腦預適應保護研究進展

趙一龍，郭安臣，王擁軍，王群

16世紀初，毒理學家Paracelsus觀察到“劑量產生毒性”的現象。低于有害劑量的細胞應激能產生一種保護狀態，稱為“預保護”[1]。1964年，Janoff提出了“預處理”這一概念，即低于損傷閾值的刺激可在隨后產生保護作用。在1986年Schurr等[2]表明體外腦組織缺氧可產生低氧適應性。Kitagawa及其同事發現沙鼠短暫的全腦缺血可以保護大腦免受隨后長時間缺血造成的損傷[3]。

預適應是這樣一種現象：短暫的亞致死損害會為隨后發生的致死損傷提供強力的保護作用，它被認為是自然界中的一種常規形式[1]。本文將針對幾種常見的大腦預適應保護現象進行綜述。到目前為止出現了兩種內生機制，即預處理和后處理。預處理對大腦的保護可在刺激后立刻發生（稱為早期，快速或經典的預處理），也可延遲1～3 d后發生，以誘導出蛋白合成相關的保護（稱為延遲性預處理）[4]。快速預處理在臨床中可應用于存在高風險并發癥的疾病，如心臟或腦部手術。由于延遲性預處理對大腦的保護作用似乎比早期預處理更強大，因此延遲性預處理在神經內科領域受到越來越多的關注。然而，盡管存在有效的方式來進行大腦的早期預處理，但是對于早期和延遲性預處理所產生的神經保護作用缺少規范的比較。后處理則是一種治療性的再灌注方式，通過這種方式器官可以得到間歇性灌注，例如在實驗中（或在臨床中，如血管成形術或器官移植）夾閉動脈的間歇性開啟和關閉。后處理是減少局灶性缺血和再灌注損傷的一種新的神經保護方法[5]。

預處理和后處理的效應器是一組相似的下游信號通路，但二者的調控機制可能完全不同，原因在于：后處理開始時誘導快速的神經保護作用，而預處理誘導的神經保護作用則有一個明顯的短暫延遲（蛋白質合成依賴性）；后處理可能不涉及內源性神經保護的激活，而是在再灌注時減少自由基的釋放。下面，我們將分別介紹幾種不同的預適應保護形式。

1 缺血預處理

許多體內和體外研究表明，短暫暴露于亞致死性缺血環境中的神經元可產生耐受性，對隨后長期且致命的缺血損傷呈現抵抗。這種現象，稱為缺血預處理（ischemic preconditioning，IPC）[6]。參與這種現象的分子機制是學者們的研究熱點，以便為腦缺血開辟新的治療途徑。

幾種不同的預處理刺激包括非損傷性缺血、皮層擴散抑制、短暫癲癇發作、暴露于吸入性麻醉劑中、低劑量的內毒素、高溫或熱休克都可誘導出對缺血性腦損傷的免疫耐受，從而提供保護作用，防止與刺激形式完全不同的損傷，這一著名現象稱為“交叉耐受”現象，即一種刺激可促進對另一種形式的交叉耐受，或者可引起腦耐受性的刺激也可以引起其他器官的耐受性[7]。由于誘導劑和耐受機制可能有類似的特點，因此在一個器官中誘導免疫耐受，可通過神經或旁分泌機制，擴散到其他器官，這種現象被稱為“遠程預處理”或“遠距離預處理”[8]。可誘導保護作用的特定刺激，在強度，時間和（或）頻率方面的不同，決定了刺激強度太弱不能引起反應，或刺激強度足夠可引起預處理，或刺激強度過大產生損害[9]。

一般情況下，延遲性缺血耐受的誘導需要新蛋白質的合成，并且此耐受的持續時間從幾天到幾個星期不等。而大腦缺血耐受的時間明顯遵從于延遲的模式，可見活性蛋白的合成可能在腦缺血耐受的發展中是必要的[10]。一旦被誘導，缺血耐受會持續幾天，并在幾星期后逐漸消失。

2 藥物預處理

對產生IPC作用的細胞信號通路的識別為我們開創新的治療策略提供了基本的框架，即用藥物模擬預處理的神經保護作用——稱為藥物預處理[11]。一些內源性藥物包括腺苷[12]、一氧化氮[13-14]、硫化氫[15]等已被證明可模擬IPC的細胞保護作用。此外，大電導鈣激活鉀通道（large-conductance Calcium-activated potassium channels，BKCa）的通道開放劑如NS1619[16]，適度的酒精[17]，紅葡萄酒中的葡萄多酚類化合物白藜蘆醇[18-21]以及某些揮發性麻醉藥如異氟醚[22-23]等都可以減少梗死面積，且達到類似于IPC后的程度。相對于那些更有危害性并且更加復雜的預處理方式，藥物預處理更加容易建立，因此在臨床上將其應用于對抗大腦缺血損傷將很有前景。

3 缺血后處理

缺血后處理被定義為在缺血后建立回流時進行簡單重復的再灌注，從而可顯著改善缺血發作的預后[24]。閉塞血管的再血管化并及時再灌注是目前用于治療急性缺血性卒中最有效的方法。然而，在再灌注早期階段會產生活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）及細胞內游離Ca2+超載，從而導致額外的損傷。為了減輕再灌注后的早期充血反應損傷，研究人員提出在缺血后立即進行一系列重復性的短暫中斷再灌注的缺血后處理的保護方式[25]。

對損傷性缺血大腦進行不同周期的短暫非損傷性缺血，可實現神經保護作用，并建立了兩種研究模型：首先永久性的遠端閉塞大腦中動脈，然后再閉塞雙側頸總動脈（common carotid artery，CCA）[26]；先進行短暫性大腦中動脈閉塞，然后進行短暫性大腦中動脈閉塞和再灌注[27]。

這種保護機制也在體外（即在海馬器官型切片培養和原代神經元的有害的氧糖剝奪模型中）以及非損傷的周期性氧糖剝奪和復氧模型中得到證實[28]。因此，一些治療方法（即短期缺血，缺氧，異氟醚，去甲腎上腺素和3-硝基丙酸）可以作為后處理的刺激，有效誘導缺血耐受。

4 藥物后處理

隨著缺血后處理的機制已被闡明，以及藥理性缺血后處理的潛在優勢，它們中的如腺苷和揮發性麻醉藥（如異氟烷），經美國食品藥品管理局批準用于改善動物預后方面的研究。這些藥理性缺血后處理可能會更適合那些身體太虛弱不能承受微創治療的患者，或遠離專業治療中心不能得到及時救治的患者。

在兔心肌中應用異氟烷進行缺血后處理或機械性缺血后處理可產生相似的心肌梗死面積的減少[29]。當與機械缺血后處理聯合應用時，可產生累積的效果[30]。麻醉藥誘導的缺血后處理似乎與機械性缺血后處理存在類似的機制，并且通過抑制再灌注損傷補救激酶途徑，可以抵消兩者的保護作用[31]。

5 其他預處理

除了上述幾種經典的預適應外，還有幾種預適應保護類型：低壓氧預處理、高壓氧預處理、低溫預處理、高溫預處理、系統性應激預處理。

低壓氧預處理是將細胞培養基或動物放置在一個密閉缺氧室中，而密閉缺氧室中為常壓缺氧條件（8%的氧氣），其余氧氣用氮氣替換[32]。低壓氧預處理模型在體內和體外都能建立，并能有效抑制成人的腦缺血損傷[32]。

高壓氧預處理是通過將100%的氧氣注入加壓艙中實現，可以防止后續的短暫腦缺血損傷。有動物研究表明，相對于短暫快速的高壓氧預處理，長期的高壓氧預處理更能有效地建立耐受狀態[33]。

低溫已被建議應用于急診醫學。一次短暫的低溫預處理也能產生類似預保護的作用。在大鼠腦切片中，在氧糖剝奪前0～3 h進行低溫預處理（33℃，20 min）能有效防止氧糖剝奪導致的浦肯野細胞的死亡[34]。

短暫地暴露于高溫中能誘導大腦耐受，減輕缺血性損傷。成年大鼠被放在42℃的水浴裝置中15 min，在18 h或24 h后，對其進行大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）結果發現，相較于那些沒經過高溫預處理的大鼠，經過高溫預處理的大鼠的腦梗死面積明顯減少，并且學習和記憶能力明顯提高[35]。

許多預處理研究是通過急性應激來誘導出神經保護作用。除此之外給予亞致死量的慢性持續性應激如身體鍛煉[36]以及節食[37-38]等，也能提供預保護作用。

對腦預適應保護激活的內源性生存機制并不依賴于藥代動力學或應用方式的不同，而后兩者會阻礙嚙齒類動物的神經保護方法轉用到人類中。因此，內在的細胞生存通路的識別將提供更直接的機會來轉化神經保護試驗。雖然目前的研究主要集中在卒中，但是研究者可能會發現，構成腦預適應保護的與生俱來的調節體系同樣也適用于保護大腦免受其他急性和慢性神經退行性疾病的影響。

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【點睛】

大腦預適應保護是一種新興的腦保護策略，本文對幾種常見的大腦預適應保護現象展開詳細介紹。