探索颅内出血细胞及分子学发病机理

康 婕，李小刚

(泸州医学院附属医院，四川 泸州 646000)

颅内出血(intracranial hemorrhage，ICH)是一种血液渗入脑组织，形成血肿，导致病理性水肿和脑组织损伤的急性卒中，ICH约占卒中的15%，现在尚无令人满意的治疗方法。ICH后持续的功能失常，使患者死亡率高，预后差。此外，ICH后出现脑梗死后出血转化，进一步加重脑损伤和神经系统症状。ICH的实验动物模型主要以注入胶原酶或自体血到脑实质为基础，以助于了解ICH复杂的发病机理。现就ICH发病的细胞及分子机理、研究中存在的问题做一综述。

1 ICH发病的分子学机理

ICH后血肿形成，导致脑组织损伤。凝血酶、血红蛋白A及其降解产物对脑细胞产生生物作用和毒性作用，它们是ICH发病的重要因素。这些反应主要是由血液外渗造成的，然后引发脑实质的次级反应，比如附加蛋白酶的补充、炎性反应和固有的细胞保护系统。

1.1 凝血酶及其受体的作用 凝血酶是一种丝氨酸蛋白酶，在凝血级联系统中起关键作用。凝血酶参与大脑内多种生理作用和病理过程。ICH后，血液在凝固过程中产生的大量凝血酶具有细胞毒性作用，是出血后一系列病理生理变化而致继发性脑损伤的关键物质［1］。研究发现，在大鼠纹状体注射全血诱发的水肿，能被凝血酶抑制剂水蛭素抑制。其机理包括:(1)抑制凝血酶诱导的水通道蛋白(aquaporin，AQP)中AQP－4和AQP－9的表达;(2)抑制基质金属蛋白酶－9(matrix metalloproteinase－9，MMP－9)表达，减轻血 －脑屏障(blood brain barrier，BBB)破坏，降低血管通透性;(3)抑制神经胶质细胞浸润，减轻其引起的脑组织损害［2］。ICH相关性水肿是BBB破坏和脑实质细胞死亡导致的，而它们可能由凝血酶诱发。

凝血酶受体是一种蛋白酶激活受体(protease activated receptors，PAR)，ICH 后 PAR －1在凝血酶介导的神经细胞损伤中起主要作用。ICH后，凝血酶会持续性产生，PAR－1的表达高峰与细胞凋亡和脑水肿的高峰一致，均在ICH 72 h左右，提示PAR－1参与了ICH后脑损伤的全过程［3］。PAR－1活化后激活细胞内多个信号传导通路，如激活RhoA、蛋白激酶C、丝裂原激活蛋白激酶(mitogen－activated protein kinase，MAPK)，激活核内蛋白合成酶的表达，促进细胞凋亡蛋白的表达和释放，加重脑水肿和继发性脑损伤［4－5］。

大脑皮质和纹状体之间损伤机理存在明显差别。例如，胞外信号调节激酶(extracellular signalregulated kinases，ERK)、p38 和 JNK，是 MAPK 家族的3种成员，它们都参与凝血酶诱导的纹状体损伤，而在凝血酶诱导脑皮质损伤过程中，只有ERK参与。此外，来自于切片培养的小胶质细胞的损耗，能减轻凝血酶诱导纹状体组织损伤，却不能对皮质细胞起到这一作用，说明小胶质细胞只参与纹状体组织损伤这个过程［6］。另一方面，血纤维蛋白溶酶原被发现能与凝血酶共同作用诱导皮质损伤，而在凝血酶诱导纹状体损伤中未发现这一现象［7］。

凝血酶介导的细胞损伤同样能被活化的MMP－9介导。同时作用的MMP－9能加剧原始培养中神经细胞的凝血酶的细胞毒性，MMP抑制剂能部分性减弱凝血酶的细胞毒性。另外，MMP－9编码基因缺失和凝血酶抑制剂水蛭素的应用，两者协同作用，能减弱自体血注入诱导的脑损伤。

1.2 基质金属蛋白酶的作用 MMP在细胞表面调节细胞间的信号传递。MMP未活化时主要存在于细胞质内，参与蛋白质的裂解［8］，甚至能进入细胞核，影响基因转录和DNA修复［9］，参与组织结构的重塑。病理条件下，MMP活化后可降解细胞外基质，造成组织损伤。ICH后，MMP家族的不同成员聚集并参与这一发病过程。有研究发现，MMP抑制剂BB－1101能在诱发ICH 6 h后减轻脑水肿。在ICH后，MMP－9和MMP－3的表达随之增加［10］。MMP－9的升高与脑水肿范围有关，而MMP－3与高死亡率相关［10］。使用缺失MMP－9大鼠的实验证明MMP－9参与了注射自体血后水肿的形成。此外，与野生型大鼠相比，缺失MMP－9大鼠表现更低水平的神经变性，中性粒细胞浸润和小胶质细胞/巨噬细胞反应。胶原酶注入模型中发现，MMP－9主要表达在神经元和血管内皮细胞，在诱导ICH后最初2 h，给予MMP抑制剂GM6001，能减轻中性粒细胞浸润、氧化应激、脑水肿、神经变性和神经功能缺损［11］。有证据表明，MMP－12在大鼠和小鼠胶原酶注入模型中显著表达，MMP－12缺失小鼠在ICH后表现出更好的功能恢复，在水肿区域小胶质细胞/巨噬细胞反应水平更低［12］，MMP－12也许在ICH的发病机理中起关键作用。

然而，不同研究却得到相反结论。例如，一个关于MMP－9缺失小鼠的研究表明，胶原酶注入突变小鼠的纹状体导致出血增加，死亡率增高，神经功能缺失加重。这些变化也许可以归咎于ICH后MMP－2和MMP－3反应性增加，以及MMP－9缺失小鼠大脑中胶原水平下降［13］。另外，在胶原酶注入前30min，将广谱性MMP抑制剂BB－94通过全身性用药，会使出血量和DNA断裂的细胞数增加。

1.3 亚铁血红素和铁的作用 血红蛋白和它的降解产物，也参与ICH的发病过程。ICH发生后，大量红细胞渗入脑实质，但溶血反应不会立即发生，而是在出血后数天甚至数周后发生。红细胞溶解释放产生血红蛋白，血红蛋白释放亚铁血红素，然后亚铁血红素和血红蛋白被类似神经元和胶质细胞的脑实质细胞替代。

亚铁血红素能被血红素氧化酶(HO)降解成胆绿素、铁和一氧化碳(CO)，亚铁血红素或它的降解产物促进脑水肿的形成。HO的主要亚型是HO－1和HO－2。在注射胶原酶或自体血诱导ICH后，HO－1被诱导显著表达在小胶质细胞/巨噬细胞和内皮细胞［14］。切除HO－1基因能减轻ICH相关性损伤程度、中性粒细胞浸润、小胶质细胞/巨噬细胞活化和氧活性损伤［15］。

铁由亚铁血红素降解产生，通过加速氧化应激反应在ICH发病机理中起关键作用。研究显示，高血清铁蛋白水平与ICH患者预后不良有关，说明铁参与ICH引起的脑组织损伤［16］。非蛋白结合铁能通过介导生成大量自由基直接破坏或通过NO、MMP、炎性细胞因子等间接破坏 BBB，从而导致血管源性脑水肿［17］。另外，产生的大量自由基通过破坏细胞膜离子转运体、诱发兴奋性氨基酸过量生成、细胞内Ca2+超载、酸中毒等机理导致细胞毒性脑水肿［18］。研究还提示铁螯合剂－去铁胺能减轻组织损伤和神经功能缺损。然而，去铁胺的作用功效取决于ICH模型的类型。提出去铁胺有效作用的报道都以自体血注入模型为基础，去铁胺并不能改善胶原酶注入诱导型ICH模型大鼠的预后。

1.4 促炎性细胞因子和其他 ICH发病机理中包括多种炎性反应，如小胶质细胞活化、中性粒细胞浸润、氧化应激反应增多和促炎性细胞因子产物。注射自体血或凝血酶到纹状体以及胶原酶诱导型ICH时，肿瘤坏死因子α(TNF－α)表达水平均升高。ICH导致急性占位性损伤，激发免疫系统表达TNF－α增加，促进中性粒细胞向病灶区聚集，诱导白细胞、受损组织细胞释放更多的细胞因子，促使白细胞自血管内向缺血区脑组织迁移，加重脑组织损伤。

ICAM－1是白细胞表面白细胞功能相关抗原－1(lymphocyte function－associated antigen－1，LFA －1)的配体，参与白细胞黏附和活化，在免疫炎性反应中发挥重要介导作用［19］。ICAM－1和LFA－1结合可发挥多种生物学作用，参与炎症反应、免疫应答和调节细胞凋亡，参与中性粒细胞与内皮细胞黏附、白细胞穿出血管壁。正常情况下，ICAM－1在血管内皮细胞低水平表达，当组织缺血受损或炎症反应时表达增强，产生多种生理和病理反应［20］。

IL－6对单核巨噬细胞有趋化作用，引起脑血肿周围缺血区单核巨噬细胞的增多。浸入的白细胞激活蛋白酶引起自由基诱发脂质过氧化，导致神经元损伤。IL－6通过使兴奋性氨基酸释放增多并作用于中性粒细胞、巨噬细胞和血管内皮细胞诱导NO合成酶的表达，使NO合成增多，刺激花生四烯酸的代谢，使自由基释放增加，破坏血管内皮细胞的紧密联接，使血管壁通透性增加而导致脑水肿形成［21］。但同时，IL－6能下调IL－1和TNF－α合成，发挥抗炎作用，能潜在起着避免炎症反应的过度破坏作用。因此，过高的IL－6对脑组织具有毒性作用还是具有保护作用目前尚存争议［22－23］。

2 相关治疗药物研究

目前研究的ICH治疗药物，大多具有抗氧化作用、抗炎性、神经营养和神经保护作用，其中部分已被用于其他神经系统疾病的治疗。这些药物虽然在动物模型上被证明有效，但在ICH临床治疗上的有效性和安全性尚不清楚。此外，干细胞及其衍生细胞也被用于ICH后神经功能缺损的治疗。干细胞通过抗炎能力表现出对神经功能恢复有利的免疫调节功能，但神经炎症反应发挥着既可能有益又可能有害的作用。如何促进炎症在干细胞神经发生中的有益效应并减少或抑制其不良效应，采取适当措施来指导和诱导炎症向需要的方向发展，仍然需要得到解决。

3 展 望

ICH发病的机理尚未完全研究透彻。在ICH模型和患者中，数百种基因表达水平上调或者下调，参与炎性反应、新陈代谢、神经元信号传递。研究清楚这些基因的产物在ICH发病机理中的作用，能为ICH找到治疗方案提供帮助。

从实验研究上看，能改善ICH病理学和神经病学预后的药物越来越多。但是，这些药物在ICH患者治疗中是否有效仍属未知。在ICH发生之后，自体修复过程会启动，取代损伤过程，药物治疗是否会对此过程产生影响也不得而知。例如，蛋白激酶Src的抑制作用能改善自体血注射后大鼠的急性期预后情况，如神经功能障碍和行为异常。同时，ICH模型中Src持续的抑制作用却会影响神经及血管的修复过程，妨碍BBB形成，这也许会导致远期预后不良。

ICH后的神经学症状的严重程度与白质损伤范围紧密相关，从临床治疗的角度上来说，ICH治疗中最重要的问题是降低死亡率和减轻神经功能缺损，但目前大部分研究主要关心的是神经元的缺失，对白质损伤缺乏关注。目前常用的ICH试验动物模型为纹状体自体血注射和胶原酶注射。前者不是自发性和连续性出血，这与人类脑出血患者有所区别。后者会加重胶原引起的炎症反应和神经毒性。这两种方法结构损伤部位和程度、神经损害评估方法不同，预后特点也不同，都无法完全模拟人类ICH的真实情况。所以，如何了解不同模型的优势和劣势，最大程度上接近人类ICH情况，将动物实验转化为临床治疗，至关重要。ICH动物模型研究，需要一些便于推测到临床表现的精细的实验结论。

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