脑出血后脑白质损伤机制的研究进展

叶香华，高 峰

脑出血是由脑实质内血管破裂所引起，是脑卒中的一种亚型，约占所有卒中类型的10%～15%，相对于脑梗死，脑出血具有较高的致残率和死亡率。以往关于脑出血的研究大都关注于脑灰质的损伤和神经元的坏死，而对于脑白质的损伤及演变鲜有研究报道。然而，就脑白质组成成分而言，无论是轴索还是髓鞘，都极易受物理性和病理性因子侵害，本文旨在从血肿压迫和脑血流减少、血肿周边炎症反应、凝血酶和红细胞降解产物的神经毒性等方面来综述脑出血后脑白质损伤的机制，期望能为将来脑出血及其治疗手段的相关基础和临床研究提供一些借鉴。

1 血肿压迫和脑血流减少

脑出血发生后的最初几个小时，血液成分渗漏至周围组织形成血肿，对脑组织造成不同程度的压迫。随后的炎症形成、凝血酶激活、红细胞降解产物促进脑水肿的发生[1]。在含有一定量脑白质的动物中，血肿周围的水肿主要发生在脑白质中[2]。不论是血肿或是周边水肿，或血肿破入脑室引起脑脊液回流障碍，都会使颅内压升高，严重时发生脑疝。升高的颅内压使脑血流量减少，不论是动脉还是静脉。在大鼠模型中发现，短暂或持久的低灌注会造成脑白质实质性损伤，表现为神经性炎症、少突胶质细胞脱失、髓鞘空泡化和无序化、郎飞结结构重排、白质纤维束解体[3,4]。近年来，脑出血后磁共振影像技术的临床运用使我们关注到一部分急性或亚急性脑出血患者皮质下白质部位弥散高信号，这为脑出血后脑白质缺血性损伤提供了依据[5]。

2 血肿周边炎症反应

脑出血后炎症反应包括多形核白细胞和巨噬细胞的浸润、小胶质细胞和星形胶质细胞的激活、炎症介质如促炎症细胞因子、活性氧(reactive oxygen species，ROS)、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteases，MMPs)等的释放[6]。

脑出血后4～5小时多形核白细胞率先进入出血部位，3天左右细胞数量达到高峰。Nguyen等[7]证实多形核白细胞通过释放MMPs、ROS、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor_alpha，TNF_α)等造成直接的神经毒性损伤。与此同时，这些因子会通过彼此之间的相互作用或是调节多形核白细胞来介导神经毒性作用。随后，经激活的小胶质细胞/巨噬细胞和星形胶质细胞分泌促炎症细胞因子破坏脑实质。巨噬细胞也可通过Toll样受体4(toll_like receptor 4，TLR4)相关通路攻击少突胶质细胞前体细胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs)[8]。前期有研究发现，通过耗竭多形核白细胞，可在减少血肿周围白质内小胶质细胞/巨噬细胞和星形胶质细胞激活浸润的同时减轻轴突和髓鞘的损伤[9]。

2.1 促炎症细胞因子：多形核白细胞、激活的星形胶质细胞和小胶质细胞/巨噬细胞均能够分泌促炎症细胞因子，如TNF_α，白介素_1β(interleukin_1β，IL_1β)，白介素_6(IL_6)等。脑出血后脑白质中TNF_α和受体相互作用蛋白激酶1(receptor_interacting protein kinase 1，RIPK1)水平上调，TNF_α通过激活RIPK1导致细胞程序性坏死[10]。TNF_α也可以通过激活天冬半胱氨酸特异性蛋白酶_3(Caspase_3)介导少突胶质细胞死亡[11]。在大鼠模型中，IL_1β已被证实可以通过FYN/MEK/ERK信号通路抑制OPCs成熟化，从而使得发育中的白质低髓鞘化[12]。另外，还有研究表明IL_1β可以阻碍OPCs的募集，早期使用IL_1受体拮抗剂或予以IL_1受体敲除可以挽救髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein，MBP)的下调，促进髓鞘再生[3]。

2.2 MMPs：作为MMP_9的主要细胞来源，多形核白细胞、星形胶质细胞和OPCs调节其产生量。MMP_9会破坏血-脑脊液屏障(blood brain barrier，BBB)，从而引起脑白质损伤。通过透射电子显微镜可以发现脑白质微血管超微结构异常，表现为星形胶质细胞足突肿胀伴有自噬体，紧密连接分离，红细胞滞留于毛细血管腔，基底膜的无序化[13]。另外，在血肿周围，MMP_2,_3,_7,_12的表达水平也有上调[14]。但MMPs介导的神经炎症反应所引起的脑白质损伤的确切机制有待进一步研究。

2.3 ROS：多形核白细胞、巨噬细胞、激活的小胶质细胞通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶的催化产生超氧化物，后者再通过一系列反应生成过氧化氢、羟自由基、过氧化亚硝基阴离子[15]。脑出血后产生的大量ROS致氧化-抗氧化代谢的不平衡，最终引起氧化损伤。髓鞘具有很高的脂质/蛋白比，自由基易攻击含有高含量多不饱和脂肪酸的脂质膜，启动脂质过氧化的自蔓延过程，最终产生丙二醛(malondialdehyde，MDA)、丙烯醛、4_羟基壬烯醛(4_hydroxynonenal，4_HNE)等副产物[16]。髓鞘相关的酶如Na+_K+_ATP(adenosine triphosphate)酶和5’_核苷酸酶对氧化损伤极敏感，这可能因自由基和脂质过氧化副产物的直接损伤引起，也可能是细胞膜流动性改变造成的间接损伤[17]。研究表明自由基清除剂N_叔丁基_ALFA_苯基硝酮(α_phenyl_N_tert_butyl nitrone，PBN)减少脑白质中MDA和4_HNE的浓度，提高O4细胞(未髓鞘化的少突胶质细胞)的存活率，改善低髓鞘化和轴突损伤[18]。虽然线粒体是公认的氧化磷酸化的主要部位，最近的研究发现髓鞘具有类似的功能。Ravera等[19]提出髓鞘异位有氧ATP的产生与其易受氧化损伤有关，推测髓鞘源性ATP也可以为轴突部分供能，当这一产能途径破坏后，会发生轴突损伤。

3 凝血酶

凝血酶是一种丝氨酸蛋白酶，是凝血级联反应中的关键成分，正常情况下以凝血酶原的形式存在。低剂量凝血酶对脑组织具有保护作用，而高剂量可损伤脑组织。每1毫升的全血可以产生260_360单位的凝血酶。脑出血时大量血液渗入脑组织，随即产生大量凝血酶，导致继发性脑损伤，包括血-脑屏障破坏、脑水肿、神经炎症反应、神经细胞凋亡[20]。

虽然凝血酶是通过促使纤维蛋白原裂解为纤维蛋白和激活血小板而发挥止血作用，它的绝大部分细胞作用是通过与其受体结合而发挥。凝血酶的受体称为蛋白酶激活受体(protease activated receptors，PARs)，是一种七跨膜G蛋白偶联受体，主要有PAR_1，PAR_3，PAR_4三种。通过PARs的介导，凝血酶致血管内皮细胞收缩、细胞间紧密连接打开，激发MMPs表达和生物膜降解，促使Src激酶(具有酪氨酸激酶活性的一种原癌基因家族蛋白)磷酸化，上述过程最终导致血-脑屏障破坏和脑水肿[1]。此外，增加的血管通透性使血液中的神经毒性成分积聚在脑白质，引起一系列继发脑损伤。早前有研究报道在大鼠海马内注射凝血酶可激活小胶质细胞NADPH氧化酶，产生活性氧[21]。最近的研究发现凝血酶和PAR1结合介导生物膜脂质过氧化[22]，这为凝血酶参与的氧化损伤提供进一步的证据。此外，Yoon等[23]发现了凝血酶抑制髓鞘基因转录，限制OPCs的进化过程，加剧神经毒性因子的作用，而这些可能与低水平的ERK1/2和AKT信号通路有关。另外，凝血酶可以激活小胶质细胞/巨噬细胞上的PARs，并通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen_activated protein kinases，MAPKs)激活这些细胞，从而增加TNF_α，IL_1β等促炎症细胞因子的产生[24]。

4 红细胞降解产物

红细胞降解发生在脑出血后24小时内，这可能是因细胞内能量储备耗竭，也有可能是因为补体激活后膜攻击复合物的形成。这一代谢过程中释放出血红蛋白和血红素，血红素在血红素加氧酶的催化下进一步降解为胆绿素(可通过胆绿素还原酶转化为胆红素)、二价铁、一氧化碳[25]。动物实验已证实，血红素加氧酶抑制剂锌原卟啉(Zinc protoporphyrin，ZnPP)可以显著改善MBP的减少和白质纤维束的丢失，从而改善脑出血后脑白质损伤[26]。越来越多的研究试图揭露红细胞降解产物对脑白质损伤的毒性，以及是否减少这些成分的作用可以减轻损伤改善预后。

4.1 血红蛋白和血红素：红细胞中最主要的成分是血红蛋白，约占其干重的96%，起运输氧气的作用。每一血红蛋白分子由四分子的珠蛋白和四分子的亚铁血红素组成。血浆中的触珠蛋白通过与血红蛋白结合减轻其毒性作用，并将其运输至巨噬细胞吞噬降解[27]。脑出血后由于大量血红蛋白释放，使得血浆中的触珠蛋白饱和，脑实质中的游离血红蛋白增多，使得炎症细胞进入脑出血部位。红细胞降解过程中的中间产物，如高价铁血红蛋白、过氧化物，在氧化损伤和炎症中起了重要作用。血红素包含四吡咯环及环中心的铁原子。血红素的细胞毒性首先表现为其结构特异性引起的直接损伤。疏水性的卟啉环插入脂质层使得生物膜不稳定，渗透性增加，减弱其对氧化损伤的耐受性。另外，铁原子是血红素诱导活性氧产生的关键因素[28]。血红素还可通过激活小胶质细胞和核转录因子kappa B(NF_κB)参与炎症反应[29]。

4.2 胆红素和胆红素氧化产物(bilirubin oxidation products，BOXes)：胆红素在血浆中通过与白蛋白结合运输至肝脏，从而与葡萄糖醛酸基转移酶结合。脑出血后由于大量胆红素的生成，使得血浆中的白蛋白相对不足，游离的未结合胆红素水平增加。在氧化应激环境中，胆红素降解为BOXes，主要包括三种不同的成分：4_甲基_5_氧代_3_乙烯基_(1，5_二氢吡咯_2_亚基)乙酰胺，3_甲基_5_氧代_4_乙烯基_(1，5_二氢吡咯_2_亚基)乙酰胺和4_甲基_3_乙烯基马兰酰亚胺[30]。

Lakovic等[31]通过体内外实验研究揭露胆红素及BOXes对脑白质结构和功能的影响。无论是有髓神经纤维还是无髓神经纤维，胆红素及BOXes对复合动作电位的波幅和潜伏期均有或多或少的不良影响。通过电子显微镜可以观察到轴突数目减少，残余轴突生物膜和线粒体结构完整性遭到破坏。所有注射了胆红素的小鼠在针对轴突破坏(β_APP)、髓鞘溶解(dMBP)、小胶质细胞激活(CD68)的染色中均表现为阳性。BOXes则有着比胆红素更强的上述负性作用。同时，未结合胆红素可以上调细胞膜蛋白TNFR1的表达并激活MAPKs和NF_κB，引起后续炎症瀑布反应[32]。

未结合胆红素有促进谷氨酸释放的作用，从而通过兴奋性毒性作用介导白质损伤[33]。细胞外谷氨酸水平的升高激活了髓鞘和少突胶质细胞上的Ca2+可渗透性N_甲基_D_天冬氨酸(N_methyl_D_aspartate，NMDA)受体。细胞内过多的钙离子一方面通过启动半胱天冬酶(Caspase)途径介导细胞凋亡[34]，另外一方面通过开放线粒体膜通透性转换孔致线粒体肿胀及释放ROS或其他能致细胞凋亡的蛋白，与此同时，细胞内的能量合成场所遭到破坏，三磷酸腺苷(ATP)合成受影响[35]。也有研究报道谷氨酸的另一离子通道_氨基_3_羟基_5_甲基_4_异唑丙酸(amino_3_hydroxy_5_methyl_4_isoxazolepropionic acid，AMPA)/红藻氨酸受体参与OPCs兴奋性中毒及神经纤维的低髓鞘化。AMPA/红藻氨酸受体拮抗剂2，3_二羟基_6_硝基_7_氨磺酰苯并喹喔啉(NBQX)的使用可以恢复神经纤维髓鞘化从而改善神经功能缺损[36]。另外，在注射了AMPA的shiverer小鼠模型中观察到独立于髓鞘的直接作用于轴索的兴奋性毒性损伤[37]。但其至今还未明确机制，可能与轴索本身的AMPA受体介导相关。然而，即使shiverer小鼠无法生成髓鞘，但就神经血管单元这一整体而言，神经元周围少突胶质细胞上谷氨酸受体介导的间接损伤可能相关。还有研究发现一种或多种的BOXes具有促进细胞耗氧和血管平滑肌收缩的功能[30]。这说明了BOXes在脑出血后高氧耗和血管收缩方面扮演了部分作用，这无疑会加重氧化损伤和脑组织局部血流减少。

4.3 铁离子：血红素降解带来的损伤作用有一部分是释放的游离二价铁引起的。二价铁可以参与Fenton反应，通过与过氧化氢反应生成羟基自由基和三价铁。三价铁可通过一系列反应再次生成二价铁，如此反复自由基不断生成[38]。在适宜条件下，铁离子是过氧化反应的潜在启动因子，为脂质、蛋白质和DNA提供电子。少突胶质细胞富含脂质和细胞内铁。在氧化应激下，少突胶质细胞和髓鞘脂质膜成为ROS的首选攻击靶点[39]。

此外，c_Jun氨基末端激酶(c_Jun N_terminal kinases，JNK)信号通路可能参与铁相关的毒性作用。前期研究证实，在脑出血或颅内注射二价铁后的动物模型中，脑白质纤维束JNK信号通路被激活，铁螯合剂去铁胺通过减少游离铁离子的含量，抑制JNK信号通路，改善神经功能缺损[40,41]。这可能与JNK信号通路激活后小胶质细胞激活，血管内皮细胞损伤，OPCs凋亡和促炎症细胞因子的产生有关[42,43]。

基于现有的脑出血后脑白质损伤的研究，本文总结了血肿压迫和脑血流减少、血肿周边炎症反应、凝血酶及红细胞降解产物这四个既独立又相互联系的损伤机制，这也为改善脑出血后脑白质损伤提供了潜在靶点。目前这一领域的研究仍较少，有些机制尚待探究。

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