朱敬敬，楊艷鋒，盧瑞瑞，李曉暉，陳文武

（河南大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南 開封）

0 引言

腦血管病是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，具有較高的發(fā)病率、死亡率、病死率，給社會、政府及家庭帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。中風(fēng)主要分為缺血性腦卒中與出血性腦卒中兩大類，最近的一項研究表明，87%的中風(fēng)是缺血性中風(fēng)[1]。目前，缺血性腦卒中的治療主要以恢復(fù)腦血液循環(huán)和保護(hù)腦組織為主，強調(diào)了溶栓藥物和神經(jīng)保護(hù)藥物聯(lián)合應(yīng)用的必要性[2]。臨床上缺血性腦卒中的早期治療以溶栓和取栓為主，重組組織纖溶酶原激活物（recombinant tissue-type plasminogen activator，rt-PA）是唯一被FDA認(rèn)證有效的急性缺血性腦血管病溶栓治療藥物，但由于其嚴(yán)格的時間窗限制（發(fā)病后3-4.5小時），且治療后有一定的出血風(fēng)險，臨床上真正能得到治療的患者相對較少。因此，應(yīng)在溶栓的同時強調(diào)神經(jīng)保護(hù)，逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元的凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，缺血后神經(jīng)保護(hù)治療可顯著延長溶栓治療的時間窗[3-5]。因此，必須結(jié)合缺血性腦卒中的病因病理，尋找合適的治療藥物，探索神經(jīng)保護(hù)藥物的潛在治療靶點。

1 缺血性腦卒中的病理生理機制

1.1 興奮性氨基酸毒性

興奮性氨基酸毒性是腦缺血損傷后致使細(xì)胞發(fā)生凋亡、壞死的初始動因[6]。興奮性氨基酸（主要為天冬氨酸和谷氨酸）是腦內(nèi)含量最多的氨基酸。其中谷氨酸是脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要的興奮性遞質(zhì)。適量的谷氨酸是維持細(xì)胞正常生理活動所必需的，但當(dāng)胞外谷氨酸濃度過高時則會產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。谷氨酸在神經(jīng)系統(tǒng)滅活的唯一途徑是通過神經(jīng)細(xì)胞（主要為星形細(xì)胞）再攝取和吸收，然而當(dāng)發(fā)生缺血性腦損傷時，大量的谷氨酸不能被神經(jīng)元以及星形膠質(zhì)細(xì)胞正常攝取，從而破壞其動態(tài)平衡，使谷氨酸大量富集，受體被過度激活，引起鈣離子超載、自由基產(chǎn)生等一系列的級聯(lián)反應(yīng)，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的毒性作用，引起神經(jīng)元的大量死亡[7]。

1.2 鈣超載

發(fā)生缺血性腦卒中時腦組織處于能量剝奪狀態(tài)，大腦的耗氧量相對于其重量來說是非常高的（約占機體耗氧量的20%），且必須通過線粒體電子傳遞鏈產(chǎn)生足夠的ATP來維持和恢復(fù)離子梯度。在細(xì)胞水平上，缺血導(dǎo)致氧化磷酸化和ATP合成的失敗，導(dǎo)致ATP在2分鐘內(nèi)被消耗完，對Na+/K+ATP酶泵造成不利影響，導(dǎo)致質(zhì)膜去極化，釋放的鉀離子進(jìn)入細(xì)胞外，鈉離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。而且，Ca2+泵失活，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度急劇升高[8]，大量的Ca2+在細(xì)胞內(nèi)富集，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)Ca2+超負(fù)荷，同時膜上的離子泵發(fā)生癱瘓，不能正常運輸Ca2+，從而影響Ca2+涉及到的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高可激活磷脂酶A2和磷脂酶C，使膜磷脂降解，產(chǎn)生大量游離脂肪酸，尤其是花生四烯酸，其在代謝過程中產(chǎn)生血栓素、白三烯，一方面產(chǎn)生大量自由基，造成膜的脂質(zhì)過氧化，破壞生物膜，加重細(xì)胞損害，另一方面可激活血小板，形成微血栓，增加梗死范圍。

1.3 炎癥反應(yīng)

炎癥是腦血管疾病尤其是缺血性卒中病理生理過程中的重要環(huán)節(jié)[9]。許多研究表明缺血后的神經(jīng)炎癥是缺血后長期預(yù)后的重要因素[10,11]。腦缺血后的炎癥反應(yīng)由多種因素引起，如活性氧的形成、細(xì)胞的壞死、組織的損傷，這些因素可激活炎癥細(xì)胞[12-15]。腦缺血后的炎癥過程涉及不同的細(xì)胞類型、炎性細(xì)胞因子和細(xì)胞受體。

腦損傷后，最初的炎癥反應(yīng)是由小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和募集介導(dǎo)的[16-18]。小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)的固有巨噬細(xì)胞，在腦損傷后高度活化[19]。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6及其他潛在的細(xì)胞毒性分子如前列腺素類、ROS、NO[20-22]。此外，中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的增加在短暫性腦缺血中也有報道[23]。白細(xì)胞通過血腦屏障的轉(zhuǎn)運似乎受到CAMs和趨化因子信號的調(diào)控[24]。星形膠質(zhì)細(xì)胞甚至神經(jīng)元也會導(dǎo)致腦炎癥，這些細(xì)胞會產(chǎn)生幾種抗炎因子和趨化因子，從而招募單核細(xì)胞[25-28]。這些細(xì)胞共同作用，最終導(dǎo)致缺血后腦損傷。

細(xì)胞因子在驗證機制中起關(guān)鍵作用，并參與了與中風(fēng)相關(guān)的腦損傷[29]。促炎細(xì)胞因子主要有TNF-α、IL-1β、IL-6和趨化因子。有研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元在永久性或短暫性腦缺血后IL-1增加[30]。IL-1通過增加內(nèi)皮細(xì)胞上的黏附分子如e-選擇素、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1的表達(dá)增加白細(xì)胞的浸潤，導(dǎo)致血腦屏障的破壞[31-33]。有研究表明，給予重組IL-1受體拮抗劑可減少組織壞死和梗死體積[34]。

1.4 神經(jīng)元凋亡

正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞的死亡包括壞死和凋亡兩種途徑。細(xì)胞凋亡或程序性細(xì)胞死亡是一個與基因組斷裂相關(guān)的過程，其特征是細(xì)胞皺縮、染色質(zhì)聚集、細(xì)胞膜和線粒體完整，不引起周圍組織的炎癥和損傷。相反，壞死是一個未被調(diào)控或程序化的過程，通常是嚴(yán)重腦缺血的結(jié)果，其特征是嚴(yán)重線粒體損傷引起的能量衰竭破壞了細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、膜溶解、炎癥、血管損傷和水腫形成。實驗研究提示嚴(yán)重缺血誘發(fā)壞死，輕度缺血誘導(dǎo)凋亡。這解釋了為什么缺血中心區(qū)發(fā)生壞而半暗區(qū)以細(xì)胞凋亡為主。神經(jīng)細(xì)胞的凋亡是腦缺血再灌注損傷過程中引起神經(jīng)系統(tǒng)受損的主要機制。當(dāng)發(fā)生急性缺血時，其梗死區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞已壞死，而缺血半暗帶區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞處于逐漸凋亡的狀態(tài)，仍具有生理活性。因此，搶救該區(qū)域抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡是治療腦卒中的重中之重[35]。目前，公認(rèn)的細(xì)胞凋亡途徑有兩條，一個是線粒體依賴的內(nèi)在途徑，另一個是受體介導(dǎo)的外在途徑[36,37]。

線粒體中的細(xì)胞死亡信號通路在缺血的大腦中被證實與線粒體細(xì)胞色素c的釋放有關(guān)。細(xì)胞色素c是一種水溶性的線粒體外周膜蛋白，是線粒體呼吸鏈的重要組成部分[38]。細(xì)胞色素c與CED-4同系物、Apaf-1（凋亡蛋白酶激活因子）和脫氧三磷酸腺苷相互作用，形成凋亡小體，導(dǎo)致caspase-9、Smac的激活[39-41]。caspase-9可能是細(xì)胞色素c依賴的caspase級聯(lián)的啟動子，繼續(xù)激活其下游分子caspase-3，引起細(xì)胞凋亡[42]。腦缺血研究中，caspase-3和caspase-9被證實在缺血后神經(jīng)元死亡中起關(guān)鍵作用[43,44]。另一方面，Sma通過約束IAP（凋亡抑制蛋白）促進(jìn)caspase-3的激活，最終引起細(xì)胞凋亡[45]。Bcl-2家族蛋白具有一個或多個Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域，通過調(diào)節(jié)線粒體膜的通透性在細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用[46]。Bcl-2家族包括兩類，其中Bax、Bcl-XS、Bak、Bid、Bad為促凋亡蛋白，Bcl-2和Bcl-XL為抗凋亡蛋白。在局灶性腦缺血后，Bcl-2過表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠的梗塞灶減小[47]。

凋亡的死亡受體通路是由死亡受體家族成員啟動的，如Fas受體和腫瘤壞死因子（TNF）受體。在Fas受體途徑中，細(xì)胞外Fas配體（FasL）首先與受體和適配器分子Fas相關(guān)死亡域（FADD）蛋白結(jié)合，然后激活procaspase-8[48]，隨后caspase-8激活caspase-3，最終導(dǎo)致DNA損傷和細(xì)胞死亡。Caspase-8還可以截斷并激活Bcl-2家族蛋白之一的Bid，并啟動線粒體凋亡通路。

2 總結(jié)與展望

總之，腦缺血后，自由基損傷、細(xì)胞凋亡以及炎癥反應(yīng)等均參與了缺血的損傷過程，由于各種因素發(fā)生的時間不同但又相互作用，相輔相成，共同導(dǎo)致了疾病的發(fā)生、發(fā)展，形成復(fù)雜的缺血級聯(lián)通路。因此，一種基于多種作用機制的神經(jīng)保護(hù)措施是合乎邏輯的，有望成為神經(jīng)保護(hù)藥物的研究方向。