脑缺血－再灌注损伤及其治疗策略

　　指导：林　青
　　
　　关键词：脑缺血－再灌注损伤；中西医疗法；综述
　　中图分类号：R743　文献标识码：A
　　文章编号：1007－2349(2007)03－0053－03
　　
　　脑血管疾病是一组严重危害人类健康的疾病，目前已成为人类致残和死亡的重要原因之一。早期溶栓是治疗急性缺血性脑卒中最有效的措施，但由于溶栓时间窗(≤3h)的限制，只有少数(约5％)的病人得益于溶栓治疗。且溶栓后再灌注引起的颅内出血、脑水肿等严重并发症也限制着溶栓治疗的推广应用。如何减轻再灌注损伤成为了提高急性缺血性脑卒中疗效的关键之一^[1]。许多临床试验研究也证实脑缺血一再灌注损伤是脑缺血疾病临床治疗中的关键问题。目前，针对脑缺血－再灌注损伤机制的研究和治疗已取得很大进展。
　　脑缺血时，谷氨酸大量释放，过度激活N－甲基－D一天冬氨酸(NMDA)受体，介导病理性的Ca²⁺内流，由于NMDA受体在介导缺血早期神经元损伤中具有关键性作用，以及NMDA受体各亚单位mRNA几乎只存在于神经元，因此该受体亚单位的表达与缺血半暗带具有重要关系。再灌注后氧供应充分可产生大量自由基，引起瀑布式的自由基连锁反应，加重脑水肿，损伤细胞核内DNA，诱发细胞凋亡^[2]。最近的研究表明，缺氧、复氧期间产生的氧自由基可显著加强内皮细胞表达细胞间粘附因子(1CAMＩ)，脑缺血和再灌注早期也会产生黏附分子、细胞因子及中性粒细胞聚集等，这些因子是构成炎症反应的基础，表明急性炎症反应在脑缺血再灌注损伤中也起着重要作用。因此阻止细胞凋亡和阻断炎症级联反应可能是改善脑缺血再灌注损伤的理想策略。
　　
　　1　脑缺血半暗带理论
　　
　　缺血半暗带是指脑组织缺血后电活动消失而跨膜电位存在和细胞结构保持的区域，认为是缺血核心区以外可以被挽救的脑组织，随着缺血时间的延长半暗带逐渐变窄，梗塞灶不断扩大。这些观点主要来自对脑缺血部位血流和代谢以及组织形态学方面的研究。目前，在局灶性脑缺血损伤机制研究中，缺血半暗带是焦点。
　　近年来，许多研究在局灶性脑缺血再灌注动物模型中发现有“DNA梯”图谱。细胞的凋亡是一种主动死亡过程，伴随基因转录和蛋白质合成，特征性变化是DNA的寡核小体间裂解，在凝胶电泳时呈现特征性的“DNA梯”。细胞凋亡的形态学特点是细胞核染色质固缩，细胞膜发泡，细胞器紧缩，凋亡小体形成与呈现“DNA梯”电泳图谱^[3]。1995年LI等动物实验阻塞大鼠大脑中动脉(MCA)2h，然后在不同的再灌注时间处死动物，发现细胞凋亡在再灌注30min即出现，以24～48h凋亡细胞的数目最多，且可持续数周之久，主要分布于梗死灶边缘区内层，表明细胞凋亡参与缺血后梗死灶的发展。1997年Kogure等^[4]称此区域为“半暗带区”。Hakim^[5]也指出“半暗带区”细胞的死亡方式不是坏死，而是凋亡。
　　近年来，半暗带理论已成为指导缺血性脑损伤治疗的重要依据。脑缺血时，谷氨酸大量释放，过度激活N－甲基—D一天冬氨酸(NMDA)受体，介导病理性的Ca²⁺内流，导致神经元不可逆的损伤，这一观点已经成为共识。近年来又对大鼠大脑中动脉闭塞早期基底节区NMDA受体亚单位蛋白NR1和NR2A及NR2B的表达进行了研究。NMDA受体是由NR1和NR2(NR2A～NR2D)亚单位构成的功能性异聚体，其中NR1是关键性亚单位和必需的成分。NR1亚单位的蛋白的改变实质上代表了NMDA受体量的变化，而NR2参与NMDA受体的组成并修饰其功能。脑缺血时，主要是NR1和NR2A及NR2BmRNA的表达增加，并参与介导神经元的毒性损害。研究发现缺血侧NR1在大鼠大脑中动脉阻塞(MCAO)后1h表达明显下降，然后表达逐渐增加；NR2A在MCAO后1h为低水平表达，4～6h明显增加；NR2B以缺血后5h表达增加最明显。3种亚单位蛋白的表达水平在一定范围内随缺血时间延长而增加，这些支持了脑缺血半暗带理论。
　　研究发现NMDA受体亚单位表达增加显著长于维持大鼠缺血半暗带所需要的时间，即2h左右。在缺血6h，NRI和NR2A及NR2B亚单位仍处于高表达状态，表明NMDA受体介导的神经元毒性损害，在脑缺血半暗带所限定的时间内远未减弱或停止，与此相反，这种损害仍在继续，可能贯穿于可逆性或不可逆性损害整个缺血过程。另外，缺血侧基底节区NR1亚单位蛋白的表达持续增高，即NMDA受体合成量增加，表明NR1亚单位的表达增加在介导持续性脑缺血性神经元损伤方面具有关键性作用。这些结果从分子生物学水平支持脑缺血半暗带理论^[6]。
　　
　　2　自由基损伤
　　
　　人体内的自由基主要有超氧阴离子(O^2--)、一氧化氮自由基(NO)、烷自由基、烷氧基和烷过氧基、脂质过氧化物自由基等。其中O²一在生物体内广泛存在，是诱发自由基连锁反应的启动环节，其性质极不稳定，可以不断生成新的活性氧，是局灶性脑缺血再灌注后脑水肿形成和细胞凋亡的主要因素。
　　氧自由基是细胞正常代谢的副产物，在有氧呼吸过程中从线粒体呼吸链中可渗漏一些还原不完全的氧分子，以致产生大量的O和HO，其产生来源有中性粒细胞、线粒体、Ca²⁺超载。脑缺血时，神经元能表达环氧22(cyclooxygenase22，Cox22)和诱导型一氧化氮(iNOS)，激活小胶质细胞活性氧(re2activeoxygenspecieS，ROS)，ROS以线粒体为靶点致脑缺血损伤，ROS攻击线粒体使细胞色素C(cytochromec，Cyt2C)从线粒体释放到胞浆中，Cyt2C能激活caspase基因，诱导细胞凋亡ROS通过上调NF2JB使Cox22、iNOS、CKs等表达增高^[7]。有研究表明，缺氧应激对缺血再灌注的脑内皮细胞有基因毒性(genetox2in)和细胞毒性(cytotoxin)的作用，其表现为染色体畸变、细胞凋亡等^[8]。脑缺血时，超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)表达下调，清除ROS的能力下降，ROS的生成增多，损伤脑组织，而损伤上调SOD基因的表达能明显减轻脑缺血损伤。
　　DNA是细胞内氧自由基最主要的攻击目标，自由基，主要是羟自由基，能通过直接和间接的机制损伤DNA。另外，氧自由基的脂质氧化毒性产物可间接损伤DNA。最常见的DNA氧化损伤包括DNA碱基损伤、单链断裂、双链断裂、DNA间、DNA链问及DNA与蛋白间的交叉连接。在这些损伤中，碱基损伤和链的断裂最为常见。目前已经鉴定出多种DNA碱基损伤，包括82羟基氧化鸟嘌呤、82羟基氧化腺嘌呤、乙二醇胸腺嘧啶、乙二醇胸苷、AP位点等等。其他常见的氧化碱基损伤还包括52羟基22p2脱氧胸腺嘧啶(520HC)和52羟基脱氧胸腺嘧啶(520JU)等。Lan等^[9]在脑缺血后数分钟内检测到DNA单链断裂和82羟基氧化鸟嘌呤的表达。
　　因为自由基及自由基介导的自由基连锁反应在脑缺血再灌注中的损害作用，故抗自由基治疗成为近年来研究的焦点。在离体细胞培养实验和活体脑缺血实验中，抗氧化治疗显示出明显的保护神经和减轻脑缺血再灌注损伤的作用，如脂质连接铜锌超氧化物歧化酶(SOD1)或NOS抑制剂可缩小脑梗死体积，而且此保护作用还可见于SOD1过度表达的或NOS剔除的转基因鼠。Huang等^[10]通过研究大鼠MCAO模型得出SOD1过度表达可以削弱NF2JB的活性，防止有害基因(如c2myc)引发的瀑布样改变。但是Fujimura等用大鼠永久性脑梗死模型进行研究，发现SOD1并不影响脑水肿和脑梗死体积，SOD1可能通过减少线粒体Cyt2C的释放宋防止细胞凋亡的产生，这其中的机制有待于进一步的研究。也有研究表明，骨形态生成蛋白26(BMP26)可以通过削弱脑缺血再灌注中由HO导致LDH的活性，减少缺血导致的caspase23免疫反应及caspase23酶活性，减少脑缺血皮质中的TUNEL染色凋亡细胞数量。
　　
　　3　炎症损伤
　　
　　近年来，研究表明脑缺血再灌注后继发性神经损伤与炎症机制有密切关系，在此过程中内皮细胞的损伤，白细胞的浸润是造成神经元损害的重要原因。周围血中白细胞向缺血区迁移的主要原因在于血管内皮细胞及白细胞表面的粘附分子的表达^[11]。研究发现，粘附分子1(1CAM 1)与白细胞介素1(IL－1)与白细胞的浸润有密切的关系。
　　ICAM1是Rthelein于1986年发现的一种淋巴细胞功能相关抗原1(LFA 1)的配体，克隆号为CD54，是一种单链跨膜糖蛋白，其相对分子质量为90×103(90kD)，属免疫球蛋白超家族。ICAM 1在体内分布较广，包括各种血管内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、网状细胞、单核巨噬细胞、淋巴细胞及多种肿瘤细胞的表面，但在血管内皮细胞表达最强。正常情况下，ICAM 1可以在内皮细胞有低水平的表达，但在细胞因子如TNFQ、IL1p、IFNY、NF kB等刺激下表达可明显增高。现代研究发现脑缺血再灌注后2h，脑缺血的坏死周边区的微血管内皮细胞表达ICAM1出现增高趋势，并于24h达到高峰，脑缺血再灌注8h出现白细胞浸润，且浸润高峰也在24h，ICAM1的表达与白细胞浸润呈正相关。脑缺血再灌注后ICAM1可介导白细胞和内皮细胞的粘附，加速白细胞的浸润，说明ICAMI是造成脑缺血损伤的重要因素之一。
　　白细胞介素1(IL－1)属功能细胞因子，具有两种活性形式，即IL－1p、IL－1Q，是一类重要的免疫活性分子，在脑缺血再灌流损伤中表达增多，介导缺血早期中枢神经系统的炎性反应，已被公认是缺血性脑损伤的重要因素之一^[12]。研究发现，缺血3h及缺血再灌流1h IL-1p阳性细胞增多，24h达高峰，缺血5天仍有较多的阳性细胞表达而再灌流5天阳性细胞明显减少，在再灌流极早期(1 h)即可出现明显的白细胞浸润，且其参与的再灌流损伤较单纯缺血损伤出现早且重，说明1L-1D在缺血再灌流损伤中的作用与中性白细胞浸润有密切关系^[13]。
　　
　　4　NO损伤
　　
　　目前研究认为，NO在脑缺血损伤中具有双重作用。在脑缺血再灌注过程中，NO产生在缺血最初几小时内具有有益作用，对脑细胞起保护作用，而在再灌注期产生的NO则具有毒性作用。NO复杂的双重作用与其自身复杂的生物及理化性质有关，并受周围环境氧化还原状态的影响，而其合成酶NOS的不同类型是决定其不同作用的关键因素。
　　NOS根据其来源的不同可分为Ca²⁺依赖性的原生(cNOS)与非Ca²⁺依赖性的诱尘型(iNOS)两大类。cNOS在正常条件下即存在于血管内皮细胞与神经元的细胞中，保证NO的基础释放，使脑血管保持正常张力，对脑循环的调节起着重要作用，故又称为生理型