神經(jīng)系統(tǒng)缺血再灌注損傷保護措施的研究進展

劉麟文，姚俊巖

(上海交通大學附屬第一人民醫(yī)院麻醉科，上海 200080)

缺血再灌注損傷是一個復雜的病理生理過程，包括缺血造成的原發(fā)性損傷和再灌注引起的繼發(fā)性損傷。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的缺血再灌注損傷主要包括缺血性腦卒中再灌注損傷和脊髓缺血再灌注損傷兩種類型。其中缺血性腦卒中具有發(fā)病率高、死亡率高、致殘率高的特點，是世界范圍內(nèi)致死和致殘的主要原因，呈現(xiàn)年輕化趨勢[1]。腦血流恢復后，再灌注可能不僅不能使腦組織功能完全恢復正常，反而會導致組織損傷和功能障礙進一步加重，這種現(xiàn)象稱為再灌注損傷。脊髓缺血再灌注損傷常伴發(fā)于腹主動脈阻斷和血流再開放，是一種嚴重致殘性疾病，不僅引起截癱，甚至可導致死亡。兩種疾病均可嚴重影響患者的生活質(zhì)量，加重個人乃至社會的經(jīng)濟負擔。目前臨床上雖有多種治療措施，但仍無完全阻止疾病發(fā)生、發(fā)展的治療手段。各種神經(jīng)保護措施及其機制是目前研究的熱點，保護措施包括藥物保護措施和非藥物保護措施?，F(xiàn)對近年來神經(jīng)缺血再灌注損傷治療措施的研究進展予以綜述。

1 藥物保護措施

1.1中藥類

1.1.1憂遁草 近年來，多中心臨床試驗和大量人口流行病學研究使用中草藥治療腦卒中。憂遁草，又稱沙巴蛇草，Belalai gajah(馬來語)，是一種用于治療蛇和昆蟲叮咬、皮疹和癌癥的草藥，具有鎮(zhèn)痛、抗炎、抗病毒和抗氧化的藥效。研究證明憂遁草葉子的乙醇提取物不僅可保護神經(jīng)元，還可以保護星形膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞抵御缺氧誘導的死亡[2]。憂遁草可以作為組蛋白去乙酰化酶抑制劑抑制早期組蛋白脫乙酰酶1和組蛋白脫乙酰酶6轉(zhuǎn)錄，改善缺氧誘導的神經(jīng)元死亡[2]。

1.1.2姜黃素 姜黃素是從姜黃中提取的生物活性成分。姜黃素具有多種生物活性，包括抗炎、抗細胞凋亡和抗氧化特性。有研究證明，姜黃素可以劑量依賴性地改善慢性間歇性缺氧誘發(fā)的腦損傷，包括減輕腦水腫，神經(jīng)元死亡和星形膠質(zhì)細胞增生[3]。姜黃素的保護機制是抑制水通道蛋白4表達，介導p38促分裂原活化的蛋白激酶途徑[3]。姜黃素還可通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ保護原發(fā)性缺氧復氧誘導的神經(jīng)細胞凋亡[4]。因此，姜黃素可能是一種很有前景的治療缺氧缺血相關(guān)腦損傷的藥劑。

1.1.3三七皂苷 三七皂苷R1是一種從三七中提取的植物雌激素。有研究報道，三七皂苷R1具有抗炎、抗氧化和抗凋亡作用，在心功能不全、急性肝衰竭、糖尿病腎病中發(fā)揮重要作用[5-6]。三七皂苷R1可能通過雌激素受體(endoplasmic receptor,ER)發(fā)揮功能。經(jīng)典的ER有ERα和ERβ兩個主要的亞基。在大腦皮質(zhì)、海馬和基底前腦等部位，ERα/β存在認知腦區(qū)域負責學習和記憶。ER在器官缺血中起重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，體外和體內(nèi)模型中三七皂苷R1可顯著減弱新生大鼠缺氧缺血的神經(jīng)元損傷[7]。三七皂苷R1有助于神經(jīng)功能的長期恢復，其通過調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白/c-Jun氨基端激酶信號通路，抑制神經(jīng)細胞凋亡，促進神經(jīng)元存活，發(fā)揮重要的神經(jīng)保護作用[7]。另有研究表明，三七總皂苷可能在缺血缺氧過程中通過調(diào)節(jié)Nogo-66受體/Ras同源基因家族成員A/Rho相關(guān)蛋白激酶2信號通路，抑制Nogo-66受體、Ras同源基因家族成員A和Rho相關(guān)蛋白激酶2蛋白發(fā)揮強大的神經(jīng)保護作用[8]。

1.1.4氧化槐果堿 氧化槐果堿是從苦參果中分離出的一種生物成分?？鄥⒐a(chǎn)于廣西、寧夏、甘肅、青海和其他沙漠地區(qū)。氧化槐果堿是一種喹諾酮類生物堿，存在于槐花，苦豆和其他豆科決明子植物屬中。苦參果有解毒、抗菌消炎、鎮(zhèn)痛的作用。研究發(fā)現(xiàn)，氧化槐果堿顯示出對缺氧復氧后海馬神經(jīng)元損傷的改善作用，同時氧化槐果堿被認為通過抑制胞外信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun氨基端激酶和p38促分裂原活化的蛋白激酶信號通路發(fā)揮抗炎和抗細胞凋亡特性[9]。

1.1.5川芎嗪 川芎嗪是一種來自傳統(tǒng)草藥根莖的生物堿提取物，在國內(nèi)常規(guī)被用作治療腦卒中和其他血管疾病。在動物缺血性腦卒中模型中，川芎嗪可清除自由基，抑制Ca2+內(nèi)流，增加自由基硫氧還蛋白的轉(zhuǎn)錄和抑制炎癥，起到神經(jīng)元保護的作用。川芎嗪可通過抑制海馬神經(jīng)元的凋亡在缺氧/復氧誘導的原代海馬神經(jīng)元損傷中發(fā)揮保護作用，可能的作用機制是抑制c-Jun氨基端激酶信號通路。川芎嗪可以抑制c-Jun氨基端激酶激酶蛋白的表達，并顯著降低c-Jun氨基端激酶通路中上游mRNA的含量，且該抑制作用與川芎嗪的濃度相關(guān)，此過程涉及促分裂原活化的蛋白激酶激酶4和促分裂原活化的蛋白激酶激酶7[10]。

1.1.6牡荊黃素化合物B1 牡荊黃素化合物B1是一種從中國草藥黃荊種子中分離出的牡荊黃素家族新成員。牡荊黃素是黃荊中發(fā)現(xiàn)的新木脂素化合物，存在于狼尾草、西番蓮花和山楂等植物中。牡荊黃素具有多種藥理作用，如抗氧化、抗炎、抗癌、抗傷害感受和抗抑郁作用。有實驗研究表明，牡荊素化合物B1能通過抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)磷酸氧化物的表達和活性氧類產(chǎn)生的減少來保護PC12細胞免受缺氧/復氧誘導的損傷，同時牡荊素化合物B1對缺氧/復氧誘導的還原型NADH磷酸氧化物的表達與缺氧誘導因子-1α抑制無關(guān)[11]。

1.1.7遠志配基 遠志是一種在中國廣泛使用的傳統(tǒng)藥用植物，遠志配基是從遠志中提取的活性單體。遠志配基可以抗細胞凋亡和治療缺氧/復氧損傷。用遠志配基處理PC12細胞能抑制還原型NADH磷酸氧化酶和活性氧類的產(chǎn)生，同時降低細胞內(nèi)Ca2+水平，顯著減少缺氧/復氧誘導的細胞凋亡。這種神經(jīng)保護作用可能是通過Rho特異性的GDP解離抑制因子α表達上調(diào)、抑制c-Jun氨基端激酶信號通路、抑制細胞凋亡造成的[12]。這些發(fā)現(xiàn)提供了神經(jīng)元缺氧/復氧損傷的潛在治療靶點。

1.1.8芍藥苷 芍藥苷是從中草藥芍藥根中分離出來的主要活性成分。芍藥苷有許多生物學活性已被證明具有抗炎、鎮(zhèn)痛和抗氧化作用。芍藥苷預(yù)處理可以減少大鼠大腦中動脈閉塞的梗死體積。這種神經(jīng)保護作用可能由腺苷A1受體激活介導，因為腺苷A1受體拮抗劑8-環(huán)戊基-1,3-二丙基黃嘌呤可以抑制芍藥苷保護作用的影響。另外，芍藥苷預(yù)處理可改善神經(jīng)元缺血性損傷后生存情況，這種影響取決于蛋白激酶B和胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2磷酸化，由腺苷A1受體介導的表皮生長因子反式激活誘導，Src激酶和基質(zhì)金屬蛋白酶2也參與腺苷 A1受體對表皮生長因子受體的反式激活[13]。

1.1.9雌激素和植物雌激素 植物雌激素來源于植物。這些分子與17β-雌二醇具有結(jié)構(gòu)相似性，所以它們可以與雌激素受體結(jié)合發(fā)揮雌激素或抑制雌激素作用。植物雌激素是天然選擇性雌激素受體調(diào)制器，它們作為ER激動劑還是拮抗劑取決于作用的組織部位。染料木素是已知最好的植物雌激素之一，具有抗氧化作用和抗細胞凋亡，這使它成為治療缺血性損傷的有力工具[14]。

1.1.10桉葉油 1,8-桉葉油是芳香油中的一種單萜，存在于各種植物中，包括迷迭香、鼠尾草和桉樹。1,8-桉葉油和含有1,8-桉葉油的芳香油類具有抗氧化、抗炎、抗高血壓等特性。1,8-桉葉油為脂溶性且可通過血腦屏障，對腦缺血損傷保護作用的研究表明，1,8-桉葉油通過抑制活性氧類過量產(chǎn)生，顯示出對糖氧剝奪/復氧誘導的皮質(zhì)細胞的顯著神經(jīng)保護作用。1,8-桉葉油的抗氧化作用與超氧化物歧化酶上調(diào)以及活性氧類清除相關(guān)[15]。盡管桉葉油對顱內(nèi)腦缺血性損傷的保護機制尚未完全明確，但1,8-桉葉油仍可作為保護神經(jīng)和治療缺血性卒中的候選藥物。

1.2西藥類

1.2.1丙泊酚 丙泊酚也稱為2,6-二丙基苯酚，是廣泛使用的靜脈注射短效麻醉劑。丙泊酚除麻醉作用外，還有許多非麻醉效應(yīng)，包括免疫調(diào)節(jié)作用、鎮(zhèn)痛作用、抗焦慮作用和神經(jīng)保護作用等。近年來有研究表明，丙泊酚可顯著改善缺氧/復氧的海馬神經(jīng)細胞凋亡，主要通過兩個獨立的信號轉(zhuǎn)導途徑發(fā)揮作用，分別是鈣神經(jīng)素/FK506結(jié)合蛋白(FKBP12.6)-雷尼丁受體/鈣超載途徑和小G蛋白/大腫瘤抑制基因 1/Yes相關(guān)蛋白/B細胞淋巴瘤-2基因途徑[16]。

1.2.2辛伐他汀 他汀類屬于3-羥基-3-甲基-戊二酰輔酶A還原酶抑制劑，主要作用是抑制膽固醇合成，可減輕多種器官(大腦、心臟、腎臟和肺臟)缺血再灌注損傷的嚴重程度。有研究表明，辛伐他汀可以減少缺氧/復氧中脊髓細胞中產(chǎn)生的2′,7′-二氯熒光黃雙乙酸鹽，2′,7′-二氯熒光黃雙乙酸鹽是直接測量細胞氧化還原狀態(tài)的技術(shù)之一，辛伐他汀可顯著降低缺血再灌注誘導的自由基生成，提示該藥物可以改變細胞的氧化應(yīng)激情況[17]。

1.2.3(+)-噴他佐辛 (+)-噴他佐辛是一種阿片受體激動/拮抗型鎮(zhèn)痛劑。有研究表明，(+)-噴他佐辛可阻止氧化應(yīng)激標志物(魚谷氨酸脫羧酶、超氧化物歧化酶和p65蛋白)的表達上調(diào)，(+)-噴他佐辛可減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少小膠質(zhì)細胞激活、凋亡，減輕神經(jīng)炎癥，表現(xiàn)出顯著的神經(jīng)保護作用[18]。另有研究表明，(+)-噴他佐辛的神經(jīng)保護作用效果呈劑量依賴性，其藥理作用通過σ1受體介導[19]。

1.2.4煙酰胺 煙酰胺又名維生素PP，已有的NADH池不足以維持缺氧后的神經(jīng)元功能，煙酰胺可以降低NADH的過氧化作用，增加ATP含量，加強NADH對缺氧后復氧的反應(yīng)，增加海馬切片中的總NADH含量。單獨抑制聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1不足以恢復缺氧后的神經(jīng)功能。與聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1抑制劑長時間(>1 h)預(yù)孵育可改善神經(jīng)元缺氧后的功能[20]。因此，煙酰胺與聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1抑制劑或煙酰胺的長時間孵育可視為缺氧缺血的治療選擇之一。

1.2.5亞甲藍 亞甲藍在1876年合成，被用于治療高鐵血紅蛋白血癥，氰化物中毒和瘧疾。亞甲藍可以減輕線粒體功能障礙，增加線粒體復合物Ⅳ活性，延遲人體成纖維細胞在體外衰老[21]。亞甲藍可以改善腦血流活動，增加葡萄糖攝取和氧消耗下的腦代謝率[22]。近年來，亞甲藍已被研究用于治療各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病、阿爾茨海默病和創(chuàng)傷性腦損傷，已證實在缺血性卒中的嚙齒動物模型中具有保護作用[23]。研究證明，亞甲藍在星形膠質(zhì)細胞中對抗短暫的缺氧復氧誘導的細胞死亡發(fā)揮獨特的保護作用，亞甲藍在復氧期間可提供細胞保護作用；此外，亞甲藍可增強星形膠質(zhì)細胞葡萄糖代謝和線粒體氧化磷酸化，增加星形膠質(zhì)細胞能量儲存[24]。

1.2.6性激素 性別差異存在于腦損傷中的病理生理過程[25]。女性雌激素17β-雌二醇可減輕大腦缺氧缺血損傷。另一種雌激素，黃體酮及其代謝產(chǎn)物也被證實可以減輕缺血引起的神經(jīng)元損傷。雄激素的作用則較復雜，對于雄激素的神經(jīng)保護作用仍存在矛盾和爭議。近年來研究證明黃體酮、睪丸激素和17β-雌二醇可抑制缺氧復氧引起的海馬神經(jīng)細胞死亡[26]。孕酮代謝物、異孕(甾)烷醇酮、睪酮代謝產(chǎn)物和5α-二氫睪酮由孕酮和睪酮介導參與神經(jīng)保護作用[26]。這項研究不僅揭示類固醇激素及其代謝產(chǎn)物的保護作用，也表現(xiàn)出大腦中類固醇激素及其代謝產(chǎn)物作用的復雜性。

1.3其他藥物

1.3.1乙醇 研究表明，在發(fā)育過程中暴露于乙醇的神經(jīng)元更容易受到體外缺氧/低糖的影響，并且比未暴露神經(jīng)元具有更高的內(nèi)在死亡易感性[27]。近年來有研究表明，用低劑量乙醇預(yù)處理可以保護原發(fā)性皮質(zhì)神經(jīng)元抗糖氧剝奪/復氧誘導的損傷，降低細胞內(nèi)Ca2+水平和神經(jīng)細胞凋亡[28]。在糖氧剝奪/復氧條件下培養(yǎng)的原代皮質(zhì)神經(jīng)元中，大電導鈣依賴的鉀通道α亞基的表達上調(diào)可能有助于神經(jīng)保護作用。以上結(jié)果表明，低劑量乙醇預(yù)處理通過減弱細胞溶質(zhì)Ca2+的升高發(fā)揮神經(jīng)保護作用和預(yù)防神經(jīng)細胞凋亡，這是由大電導鈣依賴的鉀通道激活介導的。

1.3.24-苯基丁酸和鋰 4-苯基丁酸是一種低分子量脂肪酸，臨床用作氨鹽清除劑。4-苯基丁酸作為化學伴侶蛋白，通過降低保留在ER中的錯誤折疊蛋白的負荷，緩解ER壓力。鋰可以直接抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶糖原合成酶激酶-3，起到抗凋亡作用。研究表明單獨運用鋰對缺血損傷無保護作用，然而鋰和4-苯基丁酸協(xié)同處理可在ER壓力暴露的細胞中產(chǎn)生神經(jīng)保護作用，這可能成為治療缺血性神經(jīng)損傷的新策略[29]。

1.3.315d-前列腺素-J2過氧化物酶體增殖物激活受體γ活化在自噬中的作用存在爭議。近年來在缺氧復氧損傷方面的研究表明，過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑15d-前列腺素-J2通過部分抑制糖氧剝奪/復氧損傷后的神經(jīng)元自噬發(fā)揮神經(jīng)保護作用，15d-前列腺素-J2對自噬的抑制作用是通過上調(diào)Bcl-2并通過抑制Beclin1-Bcl-2蛋白異二聚體的解離介導的[30]。

1.3.4組織激肽釋放酶 緩激肽和組織激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)與缺血性損傷有關(guān)。在實驗?zāi)Ｐ腿毖宰渲泻螅徏る乃皆谠俟嘧⒑蟮牡?個24 h內(nèi)升高，12 h達到最高峰，并在24 h后恢復到正常水平。組織緩激肽水平與組織損傷和腦組織腫脹顯著相關(guān)，但血漿激肽釋放酶水平在24 h后增高，在后續(xù)1周保持升高。

研究表明外源性組織激肽釋放酶通過激活β-抑制蛋白-2信號通路組裝的緩激肽受體2/纖維肉瘤激酶/促分裂原活化的蛋白激酶激酶1/2信號模塊，上調(diào)核因子κB的表達，減少細胞色素C和Bax從線粒體到細胞質(zhì)的釋放，并抑制胱天蛋白酶3的激活，減輕腦缺氧再灌注損傷誘導大鼠海馬CA1神經(jīng)元的損傷[31]。

1.3.5氫氣 氫氣是一種新型抗氧化劑，具有許多優(yōu)點，可有效減少活細胞中的細胞毒性自由基，并容易擴散到細胞質(zhì)、細胞核和線粒體。有研究表明氫溶解于水后作用于HT-22細胞，可以抑制缺氧/復氧誘發(fā)的活性氧自由基增加和線粒體膜電位的丟失，是一種有效的自由基清除劑。氫可以在神經(jīng)細胞的缺氧復氧中通過調(diào)節(jié)miR-200a-3p、miR-200b-3p、miR-429激活蛋白激酶B調(diào)節(jié)Bcl-2家族發(fā)揮抗凋亡作用[32]。

2 神經(jīng)缺血再灌注損傷非藥物保護措施

2.1低溫 大腦保護的“亞低溫”概念于1989年提出后在腦功能恢復方面取得了顯著成效。近年來研究表明，低溫預(yù)處理可減輕糖氧剝奪誘導的小鼠海馬神經(jīng)元損傷，環(huán)加氧酶2的表達下調(diào)和Na+，K+-ATP酶活性的增加可能與糖氧剝奪損傷耐受性增加相關(guān)[33]。有研究確定了體外原代神經(jīng)細胞模型中最佳低溫處理條件(34 ℃，4.5 h)。低溫處理可減少細胞內(nèi)鈣，活性氧類和線粒體跨膜電位，低溫處理可能通過抑制線粒體凋亡途徑保護神經(jīng)細胞，延長低溫處理時間可能會減少神經(jīng)保護作用[34]。

2.2高壓氧 反復高壓氧預(yù)處理可以對腦缺血或脊髓缺血提供神經(jīng)保護作用。高壓氧已安全地用于治療各種疾病，如一氧化碳中毒和空氣栓塞。最早的研究是Sterling等[35]檢測高壓氧預(yù)處理對缺血再灌注損傷的影響。有研究報道重復高壓氧預(yù)處理可對腦缺血或脊髓缺血提供神經(jīng)保護作用，過氧化氫酶、熱激蛋白72和游離氧自由基的產(chǎn)生可能在高壓氧預(yù)處理誘導缺血耐受中起一定作用[36]。

2.3缺血預(yù)處理和后處理 有研究表明，缺血預(yù)處理可減少細胞凋亡，選擇性地增加神經(jīng)元和血管內(nèi)皮細胞中的細胞凋亡抑制劑1，并提供對缺氧缺血的長期的神經(jīng)保護作用[36]。在體外，缺血預(yù)處理誘導細胞凋亡抑制因子1產(chǎn)生和保護人神經(jīng)母細胞瘤細胞SH-SY5Y神經(jīng)元、人微血管內(nèi)皮細胞-1中免于糖氧剝奪導致的死亡[37]。

缺血后處理可以減少腦梗死面積。缺血后處理對腦保護的效果受到不同形式缺血后處理的影響，包括循環(huán)次數(shù)，個體缺血再灌注的持續(xù)時間和缺血后處理刺激的整個持續(xù)時間[38]。

3 小 結(jié)

近年來神經(jīng)缺血再灌注損傷的發(fā)病率呈升高趨勢，目前仍缺乏系統(tǒng)和全面的特異性治療方式。雖采取各種防治措施，但致殘率、致死率仍居高不下，給患者和社會帶來巨大的壓力和沉重的經(jīng)濟負擔。缺血再灌注損傷的預(yù)防、治療措施及其具體機制是當今科研的研究熱點。藥物治療包括中藥、西藥和其他化學物質(zhì)，因藥物使用的低創(chuàng)傷性及高可行性，在臨床上有較大使用價值，是研究的重點和熱點。非藥物治療措施作為輔助治療措施，臨床上已有小規(guī)模開展。腦和脊髓缺血再灌注損傷的治療措施的相關(guān)研究對預(yù)防、治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷有重要意義。