缺血后處理對腦保護作用的研究進展

陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華

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缺血后處理對腦保護作用的研究進展

陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華

缺血后處理是一種可以減輕腦缺血再灌注損傷的新方法,對腦缺血的再灌注損傷也具有顯著保護作用。通過抑制基因過表達，調控炎癥、凋亡及氧化應激、自我吞噬，影響泛連接蛋白1/P2X7 嘌呤受體復合物途徑、p38 MAPK-ATF2通路作用，下調AQP4的表達等機制，其改善了血管神經單元細胞的相互作用,實現神經系統的保護作用。

腦缺血是危害人類健康的常見病、多發病，其較高發病率、病死率和致殘率給社會、家庭帶來沉重的負擔和痛苦。研究者發現腦組織經過一定時間的缺血后再次恢復血液灌注時其功能及結構損傷反而會加重，即“腦缺血再灌注損傷”。 目前大量研究表明缺血后處理(Ischemic postconditioning，IPoC)對缺血再灌注損傷后的腦組織具有內源性保護作用，例如國內研究者王貝娜等對290 例急性腦梗死患者使用血壓袖帶模擬肢體IPoC操作，結果顯示肢體缺血后處理能夠改善急性腦梗死患者的神經功能。因此，本研究就IPoC的腦保護作用的機制和方法做一綜述。

1 IPoC的腦保護作用機制

1.1 抑制轉錄因子的過度表達

Tang等發現鐘樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)表達于神經元，TLR4基因活化后可以直接或間接地導致神經元死亡[1]。核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是最常見的一種炎癥反應相關的轉錄因子，缺血腦組織中發現TLR的內生型配體，其與TLRs結合后引起下游信號通路的激活，包括NF-кB可引起促炎細胞因子和趨化因子的生成，參與缺血/再灌注后的腦組織的炎癥反應，免疫熒光表明TLR4 和NF-κB顯著表達于神經元[2]。Qi等人證明實驗大鼠腦組織缺血/再灌注損傷后1 d內神經組織中TLR4 和 NF-кB的轉錄顯著上調，隨后Qi等人對大腦中動脈短暫閉塞的SD大鼠股骨后動脈進行10 min夾閉/10 min開放的3個循環后發現，遠隔IPoC顯著改善了缺血腦組織的神經功能缺陷，而且縮小了梗死體積；進一步研究顯示此機制是通過抑制由大腦中動脈閉塞/再灌注引起的TLR4和NK-κB的過度表達，進而減弱缺血再灌注后的TLR4 和 NF-κB信號通路的過度激活，來實現其神經保護作用[3]。

HIF-1α(缺氧誘導因子-1α)是與腦缺血相關的另一個重要的轉錄因子。作為多數基因缺氧條件下的轉錄調節器，在缺血情況下它不僅參與調節血管生成、糖代謝和細胞生長[4]，還在細胞凋亡、炎癥反應等過程中起至關重要的作用[5]。Zong等人通過對IPoC大鼠腦組織進行神經功能缺損評分、梗死體積及腦水腫程度測算，發現IPoC發揮神經保護作用的機制是通過抑制HIF-1α的過度表達，進而抑制炎癥反應來實現的[6]。上述研究證實了IPoC通過抑制轉錄因子過表達來發揮神經保護作用，為臨床研究提供了新思路。

1.2 核因子 NF-kB/P65 激活的衰減

大量研究證實核因子 NF-κB/p65 在腦IPoC中起保護性作用，而在程序性細胞死亡如細胞凋亡和自噬性死亡過程中起破壞性作用，為了探究它在腦IPoC中的保護機制，Liang等人對大腦中動脈阻塞大鼠進行試驗，發現IPoC減弱缺血誘導NF-κB/P65 從細胞漿到細胞核的轉移，進而抑制神經核中NF-κB/P65的激活來抑制神經元凋亡，最終達到神經保護作用[7]。

1.3 抑制氧化應激

越來越多的研究已經證實遠隔肢體IPoC能夠通過保護性刺激來減少缺血再灌注損傷和ROS(活性氧簇)的產生。Li等人通過對大腦中動脈閉塞大鼠進行5 min再灌注/5 min缺血的反復3個循環研究，發現遠隔肢體IPoC可以通過上調Nrf2、HO1、NQO1的表達和SOD的激活，下調MDA的表達來激活 Nrf2-ARE通路，進而通過減輕氧化應激損傷來顯著地促進神經功能恢復，減少梗死體積，減輕腦水腫，保護腦組織免受缺血再灌注損傷[8]。

1.4 觸發自我吞噬

自我吞噬是細胞內一個至關重要的細胞內大分子或受損細胞器的降解途徑[9]。研究者發現在缺血性腦損傷過程中自我吞噬可能有助于減輕缺血腦組織的氧化損傷和線粒體損傷[10]。有報道顯示Bcl-2的磷酸化作用促發Bcl-2/Beclin1 復合體(與自我吞噬相關的分子機制之一)的解聚[11]。另有研究顯示，通過激活缺血大腦半球的AKT(蛋白激酶)來對大腦中動脈阻塞模型的腦組織起到神經保護作用[12]。已有實驗證實AKT依賴的自我吞噬途徑在IPoC中起到神經保護作用[13]。

Qi等人通過對大鼠大腦中動脈閉塞模型股動脈進行10 min閉塞/10 min再通的3個循環，發現磷酸化的Bcl-2比例在缺血后處理組中顯著上調，AKT抑制劑通過抑制Bcl-2磷酸化來削弱了IPoC介導的自我吞噬、加重了線粒體損害，通過檢測LC3陽性斑點，來評估不同組的自我吞噬水平，發現在缺血后處理組LC3II/LC3I (LC3是微管蛋白質輕鏈3，經過連續轉換機制形成LC3I和磷脂酰乙醇胺共軛的LC3II，此兩者表達在自噬小體薄膜上)比例顯著提高，自我吞噬水平明顯上升，最終Qi等人發現肢體遠隔IPoC激活自我吞噬機制，進而減輕線粒體損傷，通過AKT激活Bcl-2磷酸化，降解Bcl-2/Beclin1復合體達到神經保護作用，而且早期實施IPoC保護作用更顯著[14]。

1.5 泛連接蛋白1/P2X7 嘌呤受體復合物途徑

泛連接蛋白(Pannexins)是新被發現的表達在腦組織和外周組織的蛋白質，包括泛連接蛋白1、2、3(Panx1、2、3)三個成員，泛連接蛋白寡聚體化后會在細胞膜表面形成較大的孔道[15]。在所有的泛連接蛋白中Panx1在中樞神經系統中大量表達[16]。有報道顯示P2X7 嘌呤受體、膜結構被拉伸以及細胞外高鉀可以激活泛連接蛋白1通道[17]。有研究證實Panx1和P2X7嘌呤受體通道在功能上是互相聯系的[18]。Mahi等人通過試驗發現雙側頸動脈閉塞后實施再灌注會顯著增大腦梗死體積、提高NSS評分、造成嚴重的記憶及運動功能障礙，而且同時會增加腦組織的乙酰膽堿酯酶、硫代巴比妥酸活性物質水平，減少谷胱甘肽水平，而實施IPoC可以減小腦梗死體積，降低NSS評分，逆轉缺血/再灌注引起的記憶和運動功能障礙，同時改變腦組織相關的生化水平，但是預先應用甲氟喹(Panx1/P2X7嘌呤受體阻滯劑)等。以上談及的IPoC的神經保護作用會極大被削減[19]。

1.6 下調缺血半影區的 p38 MAPK-ATF2 通路

越來越多的證據證實，IPoC形成的缺血耐受實現對缺血器官的功能保護涉及許多潛在的機制，包括大量信號通路和蛋白激酶[20]。作為促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成員，p38 MAPK可以被環境應激優先激活，像紫外線照射、X 射線、熱休克、促炎細胞因子等這些環境應激可涉及細胞分化、細胞凋亡、自我吞噬等多種過程[21]。p38 MAPK活化加強在應激導致的神經元死亡過程中起關鍵作用，對它的抑制明顯減弱腦缺血性損傷，該神經保護作用在體內外實驗中均得到證實[22]。目前研究表明，大腦中動脈閉塞顯著增加了活化的p38 MAPK，進而導致神經元凋亡，然而IPoC或者給予p38 MAPK 抑制劑可以減少磷酸化的p38，進而減弱缺血/再灌注損傷，故選擇性地阻斷p38 通路可減弱神經元損傷作用，因此Li HAO等人認為肢體IPoC可以抑制大鼠腦缺血/再灌注損傷中的 p38 MAPK 信號[23]。

p38 MAPK 通路對下游信號分子起重要調控作用，發揮多種細胞功能。ATF2是其中的一個下游信號靶點，它參與了MAPK在細胞凋亡中的復雜作用。ATF2 高表達于腦組織[24]，它通過磷酸化反應被 p38 激活后[25]ATF2 反轉錄地調控大量基因靶點，這些基因靶點調控其他細胞通路。Li HAO等人實驗發現表達在缺血半影區的磷酸化ATF2蛋白可以顯著增強缺血腦組織的缺血/再灌注損傷，IPoC或p38 MAPK抑制劑可以抑制此增強作用[23]。故IPoC的神經保護作用可能與下調缺血半影區的p38 MAPK-ATF2 通路有關，并且這些改變可能對神經元的凋亡起抑制作用。

1.7 下調AQP4在細胞膜表面的表達

腦水腫是與缺血再灌注損傷相關的嚴重而復雜的病理過程，水通道蛋白4(aquaporin4，AQP4)在此過程中發揮了重要作用。AQP4是膜蛋白大家庭中的一員，可以促進水的跨膜轉運。AQP4在腦組織中分布十分廣泛，參與腦水腫的形成及水的平衡調節，協助水通過BBB(血腦屏障)。大量研究表明AQP4在腦水腫的發病機制中扮演了舉足輕重的角色，缺乏AQP4的大鼠在局灶性腦缺血早期以及全腦缺血時可以免受腦水腫損害，它的抑制劑可以顯著減少與缺血損傷有關的腦水腫體積。Han等人證實IPoC通過抑制AQP4，抑制腦水腫，進而實現神經功能保護[26]。另有研究證實遠隔IPoC組的AQP4表達顯著減少，通過下調星形膠質細胞膜表面的AQP4來實現遠隔IPoC在局灶腦缺血模型中的腦保護作用。

2 IPoC是腦卒中治療中簡單的、十分有應用前景的方法

2.1 按作用時間分為早期IPoC、延遲IPoC，然而兩者的聯合效應更顯著，通過早期和延遲后處理的聯合可以減少缺血腦組織的最終梗死體積、穩定腦血流、減少神經細胞凋亡，同時還可以減輕腦水腫，以上效應是通過加強缺血腦組織大腦皮層中 ERK1/2和CREB 的磷酸化，進而增加腦神經營養因子[BDNF，包括ERK1/2(細胞外信號相關蛋白激酶1/2)和CREB(cAMP反應元件相關蛋白)]的表達來實現的[27]。

2.2 按作用方法分為(1)藥物IPoC：紅藻氨酸后處理、丙泊酚后處理、納洛酮后處理、七氟烷后處理、異氟烷后處理、右旋美托咪啶后處理、鹽酸戊乙奎醚后處理等；(2)物理IPoC：低壓缺氧后處理、延遲缺氧后處理、氧糖剝奪后處理、緩激肽后處理等。

3 展 望

許多神經保護措施的有效性只是暫時的，帶給我們一種假象，IPoC的腦保護作用具有相對持久性，與溶栓時間窗比較，IPoC能夠在相對較長的時間窗內進行，實現腦保護。早期有效的溶栓治療已成為公認有效的缺血性腦卒中的治療手段，但同時再灌注損傷以及t-PA所帶來的神經損傷是溶栓治療的明顯副作用，而IPoC能明顯降低再灌注所帶來的神經損傷，同時減輕t-PA 在溶栓的同時所帶來的神經毒性作用，所以如果將IPoC應用于缺血溶栓治療之后可以彌補溶栓所帶來的神經損傷，改善神經功能。此外，發生腦出血后在相對非重要器官比如下肢進行IPoC或能夠直接給予某些藥物來實現IPoC，能夠更好地實現腦保護。總之，IPoC有較好的臨床應用前景，然而關于IPoC的有效時間窗、閉塞/開放模式、確切機制等問題尚需進一步的實驗研究以及臨床應用。

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(2016-07-02收稿 2016-07-26修回)

黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12541313)；國家自然科學基金(81371324)

150086 哈爾濱醫科大學附屬第二醫院神經內科[陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華(通信作者)]

R743.3

A

1007-0478(2017)02-0150-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.02.020