丙泊酚對缺血性腦損傷腦保護作用機制的研究進展

黃 蕊 劉志剛

武漢大學人民醫院麻醉科，湖北武漢 430060

缺血性腦損傷（ischemic brain injury，IBI）是世界范圍內致死和致殘的主要原因之一，目前其治療方法有限。發生IBI 時腦損傷的程度由原發損傷的嚴重程度和繼發損傷級聯反應的強度決定，常不可逆。目前，盡快對缺血閉塞血管進行再灌注是IBI 患者的標準治療方法，但再灌注可能會加劇腦損傷即缺血再灌注損傷（IRI），致神經元及腦血管功能障礙，威脅IBI 患者生存[1]。有報道稱丙泊酚具有神經保護和抗神經炎癥反應的作用，其在多種體內和體外腦損傷模型中顯示出對缺血腦組織神經元的保護作用[2]。現就丙泊酚在IBI 中的作用進行綜述。

1 丙泊酚概述

丙泊酚通過激活中樞抑制性神經遞質γ 氨基丁酸發揮鎮靜催眠作用，是臨床上常見的全身靜脈麻醉藥，因其起效迅速、代謝快且術后惡心嘔吐發生率低的特點而廣泛應用于全身麻醉的誘導和維持，以及短小日間手術的麻醉和重癥監護室患者的鎮靜中。近年來，有研究指出丙泊酚除具有鎮靜催眠作用外，還對全身各組織器官具有保護作用。丙泊酚可保護星形膠質細胞免受氧化應激，并激活星形膠質細胞介導的神經元保護[3]；在脂多糖誘導的小鼠急性肺損傷模型中，丙泊酚可減輕其肺泡壁破裂、肺水腫和中性粒細胞浸潤[4]；在糖尿病心肌細胞缺氧復氧模型中，使用丙泊酚后處理可減輕心肌損傷[5]；丙泊酚可調控miR-290-5p/CCL-2 通路改善膿毒血癥誘導的腎損傷[6]。丙泊酚通過不同機制在受損組織器官中發揮保護作用，使用丙泊酚改善各組織器官功能的機制成為近年研究熱點。

2 IBI

2.1 IBI 概述

IBI 多由血栓栓塞大腦主動脈或其分支血管或大腦血管結構異常引起。血栓阻塞血管引起組織缺血缺氧能量喪失，致一系列缺血級聯反應，引起組織不可逆損傷，缺血期間機體的功能與代謝異常取決于閉塞的動脈，而閉塞的動脈又決定缺血區域的大小。此外，顱內壓增高、腦內低灌注、疼痛刺激或手術相關損傷可導致腦水腫、腦卒中等疾病引起繼發性IBI[7]。

2.2 IBI 病理生理

2.2.1 炎癥反應 炎癥反應是IBI 的重要病理生理機制之一，在IBI 損傷早期，受損神經元細胞刺激促炎免疫反應，活化的小膠質細胞產生白細胞介素（IL）-1、腫瘤壞死因子（TNF）-α 等細胞因子，導致促炎和抗炎細胞因子之間的平衡受損，引起腦實質和外周免疫系統炎癥反應，介導繼發性神經元死亡。乙酰化的高遷移率族蛋白從免疫細胞釋放到細胞外空間，激活Toll 樣受體4（TLR4）信號介導的炎癥反應[8-9]。此外，腦缺血時血腦屏障被破壞，腦血管通透性增加，血液成分外滲進入大腦，腦細胞代謝障礙引起炎性因子表達量上調，炎性因子破壞血管壁，進一步導致腦血流量減少，使腦組織缺血加重[10-11]。

2.2.2 氧化應激 氧化應激是IBI 病理過程的一部分。在缺血條件下，相比其他器官，大腦因其抗氧化能力低、耗氧量高和多不飽和脂肪酸水平較高而更容易受活性氧的影響。Zhao 等[12]研究顯示，使用活性氧清除劑EUK-134 后可減輕大鼠IBI，且使用活性氧抑制劑R（+）PPX 時，缺血大鼠再灌注后6 h 腦梗死面積明顯減小。缺血性酸中毒激活還原型煙酰胺腺嘌呤核苷酸磷酸氧化酶-2，誘導神經元氧自由基產生[13]。提示氧化應激作用在IBI 中發揮重要作用。

2.2.3 鈣超載 鈣超載在腦缺血及再灌注后持續的神經元死亡中起關鍵作用，神經元和神經膠質發生去極化并釋放大量谷氨酸，導致谷氨酸受體尤其是N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體受到過度刺激，缺血引起NMDA 受體水平升高，致缺血后早期大量鈣內流[14]。此外，細胞內鈣離子過量會導致線粒體基質鈣超載，影響線粒體功能，致ATP 生成減少而活性氧釋放增加從而進一步加重腦損傷[15]。

2.2.4 細胞凋亡 凋亡在急性腦缺血后的神經元死亡中發揮重要作用，腦缺血后能量缺失致神經元內鈣超載、氧自由基產生、興奮性谷氨酸聚集等引起線粒體損傷，又是引起凋亡的關鍵分子事件。腦缺血引起缺血腦半球凋亡相關蛋白表達改變，如半胱天冬蛋白酶（caspase）-3 水平增加、抗凋亡亞家族成員Bcl-2 表達降低、促凋亡成員Bcl-2 相關x 蛋白Bax 水平升高等，促進凋亡[16-17]。小膠質細胞和星形膠質細胞可清除破碎的凋亡細胞，使IBI 時神經元丟失減少并可減小梗死體積[18]。

3 丙泊酚對IBI 發揮腦保護作用的可能機制

丙泊酚可通過減少腦血流、降低顱內壓和腦代謝率來保護缺血大腦，其保護作用與其抗炎作用和抗氧化應激等特性相關，此外，丙泊酚還被證明可以很好地調節凋亡蛋白，抑制凋亡，使梗死周圍區域神經元存活。

3.1 抗炎作用

3.1.1 PI3K/Akt 通路 磷酸肌醇3 激酶（PI3K）是一類脂質激酶，磷酸化的PI3K 激活其下游蛋白絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（Akt）發揮作用，PI3K/Akt 通路調控包括凋亡、轉錄、翻譯在內的多種細胞過程，并廣泛參與到正常細胞的生理及腫瘤的病理過程中[19]。PI3K/Akt通路也是神經元的重要生存途徑，其在IBI 及其他創傷性腦損傷中均起到促進神經元存活的關鍵作用[20]。在使用丙泊酚處理的大鼠IBI 模型中，大鼠腦水腫程度減輕，腦梗死面積減小，且炎性因子TNF-α、IL-1β 等表達下降，磷酸化Akt 的表達上調。而使用Akt 抑制劑LY294002 后，丙泊酚的抗炎作用和上調Akt 表達的作用均被抑制[21]。在蛛網膜下腔出血及其引起的早期腦損傷中，丙泊酚可通過PI3K/Akt 通路抑制炎癥反應，顯著改善血腦屏障通透性、神經功能障礙、腦水腫等從而對神經元發揮保護作用[20]。PI3K/Akt 通路具有神經保護作用，丙泊酚可激活PI3K/Akt 通路從而改善腦損傷。

3.1.2 TLR4/核轉錄因子（NF）-κB 通路 TLR4 主要在中樞神經系統的小膠質細胞中表達，其在多種小膠質細胞介導的促炎反應中發揮重要作用，如果TLR4 通路被錯誤激活或信號不可控地放大，會對神經系統產生不利影響，而TLR4 基因敲除小鼠在各種腦梗死模型中均表現出改善的神經和/或行為結果[9]。TLR4 激活后活化其下游NF-κB 參與多種促炎基因的轉錄，使用丙泊酚處理后可抑制TLR4 通路的激活及促炎因子產生，且丙泊酚在預處理和后處理中均可抑制NF-κB 的活性[2]。在使用小膠質細胞缺氧復氧的腦損傷模型中發現，使用丙泊酚預處理可顯著減輕小膠質細胞損傷，并抑制TLR4、NF-κB 表達上調從而發揮神經保護作用[22]。丙泊酚對TLR4/NF-κB 通路的抑制作用可能會成為治療IBI 的有效靶點。

3.1.3 其他抗炎作用 丙泊酚在多種腦損傷模型的神經炎癥反應中顯示出神經保護作用。內源性非編碼RNA 分子miR-155 是中樞神經系統損傷的重要治療靶點，在大腦中動脈阻塞的小鼠腦缺血模型中，miR-155 的表達上調了25 倍，而使用丙泊酚處理后顯著抑制了miR-155 的表達，進而減弱了炎性因子TNF-α、IL-6 的表達[23]。此外，丙泊酚可通過抑制NOD 樣受體蛋白3 炎性小體激活和促炎性細胞因子成熟來減輕炎癥反應和腦損傷[24]。

因此，使用丙泊酚作為抗炎治療手段以期減少腦缺血期間炎癥反應對神經元的破壞作用，改善神經功能是一種可行的治療干預政策。

3.2 抗氧化應激

丙泊酚可通過多方面發揮抗氧化作用。首先，結構上丙泊酚與維生素E 相似，可通過與自由基反應形成苯氧基而起到抗氧化作用[25]。其次，IBI 期間產生大量氧自由基，內源性抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）可通過清除自由基來保護細胞免受活性氧損傷。在急性腦缺血模型中SOD 表達下調，而丙泊酚可通過增強不同亞型的SOD 活性減輕脊髓在缺血再灌注中的損傷[26]。另外，丙泊酚可抑制過氧化氫誘導的活性氧產生，并且削弱其對SOD 和谷胱甘肽的抑制作用[27]，谷胱甘肽除具有整合解毒作用外，也有抗氧化作用。近期研究顯示[28]，中樞神經系統中含量豐富的可溶性單體α 突觸核蛋白可特異性地參與調節氧化磷酸化和線粒體功能，其低聚物增加了神經元的氧化應激水平，急性腦缺血時α 突觸核蛋白聚集，加劇神經元損傷。丙泊酚可通過減輕腦缺血后α 突觸核蛋白原纖維水平，在腦缺血早期減弱缺血誘導的α 突觸核蛋白聚集。由此看出，丙泊酚可在腦缺血時通過抗氧化應激從而發揮腦保護作用。

3.3 抑制鈣超載

細胞內鈣離子是參與神經元生理各個方面的一種重要信號分子，但鈣離子過量會促使神經細胞過度釋放興奮性遞質產生興奮性毒性，致神經功能障礙。在Li 等[1]研究中發現，丙泊酚可通過鈣調神經磷酸酶/FKBP 12.6-RyR/鈣超載通路保護海馬神經元，鈣調神經磷酸酶（CaN）通過影響FK506 結合蛋白12.6（FKBP 12.6）調節鈣離子通道RyR，使細胞內鈣離子濃度發生變化。當受到特殊刺激時，CaN 活性上調促使RyR 通道開放致鈣超載，丙泊酚可降低缺氧復氧海馬神經元中CaN 活性，使FKBP 12.6 與RyR 分離，關閉鈣離子通道進而降低細胞內鈣超載。

3.4 抗凋亡作用

有報道稱，大劑量丙泊酚后處理可顯著減少凋亡細胞數量，減小腦梗死面積，并可通過減弱過氧化氫誘導的凋亡因子caspase 3、8、9、12 活性，上調Bcl-2/Bax比值發揮抗凋亡作用[27,29]。在使用原代海馬細胞高糖缺氧復氧處理的IRI 模型中，丙泊酚降低細胞色素C和線粒體分裂蛋白Fsi 1 的表達抑制凋亡[30]。在Li 等[1]研究中，丙泊酚在缺血再灌注模型中保護海馬神經元免受損傷的另一條通路為RhoA/Lats1/YAP/Bcl-2 通路，YAP 對丙泊酚保護海馬神經元免受凋亡損傷有重要作用，丙泊酚通過使YAP 去磷酸化和促進YAP核轉位激活YAP，進而活化其下游抗凋亡成員Bcl-2，同時活化的YAP 作為一種轉錄協同激活劑促進干細胞自我更新從而抑制細胞凋亡。

IBI 由于局部腦血流的突然持續中斷使大腦處于缺血缺氧狀態，進而出現神經功能障礙等腦組織損傷甚至壞死。丙泊酚作為一種常用的靜脈麻醉劑，除具有鎮靜催眠作用外，其對IBI 還具有神經保護作用。丙泊酚究竟通過何種機制發揮腦保護作用及丙泊酚的用量、使用丙泊酚的時間窗需要進一步探究，但其抗炎、抗氧化、抑制凋亡等作用有望成為治療IBI 的靶點。