慢性脑低灌注致认知功能障碍的机制及治疗研究进展

曾晓莉，冉丰，曾令阳，李红月，秦文

(1.湖北三峡职业技术学院医学院，湖北宜昌443000；2.三峡大学附属仁和医院内科，湖北宜昌443000；3.长阳县人民医院康复科，湖北宜昌443500)

目前，随着世界人口老龄化进程的逐步加剧，人类脑血管疾病也日渐突出，阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)、血管性痴呆(vascular dementia，VaD)和Binswanger病发病率居高不下，这些疾病的发生发展过程中均有一个共同的病理过程—慢性脑低灌注，又被称为慢性脑缺血[1]，它是指脑组织灌注长期低于生理阈值而出现的神经系统损害的一种病理状态。它所引起的神经功能和认知功能障碍具有渐进性和持久性的特点，针对慢性脑低灌注这一神经系统常见的病理学改变，我们对其导致认知功能障碍的主要机制以及治疗策略展开讨论，现综述如下：

1 慢性脑低灌注引起认知功能障碍的病理生理学机制

诸多研究表明，长期脑血流量减少是导致记忆学习认知功能障碍加剧和痴呆发展恶化的可能原因，也是神经退行性病变的致病因素[1]。

1.1 神经元的凋亡海马是脑缺血后最易受损的部位之一，也最能显示AD神经病理性改变，海马与空间学习和记忆能力高度相关，海马CA1区对缺血及细胞凋亡十分敏感。研究发现结扎大鼠双侧颈总动脉(2VO)术后3～7 d，海马CA1区部分神经元死亡，术后第二周，6%～29%会出现海马区神经元损伤，术后第四周增加到55%，这证实了慢性脑缺血后会造成海马区的神经元受损。缺血后的海马细胞凋亡则成为神经元脱失的主要表现形式，是血管性认知功能障碍的重要致病环节。

Toyama等[2]研究发现细胞凋亡信号调节激酶1(ASK1)在慢性脑低灌注导致的认知功能障碍方面具有重要的影响，这可能是氧化应激激活ASK1-p38通路参与认知障碍的发生发展机制有关。在凋亡途径的发生过程中，B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)家族蛋白被认为是凋亡的调控“开-关”[3]。研究表明，Bcl-2家族中促凋亡成员(Bax、Bad、Bak)是通过增加线粒体膜通透性，促进凋亡蛋白从线粒体释放入细胞质，进而诱导神经元凋亡；而抗凋亡成员(如Bcl-2、Bcl-XL)则通过抑制Bax的作用来维持线粒体的正常通透性，从而抑制凋亡发生。实验研究显示，缺血后Bcl-2蛋白在海马缺血区表达水平下降，Bax表达水平升高，提示有凋亡发生。

1.2 胆碱能代谢异常和受体缺失在基底前脑组织中分布着大量的胆碱能神经，它对学习记忆等认知功能起到了重要作用，慢性脑缺血后，大鼠胆碱能数量减少以及受体结合能力下调。Zhang等[4]研究发现，AD早期的记忆功能缺陷可能与可溶性Aβ(β-淀粉样蛋白)引起的氧化损伤增加和胆碱能功能障碍有关。另外永久性双侧颈总动脉闭塞术后大脑皮层及海马区的脑血流量减少，神经元损伤，中枢胆碱能功能障碍和氧化损伤，造成记忆功能受损[5]。Z-蒿本内酯可明显改善大鼠慢性脑灌注不足引起的内源性抗氧化防御障碍和胆碱能活性的异常变化，进而证明脑缺血损伤后发生了胆碱能的代谢障碍[6]。脑源性神经营养因子(BDNF)便是目前研究的一种类型，BDNF的作用是维持胆碱能细胞的生长和上调乙酰胆碱转移酶(ChAT)的表达，而2VO术后GABAB表达下调，BDNF、酪氨酸激酶B(TrkB)和神经细胞黏附分子(NCAM)都明显减少，而使用GABA受体激动剂巴氯芬可以提高GABA的表达，恢复BDNF的水平[7]。有研究表明在慢性脑低灌注状态下，大鼠学习记忆能力的改变与海马BDNF的表达呈一致性，内源性BDNF的过低表达可能是导致胆碱能代谢异常的原因之一，从而导致了突触传递的不连续性和认知功能的减退。

1.3 氧化应激损伤慢性脑低灌注是长期慢性缺血所致的神经元退行性病变的级联反应，无氧酵解途径被激活后，活性氧自由基和抗氧化酶的平衡被打乱，导致自由基大量蓄积并超出机体抗氧化的能力，即产生氧化应激反应。脑组织代谢率高，抗氧化能力较弱，又富含脂质，易受氧自由基的过氧化，产生脂质过氧化物，如丙二醛(MDA)，加重脑组织损害。活性氧自由基(ROS)特别是OH-自由基的神经毒性最大，抑制线粒体呼吸链，使细胞内一些ATP依赖泵功能障碍，线粒体功能障碍已被证实为慢性脑低灌注的原因之一。同时ROS也可攻击核苷酸，造成DNA损伤并激活PARS，加剧ATP耗竭，最终导致神经元退行性病变或死亡。长期慢性低灌注使缺血区(海马、额叶皮质)长期处于一种渐进强化的应激状态，使认知功能在很大程度上受到不可逆的损伤。Farkas等[8]在2VO术后13周发现慢性脑缺血组CA1区小胶质细胞明显活化和增殖，通过产生促炎细胞因子造成脑白质损害。

2 慢性低灌注致认知功能障碍的干预及治疗机制

2.1 低剂量阿司匹林对脑白质损伤的保护作用阿司匹林能与环氧合酶-1(COX-1)共价结合，使COX-1的丝氨酸发生乙酰化反应而失活，导致血小板内血栓素A2(TXA2)和血管内膜中前列腺素I2(PGI2)生成减少，多项研究显示小剂量阿司匹林可抑制血小板聚集，防止血栓形成，使缺血性脑卒中的发生和复发明显减少[9]。慢性脑缺血后胼胝体部白质损伤，髓鞘相关的一些蛋白如髓鞘碱性蛋白(CNPase)、环核苷酸磷酸二酯酶(MBP)蛋白表达相应的减少，MBP是中枢神经系统(CNS)髓鞘的主要蛋白质，维持CNS髓鞘结构和功能的稳定，具有神经组织特异性。CNPase在髓磷脂中含量较多，具有神经组织特异性，是髓鞘形成的一种重要的相关蛋白质，参与了少突胶质细胞轴突的生成[10]。王静等[11]实验研究显示，缺血后的胼胝体部位MBP和CNPase的表达显著降低，低剂量阿司匹林可明显升高MBP和CNPase的表达并降低髓鞘损伤。阿司匹林可以抑制少突胶质细胞的损伤，增加神经元的成髓鞘化，对慢性缺血诱导的脑白质损伤有保护作用。

2.2 米诺环素改善慢性脑缺血认知障碍β-淀粉样蛋白(Aβ)是淀粉样前体蛋白(APP)的一种正常水解产物，有很强的聚集难溶性，易在神经细胞外沉积形成病理性斑块，这是AD形成血管病理性改变的主要原因。Aβ生成的关键限速酶是APP内的β位点剪切酶1(BACEl)，在人和大鼠的大脑中活体性最高，星形胶质细胞也是其来源途径之一，随着老年性的长期慢性脑缺血，在氧化应激反应、胶质细胞的活化及钙超载的一系列生化反应诱导下，Aβ致血管斑块形成，又进一步与这些发生级联反应，引发神经毒性作用，最终形成AD等认知功能障碍。米诺环素作为二代半合成的四环素类抗生素，不仅用于治疗感染性疾病，还可以通过抗炎、保护血脑屏障、抗细胞凋亡、清除氧自由基等多重机制来减轻慢性缺血性脑损伤，延缓AD进展，改善认知功能减退，发挥脑保护作用。根据免疫组化对2VO大鼠模型试验研究的结果显示，缺血后米诺环素治疗组的Aβ和BACE表达比模型组有明显下降，行为学评分也有所提高，这说明慢性脑缺血后氧化应激等因素激活海马区APP及BACE基因的过表达，从而使APP从β内分泌酶裂解成Aβ增加；另外由于血脑屏障的破坏，导致组织对Aβ的自身清除能力减弱[12]。米诺环素抑制了BACE生成Aβ的关键限速酶，使Aβ相应降低，减少AD中病理性斑块沉积的级联反应，以及可以试图从BACE抑制剂和阻止Aβ老年斑的形成靶点开发药物，这可能为改善慢性脑缺血后认知功能障碍提供了新的治疗途径。

2.3 巴氯芬改善慢性脑缺血的记忆损伤Li等[13]首次研究发现慢性脑缺血大鼠空间学习和记忆功能明显下降，海马CA1区和皮质HCN1 mRNA明显减少，而且长时程增强(long-term potentiation，LTP)减弱，说明超极化激活及环化核苷酸门控阳离子通道(hyperpolarization-activated，cyclic nucleotide-gated cation channel，HCN)与慢性脑缺血导致的认知功能障碍密切相关。HCN2通道参与抑制性中间神经元的表达，而PV-IR GABA(γ-氨基丁酸)是一种关键基质，并且与调节工作记忆相关的神经元发放和震荡重要相关，HCN2在前额皮质(PFC)微清蛋白(PV)上密集表达，可能是在靶向抑制神经元，尤其是参与工作记忆过程的PV抑制性神经元，而HCN2的下调可能破坏其抑制作用，致大鼠2VO的PFC空间工作记忆损伤，而γ-氨基丁酸受体激动剂巴氯芬可以逆转HCN2的下调，改善记忆损伤[14]。

2.4 四甲基吡嗪硝酮对血管性痴呆的改善慢性脑低灌注后会引起一系列细胞信号传导通路的表达变化，最新研究表明，PI3K/Akt/GSK3β途径增强了脑卒中和2VO模型的轴突生长，轴突中GSK3β抑制对增强轴索再生具有潜在的治疗作用。激活Akt和随后磷酸化GSK3β可以增加背根神经节神经元和皮质神经元中的轴突生长[15]。四甲基吡嗪为我国传统中药当归的活性成分之一，可抗血小板聚集，其具有神经保和抗氧化功能的衍生物——四甲基吡嗪硝酮(tetramethylpyrazine nitrone，TBN)增强与调节PI3K/Akt/GSK3β途径相关的p-NFH蛋白表达，研究表明，TBN保护海马神经元免受OGD诱导的细胞凋亡，并通过PI3K/Akt/GSK3β途径促进轴突向外生长，另外可以改善氧化应激，缓解白质、皮层和海马神经元损伤，从而改善慢性灌注不足大鼠模型中的认知缺陷。TBN已进入中国缺血性卒中治疗Ⅰ期临床试验，治疗神经变性疾病，特别是血管性痴呆的潜在治疗剂[16]。

3 不足与展望

对于慢性脑低灌注造成的认知功能损伤，目前形态学方面研究较多，而从分子水平层面研究则较少，虽然部分细胞凋亡，组织代谢等学说从不同侧面解释了慢性脑缺血的发生发展，但我们还未完全明白慢性脑缺血后是如何对机体造成影响，又如何诱导老年性痴呆疾病的形成，因此可以进一步从基因信号通路等方面对于其病理生理机制做更多的研究。

而对于慢性脑缺血的治疗，还不能从根本上去干预缺血后认知功能障碍的发生及渐进性加重过程。目前所有的防治干预措施研究多停留在实验探索阶段，未应用到临床治疗，即使有些药物可以起到干预的作用，也只能达到减轻症状与延缓病情的效果，因此如何防止缺血后神经组织的持续损伤，如何降低致死和致残率等一系列问题还有待更深入的研究。

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