腦缺血后處理的腦機(jī)制及治療進(jìn)展

杜守云 楊榮紅 李國棟 王緒山 陸榮柱 蔡增林

摘要：腦缺血后許多分子調(diào)節(jié)途徑在腦組織損傷中起著調(diào)節(jié)作用，以使缺血半影中的細(xì)胞存活，線粒體的凋亡和壞死途徑是腦缺血中腦組織損傷的主要原因，腦組織中的氧化應(yīng)激會立即刺激線粒體ROS的產(chǎn)生和胞質(zhì)NADPH的產(chǎn)生，從而破壞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等細(xì)胞大分子。低氧誘導(dǎo)因子（HIF）是氧調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子，在低氧感測和適應(yīng)中起重要作用，ROS還激活其他細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑，包括MAPK、NF-kB和MMP的上游。缺血后ROS水平的增加會引起明顯的氧化激，并導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，因而自由基成為腦梗塞重要的治療靶標(biāo)，許多研究集中在評估抗氧化劑的應(yīng)用上，急性腦缺血的治療取決于對這些藥物對腦血管和腦實質(zhì)內(nèi)，特別是對腦血流、血腦屏障和神經(jīng)元細(xì)胞活性的作用。

關(guān)鍵詞：腦缺血性中風(fēng);氧化應(yīng)激;低氧誘導(dǎo)因子;酪蛋白激酶2;活性氧

腦是人體最重要的器官，也是缺血性損傷最易感的器官。在腦缺血中，流向大腦的血液受阻，導(dǎo)致腦組織受損或死亡。在不超過臨界水平的時間內(nèi)，可以通過再灌注療法來恢復(fù)由缺血預(yù)處理引起的整體損害。幾種分子調(diào)節(jié)途徑在決定缺血預(yù)處理中血流阻塞后的腦組織命運中起著調(diào)節(jié)作用，以使缺血半影中的細(xì)胞存活。

缺氧在不利的外部和內(nèi)部影響下造成腦組織最大程度的破壞，眾所周知，急性缺氧抑制神經(jīng)可塑性、引起認(rèn)知和記憶障礙，并對最易感的大腦結(jié)構(gòu)如海馬神經(jīng)元產(chǎn)生破壞作用。另一方面，中度缺氧表現(xiàn)出相反的位點作用，這種現(xiàn)象已被用于制定預(yù)防措施以增強(qiáng)大腦對缺氧的耐受力（間歇性缺氧訓(xùn)練、缺氧和缺血預(yù)處理）或康復(fù)（（早期、延遲和遠(yuǎn)距缺血性后處理）（IPostC）、常壓和低壓缺氧后處理（分別為NBHPostC和HBHPostC））[1]。

一、概述

線粒體的凋亡和壞死途徑是腦缺血中腦組織損傷的主要原因，缺血性中風(fēng)會引起氧化應(yīng)激和線粒體腫脹，從而導(dǎo)致Na?+?/?K?+泵功能障礙以及細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)破壞。中風(fēng)后，腦組織中的氧化應(yīng)激會立即刺激線粒體ROS的產(chǎn)生和胞質(zhì)NADPH的產(chǎn)生，從而破壞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等細(xì)胞大分子，這些過高的細(xì)胞內(nèi)ROS水平在幾種神經(jīng)退行性疾病中也顯示出它們的病理生理效應(yīng)。缺血性中風(fēng)的亞硝化應(yīng)激也觸發(fā)蛋白質(zhì)錯誤折疊和線粒體成分聚集，從而導(dǎo)致多種神經(jīng)退行性疾病，衰老甚至癌癥[2]。

低氧誘導(dǎo)因子（HIF）是氧調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子，在低氧感測和適應(yīng)中起重要作用。它們作為對缺氧水平的反應(yīng)至關(guān)重要的效應(yīng)器，HIF-1α的表達(dá)以及線粒體ROS的生成可由缺血性氧化應(yīng)激而上調(diào)。在缺氧狀態(tài)下，HIF-1α可以通過線粒體中復(fù)合物III積累從而升高ROS水平，其機(jī)制是脯氨酰羥化酶（PHD）酶催化位點中非血紅素鐵的氧化失活，HIF-1α在神經(jīng)元細(xì)胞中的蓄積具有保護(hù)作用，而內(nèi)皮HIF-1α的誘導(dǎo)與血腦屏障（BBB）的破壞有關(guān)。重要的是，缺氧驅(qū)動的ROS激活NF-kB和其他轉(zhuǎn)錄因子，例如NRF2，它們在調(diào)節(jié)抗氧化劑防御相關(guān)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄中起著至關(guān)重要的作用。?ROS還可以激活MAPK途徑，導(dǎo)致VEGF表達(dá)增加，VEGF及其受體VEGF-R1和R2的表達(dá)增加也歸因于ROS對HIF-1α的激活，并且在提高細(xì)胞存活率中具有基本作用。?ROS還激活其他細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑，包括MAPK、NF-kB和MMP的上游[3]。

二、腦缺血中涉及的信號通路

缺氧的發(fā)展是腦缺血性中風(fēng)的關(guān)鍵事件之一。在腦缺血中，線粒體呼吸鏈中會產(chǎn)生ROS和有毒代謝產(chǎn)物，這些物質(zhì)與負(fù)責(zé)神經(jīng)元細(xì)胞存活或死亡的細(xì)胞信號通路的失調(diào)有關(guān)。另外，ROS與特定的信號通路協(xié)同作用使HIF和NF-kB完全活化，缺氧和活性氧都參與氧化還原穩(wěn)態(tài)和各種細(xì)胞信號通路的維持。

（一）?ROS信號通路

低水平的ROS在正常的生理信號和代謝途徑中起重要作用，但是在腦缺血后，會發(fā)生多種有害過程，例如氧化產(chǎn)物的過量生產(chǎn)，解毒系統(tǒng)失活和抗氧化劑的消耗，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙。此外，由于興奮性毒性引起的鈣和ROS的積累破壞了腦組織的天然抗氧化防御能力，各種基因表達(dá)也通過基于各種信號通路的轉(zhuǎn)錄因子的參與而被調(diào)節(jié)。所有這些事件均協(xié)同作用，破壞細(xì)胞蛋白、脂質(zhì)和DNA，從而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并通過壞死、凋亡或兩者兼而有之途徑來誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，并且還通過改變靶分子的功能、損害器官的功能而導(dǎo)致許多病理[4]。

（二）HIF-1信號通路

HIF-1，一種二聚體蛋白復(fù)合物，與缺氧時的血管生成有關(guān)。在缺血狀態(tài)下，HIF-1發(fā)揮雙重作用，這取決于其靶蛋白在某些特定類型的腦細(xì)胞中的各種功能。它具有兩個亞基：HIF-1α和HIF-1β，后者對氧張力情況不敏感，并且以本構(gòu)關(guān)系表達(dá)。?HIF-1α是連續(xù)合成的，在正常的細(xì)胞氧張力下會降解。在缺氧情況下，HIF-1α降解受到抑制，因此，它迅速積累并與缺氧反應(yīng)元件（HRE）結(jié)合，從而激活其靶基因，在局部缺血的大腦中具有神經(jīng)保護(hù)作用。在缺血性腦缺氧區(qū)域，HIF-1α是通過誘導(dǎo)多種糖酵解酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白來協(xié)調(diào)從有氧代謝到無氧代謝的主要基因。?HIF-1α調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白3（GLUT3）的表達(dá)，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白3是神經(jīng)元中葡萄糖的主要轉(zhuǎn)運蛋白[5]。

HIF-1α在腦缺血中的表達(dá)與細(xì)胞ROS水平相關(guān)，但是，最近的研究表明，ROS水平升高導(dǎo)致HIF-1α表達(dá)降低，當(dāng)然也有其他研究表明其沒有作用。在缺氧條件下，線粒體復(fù)合物III產(chǎn)生穩(wěn)定HIF-1α的ROS，但是在細(xì)胞質(zhì)中，ROS可能源自NADPH氧化酶，在缺氧條件下，ROS對HIF-1α表達(dá)的影響比缺氧更為重要。?ROS和HIF-1α在腦缺血中關(guān)系的復(fù)雜性主要歸因于線粒體O2代謝產(chǎn)生的ROS種類繁多，以及它們的生物學(xué)特性如化學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)性、特異性和半衰期[1]。

（三）CK2信號傳導(dǎo)通路