腦出血后繼發(fā)海馬神經(jīng)元損傷的機制研究進展

王 雪 朱業(yè)淘 徐劍峰 王 童 劉 陽

1）綿陽市第三人民醫(yī)院（四川省精神衛(wèi)生中心），四川 綿陽 621000 2）西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川 瀘州 646000

腦出血后致死、致殘率較高，同時患者伴有認知功能損害，這與腦出血后所致的遠端區(qū)海馬繼發(fā)性損傷密切相關(guān)［1］，具體的損傷機制目前存在多種說法。而目前了解卒中后遠端損傷和認知功能障礙的潛在機制是一個基本問題，對開發(fā)有效的治療靶點具有重要意義。至今有關(guān)局部腦出血后遠端區(qū)域損傷的機制尚未完全闡明，本文就目前國內(nèi)外關(guān)于腦出血后繼發(fā)海馬神經(jīng)元損傷的機制，包括谷氨酸興奮性毒性等所致軸突變性、神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)、炎癥反應(yīng)、鐵超載、神經(jīng)毒性因子或激活的自噬機制以及氧化應(yīng)激相關(guān)機制進行綜述，旨在為今后尋找有效治療腦出血后海馬神經(jīng)元損傷的研究提供方向及參考。

1 腦出血后致海馬認知功能障礙

大多數(shù)患者腦出血后存在不同程度的神經(jīng)功能缺損，包括認知和記憶功能障礙［2］。據(jù)報道多達50%的腦出血幸存者存在認知功能障礙，且出血性卒中出現(xiàn)認知障礙的頻率是缺血性卒中的6 倍［3］。海馬體在認知功能的形成和維持中起關(guān)鍵作用，當(dāng)機體發(fā)生損傷或炎癥反應(yīng)等改變時，海馬神經(jīng)的傳遞和海馬突觸的可塑性會受到影響，從而出現(xiàn)海馬認知功能障礙［4］。研究發(fā)現(xiàn)腦出血后，小鼠遠端腦區(qū)功能發(fā)生改變，特別是海馬區(qū)，從而出現(xiàn)認知功能障礙、學(xué)習(xí)記憶能力下降等表現(xiàn)［5］。然而目前針對腦出血血腫周圍損傷區(qū)域的研究較多，很少有人關(guān)注遠端腦區(qū)如海馬的損傷及功能變化。

2 繼發(fā)海馬損傷機制研究現(xiàn)狀

腦出血后患者認知功能障礙可發(fā)生在2 個不同時期［6］，約19%的患者在腦出血后的前幾周至幾個月內(nèi)出現(xiàn)早期認知障礙，這可能與血腫的大小和位置直接相關(guān)，提示認知能力下降的早期階段與原發(fā)性出血性腦損傷有關(guān)［6］。而延遲性認知功能衰退一般發(fā)生在出血后6個月后，這與腦出血后繼發(fā)性腦損傷相關(guān)［7］，包括血腦屏障破壞、腦水腫、細胞死亡等［8］，目前相關(guān)機制研究較多，大部分歸因于腦實質(zhì)內(nèi)血液及其代謝產(chǎn)物的存在［9］，如血液的細胞毒性、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)等［10］。研究表明腦出血患者早在第1周就出現(xiàn)進行性認知缺陷，這與同側(cè)海馬體的各向異性分數(shù)改變相關(guān)［11］。

3 腦出血后繼發(fā)海馬神經(jīng)元損傷的結(jié)構(gòu)變化

奧古斯都·沃勒在1850 年首次描述局部病變后致遠端神經(jīng)軸突和髓鞘破壞［12］，隨后的臨床和動物研究顯示，繼發(fā)于局灶性腦損傷的遠端損傷和神經(jīng)功能受損，現(xiàn)被稱為沃勒變性［12］。海馬體是一個與認知、記憶和空間導(dǎo)航相關(guān)的區(qū)域，腦出血后可發(fā)生繼發(fā)性損傷，因為該區(qū)域?qū)θ毖獦O為敏感，腦出血后遠端腦區(qū)灌注下降從而致海馬神經(jīng)結(jié)構(gòu)受損［13］。腦出血常伴有海馬結(jié)構(gòu)和功能的改變，包括神經(jīng)細胞壞死突觸可塑性的破壞，炎癥因子的表達增加，谷氨酸的大量釋放，以及N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）的過度激活［14-15］。SHI 等［11］發(fā)現(xiàn)基底神經(jīng)節(jié)出血后存在明顯的認知功能障礙，并伴有同側(cè)海馬神經(jīng)元的樹突棘密度的降低及突觸可塑性變化。此外SONG 等［10］為檢測局部腦出血后遠端區(qū)域的縱向變化，特別是發(fā)生梗死的區(qū)域和海馬區(qū)，采用多模態(tài)MRI 探討這些繼發(fā)性損傷與神經(jīng)功能的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在局部腦出血后的第1 周及第12 周，同側(cè)腦組織出現(xiàn)梗死繼發(fā)性損傷，同側(cè)海馬體同樣發(fā)生損傷，并且持續(xù)12周，并伴有認知能力的持續(xù)下降。

4 腦出血后繼發(fā)海馬神經(jīng)元損傷的機制研究

4.1 谷氨酸興奮性毒性機制所致神經(jīng)元損傷谷氨酸屬于興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在長時程增強和學(xué)習(xí)記憶等認知功能中起關(guān)鍵作用。當(dāng)谷氨酸的釋放增加，會過度激活谷氨酸受體，介導(dǎo)興奮性毒性的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡［16］。NMDA和甲氨基-3-羥基-5-甲基異惡唑-4-丙酸受體（methylamino-3-hydroxy-5-methylisooxazol-4-propionic acid receptor，AMPAR）被認為是離子型谷氨酸受體的兩種主要類型［17］。靜息狀態(tài)下，NMDAR的通道孔通常被Mg2+堵塞，當(dāng)谷氨酸從突觸前位點釋放時，激活的AMPAR導(dǎo)致突觸后膜的部分去極化，消除NMDARs 中的Mg2+阻斷。一旦NMDAR被激活，大量的Ca2+通過NMDAR流入，就會導(dǎo)致細胞死亡［17-18］。NMDAR由兩個NR1和兩個NR2亞基組成，并被證明是突觸功能和參與行為認知功能的重要因素［19］。生理情況下，NMDAR參與了長效增強作用，即放大突觸傳遞效率活動，這是某些類型記憶發(fā)生的基礎(chǔ)；其次，NMDAR 也參與了興奮抑制平衡（excitatory-inhibitory，E-I）。研究表明卒中后腦內(nèi)釋放出大量的谷氨酸，興奮抑制平衡被破壞，導(dǎo)致NMDAR 的持續(xù)激活，隨后鈣離子流入神經(jīng)元，致神經(jīng)元死亡從而發(fā)生認知功能障礙［20］。近年有研究表明，運動訓(xùn)練可通過降低腦出血大鼠對側(cè)海馬NMDAR亞單位表達，從而增加大鼠空間記憶能力［21］，如游泳可下調(diào)海馬CA3 區(qū)NR1 和NR2B 的表達水平［22］。

4.2 自噬激活所致海馬神經(jīng)元損傷在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理生理過程中，自噬作為一種程序性細胞死亡，參與腦出血后神經(jīng)細胞死亡的發(fā)生［23］。因腦出血后伴自噬的過度激活，神經(jīng)細胞發(fā)生程序性細胞死亡，進而引發(fā)多種繼發(fā)性腦損傷［24］。

腦出血后，由于血腫壓迫發(fā)生腦缺血，致血腫周圍區(qū)域及遠端區(qū)域的血液循環(huán)中斷，神經(jīng)細胞氧供受損發(fā)生腦缺氧，這與自噬過程發(fā)生密切相關(guān)［25］。自噬作為一種細胞內(nèi)的自我降解系統(tǒng)，通常被定為去除胞質(zhì)成分或受損細胞器的必要保護過程［26］。但研究顯示，腦出血后繼發(fā)性海馬功能障礙通常伴隨著神經(jīng)元自噬的過度激活，腦出血后海馬神經(jīng)元的自噬細胞死亡導(dǎo)致長期認知能力下降的出現(xiàn)，但引發(fā)自噬的上游事件尚不清楚，只發(fā)現(xiàn)使用自噬酶抑制劑卻可有效改善同側(cè)海馬功能和組織學(xué)結(jié)果［27］。MANMA 等［27］發(fā)現(xiàn)抑制磷酸酶和緊張素同源物可抑制神經(jīng)元自噬，有效緩解腦出血后繼發(fā)性海馬損傷，最終改善延遲性認知缺陷。機制上主要通過阻斷緊張素同源物激活PI3K/AKT通路，導(dǎo)致自噬程序被抑制。同時有研究發(fā)現(xiàn)，在常氧條件下，大鼠海馬神經(jīng)元的自噬活性高于皮層，缺氧暴露導(dǎo)致海馬自噬標(biāo)志物降低，這可能與CA1 海馬神經(jīng)元極度脆弱性相關(guān)，自噬分子P27、ROCK2等通過減少活性氧誘導(dǎo)的損傷和促進海馬細胞自噬體的形成來保護神經(jīng)元免受氧化或缺血性損傷［28］。

因此，自噬可以根據(jù)細胞環(huán)境顯示出促存活或促死亡的作用，但到目前為止尚不清楚局部腦出血后是否會觸發(fā)自噬的發(fā)生，特別是海馬區(qū)［29］，這有待更多的研究加以證實。

4.3 鐵超載致海馬神經(jīng)元損傷腦內(nèi)不同細胞對鐵超載及血紅蛋白的防御反應(yīng)，均可引起對神經(jīng)元的毒性作用，腦內(nèi)鐵在結(jié)合成鐵蛋白后，剩余鐵的沉積仍可導(dǎo)致神經(jīng)元的損傷，而鐵毒性作用主要基于芬頓化學(xué)作用。即鐵與活性氧中間物的反應(yīng)，包括過氧化氫、超氧陰離子，從而產(chǎn)生高反應(yīng)的自由基，如羥自由基。少突膠質(zhì)細胞是大腦中最富鐵的細胞，少突膠質(zhì)細胞對氧化應(yīng)激非常敏感，鐵過載更容易對少突膠質(zhì)細胞造成損傷。目前鐵穩(wěn)態(tài)失衡，如鐵過載，目前已在一些神經(jīng)退行性疾病中被觀察，包括阿爾茨海默病和帕金森病，鐵過載通過線粒體裂變、鈣失調(diào)和活性氧產(chǎn)生引起神經(jīng)元毒性。鐵過量誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和介導(dǎo)的線粒體裂變可能是鐵介導(dǎo)的海馬神經(jīng)元細胞死亡的必要條件，而鐵誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)與體內(nèi)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的鐵毒性之間的確切機制尚不完全清楚［30］。此外，腦出血后可釋放大量毒性物質(zhì)，其中紅細胞破裂釋放的血紅素，可被血紅素加氧酶1 降解為鐵、一氧化碳和膽綠素，鐵堆積致大腦中發(fā)生鐵超載，而鐵有助于腦出血誘導(dǎo)的腦水腫形成、腦萎縮和長期的神經(jīng)功能缺陷，并可誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡。

4.4 氧化應(yīng)激反應(yīng)致海馬神經(jīng)元損傷此外，腦出血后腦內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）會導(dǎo)致神經(jīng)毒性，同時也會誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生，大腦中的海馬區(qū)域?qū)Χ喾N腦損傷后引起的氧化應(yīng)激非常敏感，腦出血在不改變總抗氧化能力的情況下會促進氧化應(yīng)激和損傷，除了ROS的水平增加，同時也會促進脂質(zhì)過氧化增加，對海馬神經(jīng)元造成損傷。CHEN 等［31］發(fā)現(xiàn)依達拉奉右冰片可明顯抑制蛛網(wǎng)膜下腔出血后海馬CA1區(qū)和基底皮層區(qū)域的神經(jīng)元凋亡，主要是通過抑制脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛的產(chǎn)生，并且可提高蛛網(wǎng)膜下腔出血后3 d的總抗氧化能力，而卒中誘發(fā)的記憶缺陷與海馬CA1神經(jīng)元的損傷之間存在直接關(guān)系。此外ZHANG等［32］發(fā)現(xiàn)，通過阻斷miR-155信號通路可以減弱氧化應(yīng)激產(chǎn)物，同時可降低腦出血后頂葉皮質(zhì)和海馬的炎癥分子表達，如IL-1b、IL-6 和TNF-α表達降低，從而通過腦出血大鼠改良神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重程度評分發(fā)現(xiàn)神經(jīng)功能得以改善。

4.5 炎癥反應(yīng)致海馬神經(jīng)元損傷炎癥的發(fā)生也可能會導(dǎo)致卒中后的認知功能障礙，炎癥標(biāo)志物與卒中幸存者的海馬體積減少和認知能力差相關(guān)，血腫周圍的小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞的激活和海馬體積的減少可能是導(dǎo)致認知行為缺陷的發(fā)病機制之一。研究發(fā)現(xiàn)小鼠紋狀體內(nèi)注射凝血酶引起的腦出血可能會影響海馬神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生，腦出血后炎癥和小膠質(zhì)細胞激活對空間記憶缺陷的參與可能有一些間接證據(jù)支持［33］。由于小膠質(zhì)細胞在應(yīng)激或疾病期間的損傷作用通常是通過可溶性因子介導(dǎo)，如促炎細胞因子或ROS。因此，在紋狀體內(nèi)注射凝血酶后，注射道周圍腦區(qū)及遠端區(qū)如海馬內(nèi)炎癥分子表達升高，并且在腦室下區(qū)和顆粒下區(qū)觀察到小膠質(zhì)細胞活化，腦出血小鼠的海馬神經(jīng)發(fā)生明顯減少。然而，其潛在機制有待進一步探索。

對于腦出血后繼發(fā)的海馬損傷相關(guān)機制的研究對治療腦出血后所致海馬認知功能障礙具有極其重要意義，目前的研究主要集中于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，且存在一定的爭議，有待進一步加以驗證。已有的研究大多集中于闡述海馬神經(jīng)元損傷及損傷相關(guān)的信號通路，但該通路確切作用及具體作用機制等仍是未知領(lǐng)域。目前研究得知腦出血后海馬結(jié)構(gòu)變化到腦出血后繼發(fā)性海馬損傷確實存在，且與谷氨酸興奮性毒性、鐵超載、炎癥反應(yīng)、激活的自噬反應(yīng)等相關(guān)，這將為今后繼續(xù)深入研究海馬認知功能障礙治療帶來方向和希望。今后應(yīng)開辟新的機制研究切入點以及從目前已有的機制中尋找有效的治療靶點。