丙泊酚對(duì)缺血性腦損傷腦保護(hù)作用機(jī)制的研究進(jìn)展

黃 蕊 劉志剛

武漢大學(xué)人民醫(yī)院麻醉科，湖北武漢 430060

缺血性腦損傷（ischemic brain injury，IBI）是世界范圍內(nèi)致死和致殘的主要原因之一，目前其治療方法有限。發(fā)生IBI 時(shí)腦損傷的程度由原發(fā)損傷的嚴(yán)重程度和繼發(fā)損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)的強(qiáng)度決定，常不可逆。目前，盡快對(duì)缺血閉塞血管進(jìn)行再灌注是IBI 患者的標(biāo)準(zhǔn)治療方法，但再灌注可能會(huì)加劇腦損傷即缺血再灌注損傷（IRI），致神經(jīng)元及腦血管功能障礙，威脅IBI 患者生存[1]。有報(bào)道稱(chēng)丙泊酚具有神經(jīng)保護(hù)和抗神經(jīng)炎癥反應(yīng)的作用，其在多種體內(nèi)和體外腦損傷模型中顯示出對(duì)缺血腦組織神經(jīng)元的保護(hù)作用[2]?，F(xiàn)就丙泊酚在IBI 中的作用進(jìn)行綜述。

1 丙泊酚概述

丙泊酚通過(guò)激活中樞抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ 氨基丁酸發(fā)揮鎮(zhèn)靜催眠作用，是臨床上常見(jiàn)的全身靜脈麻醉藥，因其起效迅速、代謝快且術(shù)后惡心嘔吐發(fā)生率低的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于全身麻醉的誘導(dǎo)和維持，以及短小日間手術(shù)的麻醉和重癥監(jiān)護(hù)室患者的鎮(zhèn)靜中。近年來(lái)，有研究指出丙泊酚除具有鎮(zhèn)靜催眠作用外，還對(duì)全身各組織器官具有保護(hù)作用。丙泊酚可保護(hù)星形膠質(zhì)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激，并激活星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)元保護(hù)[3]；在脂多糖誘導(dǎo)的小鼠急性肺損傷模型中，丙泊酚可減輕其肺泡壁破裂、肺水腫和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[4]；在糖尿病心肌細(xì)胞缺氧復(fù)氧模型中，使用丙泊酚后處理可減輕心肌損傷[5]；丙泊酚可調(diào)控miR-290-5p/CCL-2 通路改善膿毒血癥誘導(dǎo)的腎損傷[6]。丙泊酚通過(guò)不同機(jī)制在受損組織器官中發(fā)揮保護(hù)作用，使用丙泊酚改善各組織器官功能的機(jī)制成為近年研究熱點(diǎn)。

2 IBI

2.1 IBI 概述

IBI 多由血栓栓塞大腦主動(dòng)脈或其分支血管或大腦血管結(jié)構(gòu)異常引起。血栓阻塞血管引起組織缺血缺氧能量喪失，致一系列缺血級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起組織不可逆損傷，缺血期間機(jī)體的功能與代謝異常取決于閉塞的動(dòng)脈，而閉塞的動(dòng)脈又決定缺血區(qū)域的大小。此外，顱內(nèi)壓增高、腦內(nèi)低灌注、疼痛刺激或手術(shù)相關(guān)損傷可導(dǎo)致腦水腫、腦卒中等疾病引起繼發(fā)性IBI[7]。

2.2 IBI 病理生理

2.2.1 炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)是IBI 的重要病理生理機(jī)制之一，在IBI 損傷早期，受損神經(jīng)元細(xì)胞刺激促炎免疫反應(yīng)，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素（IL）-1、腫瘤壞死因子（TNF）-α 等細(xì)胞因子，導(dǎo)致促炎和抗炎細(xì)胞因子之間的平衡受損，引起腦實(shí)質(zhì)和外周免疫系統(tǒng)炎癥反應(yīng)，介導(dǎo)繼發(fā)性神經(jīng)元死亡。乙?；母哌w移率族蛋白從免疫細(xì)胞釋放到細(xì)胞外空間，激活Toll 樣受體4（TLR4）信號(hào)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[8-9]。此外，腦缺血時(shí)血腦屏障被破壞，腦血管通透性增加，血液成分外滲進(jìn)入大腦，腦細(xì)胞代謝障礙引起炎性因子表達(dá)量上調(diào)，炎性因子破壞血管壁，進(jìn)一步導(dǎo)致腦血流量減少，使腦組織缺血加重[10-11]。

2.2.2 氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是IBI 病理過(guò)程的一部分。在缺血條件下，相比其他器官，大腦因其抗氧化能力低、耗氧量高和多不飽和脂肪酸水平較高而更容易受活性氧的影響。Zhao 等[12]研究顯示，使用活性氧清除劑EUK-134 后可減輕大鼠IBI，且使用活性氧抑制劑R（+）PPX 時(shí)，缺血大鼠再灌注后6 h 腦梗死面積明顯減小。缺血性酸中毒激活還原型煙酰胺腺嘌呤核苷酸磷酸氧化酶-2，誘導(dǎo)神經(jīng)元氧自由基產(chǎn)生[13]。提示氧化應(yīng)激作用在IBI 中發(fā)揮重要作用。

2.2.3 鈣超載 鈣超載在腦缺血及再灌注后持續(xù)的神經(jīng)元死亡中起關(guān)鍵作用，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)發(fā)生去極化并釋放大量谷氨酸，導(dǎo)致谷氨酸受體尤其是N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體受到過(guò)度刺激，缺血引起NMDA 受體水平升高，致缺血后早期大量鈣內(nèi)流[14]。此外，細(xì)胞內(nèi)鈣離子過(guò)量會(huì)導(dǎo)致線粒體基質(zhì)鈣超載，影響線粒體功能，致ATP 生成減少而活性氧釋放增加從而進(jìn)一步加重腦損傷[15]。

2.2.4 細(xì)胞凋亡 凋亡在急性腦缺血后的神經(jīng)元死亡中發(fā)揮重要作用，腦缺血后能量缺失致神經(jīng)元內(nèi)鈣超載、氧自由基產(chǎn)生、興奮性谷氨酸聚集等引起線粒體損傷，又是引起凋亡的關(guān)鍵分子事件。腦缺血引起缺血腦半球凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)改變，如半胱天冬蛋白酶（caspase）-3 水平增加、抗凋亡亞家族成員Bcl-2 表達(dá)降低、促凋亡成員Bcl-2 相關(guān)x 蛋白Bax 水平升高等，促進(jìn)凋亡[16-17]。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞可清除破碎的凋亡細(xì)胞，使IBI 時(shí)神經(jīng)元丟失減少并可減小梗死體積[18]。

3 丙泊酚對(duì)IBI 發(fā)揮腦保護(hù)作用的可能機(jī)制

丙泊酚可通過(guò)減少腦血流、降低顱內(nèi)壓和腦代謝率來(lái)保護(hù)缺血大腦，其保護(hù)作用與其抗炎作用和抗氧化應(yīng)激等特性相關(guān)，此外，丙泊酚還被證明可以很好地調(diào)節(jié)凋亡蛋白，抑制凋亡，使梗死周?chē)鷧^(qū)域神經(jīng)元存活。

3.1 抗炎作用

3.1.1 PI3K/Akt 通路 磷酸肌醇3 激酶（PI3K）是一類(lèi)脂質(zhì)激酶，磷酸化的PI3K 激活其下游蛋白絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（Akt）發(fā)揮作用，PI3K/Akt 通路調(diào)控包括凋亡、轉(zhuǎn)錄、翻譯在內(nèi)的多種細(xì)胞過(guò)程，并廣泛參與到正常細(xì)胞的生理及腫瘤的病理過(guò)程中[19]。PI3K/Akt通路也是神經(jīng)元的重要生存途徑，其在IBI 及其他創(chuàng)傷性腦損傷中均起到促進(jìn)神經(jīng)元存活的關(guān)鍵作用[20]。在使用丙泊酚處理的大鼠IBI 模型中，大鼠腦水腫程度減輕，腦梗死面積減小，且炎性因子TNF-α、IL-1β 等表達(dá)下降，磷酸化Akt 的表達(dá)上調(diào)。而使用Akt 抑制劑LY294002 后，丙泊酚的抗炎作用和上調(diào)Akt 表達(dá)的作用均被抑制[21]。在蛛網(wǎng)膜下腔出血及其引起的早期腦損傷中，丙泊酚可通過(guò)PI3K/Akt 通路抑制炎癥反應(yīng)，顯著改善血腦屏障通透性、神經(jīng)功能障礙、腦水腫等從而對(duì)神經(jīng)元發(fā)揮保護(hù)作用[20]。PI3K/Akt 通路具有神經(jīng)保護(hù)作用，丙泊酚可激活PI3K/Akt 通路從而改善腦損傷。

3.1.2 TLR4/核轉(zhuǎn)錄因子（NF）-κB 通路 TLR4 主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，其在多種小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的促炎反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，如果TLR4 通路被錯(cuò)誤激活或信號(hào)不可控地放大，會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，而TLR4 基因敲除小鼠在各種腦梗死模型中均表現(xiàn)出改善的神經(jīng)和/或行為結(jié)果[9]。TLR4 激活后活化其下游NF-κB 參與多種促炎基因的轉(zhuǎn)錄，使用丙泊酚處理后可抑制TLR4 通路的激活及促炎因子產(chǎn)生，且丙泊酚在預(yù)處理和后處理中均可抑制NF-κB 的活性[2]。在使用小膠質(zhì)細(xì)胞缺氧復(fù)氧的腦損傷模型中發(fā)現(xiàn)，使用丙泊酚預(yù)處理可顯著減輕小膠質(zhì)細(xì)胞損傷，并抑制TLR4、NF-κB 表達(dá)上調(diào)從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[22]。丙泊酚對(duì)TLR4/NF-κB 通路的抑制作用可能會(huì)成為治療IBI 的有效靶點(diǎn)。

3.1.3 其他抗炎作用 丙泊酚在多種腦損傷模型的神經(jīng)炎癥反應(yīng)中顯示出神經(jīng)保護(hù)作用。內(nèi)源性非編碼RNA 分子miR-155 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的重要治療靶點(diǎn)，在大腦中動(dòng)脈阻塞的小鼠腦缺血模型中，miR-155 的表達(dá)上調(diào)了25 倍，而使用丙泊酚處理后顯著抑制了miR-155 的表達(dá)，進(jìn)而減弱了炎性因子TNF-α、IL-6 的表達(dá)[23]。此外，丙泊酚可通過(guò)抑制NOD 樣受體蛋白3 炎性小體激活和促炎性細(xì)胞因子成熟來(lái)減輕炎癥反應(yīng)和腦損傷[24]。

因此，使用丙泊酚作為抗炎治療手段以期減少腦缺血期間炎癥反應(yīng)對(duì)神經(jīng)元的破壞作用，改善神經(jīng)功能是一種可行的治療干預(yù)政策。

3.2 抗氧化應(yīng)激

丙泊酚可通過(guò)多方面發(fā)揮抗氧化作用。首先，結(jié)構(gòu)上丙泊酚與維生素E 相似，可通過(guò)與自由基反應(yīng)形成苯氧基而起到抗氧化作用[25]。其次，IBI 期間產(chǎn)生大量氧自由基，內(nèi)源性抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）可通過(guò)清除自由基來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受活性氧損傷。在急性腦缺血模型中SOD 表達(dá)下調(diào)，而丙泊酚可通過(guò)增強(qiáng)不同亞型的SOD 活性減輕脊髓在缺血再灌注中的損傷[26]。另外，丙泊酚可抑制過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生，并且削弱其對(duì)SOD 和谷胱甘肽的抑制作用[27]，谷胱甘肽除具有整合解毒作用外，也有抗氧化作用。近期研究顯示[28]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量豐富的可溶性單體α 突觸核蛋白可特異性地參與調(diào)節(jié)氧化磷酸化和線粒體功能，其低聚物增加了神經(jīng)元的氧化應(yīng)激水平，急性腦缺血時(shí)α 突觸核蛋白聚集，加劇神經(jīng)元損傷。丙泊酚可通過(guò)減輕腦缺血后α 突觸核蛋白原纖維水平，在腦缺血早期減弱缺血誘導(dǎo)的α 突觸核蛋白聚集。由此看出，丙泊酚可在腦缺血時(shí)通過(guò)抗氧化應(yīng)激從而發(fā)揮腦保護(hù)作用。

3.3 抑制鈣超載

細(xì)胞內(nèi)鈣離子是參與神經(jīng)元生理各個(gè)方面的一種重要信號(hào)分子，但鈣離子過(guò)量會(huì)促使神經(jīng)細(xì)胞過(guò)度釋放興奮性遞質(zhì)產(chǎn)生興奮性毒性，致神經(jīng)功能障礙。在Li 等[1]研究中發(fā)現(xiàn)，丙泊酚可通過(guò)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/FKBP 12.6-RyR/鈣超載通路保護(hù)海馬神經(jīng)元，鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（CaN）通過(guò)影響FK506 結(jié)合蛋白12.6（FKBP 12.6）調(diào)節(jié)鈣離子通道RyR，使細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度發(fā)生變化。當(dāng)受到特殊刺激時(shí)，CaN 活性上調(diào)促使RyR 通道開(kāi)放致鈣超載，丙泊酚可降低缺氧復(fù)氧海馬神經(jīng)元中CaN 活性，使FKBP 12.6 與RyR 分離，關(guān)閉鈣離子通道進(jìn)而降低細(xì)胞內(nèi)鈣超載。

3.4 抗凋亡作用

有報(bào)道稱(chēng)，大劑量丙泊酚后處理可顯著減少凋亡細(xì)胞數(shù)量，減小腦梗死面積，并可通過(guò)減弱過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的凋亡因子caspase 3、8、9、12 活性，上調(diào)Bcl-2/Bax比值發(fā)揮抗凋亡作用[27,29]。在使用原代海馬細(xì)胞高糖缺氧復(fù)氧處理的IRI 模型中，丙泊酚降低細(xì)胞色素C和線粒體分裂蛋白Fsi 1 的表達(dá)抑制凋亡[30]。在Li 等[1]研究中，丙泊酚在缺血再灌注模型中保護(hù)海馬神經(jīng)元免受損傷的另一條通路為RhoA/Lats1/YAP/Bcl-2 通路，YAP 對(duì)丙泊酚保護(hù)海馬神經(jīng)元免受凋亡損傷有重要作用，丙泊酚通過(guò)使YAP 去磷酸化和促進(jìn)YAP核轉(zhuǎn)位激活YAP，進(jìn)而活化其下游抗凋亡成員Bcl-2，同時(shí)活化的YAP 作為一種轉(zhuǎn)錄協(xié)同激活劑促進(jìn)干細(xì)胞自我更新從而抑制細(xì)胞凋亡。

IBI 由于局部腦血流的突然持續(xù)中斷使大腦處于缺血缺氧狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)神經(jīng)功能障礙等腦組織損傷甚至壞死。丙泊酚作為一種常用的靜脈麻醉劑，除具有鎮(zhèn)靜催眠作用外，其對(duì)IBI 還具有神經(jīng)保護(hù)作用。丙泊酚究竟通過(guò)何種機(jī)制發(fā)揮腦保護(hù)作用及丙泊酚的用量、使用丙泊酚的時(shí)間窗需要進(jìn)一步探究，但其抗炎、抗氧化、抑制凋亡等作用有望成為治療IBI 的靶點(diǎn)。