張博文，張 兵

迄今為止，在全世界范圍內(nèi)急性缺血性腦卒中所造成的危害仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的問題，尤其是在中低等收入國(guó)家愈發(fā)明顯，急性腦缺血缺氧所造成的細(xì)胞損傷可以導(dǎo)致機(jī)體殘疾甚至是死亡[1]?，F(xiàn)在仍然缺乏有效的臨床手段來(lái)減輕由缺血所引起的腦損傷[2]。因此，尋找新型有效的治療方法對(duì)于缺血性腦卒中的治療有深遠(yuǎn)意義。高壓氧(hyperbaric oxygen，HBO)已被應(yīng)用于多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中，其治療安全性在各個(gè)年齡段或者群體中都得以展現(xiàn)，其中也包括新生兒[3]。近期有研究表明，高壓氧可以通過(guò)提高腦缺血耐受性、抗氧化應(yīng)激以及抑制細(xì)胞凋亡過(guò)程等機(jī)制到達(dá)神經(jīng)保護(hù)的目的[4]。本研究就高壓氧治療在腦保護(hù)方面的作用機(jī)制最新研究進(jìn)展作一闡述。

1 高壓氧概述

高壓氧治療作為一種輔助治療手段，其可以通過(guò)增加氧張力和對(duì)缺氧組織氧的輸送來(lái)改善或者治愈缺氧性疾病[5]，還可以改善腦組織微循環(huán)以及有效恢復(fù)缺血腦組織氧供[6]，這也為其在研究腦保護(hù)作用機(jī)制的實(shí)驗(yàn)中提供了重要依據(jù)。

2 高壓氧在缺血性腦卒中治療中的作用機(jī)制

2.1 抑制細(xì)胞凋亡

2.1.1 增強(qiáng)沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SirT1)的表達(dá) SirT1是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+依賴性蛋白脫乙酰酶，可以通過(guò)抑制p53蛋白表達(dá)從而達(dá)到抑制細(xì)胞凋亡的目的[7]。Yan等[8]通過(guò)建立大鼠大腦中動(dòng)脈栓塞(MCAO)模型研究發(fā)現(xiàn)，利用高壓氧預(yù)處理大腦中動(dòng)脈阻塞2 h后大鼠，在其缺血再灌注損傷后24 h和7 d，分別測(cè)定SirT1的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中SirT1表達(dá)明顯高于未被高壓氧預(yù)處理的對(duì)照組，并且同時(shí)減小了腦梗死面積，而當(dāng)使用SirT1的抑制劑或者使用siRNA敲除SirT1基因后，高壓氧治療的上述作用明顯減弱。因此，高壓氧治療可以通過(guò)增強(qiáng)SirT1的表達(dá)而抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，對(duì)缺血性腦卒中起到保護(hù)作用。

2.1.2 抑制細(xì)胞能量的衰減 ATP的減少在細(xì)胞凋亡中扮演著重要的角色[9]。同時(shí)有研究表明，NAD可以通過(guò)增加SirT1的活性，抑制細(xì)胞凋亡，從而達(dá)到保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的作用[10]。Hu等[11]通過(guò)用高壓氧處理大腦中動(dòng)脈阻塞的高血糖大鼠發(fā)現(xiàn)，其可以通過(guò)激活A(yù)TP/NAD+/SirT1通路，降低ATP和NAD的衰減程度，改善血腦屏障的功能，抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，縮小腦缺血梗阻面積，從而達(dá)到腦保護(hù)的目的。

2.2 抑制炎癥反應(yīng)

2.2.1 抑制環(huán)氧合酶-2(COX-2)的生成 COX-2是前列環(huán)素合成的限速酶之一，是腦缺血發(fā)生時(shí)炎癥反應(yīng)的核心調(diào)節(jié)因子[12]。在小鼠全腦缺血后，其受損的海馬體中COX-2水平顯著升高，而在COX-2基因缺陷小鼠中，海馬體神經(jīng)元損傷程度低于正常組小鼠，說(shuō)明抑制COX-2表達(dá)可以減輕腦缺血性損傷[13]。 Cheng等[14]運(yùn)用大鼠全腦缺血模型研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)腦缺血大鼠應(yīng)用高壓氧預(yù)處理后，利用免疫印跡法分別測(cè)定其缺血后1 d海馬體和大腦皮層COX-2及其下游分子的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照組，COX-2及其下游分子表達(dá)明顯降低，神經(jīng)元存活數(shù)量顯著增加，同時(shí)還降低其死亡率，因此，高壓氧可以通過(guò)降低COX-2水平，抑制炎癥反應(yīng)，從而達(dá)到腦保護(hù)的作用。研究中還發(fā)現(xiàn)高壓氧預(yù)處理(hyperbaric oxygen preconditioning，HBO-PC)的腦保護(hù)作用均可被選擇性COX-2抑制劑NS-398所阻斷，由此可證實(shí)COX-2的活化在HBO-PC治療中具有重要作用，然而研究者指出在此情況下COX-2通路的分子機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。

2.2.2 抑制髓過(guò)氧化物酶(MPO)的表達(dá) 臨床研究表明，MPO的表達(dá)通常用來(lái)評(píng)估急性炎癥反應(yīng)的程度，其水平的增高會(huì)引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[15]。Lee等[16]應(yīng)用大鼠MCAO模型研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧治療組大鼠腦中缺血半影區(qū)MPO的表達(dá)情況明顯低于對(duì)照組，并且隨著治療時(shí)間的延長(zhǎng)，MPO表達(dá)逐漸減少，說(shuō)明高壓氧治療可以通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)從而起到神經(jīng)保護(hù)作用。

2.3 抗氧化應(yīng)激

2.3.1 抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的活性 氧化應(yīng)激是腦缺血再灌注損傷的一個(gè)主要因素[17]，而其作用的重要機(jī)制包括MMP的激活[18]。有研究證實(shí)，MMP在腦缺血損傷中起著廣泛的作用，包括細(xì)胞外基質(zhì)的重塑以及對(duì)血腦屏障的破壞[19]。Soejima等[20]應(yīng)用高壓氧預(yù)處理高血糖的MCAO大鼠，確定其是否會(huì)通過(guò)缺血前活性氧(ROS)增加以及抑制血清內(nèi)MMP-2和MMP-9的活性途徑改善腦出血性轉(zhuǎn)化。該研究運(yùn)用活性氧清除劑n -乙酰半胱氨酸(NAC)、缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)及其抑制劑2-甲氧雌二醇(2ME2)、催化劑氯化鈷(CoCl2)以及基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑SB-3CT等藥物進(jìn)行對(duì)比，在大鼠腦缺血后的24 h和7 d內(nèi)，評(píng)估神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)分、腦梗死面積、出血體積以及HIF-1α的表達(dá)及其下游MMP-2和MMP-9的活性情況。結(jié)果顯示，高壓氧處理的高血糖MCAO大鼠較對(duì)照組HIF-1α的表達(dá)及其下游的MMP-2和MMP-9活性均受到了抑制，而且神經(jīng)功能得以改善，腦梗死面積及出血體積明顯減小。因此，高壓氧可以通過(guò)抑制MMP-2和MMP-9的活性，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)血腦屏障，達(dá)到腦保護(hù)的作用。

2.3.2 促進(jìn)核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)的表達(dá) Nrf2是內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，在氧化應(yīng)激條件下會(huì)與抗氧反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，啟動(dòng)下游大量的抗氧化酶基因轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮抗氧化保護(hù)作用[21]。Zhai等[22]應(yīng)用SD大鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高壓氧處理的正常SD大鼠，隨著治療時(shí)間延長(zhǎng)，其體內(nèi)Nrf2的表達(dá)顯著增加，而高壓氧處理的腦缺血SD大鼠，其梗死面積顯著縮小，同時(shí)減輕了神經(jīng)元損傷、減少了細(xì)胞凋亡以及增加了Nrf2的表達(dá)。因此，高壓氧可以通過(guò)增加Nrf2的表達(dá)，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，縮小腦梗死面積，發(fā)揮腦保護(hù)的作用。

2.4 促進(jìn)血管生成 有研究表明，新的血管生成有利于包括神經(jīng)和突觸形成在內(nèi)的神經(jīng)修復(fù)過(guò)程，可以促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)[23]。Duan等[24]研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧處理MCAO大鼠48 h后其梗死面積縮小了近50%，并且相對(duì)于對(duì)照組姿勢(shì)反射測(cè)驗(yàn)得分增高，經(jīng)高壓氧治療的大鼠其得分顯著降低，神經(jīng)功能明顯恢復(fù)，而此時(shí)其腦缺血半影區(qū)微血管密度顯著增加，說(shuō)明高壓氧可以通過(guò)血管生成的方式降低缺血后腦損傷的程度，并且有利于神經(jīng)功能改善，從而達(dá)到腦保護(hù)作用。

2.5 促進(jìn)溶栓 迄今為止，重組組織型纖溶酶原激活劑(recombinant tissue plasminogen activator，rtPA)被認(rèn)為是治療急性腦缺血最合適的藥物之一。Chazalviel等[25]研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧可以明顯提高rtPA在體外的催化和溶栓效率，并且可以有效恢復(fù)大鼠血栓栓塞性腦缺血的腦血流量，值得注意的是，高壓氧治療時(shí)間僅5 min便可以減少其腦損傷和腦水腫，其機(jī)制為通過(guò)促進(jìn)溶栓來(lái)提供神經(jīng)保護(hù)的作用。由此可見，高壓氧可以通過(guò)增加rtPA的溶栓效率，促進(jìn)體內(nèi)的溶栓進(jìn)程，從而減少血栓栓塞性腦缺血大鼠的腦損傷和腦水腫，達(dá)到腦保護(hù)的目的。

2.6 增加骨橋蛋白(OPN)的表達(dá) OPN是一種與多種病理生理過(guò)程相關(guān)的磷化蛋白。有研究表明，在蛛網(wǎng)膜下腔出血后，OPN可以明顯減輕腦損傷[26]，并且經(jīng)凝血酶切割的OPN可以減少腦缺血細(xì)胞的凋亡[27]。Hu等[28]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高壓氧處理的MCAO大鼠，其腦內(nèi)OPN的表達(dá)增加，并且其神經(jīng)系統(tǒng)的預(yù)后明顯優(yōu)于對(duì)照組。然而當(dāng)使用siRNA將OPN的表達(dá)基因敲除后，高壓氧治療效果會(huì)被明顯消除，腦梗死面積增大。由此證明高壓氧通過(guò)增加了大鼠腦內(nèi)OPN的表達(dá)，減少了梗死面積，改善了大鼠在局部缺血性腦卒中后的病理?yè)p傷，從而起到了神經(jīng)保護(hù)的作用。

3 總結(jié)與展望

高壓氧可以通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡以及炎癥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激、促進(jìn)血管生成、促進(jìn)溶栓以及增加OPN的表達(dá)等多種機(jī)制達(dá)到腦保護(hù)的目的，應(yīng)用于缺血性腦卒中的治療具有重要的臨床意義。但其是否可以通過(guò)其他機(jī)制發(fā)揮腦保護(hù)作用，或者是否會(huì)對(duì)缺血性腦卒中在某些方面造成一定的危害，則有待進(jìn)一步的研究。因此，開展高壓氧的功能性研究具有重要的研究?jī)r(jià)值以及應(yīng)用前景。