右美托咪定對腦缺血再灌注損傷保護機制的研究進展

張 冰綜述， 鄒楠楠， 呂 靖， 盧銀忠， 張光明， 李 清審校

腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia-reperfusion injury,CIRI)是發(fā)生在腦梗死后行溶栓或者介入治療使血流恢復(fù)再通，而引起的一系列病理損傷，其具體機制目前尚不清楚，氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細胞凋亡和細胞自噬等是其重要的損傷機制。腦缺血再灌注損傷已成為神經(jīng)外科手術(shù)、心臟手術(shù)后和大動脈手術(shù)術(shù)中和術(shù)后的主要并發(fā)癥之一，如何治療和干預(yù)腦缺血再灌注損傷具有重要意義。右美托咪定(dexmedetomidine,DEX)作為一種高選擇性α2腎上腺素受體激動劑，具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗交感神經(jīng)等作用，廣泛應(yīng)用于臨床麻醉和ICU中。

有研究表明，右美托咪定可以通過減弱氧化應(yīng)激、抑制炎癥反應(yīng)、抑制細胞凋亡和調(diào)節(jié)細胞自噬，從而改善腦缺血再灌注損傷。本文將從不同的作用機制展開，綜述最新的右美托咪定對腦缺血再灌注損傷保護作用的研究進展。

1 減輕氧化應(yīng)激損傷

氧化應(yīng)激是指在代謝過程中活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成過多或清除能力降低，使氧化和抗氧化系統(tǒng)的動態(tài)平衡破壞，從而引起組織損傷的病理過程。ROS包括超氧陰離子自由基(·O2-)、羥基自由基(·OH)以及過氧化氫(H2O2)等，其過量產(chǎn)生會通過一系列級聯(lián)反應(yīng)與周圍的生物大分子如DNA、蛋白質(zhì)、糖和脂質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致細胞功能紊亂，甚至引起細胞死亡[1]。其中，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)、4-羥基壬烯醛(HNE)和丙烯醛還可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能障礙、谷胱甘肽過度消耗，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的氧化應(yīng)激損傷[2]。而體內(nèi)的抗氧化物酶，包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)、過氧化氫酶(CAT)以及硫氧還蛋白過氧化物酶(TPx)等，可以清除·O2-、·OH、H2O2等氧化物分子，從而減少其對機體的損傷[3]。大腦因其高能耗而極易遭受氧化應(yīng)激，這在腦缺血再灌注損傷發(fā)生中起重要作用。

Shen等[4]采用心跳驟停模型使家豬心臟停搏8 min后進行心肺復(fù)蘇搶救，復(fù)蘇成功后給予右美托咪定靜脈注射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，右美托咪定組比對照組MDA表達水平明顯降低、SOD表達水平明顯提高、腦組織損傷明顯減輕，這表明右美托咪定可以通過清除腦內(nèi)的自由基過度積累、提高抗氧化酶水平，從而抵抗氧化應(yīng)激對腦缺血再灌注的損傷。另有研究采用大鼠大腦中動脈阻塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型，研究右美托咪定對腦缺血再灌注損傷的保護作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)右美托咪定可以顯著大鼠腦缺血再灌注后MDA、4-HNE水平，減少腦梗死體積，發(fā)揮腦缺血再灌注損傷保護作用[5]。

核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是維持細胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的最重要的轉(zhuǎn)錄因子，在生理條件下，Nrf2與其生理抑制劑Keap1結(jié)合于細胞質(zhì)中，通過其蛋白酶體介導(dǎo)的泛素化降解維持其胞質(zhì)內(nèi)低水平；當(dāng)氧化應(yīng)激發(fā)生時，Nrf2與Keap1解離，易位到細胞核中發(fā)生核內(nèi)聚集；在細胞核中Nrf2與抗氧化反應(yīng)元件結(jié)合，促進抗氧化酶和解毒酶基因的表達，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激的作用[6]。Chen等[7]研究表明，右美托咪定可以通過NFAT5/SIRT1信號促進Nrf2核轉(zhuǎn)位增加，降低ROS、MDA水平。右美托咪定還可以通過miR-205-5p/HMGB1通路提升Nrf2及其下游蛋白HO-1表達，降低體內(nèi)過氧化物水平并提高抗氧化酶水平，降低腦缺血再灌注時腦梗死體積、Longa’s神經(jīng)功能評分等，從而減輕腦缺血再灌注損傷[8]。

此外，右美托咪定可以通過調(diào)控SNHG11/miR-324-3p/VEGFA通路提升腦缺血再灌注時抗氧化酶SOD、GSH-PX、CAT表達水平；降低MDA水平、提升細胞存活率、降低細胞凋亡等，發(fā)揮腦保護作用[9]。

綜上，右美托咪定可以清除腦缺血再灌注時過量產(chǎn)生的氧化物、提高抗氧化酶表達，減輕氧化應(yīng)激，發(fā)揮腦保護作用。

2 抑制炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)是腦缺血再灌注損傷的重要病理生理機制，參與了其發(fā)生和發(fā)展。腦缺血再灌注后，腦組織及外周血中均有炎性細胞浸潤和炎癥因子增加，觸發(fā)了多種機制，從而加重腦缺血再灌注損傷[10,11]。多項研究表明，大鼠在MCAO模型建立后炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β表達明顯增高，給予右美托咪定后炎癥因子表達水平均顯著下降，表明右美托咪定可以抑制腦缺血再灌注損傷中的炎癥反應(yīng)[7,8,12]。

TLR4為Toll樣受體(toll-like receptors,TLRs)家族一員，負責(zé)監(jiān)視與識別機體各種病原體相關(guān)分子模式并啟動免疫反應(yīng)[13]。在腦缺血再灌注損傷發(fā)生時，本存在于細胞內(nèi)的病原體相關(guān)分子模式(如HMGB1、ATP等)釋放到細胞外，被TLR4所識別[14]，進而激活NF-κB轉(zhuǎn)錄因子，通過級聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)后續(xù)免疫以及炎癥因子的釋放[15]。多項研究表明[16,17]，大鼠MCAO模型建立后炎癥因子表達明顯增加，而右美托咪定可以通過TLR4/NF-κB信號通路降低炎癥因子的表達，提示TLR4/NF-κB信號通路在右美托咪定抗炎中發(fā)揮重要作用。

綜上，右美托咪定可以通過降低炎癥因子的表達水平，抑制炎癥反應(yīng)，從而發(fā)揮抗腦缺血再灌注損傷的作用。

3 減少神經(jīng)元細胞凋亡

在腦缺血再灌注發(fā)生時，凋亡信號常激活線粒體凋亡途徑，通過激活Bax/Bak、釋放細胞色素C(Cytochrome C,CytC)及凋亡誘導(dǎo)因子等，激活caspase級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細胞凋亡。Wu等[18]采用神經(jīng)元細胞OGD模型發(fā)現(xiàn)，右美托咪定預(yù)處理可以顯著降低神經(jīng)元細胞凋亡數(shù)量，緩解缺血再灌注引起的細胞皺縮、DNA片段化，同時抑制Bax由胞漿向線粒體膜轉(zhuǎn)位、降低線粒體膜電位、減少CytC釋放、降低caspase-9/-3/-6活性，從而發(fā)揮抗凋亡作用。

缺氧誘導(dǎo)因子-1α(Hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)是調(diào)節(jié)低氧環(huán)境下的適應(yīng)性反應(yīng)至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，它可通過調(diào)節(jié)下游眾多的靶基因參與腦缺血再灌注損傷。Wang[19]等研究表明，右美托咪定可以通過抑制HIF-1α減少大鼠神經(jīng)元細胞凋亡數(shù)量，同時降低Bax、cleaved caspase-3及相關(guān)凋亡蛋白表達，提高抗凋亡蛋白Bcl-2表達，從而減輕大鼠腦缺血再灌注損傷。Gao等[20]研究表明，右美托咪定可以通過激活HIF-1α/p53信號通路，提高神經(jīng)球蛋白Ngb表達，抑制神經(jīng)元細胞凋亡，降低CytC及凋亡相關(guān)蛋白表達，減輕大鼠腦缺氧復(fù)氧帶來的損傷。

綜上，右美托咪定可通過減輕細胞凋亡，發(fā)揮抗腦缺血再灌注損傷的作用。

4 調(diào)節(jié)細胞自噬

自噬是指細胞自身的胞質(zhì)蛋白或細胞器被吞噬后包裹形成囊泡，與溶酶體融合進而降解被吞噬的內(nèi)容物[21]。在腦缺血再灌注損傷發(fā)生時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激產(chǎn)生的大量未折疊的蛋白、興奮毒性介導(dǎo)的NMDA受體激活、細胞內(nèi)鈣過載、ROS過度產(chǎn)生和炎癥反應(yīng)等都參與了自噬的激活[22]。右美托咪定可以通過調(diào)節(jié)自噬發(fā)揮抗腦缺血再灌注損傷的作用，但其具體調(diào)節(jié)方向根據(jù)應(yīng)激的作用強度和作用時間而有所不同。研究表明，右美托咪定可以通過JNK通路抑制MCAO模型大鼠自噬減輕腦缺血再灌注損傷，具體表現(xiàn)為透射電鏡下自噬程度降低，線粒體腫脹減輕、線粒體嵴斷裂減少及空泡化減少，以及Beclin1、LC3-Ⅱ/Ⅰ表達降低[23]；右美托咪定還可以通過提高HIF-1α表達抑制神經(jīng)元自噬，從而減輕腦缺血再灌注損傷。但是Zhu等[24]研究表明，右美托咪定可以誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞OGD時自噬增加(Beclin1、LC3-Ⅱ/Ⅰ升高，p62降低)，從而提高細胞存活，自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素(rapamycin,RAPA)可以促進右美托咪定的保護作用，而自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine,3-MA)部分抵消了右美托咪定的保護作用，且這些效應(yīng)與TSC2-mTOR-4EBP1信號通路有關(guān)。

此外，線粒體自噬也是腦缺血再灌注損傷一種重要的死亡途徑。腦缺血再灌注損傷會導(dǎo)致線粒體受損，受損的線粒體會產(chǎn)生大量的ROS引起氧化應(yīng)激、釋放CytC引發(fā)凋亡級聯(lián)反應(yīng)等，所以及時地清除受損的線粒體非常重要。Tang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，右美托咪定可以通過抑制鈣離子通道MCU而抑制過多的線粒體自噬，從而發(fā)揮抗腦缺血再灌注損傷作用；缺氧復(fù)氧損傷后，在透射電鏡下觀察到神經(jīng)元細胞完整線粒體數(shù)量減少，自噬小體數(shù)量明顯增加，而右美托咪定顯著逆轉(zhuǎn)了上述改變，并且降低了LC3-Ⅱ/Ⅰ、Beclin1表達，提高p62、TOM20、Bcl-2表達。

綜上，右美托咪定可以通過調(diào)節(jié)細胞自噬而發(fā)揮抗腦缺血再灌注損傷的作用。

5 總結(jié)展望

右美托咪定作為一種臨床麻醉和ICU中的常用藥物，對腦缺血再灌注損傷具有一定的保護作用，但其具體機制尚未完全闡明，其中氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、凋亡和自噬是關(guān)鍵的細胞功能機制，所涉及信號通路繁多，且各機制之間、各信號通路之間、機制與信號通路之間的聯(lián)系和相互作用亦未完全闡明，而右美托咪定可以通過其中的一種或者多種機制共同來對抗腦缺血再灌注損傷。且現(xiàn)有研究表明，在缺血再灌注時細胞也會發(fā)生鐵死亡和焦亡[26,27]，而右美托咪定對細胞鐵死亡和焦亡均有調(diào)控作用[28,29]，但目前關(guān)于右美托咪定在腦缺血再灌注損傷中調(diào)控細胞鐵死亡和焦亡的研究甚少，還需要進一步研究驗證。目前關(guān)于右美托咪定對腦缺血再灌注損傷保護機制的研究主要是基于實驗動物和細胞學(xué)研究，涉及臨床的研究和轉(zhuǎn)化結(jié)果很少，需要大量的臨床研究考察來印證基礎(chǔ)研究結(jié)果，以為臨床治療腦缺血再灌注損傷提供理論依據(jù)?？傊?，右美托咪定是一種極具有潛力的藥物，有希望在臨床預(yù)防和治療腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮重要作用。