缺血性卒中的病理生理級聯效應

李玉蘭，郭丹丹，楊有仙(綜述)，艾青龍(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院神經內科，昆明 650031)

腦卒中具有高發病率、高致死率和高致殘率的特點，我國2001年腦卒中總死亡人數中所占比例城市為20.4%、農村為19%，每年新發腦卒中患者約200萬人，其中70%～80%的患者因殘疾不能獨立生活[1-2]。缺血性卒中病灶由中心壞死區和周圍的缺血半暗帶組成，中心壞死區腦血流量下降至正常的25%以下，而缺血半暗帶由于側支循環灌注，腦血流量仍在閾值以上，神經元功能喪失但保留結構上的完整性[3-4]。目前已經有大量研究闡述了缺血性卒中發生的機制，深入理解和運用這些研究結果為缺血性卒中的預防、治療和改善預后帶來了新的曙光。該文根據新近研究結果，對缺血性卒中發生過程中的一系列病理生理級聯效應進行綜述。

1 神經元死亡機制

缺血導致神經元死亡的機制主要包括興奮性毒性、離子穩態失衡、氧化應激以及神經元壞死和凋亡。

1.1興奮性毒性 興奮性氨基酸包括谷氨酸和天冬氨酸，是中樞神經系統的興奮性神經遞質。缺血導致神經元能量代謝障礙，細胞膜內外離子梯度破壞，進而導致興奮性神經遞質谷氨酸的大量釋放，重攝取下降。大量累積的谷氨酸與N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體或α-氨基-3-羧酸-5-甲基-4-異戊丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid，AMPA)受體結合并促進過量的Ca2+內流。在實驗模型中，阻斷離子型谷氨酸受體能減少梗死面積，但是針對NMDA和AMPA受體的臨床試驗表明該治療方法不能改善患者的轉歸[5]。

1.2離子穩態失衡 神經元離子穩態是維持神經元存活和發揮正常功能的基礎，然而離子穩態的維持依賴于多種離子轉運體等載體，而載體功能的發揮都直接或間接依賴于腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)。腦缺血導致神經元供氧供能障礙、ATP耗竭、載體轉運功能障礙，最終導致離子穩態失衡。鈣超載是缺血后神經元損傷的關鍵因素，缺血引起神經元鈣超載的主要原因是細胞外Ca2+內流增加，細胞內儲存的Ca2+大量釋放和胞質Ca2+外排能力下降。鈣超載不僅導致神經元滲透性水腫，而且激活細胞內的磷脂酶和蛋白酶并發揮降解作用，導致細胞完整性被破壞，更重要的是鈣超載還參與線粒體介導的凋亡過程。隨著缺血性卒中后神經元鈣超載機制研究的深入，鈣拮抗劑可抑制鈣超載并阻斷神經元死亡級聯效應中的多個環節，鈣拮抗劑具有防止缺血后神經元損傷的保護性作用，有待臨床試驗進一步證明其療效[6]。除Ca2+外，缺血中心區域的Na+/K+-ATP酶功能喪失，大量Na+內流導致細胞水腫、軸突串珠樣改變，最終導致死亡。動物實驗證實，Na+通道阻滯劑二丁卡因能拮抗因Na+內流而造成的神經元損傷[7]。細胞膜上ATP敏感型K+通道開放有助于膜電位恢復而發揮保護作用，埃他卡林能激活該通道開放，促進K+內流，拮抗谷氨酸所致的興奮性毒性[8]。

1.3氧化應激 腦缺血和再灌注過程中生成大量的氧自由基，導致神經元內氧化應激狀態，氧化應激是神經元損傷的關鍵因素之一。氧化應激導致神經元損傷的機制包括：導致細胞成分如蛋白質、磷脂、核酸的不可逆性損傷；有利于線粒體通透轉換孔形成并釋放細胞色素C，活化胱天蛋白酶(caspase)家族，啟動細胞凋亡；激活核因子κB、低氧誘導因子1等轉錄因子，啟動靶基因轉錄，這些靶基因的表達與神經元損傷和凋亡密切相關[9]。氧化應激有望成為治療缺血性卒中的潛在靶點，抗氧化劑如維生素C、維生素E、依布硒等在動物實驗中已經被證實具有神經保護作用，其臨床有效性及其毒性有待進一步研究[10-12]。

1.4神經元壞死和凋亡 興奮性毒性、離子穩態失衡和氧化應激等各種損傷因素作用于神經元，最終導致神經元死亡，神經元死亡機制包括壞死和凋亡。壞死常發生于缺血程度嚴重的中心壞死區，而凋亡常發生于缺血程度較緩和的缺血半暗帶。凋亡過程由啟動階段和執行階段組成，該過程持續時間較長并且存在大量可調控的信號分子，因此可作為治療缺血性卒中的潛在靶點，而且最大程度地挽救缺血半暗帶也是臨床治療的主要目標。

客觀上說，目前對缺血性卒中細胞凋亡信號轉導機制的認識尚不全面，比較清楚的途徑主要有死亡受體活化(外源性途徑)和線粒體損傷途徑(內源性途徑)。外源性途徑：神經元細胞膜表面的Fas受體與其配體腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)超家族成員FasL結合后引發自身構象改變并與Fas相關死亡域蛋白 (fas-associated protein with death domain，FADD)結合，激活caspase-8。內源性途徑：缺血后出現的興奮性毒性、鈣超載、氧化應激和細胞外凋亡信號等作用于線粒體，形成線粒體通透性轉換孔，釋放大量細胞色素 C。細胞色素C與凋亡蛋白酶活化因子結合形成凋亡小體，最終激活下游的caspase-3活化，活化的caspase-3是腦卒中后細胞凋亡進入不可逆階段的重要標志。除caspase家族外，Bcl-2家族也參與調控細胞過程，并且與線粒體釋放細胞色素C密切相關[13-14]。腦缺血后神經元凋亡是一個持續漸進的過程，而且該過程中有大量凋亡信號轉導因子參與，因此削弱或阻斷凋亡信號轉導是治療缺血性腦卒中的新思路，眾多凋亡信號轉導因子有望成為缺血性腦卒中的治療靶點。

神經元死亡機制和神經元保護是缺血性卒中的焦點，傳統研究思路局限在保護神經元的水平，然而腦的組成和功能還依賴于除神經元以外的細胞和細胞間功能的聯系。臨床治療缺血性腦卒中的目的不僅僅是挽救神經元，更重要的是盡可能地恢復大腦功能，所以缺血性腦卒中研究應突破單一神經元的界限，轉變成為更加宏觀和綜合的水平，治療也應當從神經元保護的水平轉化為腦保護。

2 擴展性皮質抑制

擴展性皮質抑制(cortical spreading depression，CSD)是局部神經元和神經膠質細胞去極化并出現短暫性的電活動抑制，該效應可向皮質和其他灰質區域擴展，伴隨細胞外K+增加，Ca2+減少，離子梯度變化激活離子泵，導致氧和葡萄糖消耗量增加。中心壞死區因缺氧、谷氨酸遞質釋放和NMDA受體活化而出現CSD并向周圍的缺血半暗帶擴展，反復發作的CSD加劇了缺血半暗帶缺血缺氧程度而成為新的壞死中心區[15]。CSD導致腦梗死范圍增加，所以阻斷CSD是又一治療缺血性卒中的思路。腦缺血動物模型中，NMDA受體阻滯劑能有效抑制CSD從而減少梗死范圍，但是臨床試驗并未成功。實驗動物和人在腦回結構及膠質細胞比例方面的差異能解釋NMDA受體阻滯劑治療效果的差異，無創性檢測人腦CSD和有效阻斷CSD的方法有待進一步研究[16]。

3 炎性反應

炎性反應在缺血后腦組織損傷的過程中發揮重要作用。缺血導致核因子κB活化，而激活炎性因子白細胞介素1β、TNF-α、趨化因子白細胞介素8、細胞黏附分子1、血管細胞黏著分子1的表達，誘導大量炎性細胞，如中性粒細胞、單核/巨噬細胞和淋巴細胞等炎性細胞聚集在損傷部位，導致微血管閉塞、氧自由基生成、細胞毒性酶釋放和血管舒縮性改變，加劇缺血后腦損傷[17]。因此，抑制缺血后炎性反應成為減少腦缺血后損傷新的治療策略，吲哚美辛、阿司匹林、特魯曲班能通過抑制炎性反應從而減輕缺血后腦損傷[13，18]。

4 神經血管單元

神經血管單元由神經元、血腦屏障、膠質細胞及維持腦組織完整性的細胞外基質構成，強調神經元、神經膠質細胞和腦血管之間相互聯系及影響[19]。腦缺血后基質金屬蛋白酶、纖溶蛋白酶原激活物表達，并導致血腦屏障通透性增加，一方面有利于炎性細胞穿過血腦屏障，局部浸潤導致腦組織損傷，另一方面導致血管源性腦水腫，進而通過容積效應加重腦缺血的嚴重程度，甚至導致顱內高壓和腦疝的出現。基于神經血管單元理論，Zhang等[20]提出組織型纖溶酶原激活物溶栓治療缺血性腦卒中具有局限性和風險性，聯合運用多靶點的神經血管保護藥物能提高溶栓的效率并減少出血風險，如他汀類藥物、蛋白酶體抑制劑、二甲胺四環素、自由基清除劑、促紅細胞生成素等，盡管溶栓和輔助藥物聯合治療是一種合理的治療策略，但是臨床中還需進一步的研究藥物之間有無不利的相互作用。

5 腦白質損傷

腦白質主要由少突膠質細胞包裹的軸突束組成，白質的血流比灰質少，幾乎沒有側支血管供應深部白質，因此白質對缺血更為敏感。缺血性卒中發生過程中確實有少突膠質細胞死亡，白質受損。白質中神經傳導通路的修復和再通對神經功能恢復尤為重要。新近研究提出，在白質中很可能存在一個少突膠質細胞血管單元，血管內皮細胞和少突膠質細胞間的營養交換有助于少突膠質細胞生成和血管形成[21]。星形膠質細胞分泌營養因子有利于少突膠質細胞的存活[22]。研究表明，缺血性卒中后注射干細胞或由干細胞部分分化形成的衍生細胞，這些細胞可以在梗死部位存活并能分化成為神經元、星形膠質細胞或少突膠質細胞，分化過程中生成營養因子有利于損傷修復和功能恢復[23]。干細胞治療有望成為腦缺血后白質損傷的治療手段。

6 小 結

長期以來，缺血性卒中機制的研究集中于神經元死亡，該機制的深入研究確實促進臨床治療缺血性卒中的發展，但腦的組成和功能不僅依賴于神經元，也依賴于除神經元以外的多種細胞以及細胞之間的功能聯系。新近研究表明缺血性卒中發生后，多種細胞、因子和機制都參與了卒中后的病理級聯效應。缺血性卒中的治療也不能停留在挽救神經元的層面，而應該向最大程度恢復腦功能的方向發展。深入研究缺血性腦卒中多細胞多因素參與的病理生理級聯效應有助于臨床治療發展，但是目前研究大多還處于實驗階段，將研究結果逐步向臨床治療轉化極具挑戰性。

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