二甲雙胍在缺血性腦卒中的研究進展

王生海 張振顯 宋延峰 李帥 雷寶 張潔 王璐

[摘要]腦卒中是一種突然起病的腦血液循環障礙性疾病，是指腦血管疾病的病人，因各種誘發因素引起腦內動脈狹窄、閉塞或破裂，而造成急性腦血液循環障礙，臨床上表現為一次性或永久性腦功能障礙的癥狀和體征。

[關鍵詞]二甲雙胍，缺血性腦卒

[中圖分類號]R743.3 [文獻標識碼]A [文章編號]2096-5249（2019）20-0189-02

腦卒中是一種突然起病的腦血液循環障礙性疾病，在發達國家，它隨著人口的老齡化正在增加。隨著中國社會經濟快速發展和人口老齡化，腦血管疾病的發病率逐年上升，腦卒中是中國人口死亡的第一或第二原因。重組組織型纖溶酶原激活劑（rt-PA）是唯一被FDA批準的缺血性腦卒中的治療藥物，但由于rt-PA在缺血性腦卒中發作4.5小時內才具有神經保護作用，其治療的時間窗較窄，導致大部分患者不能得到及時有效的治療，所以迫切需要尋找一種新的藥物。二甲雙胍作為目前治療二型糖尿病最有效的一線藥物，流行病學顯示長期接受二甲雙胍治療的糖尿病患者腦卒中發生風險以及嚴重程度都顯著下降，并且此作用與二甲雙胍的降糖作用無關，由此說明二甲雙胍作為一種潛在的的腦卒中神經保護藥物正在被研究，目前國內外相關研究報道較多，也是目前作為一種“老藥新用途”繼續在研究著。

1二甲雙胍在缺血性腦卒中的作用機制

1.1 AMPK的各種亞基在腦中的分布在腦中發現涉及腦卒中發病機制的AMPK的幾個亞基，AMPK的α亞基在神經元和星形膠質細胞中高表達，有研究表明AMPKα2基因缺失能改善梗死后損傷，而AMPK α1基因缺失不影響梗死。也有研究表明在腦缺血后星形膠質細胞AMPK α2特異性基因敲除是有害的，導致梗死體積增加以及行為預后較差;AMPK的β 1、β 2亞基在星形膠質細胞上表達，β 1亞基在星形膠質細胞上表達較β2低。AMPK的γ亞基處理γ2亞基主要表達在神經膠質細胞上，其余主要表達在神經元上。

1.2二甲雙胍通過激活AMPK抑制炎癥因子和凋亡因子的產生而發揮神經保護作用二甲雙胍是目前治療二型糖尿病的一線用藥，也是眾所周知的AMPK激活劑，通過激活AMPK，抑制肝糖原異生，促進外周組織糖利用，從而發揮有效的降糖作用。AMPK是一個主要細胞感受器和能量調節因子，具有一個聚體的蛋白酶類，由催化的α亞基和調節的β和γ亞基構成，AMPK主要通過α2亞基的磷酸化激活。二甲雙胍的作用下線粒體耗氧量更少，提示線粒體呼吸鏈復合體1是二甲雙胍的藥物靶點。二甲雙胍通過抑制呼吸鏈復合體1，而改變AMP/ATP狀態，AMPK通過感知細胞質內AMP的濃度增加，以及AMP結合到AMPK復合體_y亞基，誘導亞基變構，進而暴露α亞基活化位點，而被上游激活因子LKBl激活。活化的AMPK激活紅細胞核因子2相關因（Nrf2）子和血紅素氧合酶1（HO-1），進一步激活過氧化氫酶和產生谷胱甘肽來清除氧自由基和抗氧化作用，活化的AMPK同時也抑制核轉錄因子（NF-KB）降低，進而調控TNF-α、IL-6、COX-2等起到抗炎和抗凋亡作用。

1.3二甲雙胍通過激活AMPK促進小膠質細胞由M1型轉向M2型而發揮神經保護作用

生理情況下小膠質細胞在內環境中處于M1、M2兩種表型的動態平衡中，M1型小膠質細胞加劇神經元死亡，M2型小膠質細胞提高損傷后的修復。當MCAO后，二甲雙胍通過激活AMPK促進小膠質細胞由M1向M2機化狀態轉變，從而促進組織修復，發揮神經保護作用。在小鼠缺血再灌注后24小時給予二甲雙胍（50mg/kg/d），持續兩周，有利于向M2型小膠質細胞和星形膠質細胞轉變。

1.4二甲雙胍神經保護作用的其它機制

二甲雙胍通過動脈壓力感受性反射功能和膽堿能-α7乙酰膽堿受體（α7nAChR）途徑，正性調節乙酰膽堿載體囊泡（vAchT）和膽堿能-α7乙酰膽堿受體（α7nAChR）表達，負性調節血清和缺血性腦梗死周圍促炎細胞因子的水平。二甲雙胍通過P13K的活化激活Aktl，減少JNK3和c-Jun磷酸化的信號通路來改善海馬缺血再灌注損傷。二甲雙胍通路降低細胞色素c的釋放、caspase-3的激活以及MAP激酶的磷酸化作用來顯著減少神經元細胞的凋亡。

其實AMPK的活化在大腦腦缺血后顯著增加，在腦缺血后AMPK的活化扮演有利還是有害作用還存在很大爭議。AMPK活化的不同效果可能與不同類型細胞的AMPK亞基組合以及AMPK活化的時限性有關，也就是說二甲雙胍激活AMPK是否發揮神經保護作用與時限性有關。

2二甲雙胍在缺血性腦卒中的神經保護作用

2.1二甲雙胍在缺血性腦卒中的神經保護效果與劑量有關

在缺血性腦卒中，給予二甲雙胍的劑量分別是100、200、400mg/kg/d，發現在劑量為200mg/kg/d時，發揮更好的神經保護效果，基于上述藥代動力學特點，這個濃度應該顯示出更好的生物利用度，也就是說超過400mg/kg/d可能釋放血漿中的乳酸和甘油增加，有害作用逐漸增加，在大鼠中喂食二甲雙胍超過900mg/kg/d的劑量，有害作用大于有利作用，就會觀察到其毒性作用。在腦缺血動物模型研究中，高劑量二甲雙胍會導致乳酸的堆積，這不僅會引起乳酸酸中毒，還有可能導致細胞凋亡，高劑量的二甲雙胍會進一步增強缺血所致AMPK的激活，從而不利于神經細胞的存活。

2.2二甲雙胍在缺血性腦卒中的神經保護作用具有時限性

在缺血性腦卒中前、后3天內分別給予二甲雙胍短期處理（3天），通過NO對神經元一氧化氮合酶（nNOS）的調節，增加腦AMPK的活性，AMPK的激活加劇乳酸產生，從而增加腦卒中后損傷;而在缺血性腦卒中前、后3周分別給予二甲雙胍長期處理（3周），通過NO調節nNOS起神經保護作用。NO在腦缺血中的作用是神經保護還是神經毒性作用，大腦中動脈閉塞30分鐘后，腦缺血引起腦內NO濃度是基礎值20倍，腦缺血后NO過量產生，其毒性作用于nNOS和iNOS的活化，破壞了半暗帶區的神經細胞，二甲雙胍具有降低細胞內NO，而當NO在低濃度時，活化的AMPK促進內皮細胞一氧化氮合成酶（eNOS）的磷酸化，eNOS的磷酸化增加可以提高NO的活力，從而促進神經血管再生。

在大鼠缺血再灌注前14天給予二甲雙胍200mg/kg，通過增加c-AMP磷酸化的應答成分結合蛋白（pCREB）、c-fos水平以及明顯增加突觸后電位（fEPSP）的波幅和斜率，來改善大鼠對新物體的認知和過去記憶缺失。在缺血性腦卒中發作前、后7天分別給予二甲雙胍處理（7天），顯著減少梗死腦組織周圍中性粒細胞浸潤，降低腦卒中髓過氧化物酶fMPO）活性，明顯減少腦組織梗死面積，同時也降低血清丙二醛水平。在永久性大腦中動脈閉塞（MCAP）前7天給予二甲雙胍預處理（10mg/kg/d，共7天）顯著改善腦梗死、神經功能評分和細胞凋亡，主要通過磷酸化蛋白激酶K完全表達急劇下降作用的，而在MCAO前1或3天給予二甲雙胍短期處理（1或3天）是無效的，暗示了一個處理時間窗。在小鼠腦缺血再灌注后24小時長期給予甲雙胍處理（50mg/kg/d），持續3周，促進血管生成和腦多巴胺能狀態，發揮神經保護作用。

3結論

綜上所述，二甲雙胍無論在腦缺血再灌注還是pMCAO、無論是預處理還是后處理的嚙齒動物中，其效果都不會有太大變化;而在預處理或后處理上時間7天以上會產生神經保護作用，在急性期預處理可能會通過自噬等發揮神經保護作用，急性期后處理可能產生過量乳酸反而會加重腦缺血損傷。在二甲雙胍給予的劑量上大于100mg/kg且小于400mg/kg時可能神經保護效果更好。二甲雙胍作用于小膠質細胞和星形膠質細胞可能在神經修復上起到正性作用。