞因子、基質(zhì)金屬蛋白酶、一氧化氮、氧自由基等，破壞了血腦屏障及細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致了腦實(shí)質(zhì)的二次損傷。

1.4高能磷酸化合物(high-energy phosphate，HEP)缺乏 機(jī)體內(nèi)存在一些含有磷酸基團(tuán)的化合物，如ATP、磷酸肌酸、3-磷酸甘油酸、氨甲酰磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸等，磷酸基團(tuán)水解時(shí)可釋放出較多的自由能，因此被稱為HEP。磷酸肌酸的作用類似于HEP的蓄水池，在肌酸激酶的作用下，ATP轉(zhuǎn)化為磷酸肌酸，當(dāng)能量需求增加時(shí)，磷酸肌酸再轉(zhuǎn)化為ATP，直接參與能量代謝。腦組織發(fā)生缺血、缺氧時(shí)，導(dǎo)致氧化磷酸化脫偶聯(lián)和HEP缺乏，同時(shí)因自由基生成過(guò)多造成線粒體損傷。氧化磷酸化脫偶聯(lián)導(dǎo)致ATP生成減少，腺苷、肌苷、次黃嘌呤等也相應(yīng)減少，使得HEP底物減少，這又進(jìn)一步加重了ATP的減少[19]。參與細(xì)胞能量代謝的物質(zhì)減少，勢(shì)必影響細(xì)胞的能量供給，導(dǎo)致細(xì)胞受損或死亡，從而造成腦組織損傷。

2 外源性FDP腦保護(hù)作用的機(jī)制

外源性FDP的腦保護(hù)作用與改善無(wú)氧糖酵解效率、穩(wěn)定細(xì)胞膜、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平密切相關(guān)[20-21]。此外，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也參與了外源性FDP腦保護(hù)作用中Ca2+水平的調(diào)節(jié)過(guò)程，但這方面的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究[22]。外源性FDP在多種腦損傷模型中均表現(xiàn)出腦保護(hù)作用[23-24]。早期研究顯示，外源性FDP可抑制興奮性神經(jīng)毒素導(dǎo)致的神經(jīng)元壞死，且這種保護(hù)作用呈劑量依賴性，其可能是通過(guò)p38絲裂原激活蛋白激酶/胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路減少自由基的生成而發(fā)揮作用，但具體的機(jī)制尚不清楚[25]。對(duì)炎癥引起的腦細(xì)胞損傷的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DP參與了黏附分子在腦內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)，這與FDP調(diào)控的脂肪多聚糖誘導(dǎo)的黏附分子和白細(xì)胞在腦內(nèi)皮細(xì)胞中的表達(dá)以及對(duì)核因子κB活性的抑制有關(guān)，髓樣分化因子88和β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也參與了炎癥引起的腦細(xì)胞損傷過(guò)程[6]。在豬獲得性腦缺血模型中，靜脈注射外源性FDP后，腦組織中乳酸/丙酮酸的比例下降，腦組織中丙酮酸的水平升高；缺血后8 h，乳酸水平開始下降[26]。提示外源性FDP通過(guò)參與腦細(xì)胞代謝改善腦缺氧。用外源性FDP孵育缺血的突觸體發(fā)現(xiàn)，外源性FDP可降低細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+的水平，降低一氧化氮的水平[12]。

3 外源性FDP腦的保護(hù)作用

3.1腦缺血 外源性FDP對(duì)缺血、缺氧的腦組織有保護(hù)作用，可降低腦損傷的程度和死亡率。人為阻斷大鼠大腦中動(dòng)脈后給予外源性FDP顯示出較好的腦保護(hù)作用[27]。對(duì)低溫造成的豬腦損傷模型的研究顯示，外源性FDP注射組7 d存活率為83.3%(10/12)，而氯化鈉注射組為41.7%(5/12)；與氯化鈉注射組相比，外源性FDP注射組行為障礙較輕，靜脈血中肌酸激酶同工酶的水平及顱內(nèi)壓明顯低于氯化鈉注射組，而腦組織中葡萄糖和丙酮酸的水平顯著高于氯化鈉注射組[28]。我國(guó)早在2001年就對(duì)外源性FDP治療急性腦梗死的有效性和安全性進(jìn)行了多中心、隨機(jī)雙盲臨床試驗(yàn)，入選對(duì)象為發(fā)病72 h內(nèi)的急性腦梗死患者，給予患者外源性FDP治療21 d。該研究認(rèn)為，外源性FDP是治療急性腦梗死安全有效的藥物，且患者的耐受性良好[29]。研究發(fā)現(xiàn)，給予缺氧導(dǎo)致腦損傷的新生兒14 d外源性FDA治療后，外源性FDP組新生兒行為評(píng)分、糖原磷酸化同工酶測(cè)定值及頭顱磁共振成像等多項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)明顯優(yōu)于安慰劑組[30]。

3.2抗驚厥 反復(fù)熱性驚厥可使大腦處于缺氧狀態(tài)，致使腦細(xì)胞能量代謝障礙，ATP生成不足，最終導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞受損。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在驚厥過(guò)程中無(wú)論是給予靜脈劑型還是口服劑型的外源性FDP都具有很好的腦保護(hù)作用，且效果呈劑量依賴性[31]。究其原因，一方面可能與藥物透過(guò)血腦屏障，改善了腦細(xì)胞代謝有關(guān)；另一方面，腦組織中葡萄糖的磷酸戊糖途徑較其他組織更為活躍，這一途徑生成了還原性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，后者可生成谷胱甘肽，而內(nèi)生型谷胱甘肽具有抗驚厥的作用[32]。

3.3一氧化碳中毒 低水平的一氧化碳作為神經(jīng)調(diào)質(zhì)發(fā)揮第二信使的作用，還具有一定的腦保護(hù)作用；而高水平的一氧化碳可對(duì)腦組織造成急性及延遲性嚴(yán)重、不可逆性損傷[33]。在大鼠一氧化碳中毒模型中，海馬趾神經(jīng)元細(xì)胞線粒體的超微結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，線粒體膜電位降低[34]。炎癥反應(yīng)也參與了一氧化碳導(dǎo)致的急性腦損害，在一氧化碳中毒大鼠的海馬趾中檢測(cè)到高水平表達(dá)的炎性細(xì)胞因子[34]。一項(xiàng)關(guān)于大鼠急性一氧化碳中毒的研究顯示，給予不同劑量的外源性FDP能較好地降低急性一氧化碳中毒后的死亡率，減少記憶力減退的發(fā)生，同時(shí)還可以保護(hù)Ca2+-Mg2+-ATP酶的活性，減少海馬趾神經(jīng)壞死[35]。

3.4抗癲癇發(fā)作 外源性FDP具有抗癲癇的作用，但具體作用機(jī)制尚不完全明確。在誘導(dǎo)的顳葉癲癇發(fā)作的動(dòng)物模型中給予外源性FDP后，誘發(fā)癲癇所需的誘發(fā)劑量增加，發(fā)作后間期延長(zhǎng)，這可能是因?yàn)橥庠葱訤DP調(diào)節(jié)了神經(jīng)細(xì)胞特異性K+-Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2與Na+-K+-Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1之間的平衡，抑制了癲癇誘導(dǎo)的K+-Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2表達(dá)的下降，降低了癲癇發(fā)作時(shí)Na+-K+-Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1的表達(dá)，從而起到了保護(hù)癲癇發(fā)作時(shí)海馬趾神經(jīng)的作用[36]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在離體癲癇模型中，F(xiàn)DP的抗癲癇樣作用與非特異性Ca2+通道阻滯有關(guān)，在不影響Ca2+通道活性的前提下ICa的活性減少40%[37]。

3.5對(duì)未成熟腦的保護(hù)作用 與成熟大腦相比，未成熟大腦對(duì)缺血、缺氧的耐受性較差，其病理?yè)p傷也不同于成熟大腦。國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，給予外源性FDP預(yù)處理的未成熟動(dòng)物大腦可減低高熱驚厥造成的腦損傷程度，對(duì)有害物質(zhì)的反應(yīng)性也降低[38]。國(guó)內(nèi)研究表明，在未成年動(dòng)物的高熱驚厥模型中，誘導(dǎo)驚厥發(fā)作前腹膜腔分別注射低劑量和高劑量的外源性FDP，結(jié)果顯示，高劑量組驚厥發(fā)作的程度明顯減輕、驚厥持續(xù)時(shí)間縮短；電鏡下顯示，高劑量組腦海馬趾CA1區(qū)細(xì)胞線粒體腫脹程度和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫顆粒程度均減輕，突觸活動(dòng)區(qū)域長(zhǎng)度增加，突觸面曲度增加[39]。

4 DP的藥動(dòng)學(xué)

外源性FDP通常以鈉鹽、鈣鹽或鋅鹽的形式存在，有穩(wěn)定的注射劑型，也有口服的片劑、膠囊、沖劑及口服液等。臨床常用的外源性FDP有注射用果糖二磷酸鈉和口服果糖二磷酸鈉兩種劑型[40]。

外源性FDP進(jìn)入體內(nèi)后廣泛分布在機(jī)體的多個(gè)組織器官中。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)腹膜給予成年大鼠外源性FDP 0.5 g/kg后，可在大鼠的血、腦、肝、腎、肌肉以及脂肪組織中檢測(cè)到FDP，且血液和腦組織中的水平相近，說(shuō)明注射外源性FDP可順利通過(guò)血腦屏障；12 h后肝、腎、肌肉以及脂肪組織中的FDP達(dá)到基線水平，而血液和腦組織中FDP的水平雖較峰值下降，但仍高于基線水平[41]。張力等[42]給予大鼠尾靜脈注射FDP-Mg2+，采用酶法測(cè)定FDP和Mg2+的血藥濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DP-Mg2+進(jìn)入生物體后解離為FDP和Mg2+，并按照各自固有的藥動(dòng)學(xué)特點(diǎn)在體內(nèi)消除，F(xiàn)DP進(jìn)入生物體后，廣泛分布于全身體液，呈線性消除，血漿半衰期為8～10 min。國(guó)外研究顯示，F(xiàn)DP鈉鹽靜脈注射后，10 min后大鼠體內(nèi)的血藥濃度達(dá)高峰，20 min后放射活性最高的器官是腎臟，其余依次為肝、小腸、肌肉、肺、腦、心[43]。對(duì)口服FDP在活體中的藥動(dòng)學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，口服低劑量時(shí)，血清藥物時(shí)間曲線顯示不出明顯的血藥濃度峰值，只有口服大劑量時(shí)才能檢測(cè)到明顯的血藥峰值[8]?？紤]口服劑型進(jìn)入體內(nèi)后，在吸收過(guò)程中存在腸道損耗，提示口服治療時(shí)，需選擇大劑量。

5 FDP的不良反應(yīng)

FDP的不良反應(yīng)較小。王淑梅和張勝利[44]對(duì)256例公開報(bào)道的外源性FDP相關(guān)性藥物不良反應(yīng)進(jìn)行總結(jié)和分析，結(jié)果顯示，靜脈用藥最常見的不良反應(yīng)是藥物對(duì)血管的局部刺激和輸液部位疼痛，占46.4%；其次是過(guò)敏反應(yīng)如蕁麻疹、皮膚瘙癢、藥疹、過(guò)敏性哮喘等，占23%；其他少見的不良反應(yīng)包括腹脹、痛風(fēng)、口周麻木、頭痛等；嚴(yán)重不良反應(yīng)極少發(fā)生。有報(bào)道輸注外源性FDA后可發(fā)生變應(yīng)性休克、呼吸驟停及竇性停搏，但未有致死性病例報(bào)道[45]。

臨床應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的不良反應(yīng)主要以局部刺激癥狀和皮膚損害等輕微不適為主，嚴(yán)重致死性不良反應(yīng)極為少見。藥物本身的不良反應(yīng)還與患者的個(gè)體差異、肝腎功能以及滴注速度有關(guān)。宋立江等[45]對(duì)果糖二磷酸鈉做的毒理學(xué)評(píng)價(jià)顯示，口服劑型的果糖二磷酸鈉在低、中劑量時(shí)(1.67 g/kg、3.33 g/kg)對(duì)大鼠的生長(zhǎng)發(fā)育無(wú)影響，病理學(xué)檢查示肝、胃、十二指腸、腎臟等器官無(wú)異常；服用大劑量(6.67 g/kg)果糖二磷酸鈉后，大鼠生長(zhǎng)遲緩，病理切片示肝臟和腎臟均有不同程度損害。

國(guó)家第5批化學(xué)藥品說(shuō)明書顯示，以0.4 g/min和0.6 g/min的速度靜脈滴注FDP，實(shí)驗(yàn)用大鼠和兔的致死量分別為5.0 g/kg和5.8 g/kg。不同給藥途徑的致死量差異極大。本品注射速度宜緩慢，目前推薦以不超過(guò)0.5 g/(kg·h)為宜。急性毒性反應(yīng)可能與大劑量FDP水解后大量無(wú)機(jī)磷進(jìn)入血液有關(guān)。在配伍禁忌方面，注射用果糖二磷酸鈉與注射用磷霉素鈉、注射用奧美拉唑鈉、注射用呋塞米存在配伍禁忌[46]。

6 小 結(jié)

FDP是糖無(wú)氧代謝過(guò)程中的重要中間媒介，是高效的糖分解媒介，具有促進(jìn)糖酵解、提高糖酵解效率、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)K+、Ca2+等離子的流動(dòng)、維護(hù)細(xì)胞膜和溶酶體膜的穩(wěn)定性等作用。由此演化而來(lái)的外源性FDP通常以鈉鹽、鈣鹽或鋅鹽的形式存在，有穩(wěn)定的注射劑型，口服的片劑、膠囊、沖劑及口服液等。外源性FDP經(jīng)不同的給藥途徑進(jìn)入體內(nèi)后，廣泛分布在機(jī)體的多個(gè)組織器官中，且可順利通過(guò)血腦屏障，在神經(jīng)系統(tǒng)缺血、缺氧、高熱驚厥等損傷性疾病中有良好的治療作用?；A(chǔ)和臨床試驗(yàn)從不同角度證實(shí)外源性FDP在多種腦損傷中具有積極的保護(hù)作用，作用機(jī)制包括減少自由基生成，抑制Ca2+超載。炎癥反應(yīng)貫穿了腦損傷的整個(gè)過(guò)程，外源性FDP可減輕炎癥反應(yīng)造成的二次損害。目前已經(jīng)明確，多條細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與了外源性FDP的保護(hù)作用，包括p38絲裂原激活蛋白激酶/胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶、髓樣分化因子88以及β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等，但具體的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步深入研究。外源性FDP具有不良反應(yīng)少，給藥方便，配伍禁忌少，臨床用藥?kù)`活等特點(diǎn)。靜脈用藥后最常見的不良反應(yīng)是藥物對(duì)血管的局部刺激和輸液部位疼痛，幾乎占不良反應(yīng)的一半，所以靜脈應(yīng)用需注意控制滴速，不宜過(guò)快。外源性FDP具有較好的臨床應(yīng)用前景，在腦保護(hù)機(jī)制上還需深入的研究。