神經(jīng)保護藥物對腦缺血致神經(jīng)細胞興奮性中毒作用機制的研究

張瑞萍

【摘要】 腦卒中和神經(jīng)退化性疾病的神經(jīng)興奮性中毒是由細胞外谷氨酸鹽水平增加所致， 可導(dǎo)致鈣離子超載和線粒體功能障礙， 線粒體缺失可以導(dǎo)致能量供應(yīng)的缺失或不足以及生成高濃度的氧化物， 這些現(xiàn)象是通過細胞壞死和凋亡機制導(dǎo)致細胞死亡的關(guān)鍵因素。

【關(guān)鍵詞】 腦缺血;神經(jīng)興奮性中毒;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激;線粒體功能障礙;腦神經(jīng)藥物

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2019.19.107

1 腦缺血致神經(jīng)細胞興奮性中毒

神經(jīng)細胞興奮性中毒在腦缺氧/缺血性損傷、神經(jīng)退行性疾病， 如阿爾茨海默疾病和亨廷頓舞蹈癥以及帕金森疾病， 經(jīng)常導(dǎo)致神經(jīng)元死亡， 對腦組織造成不可逆性損傷。神經(jīng)細胞興奮性中毒由腦組織在缺氧和（或）局部缺血條件下導(dǎo)致的神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸鹽大量釋放而引起， 氧氣水平和葡萄糖可用性降低引出神經(jīng)元谷氨酸鹽釋放增加， 依次可導(dǎo)致神經(jīng)元后突觸過度興奮， 可觸發(fā)促死腦細胞死亡級聯(lián)反應(yīng)的進程。在腦細胞中， 谷氨酸鹽興奮性中毒與維持鈣離子動態(tài)平衡的失衡、線粒體功能障礙、高水平氧化物的生成（包括活性氧族、活性氮的生成）和線粒體膜電位的丟失具有相關(guān)性。由線粒體損傷所導(dǎo)致的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）水平降低能夠促進氧化物水平的增加， 同樣也能夠促進還原型輔酶Ⅱ（NADPH）氧化酶的激活和黃嘌呤氧化酶的激活。在嚴重的應(yīng)激下， 線粒體跨膜電位的崩潰具有不可逆轉(zhuǎn)性。在這樣的環(huán)境之下， 可能發(fā)生線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放導(dǎo)致凋亡。另外對于與能量喪失相關(guān)的災(zāi)難性細胞死亡形式：壞死， 其他的細胞死亡信號關(guān)鍵通路包括由B淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）家族成員引起的和線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（MPTP）開放介導(dǎo)的凋亡以及其他的關(guān)鍵促死亡進程， 例如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。當(dāng)前綜述中將研究通過來自于興奮性中毒缺氧/缺血和氧化物過量生成方面的應(yīng)激促成細胞死亡發(fā)生的主要步驟。

在缺氧或缺血以及神經(jīng)退行性疾病， 例如帕金森疾病或阿爾茨海默病中， 神經(jīng)元死亡容易受到壓倒性離子應(yīng)激和生物化學(xué)性應(yīng)激影響， 從而誘導(dǎo)線粒體功能障礙和促進細胞死亡過程。在哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)中， 谷氨酸鹽為主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。谷氨酸鹽的過量釋放為這些疾病的一個共同關(guān)鍵特征。更為重要的是， 細胞外過量的谷氨酸鹽具有毒性可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。高濃度的細胞外谷氨酸鹽可導(dǎo)致N-甲基天谷氨酸（N-methyl-D-aspartate， NMDA）受體和α-氨基-3羥基-5-甲基-4-異唑酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid， AMPA）離子型谷氨酸鹽受體的激活和親代謝性谷氨酸鹽受體的激活。谷氨酸鹽受體激活可促進鈣離子超載， 鈣離子超載反過來可激活鈣離子依賴性酶增加活性氧簇水平和活性氮水平， 并觸發(fā)細胞死亡的級聯(lián)反應(yīng)。在促成細胞走向死亡的過程中， 谷氨酸興奮性中毒、鈣離子超載和線粒體跨膜電位瓦觸為2個非常關(guān)鍵的步驟[1， 2]。

2 神經(jīng)保護藥物的分類

神經(jīng)保護藥物可有效影響或阻斷/打破促死亡級聯(lián)反應(yīng)的重要步驟。第一類藥物為核苷酸類藥物;第二類藥物為特殊氨基酸， 如?；撬岬龋?可恢復(fù)鈣離子的動態(tài)平衡并且抑制3條內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑中的2條通路;第三類藥物為NMDA受體， 部分拮抗劑通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑而具有腦神經(jīng)保護作用。

2. 1 核苷酸類藥物 ATP的形成在促進在腦缺血再灌注損傷期間的組織炎癥方面起強烈作用。腦缺血再灌注可導(dǎo)致ATP的釋放， ATP可以由壞死細胞泄露出或從凋亡的細胞或激活的炎癥細胞中釋放。當(dāng)其在細胞外室積累到一定程度可以吸引吞噬細胞， 如在缺血再灌注期間激活NLRP3炎性體， 并且促進炎性細胞的趨化現(xiàn)象。核苷酸受體的ATP誘導(dǎo)性激活可以加強血管炎癥， 例如P2Y6炎性受體或在脊髓損傷后炎性P2X7受體。阻止ATP釋放或ATP受體信號的表達可減輕腦缺血再灌注損傷期間的無菌性炎癥。在I-R的動物模型中， 細胞外室的ATP可以由催化酶轉(zhuǎn)化為核苷腺苷刺激ATP分解為腺苷， 如利用腺苷三磷酸雙磷酸酶可以將ATP或磷酸腺苷（ADP）轉(zhuǎn)換為單磷酸腺苷（AMP）， 利用腺苷酸酶治療可以將AMP轉(zhuǎn)換為腺苷從而減輕組織損傷和無菌性炎癥。在腦缺血再灌注損傷的大鼠模型中的藥理學(xué)和基因研究已經(jīng)表明通過腺苷受體傳達的信號有益， 例如通過腺苷激活在炎癥細胞上A2A受體或血管內(nèi)皮Adora2b受體。心肌缺血再灌注損傷的大鼠模型研究表明選擇性Adora2b激動劑BAr60-6853可減輕心肌損傷。另外有研究表明Adora2b的激活可減輕鐮狀細胞病大鼠模型的I-R損傷[3]。Adora2A激動劑瑞加諾生（CVT-3146）由于其強大的擴血管特性被證實可以作為冠狀動脈擴張劑使用。最近研究表明腺苷信號途徑通過Adora2b受體誘導(dǎo)血紅蛋白s聚合， 促進紅細胞鐮狀變形、血管閉塞、溶血和器官損傷。

2. 2 ?；撬??；撬嵬ㄟ^抑制興奮性中毒， 鈣離子超載和氧化性應(yīng)激以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制的機制誘導(dǎo)保護作用。?；撬嵩谀X部、骨骼肌和心肌中為最主要的且含量較高的氨基酸， 并且已經(jīng)被作為一項潛在的治療藥物在實驗動物模型中進行研究。在腦卒中、阿爾茨海默病、亨廷頓舞蹈癥幾種神經(jīng)退行性疾病中， ?；撬嶝撠?zé)促進幾項不同的細胞進程， 包括神經(jīng)調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳遞和鈣離子依賴功能的調(diào)節(jié)， 并做為滲透物質(zhì)起作用， 并維持保養(yǎng)細胞膜的結(jié)構(gòu)完整性。?；撬嵋材軌蜃鰹橐粋€神經(jīng)保護性藥物通過對抗谷氨酸鹽毒性和過氧化氫誘導(dǎo)的細胞損傷起作用。最初其被認為是可保護細胞免受谷氨酸鹽所誘導(dǎo)的細胞內(nèi)游離鈣離子增加導(dǎo)致的損傷， 隨后的研究表明?；撬嵬ㄟ^L-P/Q和N型電壓門控鈣離子通道以及NMDA受體通道抑制谷氨酸鹽誘導(dǎo)性鈣離子內(nèi)流[4]。

研究表明， ?；撬嵩诖罅康慕M織中可對抗氧化性應(yīng)激具有保護作用。但?；撬岵荒軌蛑苯忧宄钚匝酰??；撬峥梢曰謴?fù)應(yīng)激細胞中的內(nèi)源性抗氧化物水平， 并且這項作用已經(jīng)在幾項細胞類型包括神經(jīng)元、血管平滑肌細胞和肝臟中被描述到。?；撬嵋材軌蛟谡＜毎猩险{(diào)抗氧化物防御能力。在Vohra和Hui所進行的一項研究中表明在未受應(yīng)激的神經(jīng)元中可提高超氧化物歧化酶水平谷胱甘肽過氧化物酶水平。牛磺酸能夠通過抑制細胞質(zhì)鈣離子數(shù)量增加阻斷自由基的生成， 并且作為結(jié)果阻止線粒體功能障礙的發(fā)生。另外最近有研究描述?；撬岬目寡趸镒饔迷谝豁椉搓P(guān)于線粒體蛋白質(zhì)潛在的正確翻譯和表達機制中涉及到這個關(guān)鍵氨基酸。這項功能的缺陷在某些疾病中被發(fā)現(xiàn)， 如線粒體肌性病、腦病、乳酸酸中毒以及中風(fēng)樣發(fā)作， 腦卒中樣發(fā)作綜合征（MELAS）是一個由特殊的?；撬峤Y(jié)合tRNA分子中特異性突變所導(dǎo)致的疾病。對于這項疾病的中心本質(zhì)， ?；撬岬男枰顬殛P(guān)鍵， 因為突變的線粒體tRNAleu不能夠?qū)ⅧB苷轉(zhuǎn)變?yōu)?-牛磺酸甲基尿苷。作為結(jié)果不健全的線粒體編碼蛋白翻譯隨后可引出ETC功能障礙和超氧化物生成。MELAS以一系列臨床癥狀包括神經(jīng)疾病、肌肉疾病、心臟肌肉疾病、內(nèi)分泌改變和視網(wǎng)膜病變做為表現(xiàn)[4]。

2. 3 部分性N-甲基-D-天冬氨酸NMDA受體拮抗藥物 研究表明DETC-MeSO部分阻斷谷氨酸鹽受體在腦卒中和神經(jīng)退化性疾病的治療中有相當(dāng)大的希望。DETC-MeSO為雙硫侖的代謝產(chǎn)物， 為部分性NMDA受體阻斷劑。DETC-MeSO選擇性和特異性阻斷NMDA受體并且證明具有保護作用， 可在原代大鼠神經(jīng)元培養(yǎng)中對抗谷氨酸鹽興奮性中毒。

在小鼠體內(nèi)， DETC-MeSO預(yù)處理可阻止乙醇誘導(dǎo)的點燃效應(yīng)以及由NMDA或乙酸銨所誘導(dǎo)的發(fā)作， 所有這些反應(yīng)都通過NMDA受體所介導(dǎo)。利用短暫性局灶腦缺血大鼠模型研究檢測DETC-MeSO關(guān)于梗死面積以及特異性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路的作用發(fā)現(xiàn)， DETC-MeSO被發(fā)現(xiàn)通過逆轉(zhuǎn)由PERK通路構(gòu)成所誘導(dǎo)的缺血可提供潛在的神經(jīng)保護。不論在核心區(qū)域還是半缺血區(qū)域， 這項結(jié)果也暗示著在這項神經(jīng)保護作用中IRE-1通路下游元件的抑制。通過比較發(fā)現(xiàn)經(jīng)過DETC-MeSO處理后其對應(yīng)的ATF-6通路內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激并沒有被激活。另外部分性NMDA受體拮抗劑美金剛的研究表明這個藥物能夠阻斷病理性NMDA受體通路同時維持生理功能。美金剛對于NMDA受體具有較低的親和力， 雖然根據(jù)它對NMDA受體具有選擇性。美金剛對于NMDA受體的低親和性出現(xiàn)源于藥物的快速離速率。當(dāng)過量的離子通道開放發(fā)生時， 美金剛可通過阻斷NMDA受體相關(guān)性離子通道產(chǎn)生抑制作用。美金剛根據(jù)無競爭性的拮抗劑可以分成幾類， 在其中它的作用依賴于離子通道的激活。增多可以激活下游通路， 例如凋亡和3個直接的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路[5， 6]。

大量的腦神經(jīng)保護藥物研究表明， 腦神經(jīng)保護藥物作用機制主要作用于抑制凋亡級聯(lián)反應(yīng)和主要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路， 與當(dāng)前正在研究的中風(fēng)和神經(jīng)退化性疾病的治療策略有相似性， 通過對特殊信號機制的靶點起到抗腦缺血損傷的作用機制， 或者在促細胞凋亡的Caspase活化或CHOP活化中給予阻斷作用。該策略是今后腦神經(jīng)保護作用研究機制的一個熱點和方向。

參考文獻

[1] 劉啟鋒， 劉明， 劉玉河， 等. 腦缺血再灌注損傷機制研究進展. 中華神經(jīng)外科疾病研究雜志， 2006， 5（6）：566-568.

[2] 張曉琴， 徐艷， 趙發(fā)國. 大鼠局灶性腦缺血再灌注損傷的炎癥機制及藥物干預(yù). 中國神經(jīng)免疫學(xué)和神經(jīng)病學(xué)雜志， 2001， 8（1）：5-8.

[3] 任俊偉， 楊琴. 白藜蘆醇對腦缺血/再灌注氧化應(yīng)激損傷保護機制的研究進展. 中國藥理學(xué)通報， 2011， 27（4）：448-451.

[4] 方舒東， 朱也森. 腦缺血再灌注損傷的病理生理研究進展. 醫(yī)學(xué)綜述， 2006， 12（18）：1114-1116.

[5] 李蕾， 王文， 王培昌， 等. 腦缺血再灌注后血腦屏障損傷機制及藥物保護作用的研究進展//全國抗衰老與老年癡呆學(xué)術(shù)會議， 2009：51-54.

[6] 汪瑩， 許棟明， 王文， 等. 腦缺血再灌注后神經(jīng)細胞凋亡機制及藥物保護作用的研究進展. 中國康復(fù)理論與實踐， 2010， 16（12）：1140-1143.

[收稿日期：2018-11-15]