高壓氧治療對缺血性腦卒中保護作用機制的最新研究進展

張博文，張 兵

迄今為止，在全世界范圍內(nèi)急性缺血性腦卒中所造成的危害仍然是一個嚴(yán)峻的問題，尤其是在中低等收入國家愈發(fā)明顯，急性腦缺血缺氧所造成的細(xì)胞損傷可以導(dǎo)致機體殘疾甚至是死亡[1]?，F(xiàn)在仍然缺乏有效的臨床手段來減輕由缺血所引起的腦損傷[2]。因此，尋找新型有效的治療方法對于缺血性腦卒中的治療有深遠(yuǎn)意義。高壓氧(hyperbaric oxygen，HBO)已被應(yīng)用于多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中，其治療安全性在各個年齡段或者群體中都得以展現(xiàn)，其中也包括新生兒[3]。近期有研究表明，高壓氧可以通過提高腦缺血耐受性、抗氧化應(yīng)激以及抑制細(xì)胞凋亡過程等機制到達神經(jīng)保護的目的[4]。本研究就高壓氧治療在腦保護方面的作用機制最新研究進展作一闡述。

1 高壓氧概述

高壓氧治療作為一種輔助治療手段，其可以通過增加氧張力和對缺氧組織氧的輸送來改善或者治愈缺氧性疾病[5]，還可以改善腦組織微循環(huán)以及有效恢復(fù)缺血腦組織氧供[6]，這也為其在研究腦保護作用機制的實驗中提供了重要依據(jù)。

2 高壓氧在缺血性腦卒中治療中的作用機制

2.1 抑制細(xì)胞凋亡

2.1.1 增強沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SirT1)的表達 SirT1是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+依賴性蛋白脫乙酰酶，可以通過抑制p53蛋白表達從而達到抑制細(xì)胞凋亡的目的[7]。Yan等[8]通過建立大鼠大腦中動脈栓塞(MCAO)模型研究發(fā)現(xiàn)，利用高壓氧預(yù)處理大腦中動脈阻塞2 h后大鼠，在其缺血再灌注損傷后24 h和7 d，分別測定SirT1的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組中SirT1表達明顯高于未被高壓氧預(yù)處理的對照組，并且同時減小了腦梗死面積，而當(dāng)使用SirT1的抑制劑或者使用siRNA敲除SirT1基因后，高壓氧治療的上述作用明顯減弱。因此，高壓氧治療可以通過增強SirT1的表達而抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，對缺血性腦卒中起到保護作用。

2.1.2 抑制細(xì)胞能量的衰減 ATP的減少在細(xì)胞凋亡中扮演著重要的角色[9]。同時有研究表明，NAD可以通過增加SirT1的活性，抑制細(xì)胞凋亡，從而達到保護神經(jīng)細(xì)胞的作用[10]。Hu等[11]通過用高壓氧處理大腦中動脈阻塞的高血糖大鼠發(fā)現(xiàn)，其可以通過激活A(yù)TP/NAD+/SirT1通路，降低ATP和NAD的衰減程度，改善血腦屏障的功能，抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，縮小腦缺血梗阻面積，從而達到腦保護的目的。

2.2 抑制炎癥反應(yīng)

2.2.1 抑制環(huán)氧合酶-2(COX-2)的生成 COX-2是前列環(huán)素合成的限速酶之一，是腦缺血發(fā)生時炎癥反應(yīng)的核心調(diào)節(jié)因子[12]。在小鼠全腦缺血后，其受損的海馬體中COX-2水平顯著升高，而在COX-2基因缺陷小鼠中，海馬體神經(jīng)元損傷程度低于正常組小鼠，說明抑制COX-2表達可以減輕腦缺血性損傷[13]。 Cheng等[14]運用大鼠全腦缺血模型研究發(fā)現(xiàn)，對腦缺血大鼠應(yīng)用高壓氧預(yù)處理后，利用免疫印跡法分別測定其缺血后1 d海馬體和大腦皮層COX-2及其下游分子的表達發(fā)現(xiàn)，相比于對照組，COX-2及其下游分子表達明顯降低，神經(jīng)元存活數(shù)量顯著增加，同時還降低其死亡率，因此，高壓氧可以通過降低COX-2水平，抑制炎癥反應(yīng)，從而達到腦保護的作用。研究中還發(fā)現(xiàn)高壓氧預(yù)處理(hyperbaric oxygen preconditioning，HBO-PC)的腦保護作用均可被選擇性COX-2抑制劑NS-398所阻斷，由此可證實COX-2的活化在HBO-PC治療中具有重要作用，然而研究者指出在此情況下COX-2通路的分子機制有待進一步闡明。

2.2.2 抑制髓過氧化物酶(MPO)的表達 臨床研究表明，MPO的表達通常用來評估急性炎癥反應(yīng)的程度，其水平的增高會引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[15]。Lee等[16]應(yīng)用大鼠MCAO模型研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧治療組大鼠腦中缺血半影區(qū)MPO的表達情況明顯低于對照組，并且隨著治療時間的延長，MPO表達逐漸減少，說明高壓氧治療可以通過抑制炎癥反應(yīng)從而起到神經(jīng)保護作用。

2.3 抗氧化應(yīng)激

2.3.1 抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的活性 氧化應(yīng)激是腦缺血再灌注損傷的一個主要因素[17]，而其作用的重要機制包括MMP的激活[18]。有研究證實，MMP在腦缺血損傷中起著廣泛的作用，包括細(xì)胞外基質(zhì)的重塑以及對血腦屏障的破壞[19]。Soejima等[20]應(yīng)用高壓氧預(yù)處理高血糖的MCAO大鼠，確定其是否會通過缺血前活性氧(ROS)增加以及抑制血清內(nèi)MMP-2和MMP-9的活性途徑改善腦出血性轉(zhuǎn)化。該研究運用活性氧清除劑n -乙酰半胱氨酸(NAC)、缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)及其抑制劑2-甲氧雌二醇(2ME2)、催化劑氯化鈷(CoCl2)以及基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑SB-3CT等藥物進行對比，在大鼠腦缺血后的24 h和7 d內(nèi)，評估神經(jīng)系統(tǒng)功能評分、腦梗死面積、出血體積以及HIF-1α的表達及其下游MMP-2和MMP-9的活性情況。結(jié)果顯示，高壓氧處理的高血糖MCAO大鼠較對照組HIF-1α的表達及其下游的MMP-2和MMP-9活性均受到了抑制，而且神經(jīng)功能得以改善，腦梗死面積及出血體積明顯減小。因此，高壓氧可以通過抑制MMP-2和MMP-9的活性，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，保護血腦屏障，達到腦保護的作用。

2.3.2 促進核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)的表達 Nrf2是內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，在氧化應(yīng)激條件下會與抗氧反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，啟動下游大量的抗氧化酶基因轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮抗氧化保護作用[21]。Zhai等[22]應(yīng)用SD大鼠實驗發(fā)現(xiàn)，高壓氧處理的正常SD大鼠，隨著治療時間延長，其體內(nèi)Nrf2的表達顯著增加，而高壓氧處理的腦缺血SD大鼠，其梗死面積顯著縮小，同時減輕了神經(jīng)元損傷、減少了細(xì)胞凋亡以及增加了Nrf2的表達。因此，高壓氧可以通過增加Nrf2的表達，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，縮小腦梗死面積，發(fā)揮腦保護的作用。

2.4 促進血管生成 有研究表明，新的血管生成有利于包括神經(jīng)和突觸形成在內(nèi)的神經(jīng)修復(fù)過程，可以促進神經(jīng)功能恢復(fù)[23]。Duan等[24]研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧處理MCAO大鼠48 h后其梗死面積縮小了近50%，并且相對于對照組姿勢反射測驗得分增高，經(jīng)高壓氧治療的大鼠其得分顯著降低，神經(jīng)功能明顯恢復(fù)，而此時其腦缺血半影區(qū)微血管密度顯著增加，說明高壓氧可以通過血管生成的方式降低缺血后腦損傷的程度，并且有利于神經(jīng)功能改善，從而達到腦保護作用。

2.5 促進溶栓 迄今為止，重組組織型纖溶酶原激活劑(recombinant tissue plasminogen activator，rtPA)被認(rèn)為是治療急性腦缺血最合適的藥物之一。Chazalviel等[25]研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧可以明顯提高rtPA在體外的催化和溶栓效率，并且可以有效恢復(fù)大鼠血栓栓塞性腦缺血的腦血流量，值得注意的是，高壓氧治療時間僅5 min便可以減少其腦損傷和腦水腫，其機制為通過促進溶栓來提供神經(jīng)保護的作用。由此可見，高壓氧可以通過增加rtPA的溶栓效率，促進體內(nèi)的溶栓進程，從而減少血栓栓塞性腦缺血大鼠的腦損傷和腦水腫，達到腦保護的目的。

2.6 增加骨橋蛋白(OPN)的表達 OPN是一種與多種病理生理過程相關(guān)的磷化蛋白。有研究表明，在蛛網(wǎng)膜下腔出血后，OPN可以明顯減輕腦損傷[26]，并且經(jīng)凝血酶切割的OPN可以減少腦缺血細(xì)胞的凋亡[27]。Hu等[28]通過實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高壓氧處理的MCAO大鼠，其腦內(nèi)OPN的表達增加，并且其神經(jīng)系統(tǒng)的預(yù)后明顯優(yōu)于對照組。然而當(dāng)使用siRNA將OPN的表達基因敲除后，高壓氧治療效果會被明顯消除，腦梗死面積增大。由此證明高壓氧通過增加了大鼠腦內(nèi)OPN的表達，減少了梗死面積，改善了大鼠在局部缺血性腦卒中后的病理損傷，從而起到了神經(jīng)保護的作用。

3 總結(jié)與展望

高壓氧可以通過抑制細(xì)胞凋亡以及炎癥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激、促進血管生成、促進溶栓以及增加OPN的表達等多種機制達到腦保護的目的，應(yīng)用于缺血性腦卒中的治療具有重要的臨床意義。但其是否可以通過其他機制發(fā)揮腦保護作用，或者是否會對缺血性腦卒中在某些方面造成一定的危害，則有待進一步的研究。因此，開展高壓氧的功能性研究具有重要的研究價值以及應(yīng)用前景。