腦缺血－再灌注損傷及其治療策略

　　指導：林　青
　　
　　關鍵詞：腦缺血－再灌注損傷；中西醫(yī)療法；綜述
　　中圖分類號：R743　文獻標識碼：A
　　文章編號：1007－2349(2007)03－0053－03
　　
　　腦血管疾病是一組嚴重危害人類健康的疾病，目前已成為人類致殘和死亡的重要原因之一。早期溶栓是治療急性缺血性腦卒中最有效的措施，但由于溶栓時間窗(≤3h)的限制，只有少數(shù)(約5％)的病人得益于溶栓治療。且溶栓后再灌注引起的顱內出血、腦水腫等嚴重并發(fā)癥也限制著溶栓治療的推廣應用。如何減輕再灌注損傷成為了提高急性缺血性腦卒中療效的關鍵之一^[1]。許多臨床試驗研究也證實腦缺血一再灌注損傷是腦缺血疾病臨床治療中的關鍵問題。目前，針對腦缺血－再灌注損傷機制的研究和治療已取得很大進展。
　　腦缺血時，谷氨酸大量釋放，過度激活N－甲基－D一天冬氨酸(NMDA)受體，介導病理性的Ca²⁺內流，由于NMDA受體在介導缺血早期神經(jīng)元損傷中具有關鍵性作用，以及NMDA受體各亞單位mRNA幾乎只存在于神經(jīng)元，因此該受體亞單位的表達與缺血半暗帶具有重要關系。再灌注后氧供應充分可產(chǎn)生大量自由基，引起瀑布式的自由基連鎖反應，加重腦水腫，損傷細胞核內DNA，誘發(fā)細胞凋亡^[2]。最近的研究表明，缺氧、復氧期間產(chǎn)生的氧自由基可顯著加強內皮細胞表達細胞間粘附因子(1CAMＩ)，腦缺血和再灌注早期也會產(chǎn)生黏附分子、細胞因子及中性粒細胞聚集等，這些因子是構成炎癥反應的基礎，表明急性炎癥反應在腦缺血再灌注損傷中也起著重要作用。因此阻止細胞凋亡和阻斷炎癥級聯(lián)反應可能是改善腦缺血再灌注損傷的理想策略。
　　
　　1　腦缺血半暗帶理論
　　
　　缺血半暗帶是指腦組織缺血后電活動消失而跨膜電位存在和細胞結構保持的區(qū)域，認為是缺血核心區(qū)以外可以被挽救的腦組織，隨著缺血時間的延長半暗帶逐漸變窄，梗塞灶不斷擴大。這些觀點主要來自對腦缺血部位血流和代謝以及組織形態(tài)學方面的研究。目前，在局灶性腦缺血損傷機制研究中，缺血半暗帶是焦點。
　　近年來，許多研究在局灶性腦缺血再灌注動物模型中發(fā)現(xiàn)有“DNA梯”圖譜。細胞的凋亡是一種主動死亡過程，伴隨基因轉錄和蛋白質合成，特征性變化是DNA的寡核小體間裂解，在凝膠電泳時呈現(xiàn)特征性的“DNA梯”。細胞凋亡的形態(tài)學特點是細胞核染色質固縮，細胞膜發(fā)泡，細胞器緊縮，凋亡小體形成與呈現(xiàn)“DNA梯”電泳圖譜^[3]。1995年LI等動物實驗阻塞大鼠大腦中動脈(MCA)2h，然后在不同的再灌注時間處死動物，發(fā)現(xiàn)細胞凋亡在再灌注30min即出現(xiàn)，以24～48h凋亡細胞的數(shù)目最多，且可持續(xù)數(shù)周之久，主要分布于梗死灶邊緣區(qū)內層，表明細胞凋亡參與缺血后梗死灶的發(fā)展。1997年Kogure等^[4]稱此區(qū)域為“半暗帶區(qū)”。Hakim^[5]也指出“半暗帶區(qū)”細胞的死亡方式不是壞死，而是凋亡。
　　近年來，半暗帶理論已成為指導缺血性腦損傷治療的重要依據(jù)。腦缺血時，谷氨酸大量釋放，過度激活N－甲基—D一天冬氨酸(NMDA)受體，介導病理性的Ca²⁺內流，導致神經(jīng)元不可逆的損傷，這一觀點已經(jīng)成為共識。近年來又對大鼠大腦中動脈閉塞早期基底節(jié)區(qū)NMDA受體亞單位蛋白NR1和NR2A及NR2B的表達進行了研究。NMDA受體是由NR1和NR2(NR2A～NR2D)亞單位構成的功能性異聚體，其中NR1是關鍵性亞單位和必需的成分。NR1亞單位的蛋白的改變實質上代表了NMDA受體量的變化，而NR2參與NMDA受體的組成并修飾其功能。腦缺血時，主要是NR1和NR2A及NR2BmRNA的表達增加，并參與介導神經(jīng)元的毒性損害。研究發(fā)現(xiàn)缺血側NR1在大鼠大腦中動脈阻塞(MCAO)后1h表達明顯下降，然后表達逐漸增加；NR2A在MCAO后1h為低水平表達，4～6h明顯增加；NR2B以缺血后5h表達增加最明顯。3種亞單位蛋白的表達水平在一定范圍內隨缺血時間延長而增加，這些支持了腦缺血半暗帶理論。
　　研究發(fā)現(xiàn)NMDA受體亞單位表達增加顯著長于維持大鼠缺血半暗帶所需要的時間，即2h左右。在缺血6h，NRI和NR2A及NR2B亞單位仍處于高表達狀態(tài)，表明NMDA受體介導的神經(jīng)元毒性損害，在腦缺血半暗帶所限定的時間內遠未減弱或停止，與此相反，這種損害仍在繼續(xù)，可能貫穿于可逆性或不可逆性損害整個缺血過程。另外，缺血側基底節(jié)區(qū)NR1亞單位蛋白的表達持續(xù)增高，即NMDA受體合成量增加，表明NR1亞單位的表達增加在介導持續(xù)性腦缺血性神經(jīng)元損傷方面具有關鍵性作用。這些結果從分子生物學水平支持腦缺血半暗帶理論^[6]。
　　
　　2　自由基損傷
　　
　　人體內的自由基主要有超氧陰離子(O^2--)、一氧化氮自由基(NO)、烷自由基、烷氧基和烷過氧基、脂質過氧化物自由基等。其中O²一在生物體內廣泛存在，是誘發(fā)自由基連鎖反應的啟動環(huán)節(jié)，其性質極不穩(wěn)定，可以不斷生成新的活性氧，是局灶性腦缺血再灌注后腦水腫形成和細胞凋亡的主要因素。
　　氧自由基是細胞正常代謝的副產(chǎn)物，在有氧呼吸過程中從線粒體呼吸鏈中可滲漏一些還原不完全的氧分子，以致產(chǎn)生大量的O和HO，其產(chǎn)生來源有中性粒細胞、線粒體、Ca²⁺超載。腦缺血時，神經(jīng)元能表達環(huán)氧22(cyclooxygenase22，Cox22)和誘導型一氧化氮(iNOS)，激活小膠質細胞活性氧(re2activeoxygenspecieS，ROS)，ROS以線粒體為靶點致腦缺血損傷，ROS攻擊線粒體使細胞色素C(cytochromec，Cyt2C)從線粒體釋放到胞漿中，Cyt2C能激活caspase基因，誘導細胞凋亡ROS通過上調NF2JB使Cox22、iNOS、CKs等表達增高^[7]。有研究表明，缺氧應激對缺血再灌注的腦內皮細胞有基因毒性(genetox2in)和細胞毒性(cytotoxin)的作用，其表現(xiàn)為染色體畸變、細胞凋亡等^[8]。腦缺血時，超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)表達下調，清除ROS的能力下降，ROS的生成增多，損傷腦組織，而損傷上調SOD基因的表達能明顯減輕腦缺血損傷。
　　DNA是細胞內氧自由基最主要的攻擊目標，自由基，主要是羥自由基，能通過直接和間接的機制損傷DNA。另外，氧自由基的脂質氧化毒性產(chǎn)物可間接損傷DNA。最常見的DNA氧化損傷包括DNA堿基損傷、單鏈斷裂、雙鏈斷裂、DNA間、DNA鏈問及DNA與蛋白間的交叉連接。在這些損傷中，堿基損傷和鏈的斷裂最為常見。目前已經(jīng)鑒定出多種DNA堿基損傷，包括82羥基氧化鳥嘌呤、82羥基氧化腺嘌呤、乙二醇胸腺嘧啶、乙二醇胸苷、AP位點等等。其他常見的氧化堿基損傷還包括52羥基22p2脫氧胸腺嘧啶(520HC)和52羥基脫氧胸腺嘧啶(520JU)等。Lan等^[9]在腦缺血后數(shù)分鐘內檢測到DNA單鏈斷裂和82羥基氧化鳥嘌呤的表達。
　　因為自由基及自由基介導的自由基連鎖反應在腦缺血再灌注中的損害作用，故抗自由基治療成為近年來研究的焦點。在離體細胞培養(yǎng)實驗和活體腦缺血實驗中，抗氧化治療顯示出明顯的保護神經(jīng)和減輕腦缺血再灌注損傷的作用，如脂質連接銅鋅超氧化物歧化酶(SOD1)或NOS抑制劑可縮小腦梗死體積，而且此保護作用還可見于SOD1過度表達的或NOS剔除的轉基因鼠。Huang等^[10]通過研究大鼠MCAO模型得出SOD1過度表達可以削弱NF2JB的活性，防止有害基因(如c2myc)引發(fā)的瀑布樣改變。但是Fujimura等用大鼠永久性腦梗死模型進行研究，發(fā)現(xiàn)SOD1并不影響腦水腫和腦梗死體積，SOD1可能通過減少線粒體Cyt2C的釋放宋防止細胞凋亡的產(chǎn)生，這其中的機制有待于進一步的研究。也有研究表明，骨形態(tài)生成蛋白26(BMP26)可以通過削弱腦缺血再灌注中由HO導致LDH的活性，減少缺血導致的caspase23免疫反應及caspase23酶活性，減少腦缺血皮質中的TUNEL染色凋亡細胞數(shù)量。
　　
　　3　炎癥損傷
　　
　　近年來，研究表明腦缺血再灌注后繼發(fā)性神經(jīng)損傷與炎癥機制有密切關系，在此過程中內皮細胞的損傷，白細胞的浸潤是造成神經(jīng)元損害的重要原因。周圍血中白細胞向缺血區(qū)遷移的主要原因在于血管內皮細胞及白細胞表面的粘附分子的表達^[11]。研究發(fā)現(xiàn)，粘附分子1(1CAM 1)與白細胞介素1(IL－1)與白細胞的浸潤有密切的關系。
　　ICAM1是Rthelein于1986年發(fā)現(xiàn)的一種淋巴細胞功能相關抗原1(LFA 1)的配體，克隆號為CD54，是一種單鏈跨膜糖蛋白，其相對分子質量為90×103(90kD)，屬免疫球蛋白超家族。ICAM 1在體內分布較廣，包括各種血管內皮細胞、上皮細胞、成纖維細胞、網(wǎng)狀細胞、單核巨噬細胞、淋巴細胞及多種腫瘤細胞的表面，但在血管內皮細胞表達最強。正常情況下，ICAM 1可以在內皮細胞有低水平的表達，但在細胞因子如TNFQ、IL1p、IFNY、NF kB等刺激下表達可明顯增高。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注后2h，腦缺血的壞死周邊區(qū)的微血管內皮細胞表達ICAM1出現(xiàn)增高趨勢，并于24h達到高峰，腦缺血再灌注8h出現(xiàn)白細胞浸潤，且浸潤高峰也在24h，ICAM1的表達與白細胞浸潤呈正相關。腦缺血再灌注后ICAM1可介導白細胞和內皮細胞的粘附，加速白細胞的浸潤，說明ICAMI是造成腦缺血損傷的重要因素之一。
　　白細胞介素1(IL－1)屬功能細胞因子，具有兩種活性形式，即IL－1p、IL－1Q，是一類重要的免疫活性分子，在腦缺血再灌流損傷中表達增多，介導缺血早期中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎性反應，已被公認是缺血性腦損傷的重要因素之一^[12]。研究發(fā)現(xiàn)，缺血3h及缺血再灌流1h IL-1p陽性細胞增多，24h達高峰，缺血5天仍有較多的陽性細胞表達而再灌流5天陽性細胞明顯減少，在再灌流極早期(1 h)即可出現(xiàn)明顯的白細胞浸潤，且其參與的再灌流損傷較單純缺血損傷出現(xiàn)早且重，說明1L-1D在缺血再灌流損傷中的作用與中性白細胞浸潤有密切關系^[13]。
　　
　　4　NO損傷
　　
　　目前研究認為，NO在腦缺血損傷中具有雙重作用。在腦缺血再灌注過程中，NO產(chǎn)生在缺血最初幾小時內具有有益作用，對腦細胞起保護作用，而在再灌注期產(chǎn)生的NO則具有毒性作用。NO復雜的雙重作用與其自身復雜的生物及理化性質有關，并受周圍環(huán)境氧化還原狀態(tài)的影響，而其合成酶NOS的不同類型是決定其不同作用的關鍵因素。
　　NOS根據(jù)其來源的不同可分為Ca²⁺依賴性的原生(cNOS)與非Ca²⁺依賴性的誘塵型(iNOS)兩大類。cNOS在正常條件下即存在于血管內皮細胞與神經(jīng)元的細胞中，保證NO的基礎釋放，使腦血管保持正常張力，對腦循環(huán)的調節(jié)起著重要作用，故又稱為生理型