缺血性腦卒中病理生理機制及治療對策研究進展

馬風偉，鄧青芳

(1.貴州師范大學 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護重點實驗室，貴州 貴陽 550001；2.貴陽學院 食品與制藥工程學院，貴州 貴陽 550005；3.貴州師范大學 貴州省藥物質量控制及評價技術工程實驗室，貴州 貴陽 550001)

0 引言

缺血性腦卒中(Ischemic stroke, IS)又稱缺血性腦中風，是由于腦部血管病變導致大腦供血障礙，腦部組織缺氧、缺糖引發(fā)的組織壞死，出現(xiàn)神經功能損傷的一類臨床綜合癥[1]。IS發(fā)生后，神經元細胞發(fā)生形態(tài)變化，并激活程序性死亡通路[2]；小膠質細胞迅速向損傷部位遷移、增殖、分化并產生促炎和抗炎雙重作用[3]；星形膠質細胞調控細胞內外金屬離子和興奮性神經遞質的微環(huán)境[4]。在IS溶栓治療后，再灌注引起的快速復糖復氧會產生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)，易導致氧化應激反應和炎性風暴，出現(xiàn)致命的腦部損傷。

近年來，研究發(fā)現(xiàn)缺血性腦卒中的缺血-再灌注損傷(Ischemia-reperfusion,I/R)的病理生理過程中涉及多個復雜的機制調控。本文從信號通路分子機制以及治療對策等方面進行綜述，為IS的深入研究提供參考。

1 信號通路

1.1 MAPKs信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)是信號從細胞表面?zhèn)鲗У郊毎说闹匾獋鬟f者，能被細胞內外的多種刺激物所激活。MAPK信號通路為絲氨酸-蘇氨酸(Serine-Threonine,Ser-Thr)蛋白激酶，具有保守的三級激酶模式，即MAPK激酶激酶(MAPK kinase kinase,PAP3K)，MAPK激酶(MAPK kinase,PAP2K)和MAPK，通過依次磷酸化作用將上游信號傳遞到下游的應答分子。MAPK家族調節(jié)著細胞的生長、分化、增殖、凋亡、炎癥以及對外界環(huán)境的應激反應等多種重要的細胞生理/病理過程，其有不同的亞族，如Extracellular signal-regulated kinase(ERK)參與細胞的增殖、分化的調控；c-Jun NH2-terminal kinase(JNK)參與細胞對滲透壓、溫度變化等應激反應；p38介導炎癥、凋亡反應等[5]。

MAPK的活性效應被認為是由其活性環(huán)氨基酸序列中的雙磷酸化位點(絲氨酸和酪氨酸位點)所調控，活性環(huán)有一個特征性的TXY motif(蘇氨酸-x-酪氨酸基序，Thr-x-Tyr)，并且不同亞族或同亞族不同亞型之間TXY基序的X氨基酸可能不同，如哺乳動物ERK1和ERK2的TXY基序為TEY(Thr-谷氨酸-Tyr)，ERK5中為TDY(Thr-天冬氨酸-Tyr)，JNK中為TPY(Thr-脯氨酸-Tyr)，p38中為TGY(Thr-甘氨酸-Tyr)。

在上述MAPKs各條信號中，對RAS-RAF-MEK-ERK信號通路的研究最為深入(圖1)。大鼠肉瘤(Rat sarcoma,Ras)蛋白是原癌基因c-ras的表達產物，屬于小GTP結合蛋白大家族中的一員，具有鳥嘌呤-5′-三磷酸(Guanosine triphosphate,GTP)水解酶活性；迅速加速性纖維肉瘤(Rapidly accelerated fibrosarcoma,Raf)蛋白的N端結構域被活化的Ras結合并激活；絲裂原活化的細胞外信號調節(jié)激酶(Mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase,MEK)可以磷酸化靶蛋白上絲氨酸/蘇氨酸殘基和酪氨酸殘基的雙特異性激酶。RAS-RAF-MEK-ERK通路與多種神經退行性疾病如多發(fā)性神經纖維瘤有關，其中多個位點被作為藥物開發(fā)的靶位[6]。

圖1 Ras-Raf-Mek-Erk通路Fig.1 Signalling pathway of Ras-Raf-Mek-Erk

p38MAPK是MAPKs的亞類之一，也是大腦中調控炎癥反應最重要的通路，與JNK相似，同為應激激活的蛋白激酶，多種炎癥因子(TNF-α，IL-1β，IL-6)，體外應激因子(紫外線UV，雙氧水H2O2)以及脂多糖、革蘭氏陽性菌細胞壁成分等都可以激活p38通路[7]。p38信號通路也是由三級激酶鏈組成，其上游為MKK3、MKK4和MKK6，其中MKK3和MKK6僅特異性磷酸化激活p38，不能磷酸化JNK通路[8]。

神經炎癥是IS后的一個關鍵病理過程，是引起神經元細胞凋亡的主要損傷形式。小膠質細胞在腦部微環(huán)境的影響下會發(fā)生極化，極化成2種不同的表型，分別為促炎癥反應表型M1型和抗炎癥反應表型M2型，在炎癥反應的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。通過調節(jié)小膠質細胞的活化分化可以改善IS造成的腦損傷。針對p38信號通路進行恰當?shù)乃幬锔深A，可以明顯改善缺血/再灌注造成的腦部功能損傷[9]。

1.2 PI3K/Akt信號通路

磷脂酰肌醇三激酶/絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt(Phosphatidylinositol 3-kinase/serine-threonine kinase Akt,PI3K/AKT)蛋白家族參與細胞增殖、腫瘤、神經疾病等多種細胞活動[10]。PI3K可以磷酸化修飾磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol,PI)中肌醇環(huán)的第3位碳原子。磷脂酰肌醇PI是一種細胞膜磷脂，雖然其含量比磷脂酰膽堿(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(腦磷脂)、磷脂酰絲氨酸少，但在腦部細胞膜中，PI的含量較為豐富(圖2)。

圖2 二硬脂酰磷脂酰衍生物的化學結構Fig.2 Structures of distearyl phosphatidyl derivatives注：A：二硬脂酰磷脂酰肌醇；B：二硬脂酰磷脂酰膽堿；C：二硬脂酰磷脂酰乙醇銨；D：二硬脂酰磷脂酰絲氨酸。

PI的肌醇環(huán)上有5個可磷酸化修飾位點，多種激酶可磷酸化PI肌醇環(huán)的4位和5位羥基，但3位羥基的磷酸化修飾才對細胞的功能具有重要影響。PI3K可以特異性地轉移1個磷酸基團到肌醇環(huán)的3位點，進而激活其下游分子(如凋亡相關蛋白Caspase 9和Bad、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白mTOR等)。

PTEN(Phosphatase and tensin homology deleted on chromosome 10)是位于人類10號染色體10q23.3基因表達一種酪蛋白磷酸酶，其基因在人類腫瘤中常發(fā)生突變或缺失。PTEN作為磷酸酶可以發(fā)揮去磷酸化作用，其功能與PI3K的功能相反，使Akt去磷酸化而減少其活化，并阻斷由Akt介導的下游信號傳導事件[11]。

1.3 Secretase/Notch

分泌酶(Secretase)是一類切割膜蛋白胞外區(qū)的酶，可以將膜蛋白的胞外區(qū)域切割并釋放進入體液循環(huán)，分泌酶的底物有多種，如翅緣缺刻蛋白Notch，阿爾茲海默病淀粉樣前體蛋白(Amyloid precursor protein，APP)等[12]。根據切割APP位點的不同，分泌酶可分成3類：α-secretase、β-secretase、γ-secretase；其中α型為金屬蛋白酶，切割APP的產物無神經毒性；β型為天冬氨酸蛋白酶；γ型為多酶復合物，均可切割APP產生導致阿爾茲海默病(Alzheimer's disease,AD)的毒性多肽[13]。

Notch信號通路廣泛存在于脊椎和非脊椎動物，在進化上高度保守。相鄰細胞通過Notch受體與Notch配體的結合來傳遞Notch信號，擴大和固化細胞間的分子差異，調節(jié)細胞的分化和發(fā)育，最終決定細胞命運。Notch受體是一種膜蛋白受體，其結構有胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內區(qū)構成；Notch配體又稱為DSL蛋白，也是一種含保守分子結構的跨膜蛋白；細胞內的效應器分子主要有CSL蛋白和CSL-DNA結合蛋白。Notch信號是相鄰細胞之間通訊并調控細胞發(fā)育的重要通路，在IS發(fā)生后，介導腦細胞間的信息交流[14]。

1.4 TREM2信號通路

在大腦中，髓樣細胞觸發(fā)受體2(Triggering receptor expressed on myeloid cells-2,TREM2)僅由小膠質細胞產生，而小膠質細胞是中樞神經系統(tǒng)內固有的免疫效應細胞，這些細胞在大腦中以固定頻率與神經元突觸發(fā)生接觸并監(jiān)視突觸的功能，處理細胞廢棄物。TREM2受體屬于免疫球蛋白超家族，是一種跨膜受體，其配體比較廣泛且復雜，有脂肪相關的載脂蛋白E(Apolipoprotein E,ApoE)，高密度脂蛋白(High-density lipoprotein,HDL)和低密度脂蛋白(Low-density lipoprotein,LDL)，在阿爾茨海默病大腦中，TREM2可以直接與病理性β-淀粉樣蛋白(Amyloid-β,Aβ)結合，形成斑塊[15]。

IS發(fā)生后，對比發(fā)現(xiàn)TREM2敲除小鼠比非敲除小鼠的炎性反應低，提示TREM2在炎性反應中有重要作用[16]，同時，細胞內TREM2的表達增加，提示小膠質細胞介導的吞噬作用和促炎癥細胞因子釋放對IS的保護作用明顯[17]。

1.5 BDNF/TrkB信號通路

星型膠質細胞是神經膠質細胞中體積最大、數(shù)目最多的一種，胞體呈星型，并伸出許多突起。星型膠質細胞主要是參與神經遞質的代謝，并維持腦部離子平衡[18]。腦源性神經營養(yǎng)因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)的分子單體是由119個氨基酸殘基組成的分泌型成熟堿性蛋白，在大腦中高表達，其中海馬和皮質的含量最高[19]。BDNF是繼神經生長因子(Nerve growth factor,NGF)之后發(fā)現(xiàn)的第二個神經營養(yǎng)因子。酪氨酸激酶受體B(Tyrosine kinase receptor B,TrkB)是一種跨膜蛋白，也是BDNF的特異性受體，其在多種疾病中均出現(xiàn)過表達[20]。

BDNF-TrkB信號通路涉及大腦的多個功能，如神經元存活、生長以及調節(jié)興奮性與抑制性神經沖動等。當BDNF與TrkB結合后，TrkB受體二聚體化，進而導致其內在的酪氨酸磷酸化，從而觸發(fā)一系列級聯(lián)信號的轉導，如MAPK、PI3K、磷脂酶C-y(Phospholipases C,PLC)等。IS發(fā)生后，腦部缺血缺氧導致細胞膜通透性發(fā)生改變，細胞內BDNF表達增加，進而保護神經元細胞，降低損傷程度，BNDF-TrkB通路還可以促進腦梗死后的神經功能恢復，改善腦卒中后的功能缺損[21]。

1.6 ApoE信號通路

載脂蛋白E(Apolipoprotein E,ApoE)基因位于19q13.2，其有3個等位基因，分別為ε2、ε3、ε4，編碼產生3種ApoE異構體蛋白，其中ApoE4在AD患者中高表達，被確定為AD的主要危險因素。在腦組織中，ApoE主要由星型膠質細胞產生，除了負責脂質的轉運和代謝外，ApoE還在神經組織的多個信號通路中扮演重要角色[22]。

谷氨酸(Glutamic acid,Glu)是腦組織中含量最高、作用最突出的興奮性神經遞質，在IS發(fā)生后，谷氨酸的大量釋放導致過度激活N-甲基-D-天門冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)等受體，引發(fā)細胞內鈣離子增加、線粒體功能障礙、氧化應激等反應，ApoE能夠作用于NMDAR減少Glu的興奮性毒性作用，保護神經細胞[23]。

2 治療策略

2.1 溶栓策略

IS發(fā)生后，及時的溶栓治療，恢復腦血管流動和腦部供血是第一要務，溶栓藥物可以促進纖維蛋白溶解進而溶解血栓。體內纖維蛋白溶解過程是涉及多個酶催化的連鎖反應：首先藥物或血漿組織中內源性物質活化為纖溶酶原激動劑，其次纖溶酶原轉化為纖溶酶，最后纖溶酶溶解纖維蛋白或纖維蛋白原，血栓消失，血管再通。表1列舉了部分溶栓藥，如阿替普酶(Alteplase)被批準用于急性缺血性腦卒中(Acute ischemic stroke,AIS)的溶栓治療，是一種血栓溶解藥，為糖蛋白類藥物，主要用于急性缺血性腦卒中(Acute ischemic stroke,AIS)，急性心肌梗死(Acute myocardial infarction,AMI)，肺動脈栓塞(Pulmonary embolism,PE)和深靜脈血栓[24]。阿替普酶為選擇性地組織纖溶酶原激活劑(Tissue-type plasminogen activator，t-PA)，通過其賴氨酸(Lysine,Lys)殘基與血栓纖維蛋白(Fibrous protein,Fib)結合，激活與Fib結合的纖溶酶轉變?yōu)槔w溶酶，進而溶解血栓。如果溶栓過程導致腦出血，應及時給予抗纖維蛋白溶解藥如氨基己酸(Aminocaproic acid)，氨基己酸可以阻抗纖溶酶原與纖維蛋白結合，防治纖溶酶原激活為纖溶酶，從而阻止纖維蛋白溶解，達到止血效果[25]。

表1 溶栓藥物及適應癥Tab.1 Thrombolytic drugs and their indications

2.2 輔助藥物

由于溶栓時間窗短或溶栓后風險等原因，有些腦卒中患者沒有機會靜脈溶栓，或者靜脈溶栓后的認知功能及肢體活動功能改善程度欠佳，部分患者出現(xiàn)語音能力、記憶能力及識別能力不足，嚴重影響患者的生活質量。在溶栓過程同時或溶栓后及時補充神經營養(yǎng)劑，對改善IS癥狀具有重要意義。表2列舉了一些輔助藥物。

表2 輔助藥物及類別Tab.2 Drugs and their classifications for IS auxiliary treatment

中醫(yī)認為“中風”是機體陰陽失調、氣血逆亂、直沖犯腦所致，IS屬于氣虛血瘀的病因，因此中醫(yī)治療IS多以活血補氣為主[42]，以醒腦開竅、揮發(fā)活血的藥物為主藥[43-44]。針灸及艾灸技術是中醫(yī)獨有的治療技術，在通經活脈方面應用廣泛[45]，對IS治療具有一定優(yōu)勢，對于IS的用針多聚焦在腦部以及任脈和督脈用針[46-47]，對IS患者腦部及肢體功能恢復具有顯著幫助。

3 展望

隨著對IS研究的深入，人們對其發(fā)病過程中的生理病理機制以及治療對策有了更深入的了解，針對特定信號通路開發(fā)新的治療藥物靶向性更強，副作用更低，也推進了外科手術除栓技術的發(fā)展。但我們對IS的后遺癥以及預防二次復發(fā)的認識還是非常有限的，今后可從以下2方面開展IS更深入的工作：1)對于錯過溶栓治療窗的病人，如何開展手術除血栓或構建腦部血管支架的外科手術研究；2)開發(fā)合適的神經保護藥物，為在預防IS二次復發(fā)方面提供新的安全有效的腦神經保護劑。相信隨著分子生物學、基礎醫(yī)學和臨床醫(yī)學技術的發(fā)展，人們對IS的發(fā)病機理將有更深入的認識，也會研發(fā)更有力的技術和藥物對IS的預防和治療進行更精準的治療。