磷酸肌酸钠脑保护的实验研究和机制探讨

李丽萍（综述），李晓红（审校）

·综 述·

磷酸肌酸钠脑保护的实验研究和机制探讨

李丽萍（综述），李晓红（审校）

磷酸肌酸钠；脑保护

由于脑缺血缺氧损伤具有高发性、高致残性、高死亡率，从新发病例情况看，世界范围内发病率平均为140／10万到200／10万，但中国脑血管病中脑卒中的发病率明显高于世界平均水平［1］。近年来脑保护的研究虽然取得一定成绩，但是脑损伤后的神经系统并发症仍不可忽视，因此，有很多药物被用来研究是否具有脑保护作用。脑缺血缺氧损伤时的能量衰竭是脑损伤的重要原因之一。由于磷酸肌酸分子能直接透过细胞膜进入细胞，为细胞膜损伤所带来的不正常能量代谢反应链的重新运作创造了条件，为此，本文就磷酸肌酸钠（creatine phosphate sodium，CP）脑保护作用的实验研究和可能的脑保护机制进行综述。

1 CP的概述

磷酸肌酸（creatine phosphate，PCr）是CP的体内有效成分，是一种高能磷酸化合物，能分解释放磷酸基团使ADP转化为ATP，同时释放45 kJ／mol能量，而ATP仅释放31．8 kJ／mol能量，当ATP耗竭时，PCr能在肌酸激酶的催化下，使 ADP转化成ATP，即使在缺氧或缺糖的情况下，PCr也能催化ADP合成ATP［2］，为缺氧组织供能。而外源性PCr具有以下特点：①与胞外的结合位点有高度亲和性，能被机体组织迅速吸收［3］。②能直接释放高能磷酸键，使ADP合成ATP，快速补充机体所需的能量［4］。③PCr的分子结构小于 ATP的分子结构，可直接通过血脑屏障，也可以穿过细胞膜，直接进入细胞内补充细胞能量，其安全性更高，供能效力更强。④能稳定细胞膜并保护细胞结构，有助于血红蛋白与组织之间的气体交换，从而增加缺氧组织对氧的利用，使组织含氧量增高［5］。

2 CP脑保护的实验研究

2．1 在体动物实验 大鼠的脑缺血再灌注模型有多种［6］，应用较多的有大鼠大脑中动脉用线栓法形成局灶性脑缺血模型，阻断30 min前给予CP，再灌注30 min或者6 h后断头取脑；也有采用双侧颈动脉结扎术形成全脑缺血模型，阻断10 min，复灌10 min，重复3次，在首次阻断时给予CP。以上模型的实验结果均显示：HE染色脑组织观察到CP组脑组织结构的破坏，水肿、出血，炎症因子浸润等较对照组明显减轻，用末端标记法测细胞凋亡水平，结果显示CP预处理组的末端阳性细胞明显减少。国外有研究者［7］在大鼠脑室内灌注0．5 mg的肌酸，对照组灌注盐水，三天后夹闭颈动脉10 min并结合低血压，造成大鼠脑缺血再灌注损伤模型，取脑组织海马切片，观察到肌酸预处理组的海马组织坏死神经元明显减少。

2．2 离体脑组织实验 CP的离体脑组织的保护研究不多，但在二十多年前，Whittingham和Lipton［8］将海马组织薄片放入含有肌酸培养液的试管中，试管中PCr的含量增高了4倍，实验进一步显示，在缺氧10 min内，局部保存的磷酸肌酸可以阻止大鼠海马组织突触传递造成的不可挽回的损失，大鼠海马组织因缺氧导致的蛋白质合成减少也因肌酸的预处理而未发生。大鼠的海马组织的不可逆损伤［9］，主要是ATP供应不足所致的缺氧去极化，而用肌酸预处理大鼠海马组织能推迟缺氧去极化，阻止大鼠海马组织突触传递造成的不可挽回的损失。

2．3 临床试验 临床上PCr用于脑梗死、术后认知功能障碍、病毒性脑炎、新生儿缺血缺氧性脑病等的研究较多。

脑梗死的病因是脑血管闭塞，导致闭塞血管支配的区域缺血、缺氧，进而导致脑细胞代谢障碍，甚至坏死。早期的治疗对患者的康复极为重要［10－12］。国内［13－14］多位学者研究了磷酸肌酸对脑梗死治疗的脑保护作用，结果都证明了PCr可促进急性脑梗

死患者神经功能的恢复，改善脑缺血后神经功能缺损评分，减少术后认知功能障碍的发生，缓解缺血后脂质过氧化程度，减小脑梗死的面积，减轻神经细胞损伤。PCr可以提高围术期脑缺血老年患者的血氧分压，抑制兴奋性氨基酸的释放，促进γ－氨基丁酸的释放，提高与ATP相关的肌酸水平，或保存能量比率，促进损伤细胞的修复和生存。

3 CP可能的脑保护机制

在静脉注射CP后，主要迅速的分布到肌肉，其次是脑组织及肾脏，肺和肝脏也有少量的分布，在脑组织的分布，使其具有脑保护的可能。

3．1 PCr维持细胞内的ATP水平 即使在缺氧缺糖限制了神经细胞合成ATP的情况下，PCr使ADP在肌酸激酶的催化下生成肌酸和ATP，并释放能量，M．Balestrino，M．Lensman等［7］将大鼠海马组织薄片放入含有PCr的培养液的试管中，发现含有PCr培养液中的ATP水平明显高于不含PCr培养液中的ATP，但ATP含量都有所下降。

3．2 PCr能稳定细胞的磷脂膜 PCr含有带负电荷的磷酸基团和羧基集团，能与细胞膜磷脂中的NR3＋紧密结合，从而使PCr表面的电荷减少，使膜上磷脂分子更加稳定，也减少了氧自由基导致的膜脂质过氧化损伤，通过抑制磷脂膜，对肌纤维起到了稳定作用［18］。已有许多研究［19－20］证明当发生新生儿缺氧缺血性脑损伤及颅内出血时，脑脊液及血液中特异性神经元烯醇化酶（neuron－specific enolase，NSE）的浓度明显升高。NSE存在于神经细胞内，当神经细胞损伤后才升高［21］，使用PCr预处理后，NSE的水平明显低于未使用PCr组，以此也可以说明PCr可以保护神经细胞的细胞膜免受缺血缺氧损伤。磷酸肌酸还保护机体免受自由基过氧化损害，发挥对膜的稳定作用。

3．3 PCr对线粒体的保护作用 脑缺血缺氧时，兴奋性氨基酸生成增加，细胞膜及线粒体膜的通透性增强，导致线粒体氧化磷酸化解偶联被破坏，线粒体穿梭机制受损，导致线粒体能量传递受限，使细胞能量供应不足而死亡或者凋亡。PCr可以维持线粒体的正常氧化磷酸化机制，有实验［22－23］显示，当提前给予PCr后，线粒体的能量能正常生成，穿梭机制能正常运转，能为细胞储存大量的能量，维持ATP的稳定，从而减少脑细胞受损。

3．4 PCr还能减少氧自由基的生成 脑组织损伤时，ATP减少导致AMP增多，并使次黄嘌呤在脑内大量聚集，在此过程中会产生大量的氧自由基，这些将会导致细胞损伤。有实验研究［24］显示，当给予磷酸肌酸后，细胞内的MDA明显较未给予PCr组低，ATP及谷胱甘肽过氧化物酶含量较未给予PCr组高，说明PCr抑制了脂质过氧化的进行，对自由基的清除能力增强，使细胞免受氧自由基的损伤。

3．5 PCr能抑制炎症反应 脑损伤时，会产生大量的炎性因子，如IL－1，IL－6，TNF等，会导致细胞凋亡或坏死。Akihiro Nomura、Minjie Zhang证实［25］，加入PCr作用于试管内内皮细胞，抑制了内皮细胞的渗透性、中性粒细胞与内皮细胞的黏附、黏附分子的表达。所以肌酸可能是内皮细胞炎症的抑制剂。

有实验证实［26－27］，PCr还能为Ca2＋通道提供能量，能减少Ca2＋进入使黄嘌呤去氢酶转化生成黄嘌呤氧化酶，减少再灌注时自由基生成；为Ca2＋泵提供能量，使Ca2＋－H＋转换减少，减少膜脂质过氧化，维持膜的稳定性。

4 展望

目前外源性CP在临床上主要作为心肌保护用药，成为心脏病的防治用药之一，但其对脑损伤的保护作用及其机制的研究的报道也越来越多。外源性CP作为能量物质，能为细胞提供大量的能量储备，可以为脑损伤时的能量锐减提供补充。目前，CP脑保护的大部分研究仅限于分子水平，随着今后检测手段及方法的提高，CP脑保护的机制将会更加完善。

总之，脑缺血再灌注损伤具有高发性，高死亡率，因此脑损伤仍然是今后的一个重要的研究课题

和方向，本文对此进行总结，可以为下一步体外循环下CP的脑保护作用提供理论支持。

［1］ 王定坤．我国脑血管病的流行病学分析与防治对策［J］，中医药管理杂志，2014，22（6）：830－831．

［2］ Wyss M，Kaddurah－Daouk R．Creatine and creatinine metabolism［J］．Physiological Reviews，2000，80（3）：1107－1213．

［3］ Deschodt－Arsac V，Diolez P．Cardiac contraction energetics：a system＇s view［J］．Heart，2011，97（24）：1118－1121．

［4］ 李军，李鸿珠，李萍，等．磷酸肌酸对儿童柯萨奇病毒性心肌炎的保护作用［J］．实用儿科临床杂志，2010，25（6）：424．

［5］ Pfefferle AD，Warner LR，Wang CW，et al．Comparative expres⁃sion analysis of the creatine phosphate sodium circuit in extant primates：implications for human brain evolution［J］．J Hum Evol，2011，60（2）：205－212．

［6］ Tang LH，Xia ZY，Zhao B，et al．Phosphocreatine Precondition⁃ing Attenuates Apoptosis in Ischemia－Reperfusion Injury of Rat Brain［J］．J Biomed Biotechnol，2011，．

［7］ Balestrino M，Lensman M，Parodi M，et al．Role of creatine and phosphocreatine in neuronal protection from anoxic and ischemic damage［J］．Amino Acids，2002，23（1－3）：221－229．

［8］ Whittingham TS，Lipton P．Cerebral synaptic transmission during anoxia is protected by creatine［J］．J Neurochem，1981，37（6）：1618－1621．

［9］ Carter AJ，Muller RE，Pschorn U，et al．Preincubation with cre⁃atine enhances levels of creatine phosphate and prevents anoxic damage in rat hippocampal slices［J］．J Neurochem，1995，64（6）：2691－2699．

［10］ Jiang Y，Pan Y，Huang Q，et al．The effect of herbs on cerebral energy metabolism in cerebral ischemia－reperfusion mice［J］．Chin Med J（Engl），2001，114（8）：881－883．

［11］ 张颖，蒋玉凤，刘智勤，等．丹酚酸B对小鼠脑缺血不同时间脑能量代谢及脑水肿的作用［J］．药学学报，2007，42（12）：1250－1251．

［12］ Veltkamp R，Siebing DA，Sun L，et al．Hyperbaric oxygenreduc⁃es blood－brain barrier damage and edema after transient focal cer⁃ebral ischemia［J］．Stroke，2005，36（8）：1679－1683．

［13］ 郭传骥，李铁刚．磷酸肌酸钠对脑梗死的保护作用［J］．实用药物与临床，2013，16（6）：462－464．

［14］ 郭丽，陈海丽，赵宗茂，等．外源性磷酸肌酸对急性中型脑梗死的疗效评价［J］．临床荟萃，2008，23（14）：1016－1018．

［15］ 黎碧婵．磷酸肌酸佐治病毒性脑炎［J］．中国医药导报，2008，5（24）：228．

［16］ 张玉晶，赵霞霞，田执梁，等．外源性磷酸肌酸对重度窒息新生儿血清S－100B蛋白及NSE水平的影响［J］，现代生物医学进展2011，11（20）：3894－3896．

［17］ 赵爱萍，李丹，李素香．磷酸肌酸钠预防窒息新生儿心脑损伤疗效分析［J］．中国实用医药，2010，5（22）：114－115．

［18］ 朱晓峰．磷酸肌酸的药理作用与临床应用［J］．中国医学创新，2009，6（28）：168－169．

［19］ Mukhtarova SN．Significance of neurospecific enolase determina⁃tion in estimation of severity of hypoxic－ischemic injury of new⁃born brain［J］．Georgian Med News，2010，181：49－54．

［20］ Blennow M，Savman K，Ilves P，et al．Brain－specific proteins in the cerebrospinal fluid of severely asphyxiated newborn infants［J］．Acta Paediatr，2001，90（10）：1171－1175．

［21］ Johnsson P1，Lundqvist C，Lindgren A，et al．Cerebral compli⁃cations after cardiac surgery assessed by S－100 and NSE levels in blood［J］．J Cardiothorac Vasc Anesth，1995，9（6）：694－699．

［22］ Balestrino M，Lensman M，Parodi M，et al．Role of creatine and phosphocreatine in neuronal protection from anoxic and ischemic damage［J］．Amino Acids，2002，23（1－3）：221－229．

［23］ Saleh JA，Aji BM，Yusuph H．phosphocreatine for chronic heart failure［J］．Niger J Med，2007，16（2）：102－106．

［24］ 张玉晶，赵霞霞，杨艳辉，等．磷酸肌酸对新生鼠缺氧缺血性脑损伤线粒体功能的影响［J］现代生物医学进展，2011，11（21）：4040－4042．

［25］ Nomura A，Zhang M，Sakamoto T，et al．Anti－inflammatory ac⁃tivity of creatine supplementation in endothelial cellsin vitro［J］．Br J Pharmacol，2003，139（4）：715－720．

［26］ Saks VA，Dzhaliashvili IV，Konorev EA，et al．Molecular and cellular aspects of the cardioprotective mechanism of phosphocrea⁃tine［J］．Biokhimiia，1992，57（12）：1763－1784．．

［27］ Konorev EA1，Medvedeva NV，Jaliashvili IV，et al．Participation of calciumions in the molecular mechanism of cardioprotective ac⁃tion of exogenous phosphocreatine［J］，Basic Res Cardiol，1991，86（4）：327－339．

233000蚌埠，安徽省蚌埠医学院第一附属医院麻醉科［李丽萍（在读研究生）］

病毒性脑炎是病毒对脑组织的直接破坏，导致血管和组织的损伤，致脑细胞的坏死。黎碧婵［15］将病毒性脑炎患者分为两组，对照组抗病毒治疗，并根据病情应用脱水剂、激素，静脉输注丙种球蛋白、抗生素及止惊、降温等对症及支持治疗；治疗组在以上治疗的基础上加用CP，每日一次，7～10 d一个疗程。结果显示：治疗组患者病毒性脑炎的各种临床症状持续时间均比对照组明显缩短，且治疗组无明显药物不良反应。

新生儿缺血缺氧性脑病是指各种围产期窒息引起的部分或完全缺氧、脑血流减少或暂停而导致胎儿或新生儿脑损伤，是引起新生儿急性死亡和慢性神经系统损伤的主要原因之一。张玉晶、赵爱萍［16－17］等将窒息的患者随机分成2组，对照组进行常规治疗，实验组在常规治疗的基础上加用CP，结果显示：实验组的患者行为神经功能明显改善，致残率和病死率明显降低。

2014⁃04⁃23）

2014⁃10⁃14）

10．13498／j．cnki．chin．j．ecc．2014．04．16