陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華

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缺血后處理對(duì)腦保護(hù)作用的研究進(jìn)展

陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華

缺血后處理是一種可以減輕腦缺血再灌注損傷的新方法,對(duì)腦缺血的再灌注損傷也具有顯著保護(hù)作用。通過(guò)抑制基因過(guò)表達(dá)，調(diào)控炎癥、凋亡及氧化應(yīng)激、自我吞噬，影響泛連接蛋白1/P2X7 嘌呤受體復(fù)合物途徑、p38 MAPK-ATF2通路作用，下調(diào)AQP4的表達(dá)等機(jī)制，其改善了血管神經(jīng)單元細(xì)胞的相互作用,實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用。

腦缺血是危害人類健康的常見病、多發(fā)病，其較高發(fā)病率、病死率和致殘率給社會(huì)、家庭帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)和痛苦。研究者發(fā)現(xiàn)腦組織經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的缺血后再次恢復(fù)血液灌注時(shí)其功能及結(jié)構(gòu)損傷反而會(huì)加重，即“腦缺血再灌注損傷”。 目前大量研究表明缺血后處理(Ischemic postconditioning，IPoC)對(duì)缺血再灌注損傷后的腦組織具有內(nèi)源性保護(hù)作用，例如國(guó)內(nèi)研究者王貝娜等對(duì)290 例急性腦梗死患者使用血壓袖帶模擬肢體IPoC操作，結(jié)果顯示肢體缺血后處理能夠改善急性腦梗死患者的神經(jīng)功能。因此，本研究就IPoC的腦保護(hù)作用的機(jī)制和方法做一綜述。

1 IPoC的腦保護(hù)作用機(jī)制

1.1 抑制轉(zhuǎn)錄因子的過(guò)度表達(dá)

Tang等發(fā)現(xiàn)鐘樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)表達(dá)于神經(jīng)元，TLR4基因活化后可以直接或間接地導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[1]。核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是最常見的一種炎癥反應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，缺血腦組織中發(fā)現(xiàn)TLR的內(nèi)生型配體，其與TLRs結(jié)合后引起下游信號(hào)通路的激活，包括NF-кB可引起促炎細(xì)胞因子和趨化因子的生成，參與缺血/再灌注后的腦組織的炎癥反應(yīng)，免疫熒光表明TLR4 和NF-κB顯著表達(dá)于神經(jīng)元[2]。Qi等人證明實(shí)驗(yàn)大鼠腦組織缺血/再灌注損傷后1 d內(nèi)神經(jīng)組織中TLR4 和 NF-кB的轉(zhuǎn)錄顯著上調(diào)，隨后Qi等人對(duì)大腦中動(dòng)脈短暫閉塞的SD大鼠股骨后動(dòng)脈進(jìn)行10 min夾閉/10 min開放的3個(gè)循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)隔IPoC顯著改善了缺血腦組織的神經(jīng)功能缺陷，而且縮小了梗死體積；進(jìn)一步研究顯示此機(jī)制是通過(guò)抑制由大腦中動(dòng)脈閉塞/再灌注引起的TLR4和NK-κB的過(guò)度表達(dá)，進(jìn)而減弱缺血再灌注后的TLR4 和 NF-κB信號(hào)通路的過(guò)度激活，來(lái)實(shí)現(xiàn)其神經(jīng)保護(hù)作用[3]。

HIF-1α(缺氧誘導(dǎo)因子-1α)是與腦缺血相關(guān)的另一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子。作為多數(shù)基因缺氧條件下的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器，在缺血情況下它不僅參與調(diào)節(jié)血管生成、糖代謝和細(xì)胞生長(zhǎng)[4]，還在細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)等過(guò)程中起至關(guān)重要的作用[5]。Zong等人通過(guò)對(duì)IPoC大鼠腦組織進(jìn)行神經(jīng)功能缺損評(píng)分、梗死體積及腦水腫程度測(cè)算，發(fā)現(xiàn)IPoC發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制是通過(guò)抑制HIF-1α的過(guò)度表達(dá)，進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[6]。上述研究證實(shí)了IPoC通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子過(guò)表達(dá)來(lái)發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，為臨床研究提供了新思路。

1.2 核因子 NF-kB/P65 激活的衰減

大量研究證實(shí)核因子 NF-κB/p65 在腦IPoC中起保護(hù)性作用，而在程序性細(xì)胞死亡如細(xì)胞凋亡和自噬性死亡過(guò)程中起破壞性作用，為了探究它在腦IPoC中的保護(hù)機(jī)制，Liang等人對(duì)大腦中動(dòng)脈阻塞大鼠進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)IPoC減弱缺血誘導(dǎo)NF-κB/P65 從細(xì)胞漿到細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而抑制神經(jīng)核中NF-κB/P65的激活來(lái)抑制神經(jīng)元凋亡，最終達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用[7]。

1.3 抑制氧化應(yīng)激

越來(lái)越多的研究已經(jīng)證實(shí)遠(yuǎn)隔肢體IPoC能夠通過(guò)保護(hù)性刺激來(lái)減少缺血再灌注損傷和ROS(活性氧簇)的產(chǎn)生。Li等人通過(guò)對(duì)大腦中動(dòng)脈閉塞大鼠進(jìn)行5 min再灌注/5 min缺血的反復(fù)3個(gè)循環(huán)研究，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)隔肢體IPoC可以通過(guò)上調(diào)Nrf2、HO1、NQO1的表達(dá)和SOD的激活，下調(diào)MDA的表達(dá)來(lái)激活 Nrf2-ARE通路，進(jìn)而通過(guò)減輕氧化應(yīng)激損傷來(lái)顯著地促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)，減少梗死體積，減輕腦水腫，保護(hù)腦組織免受缺血再灌注損傷[8]。

1.4 觸發(fā)自我吞噬

自我吞噬是細(xì)胞內(nèi)一個(gè)至關(guān)重要的細(xì)胞內(nèi)大分子或受損細(xì)胞器的降解途徑[9]。研究者發(fā)現(xiàn)在缺血性腦損傷過(guò)程中自我吞噬可能有助于減輕缺血腦組織的氧化損傷和線粒體損傷[10]。有報(bào)道顯示Bcl-2的磷酸化作用促發(fā)Bcl-2/Beclin1 復(fù)合體(與自我吞噬相關(guān)的分子機(jī)制之一)的解聚[11]。另有研究顯示，通過(guò)激活缺血大腦半球的AKT(蛋白激酶)來(lái)對(duì)大腦中動(dòng)脈阻塞模型的腦組織起到神經(jīng)保護(hù)作用[12]。已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)AKT依賴的自我吞噬途徑在IPoC中起到神經(jīng)保護(hù)作用[13]。

Qi等人通過(guò)對(duì)大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞模型股動(dòng)脈進(jìn)行10 min閉塞/10 min再通的3個(gè)循環(huán)，發(fā)現(xiàn)磷酸化的Bcl-2比例在缺血后處理組中顯著上調(diào)，AKT抑制劑通過(guò)抑制Bcl-2磷酸化來(lái)削弱了IPoC介導(dǎo)的自我吞噬、加重了線粒體損害，通過(guò)檢測(cè)LC3陽(yáng)性斑點(diǎn)，來(lái)評(píng)估不同組的自我吞噬水平，發(fā)現(xiàn)在缺血后處理組LC3II/LC3I (LC3是微管蛋白質(zhì)輕鏈3，經(jīng)過(guò)連續(xù)轉(zhuǎn)換機(jī)制形成LC3I和磷脂酰乙醇胺共軛的LC3II，此兩者表達(dá)在自噬小體薄膜上)比例顯著提高，自我吞噬水平明顯上升，最終Qi等人發(fā)現(xiàn)肢體遠(yuǎn)隔IPoC激活自我吞噬機(jī)制，進(jìn)而減輕線粒體損傷，通過(guò)AKT激活Bcl-2磷酸化，降解Bcl-2/Beclin1復(fù)合體達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用，而且早期實(shí)施IPoC保護(hù)作用更顯著[14]。

1.5 泛連接蛋白1/P2X7 嘌呤受體復(fù)合物途徑

泛連接蛋白(Pannexins)是新被發(fā)現(xiàn)的表達(dá)在腦組織和外周組織的蛋白質(zhì)，包括泛連接蛋白1、2、3(Panx1、2、3)三個(gè)成員，泛連接蛋白寡聚體化后會(huì)在細(xì)胞膜表面形成較大的孔道[15]。在所有的泛連接蛋白中Panx1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大量表達(dá)[16]。有報(bào)道顯示P2X7 嘌呤受體、膜結(jié)構(gòu)被拉伸以及細(xì)胞外高鉀可以激活泛連接蛋白1通道[17]。有研究證實(shí)Panx1和P2X7嘌呤受體通道在功能上是互相聯(lián)系的[18]。Mahi等人通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙側(cè)頸動(dòng)脈閉塞后實(shí)施再灌注會(huì)顯著增大腦梗死體積、提高NSS評(píng)分、造成嚴(yán)重的記憶及運(yùn)動(dòng)功能障礙，而且同時(shí)會(huì)增加腦組織的乙酰膽堿酯酶、硫代巴比妥酸活性物質(zhì)水平，減少谷胱甘肽水平，而實(shí)施IPoC可以減小腦梗死體積，降低NSS評(píng)分，逆轉(zhuǎn)缺血/再灌注引起的記憶和運(yùn)動(dòng)功能障礙，同時(shí)改變腦組織相關(guān)的生化水平，但是預(yù)先應(yīng)用甲氟喹(Panx1/P2X7嘌呤受體阻滯劑)等。以上談及的IPoC的神經(jīng)保護(hù)作用會(huì)極大被削減[19]。

1.6 下調(diào)缺血半影區(qū)的 p38 MAPK-ATF2 通路

越來(lái)越多的證據(jù)證實(shí)，IPoC形成的缺血耐受實(shí)現(xiàn)對(duì)缺血器官的功能保護(hù)涉及許多潛在的機(jī)制，包括大量信號(hào)通路和蛋白激酶[20]。作為促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成員，p38 MAPK可以被環(huán)境應(yīng)激優(yōu)先激活，像紫外線照射、X 射線、熱休克、促炎細(xì)胞因子等這些環(huán)境應(yīng)激可涉及細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡、自我吞噬等多種過(guò)程[21]。p38 MAPK活化加強(qiáng)在應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)元死亡過(guò)程中起關(guān)鍵作用，對(duì)它的抑制明顯減弱腦缺血性損傷，該神經(jīng)保護(hù)作用在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均得到證實(shí)[22]。目前研究表明，大腦中動(dòng)脈閉塞顯著增加了活化的p38 MAPK，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡，然而IPoC或者給予p38 MAPK 抑制劑可以減少磷酸化的p38，進(jìn)而減弱缺血/再灌注損傷，故選擇性地阻斷p38 通路可減弱神經(jīng)元損傷作用，因此Li HAO等人認(rèn)為肢體IPoC可以抑制大鼠腦缺血/再灌注損傷中的 p38 MAPK 信號(hào)[23]。

p38 MAPK 通路對(duì)下游信號(hào)分子起重要調(diào)控作用，發(fā)揮多種細(xì)胞功能。ATF2是其中的一個(gè)下游信號(hào)靶點(diǎn)，它參與了MAPK在細(xì)胞凋亡中的復(fù)雜作用。ATF2 高表達(dá)于腦組織[24]，它通過(guò)磷酸化反應(yīng)被 p38 激活后[25]ATF2 反轉(zhuǎn)錄地調(diào)控大量基因靶點(diǎn)，這些基因靶點(diǎn)調(diào)控其他細(xì)胞通路。Li HAO等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表達(dá)在缺血半影區(qū)的磷酸化ATF2蛋白可以顯著增強(qiáng)缺血腦組織的缺血/再灌注損傷，IPoC或p38 MAPK抑制劑可以抑制此增強(qiáng)作用[23]。故IPoC的神經(jīng)保護(hù)作用可能與下調(diào)缺血半影區(qū)的p38 MAPK-ATF2 通路有關(guān)，并且這些改變可能對(duì)神經(jīng)元的凋亡起抑制作用。

1.7 下調(diào)AQP4在細(xì)胞膜表面的表達(dá)

腦水腫是與缺血再灌注損傷相關(guān)的嚴(yán)重而復(fù)雜的病理過(guò)程，水通道蛋白4(aquaporin4，AQP4)在此過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。AQP4是膜蛋白大家庭中的一員，可以促進(jìn)水的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。AQP4在腦組織中分布十分廣泛，參與腦水腫的形成及水的平衡調(diào)節(jié)，協(xié)助水通過(guò)BBB(血腦屏障)。大量研究表明AQP4在腦水腫的發(fā)病機(jī)制中扮演了舉足輕重的角色，缺乏AQP4的大鼠在局灶性腦缺血早期以及全腦缺血時(shí)可以免受腦水腫損害，它的抑制劑可以顯著減少與缺血損傷有關(guān)的腦水腫體積。Han等人證實(shí)IPoC通過(guò)抑制AQP4，抑制腦水腫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)功能保護(hù)[26]。另有研究證實(shí)遠(yuǎn)隔IPoC組的AQP4表達(dá)顯著減少，通過(guò)下調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞膜表面的AQP4來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)隔IPoC在局灶腦缺血模型中的腦保護(hù)作用。

2 IPoC是腦卒中治療中簡(jiǎn)單的、十分有應(yīng)用前景的方法

2.1 按作用時(shí)間分為早期IPoC、延遲IPoC，然而兩者的聯(lián)合效應(yīng)更顯著，通過(guò)早期和延遲后處理的聯(lián)合可以減少缺血腦組織的最終梗死體積、穩(wěn)定腦血流、減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，同時(shí)還可以減輕腦水腫，以上效應(yīng)是通過(guò)加強(qiáng)缺血腦組織大腦皮層中 ERK1/2和CREB 的磷酸化，進(jìn)而增加腦神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子[BDNF，包括ERK1/2(細(xì)胞外信號(hào)相關(guān)蛋白激酶1/2)和CREB(cAMP反應(yīng)元件相關(guān)蛋白)]的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[27]。

2.2 按作用方法分為(1)藥物IPoC：紅藻氨酸后處理、丙泊酚后處理、納洛酮后處理、七氟烷后處理、異氟烷后處理、右旋美托咪啶后處理、鹽酸戊乙奎醚后處理等；(2)物理IPoC：低壓缺氧后處理、延遲缺氧后處理、氧糖剝奪后處理、緩激肽后處理等。

3 展 望

許多神經(jīng)保護(hù)措施的有效性只是暫時(shí)的，帶給我們一種假象，IPoC的腦保護(hù)作用具有相對(duì)持久性，與溶栓時(shí)間窗比較，IPoC能夠在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間窗內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)腦保護(hù)。早期有效的溶栓治療已成為公認(rèn)有效的缺血性腦卒中的治療手段，但同時(shí)再灌注損傷以及t-PA所帶來(lái)的神經(jīng)損傷是溶栓治療的明顯副作用，而IPoC能明顯降低再灌注所帶來(lái)的神經(jīng)損傷，同時(shí)減輕t-PA 在溶栓的同時(shí)所帶來(lái)的神經(jīng)毒性作用，所以如果將IPoC應(yīng)用于缺血溶栓治療之后可以彌補(bǔ)溶栓所帶來(lái)的神經(jīng)損傷，改善神經(jīng)功能。此外，發(fā)生腦出血后在相對(duì)非重要器官比如下肢進(jìn)行IPoC或能夠直接給予某些藥物來(lái)實(shí)現(xiàn)IPoC，能夠更好地實(shí)現(xiàn)腦保護(hù)?？傊?，IPoC有較好的臨床應(yīng)用前景，然而關(guān)于IPoC的有效時(shí)間窗、閉塞/開放模式、確切機(jī)制等問(wèn)題尚需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究以及臨床應(yīng)用。

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(2016-07-02收稿 2016-07-26修回)

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12541313)；國(guó)家自然科學(xué)基金(81371324)

150086 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科[陳志敏 陳麗霞 張薈雪 王健健 楊永梅 王麗華(通信作者)]

R743.3

A

1007-0478(2017)02-0150-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.02.020