脑缺血后适应对缺血再灌注脑组织保护作用的研究进展

王泽祥 综述 刘诗翔 审校

(云南省昆明市成都军区昆明总医院神经内科,昆明 650032)

缺血后适应是一种普遍现象,存在于心脏、脑、肝脏、肾脏和小肠等各种组织,它是组织对缺氧的耐受,能够明显减轻缺血再灌注所导致的损伤。现今的研究大多局限于心脏方面,其他脏器的研究比较少,本文就脑缺血后适应的研究做一综述。

1 缺血后适应的概念

缺血后适应(ischemic post-condition)是相对于先前所提出的缺血预适应(ischemic precondition)而言,由Zhao等[1]在 2003年提出。他们发现将犬的左侧冠状动脉前降支结扎 1 h后,给予开通 30 s-结扎30 s的连续 3次循环,然后恢复冠状动脉血流,发现可以使梗死范围较对照者减小 44%,与缺血预适应所导致的梗死范围减少的程度相当;同时,组织水肿、缺血区心肌中性粒细胞的聚集、反映脂质过氧化指标的丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平、使用二氢乙啶(Dihydroethidium,DHE)荧光染色确定的超氧化物阴离子水平等均减少。与缺血预适应相比,这种方法是在冠状动脉再灌注开始时进行短暂、重复的开通及再闭,随后恢复冠状动脉血流,故这种保护作用被命名为缺血后适应。之后,缺血后适应在急性心肌梗死患者介入治疗中保护心肌、改善患者预后的临床价值被证实[2]。由于缺血事件存在太多的不可预见性,在缺血预适应得不到广泛临床应用的情况下,缺血后适应的研究就显得颇为重要。后适应的干预时间在缺血事件发生以后,这就为临床治疗缺血事件提供了很大的可能性。

2 缺血后适应对脑组织的保护

2008年,朱榆红等[3]应用线栓法制作大鼠脑缺血/再灌注损伤模型,采用夹闭单侧颈总动脉和夹闭双侧颈总动脉的后处理方法,观察脑梗死体积、神经功能及脑血流等指标,探讨缺血后适应对大鼠脑缺血/再灌注损伤的影响,结果显示缺血后适应能够明显减小梗死体积,改善大鼠术后 1 h神经功能评分,可能与缺血后适应调节早期再灌注时血流动力学状态有关。Pignataro等[4]报道体内实验中,缺血后适应可减少 50%的梗死灶体积,而在体外实验中则可以减少 30%。缺血后适应的神经保护程度等同于缺血预适应。但对受试者的大脑同时给予缺血预适应和后适应产生的保护作用并没有超过单独给予两种处理。

细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)、丝裂原激活的蛋白激酶/MAP激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)和蛋白激酶B(Akt)被认为可以延长缺血后处理过的大鼠的皮质的磷酸化作用。缺血后处理的神经保护作用在淋巴细胞三磷酸酰肌醇蛋白激酶抑制剂(LY 294002)阻止Akt激活时才消失,但是否可被 ERK和 P38激活的1,4-二氨基 -2,3-氰基 -1,4-双(2-氨基苯基硫代)丁二烯 (U0126)或 p38 MAPK抑制剂(SB203580)阻断则不得而知。而缺血预适应的保护作用则可被 LY294002、U0126和 SB203580阻止,提示预处理与后处理所产生的神经保护的机制和途径有所不同。有研究数据显示,缺血后适应对局部缺血再灌注的保护作用至少部分地依赖 Akt的激活作用。

Domoráková等[5]通过抗氧化剂银杏黄酮对短暂缺血的大鼠模型进行后处理,发现在缺血后不同的时间给予抗氧化剂,可以抵消缺血后适应对海马神经元的保护作用。李飞等[6]发现脑缺血后,损伤侧海马 CA1区的血管内皮生长因子(VEGF)的表达自4 h起逐渐增强,12 h为著,其表达增强可能与缺血缺氧所致的缺氧诱导因子表达增多有关[7,8]。海马的局部脑血流(rCBF)降低是血栓性脑缺血时海马缺血的直接证据。缺血后适应 12 h内,伴随着 rCBF的恢复,海马的 VEGF表达逐渐增强;但缺血 24 h后,由于 rCBF的恢复进而缺血缺氧程度的改善,故VEGF的表达减弱。VEGF表达上调有利于血管功能的调节,可能是脑缺血时抗损伤反应的重要表现。

Leconte等[9]用大鼠进行大脑中动脉的短暂闭塞使之间断性的缺氧,分别在局部缺血后 1～5 d及第43天用 MRI对脑损伤进行评估,发现低氧诱导性因素和它的靶基因,红细胞生成素和肾上腺髓质激素可能是缺血后适应的效应物。Ren等[10]通过夹闭颈总动脉 30 min制作脑缺血模型,再行反复再通和闭塞单侧或双侧颈总动脉完成后适应处理,发现可以降低梗死灶面积且改善行为功能测试结果,且能减少氟脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose,FDG)的吸收而降低代谢,减少水肿和血脑屏障的渗漏。

3 缺血后适应对缺血再灌注脑组织保护作用的机制

Zhao等[11]在大鼠局灶性梗死模型中,发现缺血后处理能显著减少缺血半暗带区凋亡细胞的数量。卒中后,大脑抗氧化活性减少,由缺血再灌注导致活性氧(SOS)增多,其对大脑的脂类、蛋白质、DNA等的损伤也会加重。Xing等[12]发现缺血后适应通过抑制凋亡,保护神经元免受缺血再灌注损伤,原因可能是缺血后适应可减少 MDA的产生,同时增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)的活性,进而显著减少了缺血在灌注损伤中的神经元的凋亡。缺血后适应还增加抗细胞凋亡的 Bcl-2蛋白在线粒体中的表达,抑制凋亡活化基因(Bax)向线粒体中迁移,并抑制细胞色素 C从线粒体释放到细胞液中。而细胞色素 C在激活半胱氨酸天冬氨酰蛋白酶 -3而导致的细胞凋亡的过程中起着关键作用。已有研究表明热休克蛋白(heat shock protein,HSP)与减少细胞色素 C从线粒体释放到细胞液有关,而缺血后适应能提高了皮质中的 HSP的含量。

Danielisová等[13]发现缺血后适应可以减少 CA1区的神经元凋亡、增加线粒体 SOD,提示从细胞膜中释放的 SOD阻滞了神经元凋亡。方芳等[14]报道,缺血后适应能诱导脑缺血耐受,对脑缺血 -再灌注损伤产生保护作用,其保护作用与促进内皮型一氧化氮合酶(eNOS)蛋白的表达,抑制诱导型一氧化氮舍酶(iNOS)蛋白的表达有关。

方芳等[15]观察后适应对大鼠脑缺血 -再灌注对线粒体的结构和功能的影响,发现后适应可抑制Bax、caspase23、p53等蛋白的表达,促进 bcl22蛋白表达,减轻线粒体的损伤,减少凋亡。因此,后适应对大脑中动脉闭塞(m iddle cerebral artery occlusion,MCAO)的大鼠的线粒体保护作用可能与其减少神经元凋亡,抑制 p53、Bax、casepase23表达,增加线粒体Na+-K+ATP酶、Ca2+-ATP酶、SOD活性有关。罗海芸等[16]研究表明,树鼩脑部海马区缺血 12 h内后适应,通过明显增强 VEGF表达而改善 rCBF。Pateliya等[17]报道,吗啡可能通过激活鸦片受体和钾离子通道来对缺血后的脑组织进行保护。李淑婷等[18]通过大鼠的缺血后适应保护实验,发现其能减少基质金属蛋白酶 -9(MMP-9)的表达,缩小梗死体积,减轻脑水肿程度,改善术后神经功能,故认为MMP-9下调可能是缺血后适应脑保护的分子机制之一。Canistro等[19]报道自由基清除剂在缺血后适应对蒙古沙鼠的缺血后脑组织的损伤的保护作用中起到很重要的作用。

脑缺血后适应的保护作用虽没有心肌缺血后适应研究得透彻,但两者间还是存在着相似的病理生理过程,机制上也存在许多共同之处。在现今的脑缺血性卒中的治疗中,早期溶栓治疗对治疗效果以及预后起着重要作用。已有报道溶栓恢复脑组织的血流存在时间窗问题,再灌注损伤会影响溶栓的效果,它可以使处于缺血半暗带的神经细胞在脑组织再灌注后死亡[20]。缺血后适应为延长溶栓时间窗、减轻再灌注损伤提供了可能,它和预适应一样同是人体内的天然保护机制,可以通过多种途径减轻靶细胞的损伤、凋亡,同时缩小梗死面积,在很大程度上给临床的治疗提供了可行的依据。

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