老年缺血性脑损伤的分子机制

张 琳 郭 军 (南京医科大学基础医学实验教学中心，江苏 南京 210029)

衰老是加剧缺血性脑损伤的危险因素之一，它增加缺血性脑损伤的易感性，增强缺血后损伤效应，减弱缺血后损伤修复能力，使老龄缺血性脑损伤发病率、致残率、死亡率均明显增高。衰老时机体的重要表现有能量代谢异常，形态学变化及蛋白变化，主要包括线粒体ATP生成减少，自由基生成增多及损害加重，神经内分泌调控紊乱，神经元突触前间隙减小，树突缺失以及体内蛋白水平和功能的失调等的一系列变化。对衰老伴随的蛋白水平和功能失调的研究有利于从分子水平认识老龄脑缺血的发病机制，并为防治缺血性脑损伤提供理论和实验依据。本文就老龄蛋白水平和功能的失调，探讨了老龄缺血性脑损伤的分子机制。

1 老龄缺血性脑损伤与血浆蛋白变化

1.1 低密度脂蛋白(LDL)与老龄血管堵塞 LDL是富含胆固醇的脂蛋白，由极低密度脂蛋白(VLDL)转变而来，是转运肝合成的内源性胆固醇的主要形式。研究表明，衰老伴随的LDL的浓度升高可致血管堵塞，增加脑缺血的易感性〔1〕。血浆LDL浓度随衰老升高，主要因为LDL的降解减少。衰老时，转化为胆汁酸的胆固醇减少，致使LDL清除率降低，血浆LDL的浓度升高;此外肝脏合成胆固醇的量因胆汁酸减少而降低，也使LDL受体表达减少，从而与该受体特异性结合而降解的LDL减少，进一步促进血浆LDL浓度升高〔2〕。同时，LDL诱导大血管动脉粥样硬化，也是脑缺血的重要诱因〔3〕。LDL包含许多大小、密度不等的粒子，其中小密低密度脂蛋白(sd-LDL)易穿过血管壁与内膜蛋白多糖形成LDL蛋白多糖复合体。LDL蛋白多糖复合体对氧化有高度敏感性，易形成氧化型LDL(oxLDL)。oxLDL可被清道夫受体识别结合而吞噬，形成泡沫细胞，导致动脉粥样硬化。动脉粥样硬化斑块导致的血管狭窄、堵塞可引发脑缺血〔4〕。

1.2 内皮素-1(ET-1)与老龄血管收缩及脑血流减少 ET-1作为一种内皮源性血管收缩蛋白〔5〕，可以通过平滑肌细胞和内皮上的ETA和ETB受体直接作用于脑动脉，使脑动脉收缩，减少脑血流量，诱导脑缺血的发生〔6，7〕。ET-1缩血管活性的增强也是老龄缺血性脑损伤高发的重要因素。①ET-1的浓度升高与氧化应激有关。经证明ET-1的表达与氧化应激的标志物硝基酪氨酸的量成正比，活性氧簇(如过氧化氢，oxLDL)也可增加ET-1的合成。因此ET-1的浓度可因衰老过程中的氧化应激的增加而增加〔8，9〕。②ET-1与其受体结合后使血管的持续收缩是由蛋白激酶C激活的，衰老可诱导Ca2+依赖性蛋白激酶C增多。这说明衰老可通过蛋白激酶C诱导ET-1的缩血管活性增强〔10〕。

2 老龄缺血性脑损伤与神经元蛋白变化

2.1 谷氨酸受体与钙信号改变 谷氨酸可以激活多种突触后离子通道，其中最主要的是对Ca2+通透性高的NMDA型谷氨酸通道，以及对Ca2+通透性低的AMPA型谷氨酸通道〔11〕。

脑缺血时，大量的Ca2+内流引起细胞内Ca2+超负荷，继发引起一系列的反应，如氧化应激，线粒体功能障碍，血脑屏障的通透性改变，炎症反应，过量的Ca2+还可以导致氧自由基的大量生成和磷酸酯酶，蛋白酶，内切核酸酶的活化，最终导致脑缺血损伤〔12，13〕。

2.1.1 脑缺血时NMDA受体(NMDARs)转录下降 NMDARs是离子型电压依赖型谷氨酸通道，主要是Ca2+内流的通道〔12〕。它对神经系统的毒性主要是由脑损伤后细胞外的Ca2+大量内流引起的。脑缺血时机体NMDARs数量下降，其目的是通过下调NMDARs的数量来减少Ca2+内流，从而保护神经元。老龄NMDARs的转录调节能力下降可能是加重老龄缺血性脑损伤的原因之一。这可能是衰老能使体内对脑缺血再灌注的应答强度下降造成的。有实验表明:在脑缺血损伤后使用消炎药(美洛昔康)，脑部分区域内炎性标志物mRNA减少的同时由缺血再灌注引起的NMDARs下调也被阻断，因此推测炎症参与缺血再灌注引起的NMDARs mRNA水平的调节〔14〕。衰老时的氧化应激使小胶质细胞退化，即小胶质细胞缺失或小胶质细胞的神经保护功能下降，因此老龄缺血再灌注时小胶质细胞的应答下降，产生的炎性标志物减少，阻断了缺血再灌注引起的NMDARs的下降，使老龄NMDARs在缺血再灌注时任有高水平的表达〔15，16〕，Ca2+内流多，神经元损伤更严重。

2.1.2 脑缺血时AMPA受体(AMPARs)GluR2亚基表达下降

有功能的AMPARs是同质或异质低聚体的集合，这些低聚体分别是由GluR1，GluR2，GluR3和GluR4四种亚基经不同方式组合而成的，分布在脑的各个区域。AMPARs的Ca2+/Zn2+通透性与其是否表达GluR2亚基有关〔11〕:有GluR2亚基表达的AMPARs的Ca2+/Zn2+通透性低，相反没有GluR2亚基表达的AMPARs有Ca2+/Zn2+通过〔17〕。研究证明脑缺血诱导 GluR2亚基在脑中某些区域(如海马CA1区)表达减少，增加Ca2+/Zn2+内流，损伤神经元。在衰老过程中，海马的GluR2亚基转录水平的下降是因为衰老抑制了GluR2亚基转录的激活，或加速GluR2亚基mRNAs降解，使GluR2亚基转录减少或转录骤停;炎症反应对GluR2亚基转录的影响与NMDARs的影响相同，也可以使 GluR2亚基转录下降〔15，17〕。脑缺血时，由于老龄GluR2亚基转录下降，老年人体内相对年轻人低表达的GluR2受体增加了胞内的Ca2+/Zn2+累积，促进缺血性脑损伤，减弱了老年人对缺血神经损伤的耐受能力〔17〕。

2.2 热休克蛋白70(HSP70)与神经保护功能 HSP70是分子伴侣中的一种，它可以防止蛋白质聚集，促使肽链正确折叠，在脑缺血缺氧时有及其重要的保护作用。机体应激后，HSP70在老龄体内表达下降〔18〕。脑缺血时，应激产生的HSP70通过两种途径来保护神经:①HSP70阻断NF-κB激活，抑制炎症因子的转录，减少脑缺血时炎症因子的分泌;②HSP70通过影响一些细胞凋亡相关蛋白的功能，阻碍这些关键蛋白对细胞的损伤，同时增加抗凋亡蛋白bcl-2的表达来调节脑缺血时细胞凋亡〔19，20〕。衰老伴随着热休克因子(HSF-1)与热休克元件(HSE)的结合下降〔21〕，促使HSP70在机体缺血缺氧时的转录随衰老而减少，其神经保护作用减弱，加重老龄缺血性脑损伤。

3 老龄缺血性脑损伤与促神经再生蛋白变化

衰老蛋白表达变化也调节了缺血性脑损伤后神经再生能力，影响患者脑功能的恢复。微管结合蛋白(MAP)是调节神经形态的关键蛋白。实验证明:新生鼠的脑中微管结合蛋白1B(MAP1B)的含量是成年鼠的10倍，表明在发育过程中MAP1B促进神经生长的作用;脑损伤后，MAP1B表达升高，说明MAP1B也作用于神经系统损伤后的神经再生。尽管各年龄段的病人在脑损伤后MAP1B表达都升高，但MAP1B升高所需的时间却不相同:老龄缺血性脑损伤后MAP1B升高所需的时间更长，证实了衰老抑制了缺血性脑损伤后MAP1B的表达〔22〕。缺血性脑损伤后年长者和年幼的生长促进基因的基因表达谱不同:老龄延缓了缺血性脑损伤后生长促进基因的激活，使老龄缺血性脑损伤后促神经生长蛋白的表达较晚〔23，24〕。因为老龄缺血性脑损伤后MAP1B升高较缓，而不是完全不增长，所以老龄缺血性脑损伤后仍有一定的神经再生能力，只是能力较弱，神经再生需要的时间较长，同时又有研究表明28个月的大鼠已无神经再生能力。因此老年人从缺血性脑损伤中恢复需要更长的时间，甚至由于生长促进基因激活较晚而不能康复。此外，除了MAP1B以外的促神经生长蛋白都有类似的现象，大大延缓了老龄神经再生的时间〔23，24〕。

4 老龄缺血性脑损伤与神经细胞蛋白变化

体内蛋白的作用是复杂的，部分蛋白改变可提高老龄缺血性脑卒中的易感性，又可诱导老龄脑缺血时体内的神经保护功能减弱。促红细胞生成素(EPO)是造血生长因子之一，但EPO和EPO受体也存在于神经系统，这使得EPO具有造血功能以外的生物学作用。EPO既是神经营养因子，又是神经保护因子，可以调节各种神经功能，包括钙内流，膜去极化和神经递质的合成，也包括调节细胞凋亡〔24〕。目前已有实验证实EPO在脑脊液中的浓度随衰老而下降〔25〕，以及老龄脑缺血损伤后浓度升高不明显〔26〕。脑源性 EPO可以由低氧诱导因子-1α(HIF-1)诱导生成〔24，25〕。衰老过程中，脑血流改变，血液运送氧的能力减弱，促进HIF-1生成，但此时诱导生成的HIF-1活性下降，使HIF-1下游产物EPO生成不足;随着神经系统的衰老，神经细胞蛋白质合成功能减弱，促使EPO生成减少。有实验表明轻度缺氧已不能够刺激老龄的HIF-1聚集且生成的HIF-1活性下降，因此老龄对缺血缺氧的敏感度下降〔26〕。

此外，一些实验组已分别证实在缺血性中风的老鼠模型中，EPO保护神经免受谷氨酸毒性影响的同时也可以减轻缺血性脑损伤及其造成的神经功能障碍〔24〕。EPO通过激活Ca2+通道以及使丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)的活化来减少谷氨酸的兴奋性毒性对神经元的影响;通过活化抗氧化酶来减少脑缺血对脑实质造成的损伤;通过减少NO介导形成的自由基和拮抗其毒性来发挥EPO的神经保护作用〔25〕。老龄缺血性脑损伤后脑脊液中的EPO浓度升高不显著增加了老龄损伤效应。

5 小结

脑缺血的发病机制十分复杂，老年人发病率和致残率的增高都表明衰老是脑缺血的危险因素之一。对衰老过程中蛋白水平和功能的变化加剧缺血性脑损伤的机制的研究，能够加深对老龄缺血性脑损伤的认识，可为老年人缺血性脑卒中提供新的预防和治疗方法，有助于维持老年人的健康。

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