腦缺血性耐受的神經(jīng)保護機制

杜依婷 孫鳳艷（通訊作者）

（復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系 上海 200000）

1.前言

腦卒中（cerebral stroke）亦稱為腦血管意外，是由腦血流障礙引起細胞死亡的一組疾病，它是全球第二大死亡原因，包括缺血性卒中和出血性卒中。缺血性腦卒中一直是學(xué)者研究重點，但有效的治療方法仍比較少，缺血性耐受的發(fā)現(xiàn)為未來的治療發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

當(dāng)大腦受到低氧或缺血時，腦內(nèi)腦內(nèi)產(chǎn)生神經(jīng)保護性反應(yīng)，從而保證大腦再次受到同樣傷害時可以減輕或免遭神經(jīng)元的死亡。大腦的這些反應(yīng)過程被稱為“缺血性耐受”（ischemic tolerance，IT）或“缺血性預(yù)條件”（ischemic preconditioning，IP）[1]。耐受和預(yù)條件一詞在1960 年被定義提出，自日本學(xué)者Kitagawa 發(fā)現(xiàn)短暫的全局性腦缺血對缺血引起的沙鼠海馬CA1 區(qū)椎體神經(jīng)元損傷有明顯保護作用，目前IT/IP 已成為國內(nèi)外腦缺血研究的熱點。

近年來，缺血性腦卒中已在腦損傷修復(fù)基礎(chǔ)研究與藥物治療臨床研究方面取得較大進展，但在腦損傷后IT/IP 形成的內(nèi)源性保護機制方面仍有許多未知之謎等待探索[2]，本文綜述了近年來參與IT/IP 形成的腦內(nèi)內(nèi)源性保護機制。

2.抗興奮性神經(jīng)毒作用

興奮性毒性主要是由于谷氨酸釋放過量導(dǎo)致突觸后谷氨酸受體過度激活，從而引發(fā)下游級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和變性。提高神經(jīng)細胞的抗興奮性神經(jīng)毒作用，多發(fā)生在腦缺血缺氧的早期數(shù)十分鐘內(nèi)，其機制主要與GABA、腺苷受體、ATP 依賴K+通道開放有關(guān)。

2.1 GABA

抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)（GABA）的受體主要有離子型GABAA受體和代謝型GABAB 受體。在成人大腦中，GABA 主要通過激活突觸后末端GABAA 受體導(dǎo)致氯離子大量涌入以及神經(jīng)元細胞膜快速超極化。有研究表明在卒中發(fā)作前期，內(nèi)源性GABA 增加可激活GABAA受體，抑制了細胞去極化以及谷氨酸的釋放。Hui[3]等揭示了在修復(fù)階段GABA 信號的增加，增強了小鼠大腦可塑性功能恢復(fù)。

2.2 腺苷

腺苷（Adenosine）是一種抑制調(diào)節(jié)腦內(nèi)活動的內(nèi)源性核苷。當(dāng)大腦處于腦卒中缺血缺氧等應(yīng)激狀態(tài)下，三磷酸腺苷（ATP）大量外流，代謝釋放腺苷。腺苷通過激活突觸前A1 受體，減輕胞內(nèi)游離Ca2+超載。有研究表明減少細胞外Ca2+可以增加腺苷的釋放，并通過A1 受體介導(dǎo)的膜電位超極化控制神經(jīng)活動。腺苷還能通過激活突觸后A1 受體，開放ATP 依賴的K+通道，抑制細胞膜去極化增加抗興奮性神經(jīng)毒作用。有研究表明A1 受體介導(dǎo)的參麥注射液可以縮小腦梗塞體積，對大鼠腦損傷有神經(jīng)保護作用。腺苷還具能擴張血管和促進血栓溶解的作用，F(xiàn)uentes[4]等采用放射性配體結(jié)合研究和受體對接實驗表明激動A2 受體能夠抑制血小板凝集。腺苷主要受腺苷激酶（ADK）的調(diào)控，ADK是一種通過磷酸化AMP 去除腺苷的酶。近年來，利用ADK 缺乏癥的腦內(nèi)細胞移植釋放腺苷，開發(fā)了新的治療策略。

3.抗炎癥和抗調(diào)亡反應(yīng)

腦缺血釋放抗炎因子和抗凋亡因子，這些因子協(xié)調(diào)神經(jīng)細胞消炎及抗凋亡，并向神經(jīng)恢復(fù)和再生過渡。提高神經(jīng)細胞的抗炎癥和抗凋亡反應(yīng)通常發(fā)生在缺血損傷數(shù)小時內(nèi)，其機制主要與IL、HIF、Bcl-2 家族蛋白、EPO 等有關(guān)。

3.1 白細胞介素

白細胞介素（IL）是作用于多種細胞的一類細胞因子。Th2細胞可通過分泌IL-4、IL-10、IL-13 等，激活B 細胞，促其合成免疫球蛋白，抑制Th1 細胞分化以及巨噬細胞和小膠質(zhì)細胞的活化，發(fā)揮抗炎保護作用。有研究報道IT/IP 處理可使CA1 區(qū)錐體層IL-4、IL-13 表達持續(xù)增加，與腦缺血神經(jīng)保護密切相關(guān)。Cruz[5]等研究表明Copolymer-1能夠刺激腦內(nèi)IL-10的表達上調(diào)，從而保護神經(jīng)并誘導(dǎo)神經(jīng)發(fā)生。

3.2 HIF-1

缺氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）是一種在缺氧條件下穩(wěn)定表達的轉(zhuǎn)錄激活因子。在腦缺血/缺氧時，HIF-1α 表達上調(diào)，可誘導(dǎo)下游靶基因的表達，如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、促紅細胞生成素（EPO）、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1（GLUT1）和糖酵解酶等，它與其靶基因共同參與了缺血/缺氧預(yù)處理的神經(jīng)保護機制。有研究通過測定HIF-1α 的mRNA 后發(fā)現(xiàn)其在IP 中起關(guān)鍵作用，調(diào)節(jié)全身炎癥反應(yīng)起到降低梗塞面積，改善神經(jīng)功能。Lu[6]等研究表明預(yù)缺氧通過HIF-1α/beclin1 調(diào)控的自噬來保護SH-SY5Y 細胞不受氧糖剝奪再灌注的影響。

3.3 EPO

促紅細胞生成素（EPO）是一種促進紅細胞生成的生長因子，血液循環(huán)中90%EPO 來自于腎臟，與成年人和新生兒腦卒中神經(jīng)保護密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)EPO激活了核因子紅細胞相關(guān)因子2（Nrf2），該因子調(diào)控了抗氧化、抗炎和細胞保護相關(guān)基因。Komnig[7]等對比高、低劑量EPO 治療法后發(fā)現(xiàn)低劑量EPO 刺激PI3K/Akt 通路，使Faim2 表達上調(diào)，起到神經(jīng)保護作用。此外，遠程腎臟預(yù)處理可以通過釋放EPO、激活KATP 通道，防止海馬缺血/再灌注損傷。

3.4 Bcl-2 家族蛋白

B 淋巴細胞瘤-2 基因（Bcl-2）通過控制線粒體外膜通透性，是研究細胞凋亡中最重要的癌基因之一。目前研究較多的Bcl-2 蛋白家族可分為抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-x 等以及促凋亡基因Bax 等[8]。已有多篇研究表明缺氧預(yù)處理可通過提高Bcl-2水平，降低Bax，防止神經(jīng)細胞凋亡。線粒體活性氧損傷（ROS）是細胞死亡重要信號，Du[9]等發(fā)現(xiàn)Bcl-2 調(diào)節(jié)線粒體代謝產(chǎn)生較少ROS，延緩細胞周期。

4.腦自身修復(fù)和再生能力

提高腦的自身修復(fù)能力和再生能力多發(fā)生在腦缺血損傷后的數(shù)天乃至數(shù)周內(nèi)。該過程內(nèi)大量生產(chǎn)促神經(jīng)生長因子，神經(jīng)膠質(zhì)細胞大量活化與增殖，神經(jīng)前體細胞分化形成新的神經(jīng)元，并促進新生神經(jīng)元的進一步成熟，以修復(fù)缺血損傷腦區(qū)。

4.1 星形膠質(zhì)細胞

星形膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的膠質(zhì)細胞，它能夠釋放多種神經(jīng)遞質(zhì)受體、通道和轉(zhuǎn)運體。腦卒中自身修復(fù)階段，膠質(zhì)瘢痕雖會阻礙軸突生長，但越來越多研究證明星膠細胞促進腦修復(fù)的功能。Hirayama[10]等研究表明腦缺血性耐受（IT）依賴于星形膠質(zhì)細胞，通過上調(diào)P2X7 受體表達，激活增加HIF-1α，有效誘導(dǎo)IT 的產(chǎn)生。反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞被分為兩種類型，神經(jīng)毒性A1 和保護性A2，A2 型星形膠質(zhì)細胞可能參與缺血性耐受的形成。對星形膠質(zhì)細胞進行IP 治療時，同樣可以使神經(jīng)元產(chǎn)生缺血耐受，星膠細胞產(chǎn)生的乳酸可能是一種神經(jīng)保護劑，保護神經(jīng)元免受致命的缺血損傷。目前有些研究表明星形膠質(zhì)細胞吞噬作用在腦卒中后的腦功能調(diào)節(jié)中具有重要作用，但對作用機制、產(chǎn)生的后續(xù)反應(yīng)仍有許多未知。

4.2 神經(jīng)前體細胞

神經(jīng)前體細胞（NPC）是誘導(dǎo)多能干細胞分化的產(chǎn)物，它可以進一步分化為多種類型的神經(jīng)細胞，如神經(jīng)元細胞、膠質(zhì)細胞等。Wang 等研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)前體細胞和內(nèi)皮前體細胞通過激活主要依賴VEGF 和BDNF 旁分泌的PI3K/Akt 通路，協(xié)同保護腦免受缺氧損傷。腦缺血誘導(dǎo)后，腦室下區(qū)源性的神經(jīng)前體細胞增殖并遷移至腦卒中病灶，促進神經(jīng)元存活和腦重構(gòu)。鑒于這些作用，成人NPC 已經(jīng)成功地從SVZ 中分離、培養(yǎng)和移植，以促進缺血后神經(jīng)恢復(fù)。

5.展望

目前，已發(fā)現(xiàn)IT/IP 對腦、心、腎等臟器均有保護作用，越來越多的機制研究為臨床上預(yù)防與治療缺血性腦血管病提供了更多思路。預(yù)處理刺激的最佳持續(xù)時間、頻率和強度可能因疾病而異，因此需要進行廣泛的人體試驗，但在人體身上直接進行缺血預(yù)處理仍是比較危險的。臨床上，用易于控制劑量、安全可靠的藥物預(yù)處理代替IP，達到神經(jīng)保護作用，應(yīng)更為合理。