蛛网膜下腔出血早期脑损伤后神经元细胞凋亡研究新进展

钱 达，蒋传路，蔡金全

（1苏州大学附属常熟市第一人民医院，江苏常熟215500；2哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科，黑龙江哈尔滨150001）

0 引言

蛛网膜下腔出血（subaraclmoid hemorrhage，SAH）是一种死亡率较高的疾病，12．4%的患者在到达医院之前就发生猝死［1］。这些死亡的患者大多数是由于最初的出血和出血后早期脑损伤（early brain injury，EBI）没有得到有效的治疗。最初的出血造成的EBI及由血管痉挛引起的迟发性缺血造成神经功能缺失是那些顺利到达医院的幸存者高死亡率和高致残率的主要原因［2］。虽然过去几十年许多药物已经被用于治疗脑血管痉挛，但即使血管痉挛被逆转，其结果也没有得到改善。基于这些原因，EBI被认为是未来研究的主要目标，也是防治血管痉挛症状的主要因素，这是因为EBI可能是脑血管痉挛后缺血损伤的易感因素。SAH后EBI即SAH后72 h出现的全脑损伤。

研究［1－2］表明细胞凋亡参与 SAH 后 EBI的病理生理过程。因此，抗细胞凋亡治疗是SAH后EBI一种可行的治疗方法。本文主要探讨蛛网膜下腔出血早期脑损伤与神经元凋亡机制之间的关系。

1 EBI的病理生理机制

大多数关于SAH后EBI的研究资料都来自通过血管内穿刺建立的动物模型，这种模型的高死亡率和急性生理改变与临床疾病极为符合。在SAH动物模型中，颅内压（intracranial pressure，ICP）迅速上升到40 mmHg，然后又下降至15～25 mmHg这一平台，然而，脑灌注压却从75 mmHg下降至35～45 mmHg，脑血流量也在SAH后下降了20%～30%，之后这些过程再慢慢恢复。有趣的是，当SAH后脑血流量下降了40%时，超过60 min死亡率几乎是100%，而下降小于40%的死亡率只有19%［3］。

研究［4］表明，广泛的脑缺血、微循环缺血及下腔血肿的毒性等都参与了SAH后EBI细胞凋亡的相关机制。我们在皮层、皮层下及海马区用TUNEL都检测到凋亡细胞，这一结果可能与依赖于颅内压升高的广泛缺血相关。SAH后血液迅速扩散至整个蛛网膜下腔，整个大脑皮层被薄层的血肿覆盖。血液中的血红蛋白被神经元细胞及小胶质细胞代谢，通过脂质过氧化物作用释放含铁离子诱导细胞凋亡。因此蛛网膜下腔血肿被认为与细胞损伤、氧化应激反应相关，并造成脑皮质进一步的细胞凋亡［5］。

有报道［6］表明，在SAH后EBI中神经元和内皮细胞都发现了细胞凋亡，这两种细胞都与脑水肿相关联。本文主要是针对神经元细胞凋亡中的主要作用途径，包括内在途径和外在途径，参考国内外有关方面的研究进展作一综述。

2 细胞凋亡内在机制与SAH中Caspase依赖途径

细胞凋亡的内在途径，即线粒体途径，这一途径首先增加线粒体外膜的通透性，由Bcl⁃2家族介导的过程。细胞膜通透性的改变导致线粒体内包括细胞色素c等蛋白质的流出。细胞色素c是从线粒体内转运到胞质中，并与介导凋亡蛋白酶相互作用，活化细胞因子⁃1，形成凋亡小体，从而导致 Caspase⁃9活化。Caspase⁃9是细胞色素c依赖途径的起始因子，能够活化 Caspase⁃3，从而使 DNA 损伤。 Caspase⁃3是细胞凋亡效应器之一，研究［7－8］发现，在 SAH 后的海马区和皮层中Caspase⁃3产物增多。

在脑缺血中一些蛋白激酶可能参与线粒体蛋白直接反应，这些物质主要集中在 Bad、Bax、Bal⁃2、Bcl⁃xL等凋亡蛋白前体及抗凋亡蛋白的磷酸化作用。蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen⁃activated protein kinase， MAPK）在 SAH后EBI被研究得最多。Akt是属于丝／苏蛋白激酶，传导下游PI3K的主要抗细胞凋亡蛋白，并介导信号级联放大反应。活化的酪氨酸激酶受体与GTP连接蛋白受体通过PI3K激活Akt，活化的Akt能够调节Bax、Bad、糖原合成酶⁃3、细胞凋亡信号调节蛋白激酶⁃1以及Caspase⁃9等抑制细胞凋亡底物。此外，Akt显示能够提高cAMP对环磷腺苷效应元件蛋白（cAMP⁃reponse element binding protein， CREB）磷酸化作用的应答和诱导Bcl⁃2的反应。Akt活化的下降参与神经元细胞凋亡的过程，Akt活化作用是阻止Caspase依赖的细胞凋亡途径的主要因素［9］。

近来研究［9－10］表明，Akt可能参与 SAH 后 EBI的病理机制，这一结论主要是通过应用PI3K抑制物阻止Akt的磷酸化作用，使DNA损伤增加。另外通过抗氧化酶SOD1的高表达使Akt活化，能够减轻SAH造成EBI。SAH后Akt的磷酸化作用发生的时间点取决于脑组织分区，在脑皮层中Akt迅速发生磷酸化，而在海马区则在24 h后才发生磷酸化。因此，SAH后EBI可能脑皮层的损伤最严重，这也表明Akt的磷酸化可能与脑组织的破坏程度有关。

MAPK在SAH后EBI具有重要的作用。MAPK包含细胞外的信号调节激酶（extracellular signal⁃regu⁃lated kinase，ERK）、JNK 和 P38，在特定的一些脑缺血坏死细胞残留物中都含有这些物质。这些激酶被各种不同应激源活化，包括血管内皮生长因子（vas⁃cular endothelial growth factor， VEGR）、氧化应激反应、炎症因子。在SAH的实验模型中，这些激酶的磷酸化会导致脑水肿、持续性高颅压以及高死亡率［11］。因此，ERK的活化是对生长因子和分化因子的应答，但ERK的活化是具有保护性的或者是脑缺血神经元决定因素尚有争议。相反的，JNK和P38的活化是炎症因子和细胞应激的应答，这些物质在SAH后的脑脊液和脑动脉高表达。JNK磷酸化成C⁃JNK，它能够通过诱导凋亡前物 Bcl⁃2家族、Hrk／DP5、Bim 和 Fas上调细胞凋亡级联反应。在SAH反应物中JNK磷酸化和C⁃JNK均增加，在小鼠SAH模型的皮层和海马区 C⁃JNK Mrna 表达上调。 P38 通过 TNF⁃α 和 IL⁃1β活化，并与细胞死亡相关。通过Bcl⁃2抑制P38的活化表明P38可能参与细胞凋亡途径［12］。

3 非Caspase依赖途径

内源性非Caspase依赖途径是由线粒体释放凋亡诱导因子（核酸内切酶 G和 Bcl⁃2和腺病毒E1B19KDa交互蛋白）发生的。细胞凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor， AIF）被研究的最多，它通常是位于线粒体膜间隙中，受某些物质刺激转运至细胞核中，诱导大量的DNA降解和细胞凋亡，这一过程并不依赖Caspase。在脑缺血实验模型中报道，细胞核中AIF数量的上调可能是多聚合酶触发的［13－14］。关于SAH后EBI中AIF的表达并没有许多的报道，且AIF的哪些部分表达增多也并不清楚。

4 氧化应激反应与EBI的关系

维持氧化物（ROS）和抗氧化应激反应物的平衡至关重要，像超氧离子、H2O2、－OH这些氧化物通常处于较低的水平，其信号传导通路具有重要作用。它们通常受体内的抗氧化物调节，包括SOD、谷胱甘肽氧化物酶、谷胱甘肽和过氧化氢酶等。氧化物的过量产生或者抗氧化物反应低下会造成氧化反应损伤组织［15］。氧化应激在SAH后EBI的病理生理过程能够发挥重要作用。不管是动物模型或人SAH中都发现线粒体解体、血红蛋白释放羟自由基以及内源性抗氧化系统的解体［16］。在SAH后1 h内即可发现超氧化物的表达，随后出现SOD的高表达来抑制其产生并减少SAH后的细胞损伤，这是通过Akt的活化使SOD的高表达来减弱氧化应激反应，以此减轻SAH后的 EBI。

5 DNA损伤

在细胞凋亡的调节中P53是抑癌基因，在对细胞损伤的应答中，P53能够上调凋亡前分子（Bax和Bid）和下调抗凋亡分子（Bcl⁃2 和存活素）［17］。 P53在缺血损伤中表达上调，并诱导线粒体损伤和Caspase的活化。 据报道［17－18］，在 SAH 中 P53 是神经元细胞凋亡的主要因素。P53在SAH后的24～72 h就出现表达上升，p53的抑制物能够减轻脑水肿和神经元细胞死亡。

6 细胞凋亡的外在途径

在细胞表面能够找到凋亡受体，它参与外在细胞凋亡途径［19］。在脑缺血中这些受体配体Fas、TNF的表达上调。这些受体能够活化Caspase⁃8或Caspase⁃10，然后直接使Caspase⁃3活化，并造成Bid／Bax的活化，诱导细胞色素c的释放。此外，在脑缺血后转录因子发生了活化，使Fas配体的表达增加，从而导致细胞凋亡［19－20］。 但是，关于 EBI与凋亡受体或配体的确切相互作用关系我们了解的并不是很多，所以需要更多深入的研究来探讨这一关系。

7 总结

过去有许多研究已经证明脑缺血中的细胞凋亡机制，然而关于凋亡与SAH关系的研究却很少，尤其关于EBI。研究SAH与其他细胞凋亡机制（包括自噬机制和内质网应激）将为我们研究EBI提供新的理论。目前关于SAH后EBI的研究是有限的，未来的研究需要为EBI提出确切的机制。总而言之，细胞凋亡可能在SAH后EBI起着重要的作用。对细胞凋亡的进一步的研究可能会促进新的理论发展，并改善SAH患者的预后。