缺血性腦卒中發(fā)病機制的研究進展

朱敬敬，楊艷鋒，盧瑞瑞，李曉暉，陳文武

（河南大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南 開封）

0 引言

腦血管病是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，具有較高的發(fā)病率、死亡率、病死率，給社會、政府及家庭帶來了巨大的負擔(dān)。中風(fēng)主要分為缺血性腦卒中與出血性腦卒中兩大類，最近的一項研究表明，87%的中風(fēng)是缺血性中風(fēng)[1]。目前，缺血性腦卒中的治療主要以恢復(fù)腦血液循環(huán)和保護腦組織為主，強調(diào)了溶栓藥物和神經(jīng)保護藥物聯(lián)合應(yīng)用的必要性[2]。臨床上缺血性腦卒中的早期治療以溶栓和取栓為主，重組組織纖溶酶原激活物（recombinant tissue-type plasminogen activator，rt-PA）是唯一被FDA認證有效的急性缺血性腦血管病溶栓治療藥物，但由于其嚴格的時間窗限制（發(fā)病后3-4.5小時），且治療后有一定的出血風(fēng)險，臨床上真正能得到治療的患者相對較少。因此，應(yīng)在溶栓的同時強調(diào)神經(jīng)保護，逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元的凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，缺血后神經(jīng)保護治療可顯著延長溶栓治療的時間窗[3-5]。因此，必須結(jié)合缺血性腦卒中的病因病理，尋找合適的治療藥物，探索神經(jīng)保護藥物的潛在治療靶點。

1 缺血性腦卒中的病理生理機制

1.1 興奮性氨基酸毒性

興奮性氨基酸毒性是腦缺血損傷后致使細胞發(fā)生凋亡、壞死的初始動因[6]。興奮性氨基酸（主要為天冬氨酸和谷氨酸）是腦內(nèi)含量最多的氨基酸。其中谷氨酸是脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要的興奮性遞質(zhì)。適量的谷氨酸是維持細胞正常生理活動所必需的，但當(dāng)胞外谷氨酸濃度過高時則會產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。谷氨酸在神經(jīng)系統(tǒng)滅活的唯一途徑是通過神經(jīng)細胞（主要為星形細胞）再攝取和吸收，然而當(dāng)發(fā)生缺血性腦損傷時，大量的谷氨酸不能被神經(jīng)元以及星形膠質(zhì)細胞正常攝取，從而破壞其動態(tài)平衡，使谷氨酸大量富集，受體被過度激活，引起鈣離子超載、自由基產(chǎn)生等一系列的級聯(lián)反應(yīng)，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的毒性作用，引起神經(jīng)元的大量死亡[7]。

1.2 鈣超載

發(fā)生缺血性腦卒中時腦組織處于能量剝奪狀態(tài)，大腦的耗氧量相對于其重量來說是非常高的（約占機體耗氧量的20%），且必須通過線粒體電子傳遞鏈產(chǎn)生足夠的ATP來維持和恢復(fù)離子梯度。在細胞水平上，缺血導(dǎo)致氧化磷酸化和ATP合成的失敗，導(dǎo)致ATP在2分鐘內(nèi)被消耗完，對Na+/K+ATP酶泵造成不利影響，導(dǎo)致質(zhì)膜去極化，釋放的鉀離子進入細胞外，鈉離子進入細胞內(nèi)。而且，Ca2+泵失活，導(dǎo)致細胞內(nèi)鈣離子濃度急劇升高[8]，大量的Ca2+在細胞內(nèi)富集，導(dǎo)致細胞質(zhì)Ca2+超負荷，同時膜上的離子泵發(fā)生癱瘓，不能正常運輸Ca2+，從而影響Ca2+涉及到的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。細胞內(nèi)Ca2+升高可激活磷脂酶A2和磷脂酶C，使膜磷脂降解，產(chǎn)生大量游離脂肪酸，尤其是花生四烯酸，其在代謝過程中產(chǎn)生血栓素、白三烯，一方面產(chǎn)生大量自由基，造成膜的脂質(zhì)過氧化，破壞生物膜，加重細胞損害，另一方面可激活血小板，形成微血栓，增加梗死范圍。

1.3 炎癥反應(yīng)

炎癥是腦血管疾病尤其是缺血性卒中病理生理過程中的重要環(huán)節(jié)[9]。許多研究表明缺血后的神經(jīng)炎癥是缺血后長期預(yù)后的重要因素[10,11]。腦缺血后的炎癥反應(yīng)由多種因素引起，如活性氧的形成、細胞的壞死、組織的損傷，這些因素可激活炎癥細胞[12-15]。腦缺血后的炎癥過程涉及不同的細胞類型、炎性細胞因子和細胞受體。

腦損傷后，最初的炎癥反應(yīng)是由小膠質(zhì)細胞的激活和募集介導(dǎo)的[16-18]。小膠質(zhì)細胞是腦內(nèi)的固有巨噬細胞，在腦損傷后高度活化[19]。激活的小膠質(zhì)細胞釋放促炎細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6及其他潛在的細胞毒性分子如前列腺素類、ROS、NO[20-22]。此外，中性粒細胞和單核細胞的增加在短暫性腦缺血中也有報道[23]。白細胞通過血腦屏障的轉(zhuǎn)運似乎受到CAMs和趨化因子信號的調(diào)控[24]。星形膠質(zhì)細胞甚至神經(jīng)元也會導(dǎo)致腦炎癥，這些細胞會產(chǎn)生幾種抗炎因子和趨化因子，從而招募單核細胞[25-28]。這些細胞共同作用，最終導(dǎo)致缺血后腦損傷。

細胞因子在驗證機制中起關(guān)鍵作用，并參與了與中風(fēng)相關(guān)的腦損傷[29]。促炎細胞因子主要有TNF-α、IL-1β、IL-6和趨化因子。有研究表明，小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元在永久性或短暫性腦缺血后IL-1增加[30]。IL-1通過增加內(nèi)皮細胞上的黏附分子如e-選擇素、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1的表達增加白細胞的浸潤，導(dǎo)致血腦屏障的破壞[31-33]。有研究表明，給予重組IL-1受體拮抗劑可減少組織壞死和梗死體積[34]。

1.4 神經(jīng)元凋亡

正常生理狀態(tài)下，細胞的死亡包括壞死和凋亡兩種途徑。細胞凋亡或程序性細胞死亡是一個與基因組斷裂相關(guān)的過程，其特征是細胞皺縮、染色質(zhì)聚集、細胞膜和線粒體完整，不引起周圍組織的炎癥和損傷。相反，壞死是一個未被調(diào)控或程序化的過程，通常是嚴重腦缺血的結(jié)果，其特征是嚴重線粒體損傷引起的能量衰竭破壞了細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細胞腫脹、膜溶解、炎癥、血管損傷和水腫形成。實驗研究提示嚴重缺血誘發(fā)壞死，輕度缺血誘導(dǎo)凋亡。這解釋了為什么缺血中心區(qū)發(fā)生壞而半暗區(qū)以細胞凋亡為主。神經(jīng)細胞的凋亡是腦缺血再灌注損傷過程中引起神經(jīng)系統(tǒng)受損的主要機制。當(dāng)發(fā)生急性缺血時，其梗死區(qū)的神經(jīng)細胞已壞死，而缺血半暗帶區(qū)域的神經(jīng)細胞處于逐漸凋亡的狀態(tài)，仍具有生理活性。因此，搶救該區(qū)域抑制神經(jīng)細胞的凋亡是治療腦卒中的重中之重[35]。目前，公認的細胞凋亡途徑有兩條，一個是線粒體依賴的內(nèi)在途徑，另一個是受體介導(dǎo)的外在途徑[36,37]。

線粒體中的細胞死亡信號通路在缺血的大腦中被證實與線粒體細胞色素c的釋放有關(guān)。細胞色素c是一種水溶性的線粒體外周膜蛋白，是線粒體呼吸鏈的重要組成部分[38]。細胞色素c與CED-4同系物、Apaf-1（凋亡蛋白酶激活因子）和脫氧三磷酸腺苷相互作用，形成凋亡小體，導(dǎo)致caspase-9、Smac的激活[39-41]。caspase-9可能是細胞色素c依賴的caspase級聯(lián)的啟動子，繼續(xù)激活其下游分子caspase-3，引起細胞凋亡[42]。腦缺血研究中，caspase-3和caspase-9被證實在缺血后神經(jīng)元死亡中起關(guān)鍵作用[43,44]。另一方面，Sma通過約束IAP（凋亡抑制蛋白）促進caspase-3的激活，最終引起細胞凋亡[45]。Bcl-2家族蛋白具有一個或多個Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域，通過調(diào)節(jié)線粒體膜的通透性在細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用[46]。Bcl-2家族包括兩類，其中Bax、Bcl-XS、Bak、Bid、Bad為促凋亡蛋白，Bcl-2和Bcl-XL為抗凋亡蛋白。在局灶性腦缺血后，Bcl-2過表達轉(zhuǎn)基因小鼠的梗塞灶減小[47]。

凋亡的死亡受體通路是由死亡受體家族成員啟動的，如Fas受體和腫瘤壞死因子（TNF）受體。在Fas受體途徑中，細胞外Fas配體（FasL）首先與受體和適配器分子Fas相關(guān)死亡域（FADD）蛋白結(jié)合，然后激活procaspase-8[48]，隨后caspase-8激活caspase-3，最終導(dǎo)致DNA損傷和細胞死亡。Caspase-8還可以截斷并激活Bcl-2家族蛋白之一的Bid，并啟動線粒體凋亡通路。

2 總結(jié)與展望

總之，腦缺血后，自由基損傷、細胞凋亡以及炎癥反應(yīng)等均參與了缺血的損傷過程，由于各種因素發(fā)生的時間不同但又相互作用，相輔相成，共同導(dǎo)致了疾病的發(fā)生、發(fā)展，形成復(fù)雜的缺血級聯(lián)通路。因此，一種基于多種作用機制的神經(jīng)保護措施是合乎邏輯的，有望成為神經(jīng)保護藥物的研究方向。