血清膽紅素水平與缺血性腦卒中的關系

黃文盛(綜述)，莊偉端(審校)

(汕頭大學醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東 汕頭 515041)

膽紅素一直被認為是血紅素分解代謝后的毒性產(chǎn)物，現(xiàn)在越來越多的證據(jù)表明膽紅素具有強大的生理抗氧化功能。因此，膽紅素也許對氧化應激介導的炎癥、動脈粥樣硬化、缺血性心腦血管等疾病有保護作用。有研究發(fā)現(xiàn)，較高水平的血清膽紅素可以減少動脈粥樣硬化斑塊的形成，降低缺血性心腦血管疾病的發(fā)病率[1-3]。另外，還有學者認為適當?shù)卦黾友h(huán)血中膽紅素的水平對缺血性心腦血管疾病的治療有幫助[2,4]。

1 膽紅素的生成

機體每日產(chǎn)生250～400 mg膽紅素，其中約80%來自于衰老紅細胞破壞后所釋放的血紅蛋白。血紅蛋白在單核吞噬系統(tǒng)中被分解并代謝為血紅素，然后生成膽紅素，后者釋放入血。一小部分膽紅素來自肌紅蛋白和含有血紅素的酶，如各種細胞色素、過氧化氫酶、過氧化物酶等的降解。

血紅素加氧酶(heme oxygenase，HO)是膽紅素生成的限速酶。HO是一種線粒體酶，存在于中樞和外周組織中。血紅素從血紅素蛋白中釋放出來以后，在HO的催化下，生成線性膽綠素。膽綠素在胞液膽綠素還原酶的催化下，生成膽紅素。

迄今已發(fā)現(xiàn)3種HO：HO-1、HO-2和HO-3。HO-1是誘導酶，主要存在于脾、肝和骨髓等降解衰老紅細胞的組織器官，HO-1在膽紅素代謝中的地位尤為重要，其生物合成可被血紅素迅速激活，從而及時清除循環(huán)系統(tǒng)中的血紅素。研究提示，HO-1是一種應激反應蛋白，它在抗氧化損傷中具有重要的細胞保護作用[5-6]。HO-1的表達增加主要與病理過程中CO的升高、膽綠素的生成、鐵的釋放有關，常見的疾病有動脈粥樣硬化、心肌缺血、高血壓、腦血管意外、缺氧等。HO-2是構(gòu)成性酶，主要存在于大腦和睪丸，它不受底物的誘導，在大腦內(nèi)保持恒定的表達水平，對大腦起抗氧化作用。HO-3的功能尚不清楚。

HO對機體的保護作用是通過催化生成的產(chǎn)物實現(xiàn)的，這些產(chǎn)物主要是CO、膽綠素與膽紅素[7]。

2 膽紅素的抗氧化作用

近期研究表明，循環(huán)中不同類型的膽紅素都是有效的抗氧化物質(zhì)，如游離膽紅素、白蛋白結(jié)合膽紅素、未結(jié)合膽紅素和結(jié)合膽紅素，它們都可以有效清除超氧自由基、保護低密度脂蛋白、對抗過氧化損傷、防止脂質(zhì)氧化[8-9]。膽紅素可通過清除過氧化脂質(zhì)，切斷過氧化脂質(zhì)引起的連鎖反應，防止細胞破壞。同時，膽紅素還能清除氧自由基，于早期階段終止自由基引起的細胞損害[10]。在動物與人的研究中都已經(jīng)證實膽紅素是一種生理抗氧化劑。Yamaguchi等[11]通過一組氧自由基生成的動物模型發(fā)現(xiàn)，在缺血/再灌注損傷的大鼠肝臟中，HO-1的表達和膽紅素的代謝產(chǎn)物都增加；而用維生素C(已被肯定的生理抗氧化劑)喂養(yǎng)的動物模型，HO的誘導及膽紅素的代謝產(chǎn)物都被削弱[12]。這表明膽紅素和維生素C一樣，作為一種生理抗氧化劑在體內(nèi)缺血/再灌注中起到抗氧化應激的作用[11-12]。Sharma等[13]在對豬心臟進行缺血/再灌注研究時也證實，再灌注后30～90 min豬心肌細胞的胞質(zhì)內(nèi)HO-1 mRNA表達水平增高最顯著。在人體試驗中膽紅素的產(chǎn)生與抗氧化防御機制有關，較高的血清膽紅素與較低的氧化損傷的發(fā)生率有關。例如在人體中，氧化應激導致內(nèi)源性抗氧化劑(包括膽紅素)的消耗可導致脂質(zhì)過氧化。在氧化應激損傷引起的新生兒疾病中，如壞死性小腸結(jié)腸炎、支氣管肺發(fā)育不良、早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變的血清膽紅素水平較健康對照組低，同樣在早產(chǎn)兒中，血清膽紅素水平與其總抗氧化能力有直接關系[14-16]。

3 膽紅素與動脈粥樣硬化

低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)發(fā)生氧化修飾是動脈粥樣硬化的關鍵。LDL在細胞加氧酶作用下使其氧化形成氧化修飾低密度脂蛋白(oxidized modified low-density lipoprotein，ox-LDL)，ox-LDL的產(chǎn)生可導致內(nèi)皮細胞損傷和功能改變，從而促使脂質(zhì)斑塊形成。膽紅素具有抗氧化活性，它能阻止LDL被氧自由基氧化，抑制ox-LDL的形成，從而減少膽固醇在內(nèi)皮下的積聚；膽紅素還可通過增加膽固醇的溶解，促進膽固醇從膽汁排出，降低血漿中膽固醇的水平，阻止動脈粥樣硬化的發(fā)生[17]。

1994年，Schwertner等[3]對877例美國男性飛行員的冠狀動脈造影及血清總膽紅素作回顧性分析時發(fā)現(xiàn),血清總膽紅素水平與冠狀動脈粥樣硬化程度呈顯著獨立負相關，提出低血清膽紅素可能是動脈粥樣硬化的危險因素。Nakayama等[18]通過原位雜交及免疫組織化學法發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化伴高膽固醇血癥的兔的斑塊泡沫細胞中HO-1表達水平升高，且有膽紅素的存在，表明膽紅素很可能在泡沫細胞內(nèi)發(fā)揮抗氧化作用。Johnson等[19]在體外試驗中發(fā)現(xiàn)，在不斷供給氧自由基的新鮮血漿中，LDL的氧化修飾只有在膽紅素等抗氧化劑大量消耗后才能進行，如果將外源性膽紅素回加到氧化反應體系中，LDL脂質(zhì)過氧化反應立即受到抑制。這些研究從不同方面證實了膽紅素在人體中的抗LDL氧化修飾能力。Djoussé等[20]還發(fā)現(xiàn)有遺傳史的動脈粥樣硬化患者比無遺傳史的患者體內(nèi)的膽紅素水平低。

Ishizaka等[1]在膽紅素與動脈粥樣硬化發(fā)病風險關系的研究中發(fā)現(xiàn)，膽紅素水平每升高17.1 μmol/L，患頸動脈粥樣硬化斑塊的風險就降低63%(OR=0.37,95%CI0.28～0.49)。Erdogan等[21]發(fā)現(xiàn)，在膽紅素正常范圍內(nèi)，不論男女，膽紅素水平較低組，頸動脈內(nèi)膜-中膜厚度均顯著增厚，表明低水平的膽紅素可能是動脈粥樣硬化的獨立危險因素。Yang等[22]的研究也表明，血清膽紅素水平與動脈粥樣硬化呈負相關性。張鳳巧等[23]對156例原發(fā)性高血壓男性患者進行頸動脈彩色多普勒超聲檢查，發(fā)現(xiàn)原發(fā)性高血壓患者頸動脈粥樣硬化斑塊組總膽紅素及間接膽紅素水平顯著低于正常對照組，原發(fā)性高血壓患者頸動脈粥樣硬化斑塊形成與總膽紅素及間接膽紅素水平呈負相關。

4 膽紅素與缺血性腦卒中

4.1缺血性腦卒中的危險因素 Perlstein等[2]對美國13 214例成年人進行回顧性研究，有腦卒中病史的研究組患者其平均血清膽紅素水平低于無腦卒中病史的對照組，進一步分析發(fā)現(xiàn)，血清膽紅素水平每升高1.71 μmol/L，其患腦卒中的風險就降低9%(OR=0.91,95%CI0.86～0.96)。Kimm等[24]對韓國78 724例健康成年人進行前瞻性研究，依據(jù)不同膽紅素水平(0～10.2、10.3～15.3、15.4～22.1、22.2～34.2 μmol/L)將研究對象分成4組，隨訪7年，以出現(xiàn)腦卒中事件作為研究終點。在控制了多項混雜因素后發(fā)現(xiàn)，在男性研究組中，膽紅素水平較高組比膽紅素水平最低組罹患缺血性卒中的風險低，而且隨著膽紅素水平的上升，各種類型腦卒中的發(fā)病風險均有下降。

4.2血清膽紅素與急性腦梗死的關系 血清膽紅素水平與腦卒中初期的神經(jīng)功能缺損程度呈正相關。Pineda等[25]的研究納入743例急性腦梗死患者，在控制各項影響腦卒中嚴重程度的混雜因素后發(fā)現(xiàn)，直接膽紅素水平與腦卒中初期的嚴重程度顯著相關(P=0.001)，直接膽紅素水平與美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表評分(national institute of health stroke scale，NIHSS)呈正相關。Luo等[26]對531例急性腦梗死患者進行研究，發(fā)現(xiàn)這些患者的NIHSS與血清直接膽紅素水平(r=0.229，P=0.000)、總膽紅素水平(r=0.224，P=0.000)都呈正相關。章立等[27]對814例急性腦梗死患者進行回顧性分析，根據(jù)血清直接膽紅素水平分為直接膽紅素≤6.8 mmol/L組和直接膽紅素>6.8 mmol/L組，比較兩組傳統(tǒng)危險因素和NIHSS，以缺血性腦卒中患者嚴重程度(NIHSS>12分)為因變量進行多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，直接膽紅素>6.8 mmol/L組NIHSS>12分的患者比例顯著高于直接膽紅素≤6.8 mmol/L組，表明直接膽紅素、高血壓病史、糖尿病史是缺血性腦卒中嚴重程度的危險因素。Xu等[28]對2361例急性腦梗死患者進行研究，血清膽紅素水平與NIHSS呈正相關，提示腦卒中期的氧化應激反應可能誘導膽紅素合成，使膽紅素水平增高；且膽紅素的合成水平與氧化應激的程度相關，是膽紅素作為一種生理性抗氧化劑對氧化應激的一種反應[4]。但也有學者得出不同的結(jié)論，李婷等[29]檢測了177例腦梗死急性期患者的血清膽紅素水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦梗死急性期組患者的血清總膽紅素、直接膽紅素水平顯著高于非急性期組及對照組，隨著神經(jīng)功能缺損嚴重程度的增加，腦梗死急性期組三種膽紅素水平雖有升高趨勢，但差異無統(tǒng)計學意義。郝振芬等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，急性腦梗死患者與正常對照組相比，其血清總膽紅素及間接膽紅素水平顯著低于正常對照組，差異有統(tǒng)計學意義。

4.3血清膽紅素與腦梗死的預后 血清膽紅素水平與腦梗死預后的相關性存在爭議。李婷等[29]對急性腦梗死患者于發(fā)病3個月后采用改良Rankin量表(modified Rankin scale,mRS)進行預后評估，發(fā)現(xiàn)預后良好者(mRS為0～2分)入院時的血清總膽紅素、直接膽紅素水平均高于預后不良者(mRS>3分)，血清總膽紅素升高與預后良好獨立相關(OR=0.807，95%CI0.718～0.907，P<0.01)。Pineda等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，直接膽紅素水平與急性腦梗死患者出院時功能缺損程度無相關性。Xu等[28]也發(fā)現(xiàn)，血清膽紅素水平與急性腦梗死患者短期臨床預后無明顯相關性。

5 膽紅素對缺血性腦卒中起保護作用的可能機制

5.1膽紅素的抗氧化作用 膽紅素是人體內(nèi)含量最豐富的內(nèi)源性抗氧化劑、是血清中抗氧化活性的主要成分。氧化應激誘導HO-1表達，從而增加膽紅素的水平。大腦細胞中膽紅素的水平雖僅為10 μmol/L，但在氧化應激時卻能對抗比其水平高10 000倍的過氧化氫[7]。

5.2膽紅素的抗炎作用 炎性反應在動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展及血栓形成中起至關重要的作用。很多研究顯示，HO及膽紅素具有抑制炎性反應的作用[4]。HO-1可通過其產(chǎn)物——膽紅素，抑制炎性因子的活性、黏附分子的表達，減少白細胞聚集、黏附和滲出，并能減少單核細胞對LDL的趨化作用[31-32]。

5.3膽紅素抑制免疫反應的作用 膽紅素參與免疫反應過程已被證實，Nakagami等[33]的研究發(fā)現(xiàn),膽綠素和結(jié)合膽紅素在體外均有抑制補體依賴反應的作用。Arriaga等[34]發(fā)現(xiàn)膽紅素能降低血漿中補體活性，其作用呈膽紅素劑量依賴性。

5.4膽紅素的血管保護作用 有研究表明，膽紅素能夠清除氧自由基，對抗膜磷脂及脂肪酸的氧化，保護血管內(nèi)皮細胞免受氧化應激損傷。此外，膽紅素可通過恢復一氧化氮合酶基因的表達，抑制內(nèi)皮功能的紊亂，改善內(nèi)皮依賴性血管舒張反應[35]。

5.5膽紅素對血管平滑肌細胞增殖的抑制作用 有研究表明，膽紅素對血管平滑肌細胞的增殖有抑制作用，血管平滑肌增殖是動脈粥樣硬化斑塊形成、血管成形術、動脈剝脫術、血管旁路移植術后引起血管再狹窄的一個重要因素[26]。Ollinger等[36]研究發(fā)現(xiàn)，膽紅素及膽紅素的前體——膽綠素能防止頸動脈球囊擴張損傷后的內(nèi)膜增生。

5.6膽紅素的腦保護作用 大腦神經(jīng)元內(nèi)含有豐富的HO-2，HO-2降解血紅蛋白生成的膽紅素，對腦神經(jīng)具有重要的保護作用。Doré等[37-38]發(fā)現(xiàn)適當水平的膽紅素對神經(jīng)具有保護作用。在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，HO-2是調(diào)控膽紅素生成的主要酶，它比HO-1的作用更重要。

6 結(jié) 語

目前，血清膽紅素水平與缺血性腦卒中的關系越來越受到重視，但血清膽紅素與缺血性腦卒中的發(fā)生、發(fā)展和預后的相關性以及其確切機制尚有待進一步研究。血清膽紅素由于其特殊的生理性質(zhì)，因此適度地提高血清膽紅素水平可能在一定程度上起到預防腦卒中的作用。然而，血清膽紅素水平具體控制在一個什么范圍是安全有效的，以及如何有效地提高血清膽紅素或血紅素加氧酶的水平，如何合理利用膽紅素的抗氧化作用，都值得繼續(xù)探究。

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