腦缺血再灌注神經元損傷機制研究進展*

閆 晨 ，馬德鄰 ，朱金墻

（1.天津生物工程職業技術學院，天津 300462；2.天津河北鐵三院醫院，天津 300142；3.天津中醫藥大學，天津 300193）

腦血管病，隸屬中醫“中風”、“卒中”之范疇,是一種高致殘、高病死率的常見病，已成為當今危害人類特別是中老年人健康的重癥疾病之一。缺血性腦血管病在腦血管病的發病中占60%～80%。臨床治療以溶栓為主，但在恢復缺血腦組織血供的同時，有時卻造成再灌注損傷。

目前認為，腦缺血再灌注是腦損傷和慢性神經病變的重要原因，過程主要涉及神經元損傷，包括酸中毒，谷氨酸興奮性中毒，氧自由基釋放和氧化應激反應，以及細胞凋亡和炎癥損傷過程。其中細胞內鈣超載是腦損傷的核心。同時，一氧化氮（NO）合成所引起的一系列氧化級聯反應是引發血腦屏障通透性改變，神經元損傷加重的關鍵。

本文主要針對腦缺血再灌注對神經元損傷機制做一探討，為今后中藥治療腦血管病臨床研究提供參考以及理論基礎。

1 氨基酸興奮性中毒

興奮性氨基酸（EAA）主要有谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、甘氨酸（Gly）。其中缺血神經元大量釋放的Glu是神經元損傷的關鍵[1-2]。生理狀態下，Glu與Asp主要存在于神經元突觸末梢。而腦損傷后，谷氨酸大量釋放到突觸間隙,細胞膜Na+-K+-ATP酶激活，大量 Na+，Cl-內流，引發神經元水腫[3]。

此外，EAA受體有三種亞型：N－甲基-D-天門冬氨酸受體（NMDA）、α－氨基羥甲基惡唑丙酸受體(AMPA)、親代謝受體。其中NMDA受體可控制Ca2+、Na+、K+跨膜轉運的通道。腦缺血再灌注損傷不僅激活Na+-K+-ATP酶同時大量激活NMDA受體，使Ca2+大量內流激發一系列瀑布樣病理生理過程進一步導致神經元的遲發性死[4-5]。

由此可見，興奮性氨基酸分布改變和谷氨酸受體激活引起的胞內Ca2+濃度增高是觸發神經元損傷的主要因素之一。

2NO和氧自由基

大多數學者認為，腦缺血再灌注過程中出現大量氧自由基是神經元級聯死亡的重要原因[6]。正常情況下體內自由基的產生和消除處于動態平衡狀態故不發生自由基連鎖反應和組織損傷。但自由基產生過多或清除機制發生障礙時可破壞細胞結構中蛋白成分，引起脂質過氧化，導致細胞損傷、線粒體功能障礙、溶酶體破裂、細胞溶解和組織水腫等一系列損害作用引發自由基連鎖反應[7-8]。其中NO與神經元損傷密切相關，有研究提示NO可引發神經元毒性，線粒體能量代謝異常以及抗氧化損傷等[9]。過量 NO 和過氧化物與超氧陰離子（O2－·）反應生成有害的過氧亞硝酸鹽陰離子（OONO－），造成細胞膜脂質過氧化和細胞蛋白質損傷破壞DNA鏈結構[10]，同時這些穩定的氧化劑可大量透過血腦屏障，損傷腦組織[11]。有研究稱NO亦可通過干預糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑調節葡萄糖消耗，推斷這與神經退行性病變及神經凋亡作用機制相關[12]。

腦缺血再灌注損傷后，活性氧（ROS）大量釋放，各種分子信號通路被激活。其中ROS通過攻擊細胞色素C（Cyt.C）或凋亡誘導因子等加重神經損傷[13-14]。

可見，腦缺血再灌注破壞自由基平衡，通過上調NO及氧自由基含量引發神經元凋亡等環節加重腦損傷。

3 凋亡途徑

腦缺血時的組織低氧缺氧可使細胞內外環境發生重大變化，細胞反應可表現為壞死或凋亡，同時細胞也啟動了修復機制對缺氧損傷進行自我修復。有學者認為[15]，線粒體是細胞早期凋亡的關鍵因素之一。在經典的凋亡信號出現之前線粒體膜完整性已經開始改變,線粒體內、外膜的變化導致線粒體膜電位的崩解和各種凋亡誘導因子（如細胞色素C）的釋放。因此，可以說線粒體膜電位的降低是凋亡級聯反應中最先發生的重要標志之一[16]。諸多研究發現在腦缺氧再復氧后，線粒體膜電位下降[17]，細胞凋亡率增加，細胞活性降低[18]，都進一步說明以線粒體為關鍵環節的凋亡級聯反應可能是腦缺血再灌注的重要機制。線粒體膜電位降低，內膜通透性增高,最終導致凋亡基因Bax活性增加。Bax是強有力的促凋亡分子，能與抑制凋亡的蛋白Bcl-2、Bcl-xl形成異源二聚體，阻斷它們抑制凋亡，并激活Caspase-3[19-21]介導的蛋白質變性、DNA降解、染色質凝聚以及細胞凋亡。

4 鈣超載

正常情況下，細胞內Ca2+主要儲存在線粒體和肌質網中，急性腦缺血再灌注損傷時，NMDA受體門控通道的激活引發Na+/Ca2+異常交換。同時大量氧自由基破壞細胞膜通透性，加重細胞內鈣超載[22]，使神經細胞蛋白質代謝受阻，磷脂酶激活，脂質分解增加，氧自由基大量生成，氧化磷酸化脫偶聯。此外，鈣超載一方面通過刺激星形膠質細胞分泌炎性細胞因子白介素（IL）-1β、IL-6和腫瘤壞死因子（TNF-α）等毒性物質，加重炎癥反應[23]，另一方面通過增加AC的基質金屬蛋白酶2（MMP-2）表達，加重損傷[24]。同時，鈣超載可導致線粒體通透性轉換孔以高通透的構象開放[25-26]，線粒體膜電位降低，進而激活凋亡級聯反應。另外自由基的產生以及炎癥因子的產生也能誘導鈣離子大量內流導致鈣超載。

5 炎癥損傷

隨著腦缺血病理生理機制研究的進展，目前認為，炎癥級聯反應是腦缺血再灌注損傷的重要機制之一。核因子-κB（NF－κB）是由 P65/P50 組成的異源二聚體復合物。通常情況下，細胞內的NF-κB與其抑制劑IκB蛋白結合，存在于胞漿中。腦缺血再灌注后可誘導IκBα磷酸化，泛素化，最終IκBα降解,釋放游離的NF-κB,后者向細胞核內移位，調節許多下游靶基因的表達和調控，如TNF-α[27]。一方面，TNF-α也是NF-κB活化的重要刺激物之一，可促進NF-κB的激活,最終引發過度的組織炎癥反應和損傷[28]。另一方面，TNF-α的激活進一步促進炎性因子的釋放，如IL-6[29]等。此外，腦缺血再灌注后ICAM-1的表達上調及細胞和中性粒細胞（PMN）的黏附率增加[30]，這都可能與以NF-kB為中心環節的炎癥級聯反應密切相關。因而NF-κB被認為是炎癥級聯反應的中心靶點[31]。

腦缺血再灌注損傷是一個復雜的病理過程，涉及多個環節。目前腦缺血再灌注對神經元損傷機制研究主要建立了氨基酸興奮性中毒，NO及氧自由基損傷，炎癥損傷，凋亡等途徑為核心的研究體系。研究提示，這些途徑互為因果，相互影響，共同發揮作用，最終導致神經元水腫乃至壞死。這些實驗數據均為缺血性腦損傷的中藥臨床研究提供了參考和理論基礎。

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