缺血性脑卒中的分子生物学研究进展

张艳云 汪美霞 李祥

脑缺血是指脑组织没有充足的血液供应，不能满足脑代谢需求，通常由血管阻塞或心跳骤停引起缺血性脑血管病（ischemic cerebrovascular disease，ICVD），ICVD 为死亡率第二高的疾病，死亡率约占总疾病的80%～85%，其中缺血性脑卒中（Cerebral Ischemic Stroke，CIS）具有高死亡率，高致残率的特点，严重影响患者日常生活［1］。大脑缺血缺氧一段时间血流再通后，由于缺血时体内的氧自由基等有害物质的集聚导致的损伤称为脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia⁃reperfusion injure，CIRI）［2］。CIRI的病理生理过程属于一个多因素参与、多环节循环、多途径损伤的酶促级联反应。

1 概况

目前有关CIS 后内源性脑损伤因子和脑保护因子的研究已经发展到比较成熟的阶段。分子生物学技术的不断更新与发展，为CIS 的研究提供了新的思路，对于整个缺血性脑损伤的发生机制研究，及其从相关机制的发生再推脑功能损伤的恢复治疗方案，都有着巨大的贡献。另一方面，从分子角度来研究损伤因子及脑保护因子的表达与调控，进一步加快ICVD 新的治疗方案的形成。其他相关分子生物学研究已经趋向稳定，其中维甲酸相关孤核受体α 与体内其他生物活性因子共同参与调节多种组织器官的发育过程［3］，也成为了近年来比较热门的研究方向，不过大部分以肿瘤方向居多，对于脑缺血性卒中来讲，仍需要进一步研究。

ICVD 的特点是发病率高、致残率高、死亡率高，是常见的神经系统疾病，其中占据主导地位的是CIS［4］。缺血发生时最常见的地点是中脑动脉，其受多种环境因素，遗传因素及其相互作用的影响，发病率呈日益增长的趋势［5］。考虑到缺血性脑损伤的不良预后可以通过已知风险因素部分澄清，因此，在中风后阶段检测与预后不良相关的新型生物分子，并针对它们进行革命性的治疗策略，将改变不良结果［6］。中风后，一系列的病理生理事件导致血脑屏障（blood brain barrier，BBB）的打开，进一步的并发症，残疾和死亡率很可能威胁到患者的健康［7］。

2 发病机制

2.1 基因

CIS 是一种急性脑损伤，在全球范围内具有很高的死亡率和致残率，在全世界，中风每年影响超过1 亿人［8］。CIS 的病理生理作用是由多种复杂的分子和细胞相互作用驱动的，最终导致脑损伤和神经功能障碍。人类基因组计划显示，人类基因组的绝大部分（和一般的哺乳动物基因组）都被转录成非编码RNA（non⁃coding RNA，ncRNA），这些RNA在细胞的分子生物学中具有重要作用。其中，长链非编码RNA（Long non⁃coding RNA，lncRNA）在中风生物学中变得尤为重要。使用转录组测序技术和微阵列等方法对基因表达进行高通量分析，已在实验模型和临床样品中发现了CIS 后大脑和血液中大量异常表达的lncRNA。这些表达变化表现出不同的时间和细胞类型依赖性模式。这些lncRNA都显示出调节分子通路的作用，这些通路导致CIS后大脑的损伤以及相关神经保护作用［9］。

2.2 血脑屏障功能障碍

氧化/亚硝化应激和神经炎症是CIRI 的关键病理过程，它们的紧密相互作用介导CIS 期间的神经元损伤，BBB 损伤和出血转化（hemorrhagic trans⁃formation，HT）［10］。血脑屏障功能障碍是许多神经系统疾病的发病机制的基础［11］，具体体现在脑组织水平上，当微血管壁以及血脑屏障受损，加上缺血后的炎症反应，导致粥样硬化斑块的稳定性失去平衡，诱发再灌注损伤，导致脑功能受损，诱发CIS［12］。

2.3 动脉粥样硬化影响

CIS 的另一个比较主要的诱发原因为动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）的形成，而在AS 斑块形成过程中，血小板（platelet，PLT）有着不可小视的重要作用，硬化斑块的形成会引起颈动脉狭窄，颈动脉狭窄引起缺血性脑病，导致CIS 的发生。硬化斑块形成和发展的主要部位为颈总动脉分叉处和超主动脉血管，硬化斑块形成时间较长，其发生及发展的过程时间难以衡量，因此导致缺血性脑病的发生时间的难以预判。其中对于形成硬化斑块起重要作用的PLT 的功能失调，对于CIS 的发生和发展也起着至关重要的作用［13］。而血管内膜损伤、纤维蛋白沉积和已有AS 斑块表面破损可激活PLT。相关研究显示，PLT 与CIS 的发生有着密切关系。

2.4 脑血流量减少及离子失衡

脑组织本身对缺血缺氧非常敏感，血供中断4～6 min 脑细胞即可受到不可逆的损伤，短时间血氧和血糖的中断也会引起严重损伤。大脑的主要能量来源为葡萄糖，脑组织需要持续不断的血供和氧供，以维持正常的组织结构和代谢。脑的体积仅占全身的2%，但耗氧量却占20%。严重的血管堵塞导致血糖和血氧无法及时充足供应，引起细胞内离子失衡、细胞外谷氨酸等神经递质的大量释放及细胞内钙超载，最终激活多条病理性传导通路信号，导致细胞的死亡和脑损伤的发生。脑组织的血流供应减少，导致钾离子大量外流，使线粒体能量转化进程受到影响，导致细胞ATP 水平降低。同时，细胞膜钠⁃钾泵被严重抑制，破坏钠离子和钾离子梯度，激活电压门控钙离子通道，引起神经元、星形胶质细胞去极化。上述病理生理过程伴随细胞外谷氨酸的大量释放，谷氨酸受体被激活，引起钙超载、自由基产生［14］、线粒体通透性转换激活和兴奋性中毒等多种病理变化，最后引起脑组织的损伤，导致CIS 的发生。

2.5 其他

线粒体功能障碍已被认为是CIS 的标志之一，并激活了缺血和再灌注的病理。线粒体对于促进CIS 后的神经存活和神经功能改善至关重要，对线粒体在缺血诱导的细胞死亡和保护作用，可能为缺血性中风的新型治疗干预提供理论依据［15］。此外，Lv 等［16］研究结果提供了针对性别的机制概述，该机制可能提供对中风及其生物标志物的新方向，并对将来临床实践中针对性别的预后和治疗策略提供了新思路。另外，缺血性大脑中的神经炎症可能会导致损伤相关分子模式（damage⁃associated molecu⁃lar patterns，DAMPs）的无菌炎症发生，但是，对于其长期动态转录变化仍然知之甚少，还不清楚这种神经炎症是否有助于恢复或仅恶化结果［17］。

3 治疗

3.1 一般治疗

CIS 根据临床表现主要可以分为四种类型，包括短暂性的脑缺血发作（Transient ischemic attack，TIA），病人主要表现为短暂、一过性的出现肢体麻木、活动受限、身体无力、感觉障碍，或者单眼黑朦、共济失调、吞咽困难、同向偏盲等神经功能障碍症状，可自行缓解；也包括可逆性的神经功能障碍（reversible ischemic neurologic deficit，RIND）发作，临床表现与TIA 类似，但是神经功能障碍的时间超过24 小时；还有进展性的脑卒中（progres⁃sivestroke，PS），患者神经功能障碍会逐渐的发展，是脑血管主要大动脉闭塞导致如颈内动脉和大脑中动脉闭塞；以及完全性的脑卒中（completestroke，CS）患者出现中重度的局限性神经功能障碍，会有偏瘫、失语、感觉障碍，甚至嗜睡、昏迷等症状，临床应该根据脑卒中发病时间的不同以及类型的不同，选择治疗方法。目前批准的CIS 的治疗方法是重组组织纤溶酶原激活剂（tissue⁃type plasminogenac⁃tivator，t⁃PA）和血管内血栓切除术，但它们的治疗窗口期较短（分别在中风发作后4.5 和6 小时），并且中风患者实际接受这些治疗的比例较低。Sarvari 等［18］认为t⁃PA 的治疗范围仅限于适当人群，最长可达4.5 小时，是实践和医学上唯一获FDA 批准的药物。Vahidinia Zeinab 等［19］认为溶血栓组织纤溶酶原激活剂的使用由于时间窗口狭窄而受到限制，神经活性类固醇的给药可以被认为是减少局部缺血引起的病变的潜在治疗方法。

3.2 分子生物学技术

3.2.1 概述

缺血性脑卒中由脑部血流中断引起，在这种疾病中，有两个不同的损伤区域：病灶核心，细胞迅速死亡；半影（围绕病变中心），其中细胞功能减弱，但可能恢复并恢复其功能。随着分子生物学技术的不断完善与发展，缺血性脑卒中的治疗与预后有了更多的可能性。

3.2.2 非编码RNA 分子

ncRNA 在神经保护和血管生成中的潜力，尤其是小分子RNA（microRNA，miRNA）和lncRNA的潜力突显了它们作为治疗干预目标的潜力［20］。miRNA 是内源表达的小的非编码RNA 分子，可以充当翻译抑制剂，miRNA 可以调节与危险因素相关的病理机制，可以识别特定的中风类型，并能够评估脑损伤的严重程度［21］。此外，Silva Pablo 等［22］研究结果表明环状RNA（circular RNA，circRNA）在某些中风相关过程中的广泛参与，表明其作为治疗靶标的潜力，可实现神经保护和脑恢复。除此之外，蛋白质通常也参与多种细胞功能，但在特定情况下会刺激细胞凋亡，因此从不同的初始位置在半影中同时诱导了不同的凋亡启动和调节途径。同样，各种抗凋亡蛋白上调，一些蛋白质可能用作抗中风治疗的潜在靶标［23］。

3.2.3 相关抗炎分子作用

Demyanenko 等［24］研究表明Sirtuins⁃Ⅲ类组蛋白脱乙酰基酶，参与中风后组织修复过程和脑功能的调节。Xie 等［25］阐述了系统性红斑狼疮（sys⁃temic lupus erythematosus，SLE）和非典型性感染在中风中的内在作用。AmBleb 对毛细血管前平滑肌细胞中平滑肌肌球蛋白的直接抑制作用显著促进了CIRI 和脑功能的改善［26］。可溶性人白细胞抗原（soluble human leukocyte antigen G，sHLA⁃G）可以对一部分急性缺血性脑卒中（Acute Ischemic Stroke，AIS）患者发挥保护作用，并表明血清sHLA⁃G 的预后价值有待建立［27］。同时抑制炎症过程的治疗可能是非常有益的，炎症过程的关键调节因子是核因子κB（nuclear factor kappa⁃B，NF⁃κB）途径［28］。此外有相关研究绘制了蛋白质组学全面变化，以更好地破译基于该治疗作用基础的抗炎方面的分子机制［29］，缺血性卒中部分通过SirT1/PARP⁃1/ ZNF216 信号传导机制引起肌肉萎缩，SirT1 可通过不同的信号传导机制响应不同类型的萎缩信号而阻断肌肉萎缩，SirT1 是中风后肌肉质量的关键调节剂［30］。

3.3 中医药技术

近年来相关研究显示，中药及其有效成分提取物，对于治疗缺血性脑卒中损伤及脑缺血再灌注损伤有着一定的疗效。对于脑损伤具有保护机制，主要表现在可以减少细胞膜损伤，降低因钙离子超载所引起的细胞不可逆的损伤、抑制白细胞的聚集、清除过量的自由基、抑制中性粒细胞与血管内皮细胞的交互作用，影响基因表达与细胞凋亡调控等方面。此外，传统针刺技术，也可以减轻脑损伤的进展。主要表现在减轻抗氧化应激，缓解脑血管的舒缩功能，抑制脑缺血再灌注后细胞坏死与凋亡，通过改变再灌注的血脑屏障结构，促进脑缺血细胞的能量供应及代谢，进而保护再灌注后的脑组织［31］。

4 展望

缺血性脑卒中的研究与发展有了新的进程，无疑未来分子生物学技术将在人类疾病研究中起着无可非议的作用，作为一项新技术为人类健康开辟了新的研究领域，更加造福于人类，加快疾病研究进展，为人类早日脱离疾病的苦痛迈出了坚实的一步。同时，基因治疗也将成为人类疾病研究的一大新途径，特别在缺血性脑损伤治疗中可能成为一种有前途的方法，它的实现可以从根源上改变脑血管疾病的发生、发展，使缺血性脑损伤发生的危险因素可控，可改善康复及远期预后。总之，分子生物学技术未来将成为研究缺血性脑损伤发病机理的重要方向，并为缺血性脑损伤的治疗提供新途径、新思路及新方案，对于缺血性脑损伤的研究将有至关重要的作用。