劉小菊，張潤峰

小腦在機體中主要參與肢體活動及運動的調節(jié)，但隨著對小腦功能研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)小腦的功能遠比以往的認識復雜，小腦頂核還參與心腦血管、呼吸及消化等內臟活動的調節(jié)。有研究[1,2]發(fā)現(xiàn)，電刺激通過小腦頂核的過路神經(jīng)纖維，可引起血壓升高、反射性血管擴張和腦血流量增加，稱之為頂核加壓反應（fastigial pressor response,FPR）。之后，大量研究證實電刺激小腦頂核可通過條件性中樞神經(jīng)源性神經(jīng)保護作用對心腦血管產(chǎn)生保護。采用仿生物電模擬實驗性小腦頂核電刺激而研制的小腦電刺激儀，經(jīng)臨床試驗證明對心腦血管疾病如腦梗死、偏頭痛、血管性癡呆、心律失常等有一定的治療作用。

1 小腦頂核的生理功能

小腦頂核（fastigial nucleus, FN）位于第四腦室頂部，內部包含各類細胞（主要是腎上腺素能固有神經(jīng)細胞）及神經(jīng)纖維，細胞主要分布于內側部，神經(jīng)纖維束呈網(wǎng)狀穿梭于外側部。目前的研究[3]證據(jù)表明，小腦與下丘腦之間存在雙向且直接的神經(jīng)纖維投射結構，即小腦-下丘腦投射和下丘腦-小腦投射，兩者構成了小腦-下丘腦神經(jīng)通路環(huán)路。小腦-下丘腦的投射纖維起源于小腦頂核等三個深部核團的神經(jīng)元，途經(jīng)小腦上腳上行廣泛投射至下丘腦外側核、背內側核、腹內側核、室旁核等重要核團。研究[4,5]發(fā)現(xiàn)小腦頂核外側部神經(jīng)纖維不僅投射至下丘腦，而且還廣泛投射至孤束核、孤束旁核、舌下神經(jīng)核和迷走神經(jīng)背核，并影響心血管、胃腸等內臟器官活動。FN發(fā)出神經(jīng)纖維至網(wǎng)狀結構，網(wǎng)狀結構再發(fā)出神經(jīng)纖維到脊髓胸腰段的交感神經(jīng)低級中樞以及迷走神經(jīng)背核等部位，最后通過交感和迷走神經(jīng)而發(fā)揮作用，從而對心腦等重要器官產(chǎn)生缺血保護作用，這種作用的實現(xiàn)是通過上訴神經(jīng)環(huán)路來介導的，故稱為條件性中樞神經(jīng)源性神經(jīng)保護[6]。在機體發(fā)生缺血、缺氧損傷時，小腦頂核腎上腺素固有神經(jīng)元接受這些刺激，通過中樞神經(jīng)源性神經(jīng)保護作用，對心、腦等重要器官產(chǎn)生缺血性保護作用，減輕缺血損傷[7,8]。

2 小腦頂核電刺激的作用機制

2.1 改善血液流變學 細胞間粘附分子（intercellular adhesion molecule,ICAM）可引起急性腦缺血后繼發(fā)性神經(jīng)損害，其作用機制如下：細胞間粘附因子作為細胞表面糖蛋白分子，可促進炎癥反應中白細胞的粘附以及活化，活化的白細胞除了引起微循環(huán)通道的機械性阻塞，還可釋放大量的氧自由基和炎性介質、細胞因子等，損傷血管內皮，增加血管通透性[9]。黃文等[10]在小腦頂核電刺激對急性腦缺血大鼠動物模型的研究中發(fā)現(xiàn)，腦缺血∕再灌注后各時間點大鼠腦毛細血管內皮細胞和多形核細胞的黏附力和黏附應力均明顯高于正常對照組和偽手術組；電刺激小腦頂核后，毛細血管內皮細胞和多形核細胞的黏附力和黏附應力均明顯下降。表明在腦缺血∕再灌注損傷后，電刺激小腦頂核可抑制毛細血管內皮細胞和多形核細胞的黏附，減輕腦血管內皮細胞損傷，改善缺血區(qū)腦血流情況。研究[11]表明，血管內皮生長因子（vascular en?dothelial growth factor, VEGF）是血管生成促進因子，可直接作用于血管內皮細胞，刺激血管內皮細胞的增殖、遷移，促進血管生成，松弛血管平滑肌，緩解毛細血管痙攣，改善微循環(huán)，防止腦組織發(fā)生繼發(fā)性損傷；同時VEGF可直接作用于神經(jīng)細胞膜上的酪氨酸激酶受體，觸發(fā)神經(jīng)保護與神經(jīng)再生信號傳導，促進神經(jīng)功能恢復。電刺激小腦頂核可通過保護腦毛細血管內皮細胞、促進毛細血管再生，從而改善微循環(huán)、建立側枝循環(huán)、增加大腦半球血流改善腦缺血狀態(tài)，其作用機制與電刺激可促進血管VEGF及其受體的表達有關[12,13]。

2.2 抑制細胞凋亡 細胞凋亡是缺血性腦血管病損傷反應病理過程中的重要環(huán)節(jié)，為缺血神經(jīng)元死亡的主要形式。缺血再灌注損傷可導致神經(jīng)細胞增殖、遷移、侵襲能力下降，加速細胞凋亡。腦缺血再灌注后神經(jīng)元凋亡受一系列基因調控，涉及許多基因的表達及相互影響。Bcl 家族是重要的凋亡調控基因，包括凋亡抑制基因Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-W 等和促凋亡基因如Bak、Bad、Bax、Bcl。Bax作為促凋亡基因，主要通過與線粒體結合，增強細胞外膜的通透性，促進線粒體中的蛋白質如細胞色素釋放，引起一系列反應，促進細胞凋亡。而Bcl-2 則會阻止Bax 與線粒體結合，從而抑制細胞凋亡[14]。凋亡的發(fā)生可能與NF-κB（nu?clear factor kappa-B,NF-κB）信號通路有關，NF-κB的活化在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中通過激活Bcl-x、Bcl-2、的表達調控神經(jīng)細胞存活。何蘭英等[15]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)NS 在增加核因子NF-κB表達的同時，Bcl-xL 的表達也相應增加，表明FNS可通過增加核因子NF-κB生成，增加抗調亡因子Bcl-xL的表達，減輕腦梗死體積。蔣開夫等[16]研究發(fā)現(xiàn)，電刺激小腦頂核增強局灶性缺血再灌注大鼠凋亡抑制蛋白Bcl-xL的表達。下調促凋亡蛋白Bax 的表達，抑制局灶性缺血再灌注后神經(jīng)細胞凋亡，可能是其中樞神經(jīng)源保護作用機制之一。

半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase）家族參與了凋亡的過程，Caspase 活化是早期凋亡的標記，活化增加了細胞內鈣、活性氧以及線粒體細胞色素C 的釋放，通過一系列級聯(lián)反應導致細胞死亡。Caspase-3是Caspase 家族中調控凋亡最直接的基因，可以降解細胞核中的多種底物蛋白，如細胞周期調節(jié)因子、脫氧核糖核酸（desoxyribonucleic acid,DNA）結合蛋白和Bcl-2 蛋白家族。Zhang Lei 等[17]對活化的Caspase-3進行了免疫染色，發(fā)現(xiàn)細胞凋亡在腦卒中大鼠明顯升高，小腦FNS 顯著降低Caspase-3 的表達水平，提示FNS通過抑制Caspase-3水平起到抗凋亡作用。

2.3 抑制細胞炎性反應 炎癥是腦缺血的關鍵病理生理過程，缺血缺氧刺激能促進微血管內皮細胞產(chǎn)生一系列分子，其中包括細胞間粘附分子和血管細胞粘附分子，這些分子觸發(fā)了淋巴細胞和單核細胞或巨噬細胞向腦組織的遷移、粘附，釋放多種促炎細胞因子，如白介素-1β、腫瘤壞死因子-α、白介素-12，白介素-6，同時這些細胞還釋放一氧化氮及氧自由基，導致神經(jīng)元細胞死亡，進一步促進炎癥反應[18,19]。研究[2]表明，缺血發(fā)作前電刺激可減少缺血半影區(qū)細胞間粘附分子-1、誘生型一氧化氮合酶炎性因子的表達，提示FNS 通過降低腦血管細胞粘附分子及促炎因子對腦血管起保護作用；NF-κB激活被認為是介導腦缺血／再灌注后炎性反應的中心環(huán)節(jié)，活化的NF-κB轉位入核，啟動多個基因的轉錄表達，參與并調控機體炎癥和免疫應答。萬東等[20,21]研究發(fā)現(xiàn)：大鼠局灶腦缺血／再灌注后缺血腦組織中NF-κB 活化明顯，活性增強，F(xiàn)NS 可下調NF-κB 活化程度，這可能是FNS 具有“抗炎”作用的重要機理之一。另有研究[22]顯示，缺血再灌注后24 h，NF-κB 和TNF-α 表達明顯增加，NFκB蛋白大量從胞漿移位至胞核，也證實了腦缺血后，NF-κB被活化并且其表達增加，誘導靶基因TNF-α表達，參與了腦缺血再灌注后的神經(jīng)損傷過程。

2.4 抑制梗死周圍電活動 除了缺血中心區(qū)的腦組織壞死，局灶性腦缺血可誘發(fā)神經(jīng)元膜電位缺血半暗帶的不穩(wěn)定性，導致梗死病變周圍反復發(fā)生不規(guī)則去極化和形成梗死周圍去極化波（peri-infarction de?poiorizing waves,PIDs）。研究[19]表明，當腦血流減少到對照水平的20%時，產(chǎn)能代謝停止，發(fā)生缺氧性去極化，K+和大量的神經(jīng)遞質釋放到細胞間隙，產(chǎn)生皮層擴散抑制。在缺血條件下，皮層擴散抑制可在局灶缺血損傷的周圍反復出現(xiàn)，高K+是維持其擴布的動力，電刺激FN后，神經(jīng)元膜表面K+通道開放時間延長，細胞外鉀離子內流增加，膜靜息電位升高，興奮性下降，抑制缺血引起的梗死周圍去極化波的產(chǎn)生及傳導，從而對缺血缺氧后神經(jīng)元細胞起到保護作用[23,24]。

2.5 神經(jīng)元細胞保護作用 缺血性腦損傷中神經(jīng)元死亡的主要機制之一是興奮性毒性，這是由谷氨酸受體的過度激活和隨后過量的Ca2+內流和超載引起的，進而激活一氧化氮合酶表達，增加一氧化氮（nitric ox?ide,NO）合成。NO通過多種機制介導神經(jīng)損傷，如過氧亞硝酸鹽的產(chǎn)生、DNA 損傷、三磷酸腺苷（adenos?ine triphosphate, ATP）生成酶的抑制等[23]。在腦缺血損傷過程中，鈣離子過度內流入細胞，產(chǎn)生多種鈣依耐性水解酶，包括磷脂酶、蛋白激酶、核酸內切酶、黃嘌呤氧化酶，破壞生物膜及細胞骨架及分解核酸，并通過黃嘌呤氧化酶的增加產(chǎn)生更多氧自由基，造成氧化應激-鈣超載惡性循環(huán)，損害細胞結構和功能，嚴重者引起細胞凋亡，加劇氧化應激損害[25]。鄧志寬等[26]的研究表明，缺血后l-24h,鈣蛋白酶活性不斷增高，電刺激FN 可使其活性增高程度顯著減低。在缺血后12h 內，電刺激FN 使神經(jīng)元形態(tài)及數(shù)量評分顯著下降。FNS 可通過抑制鈣蛋白酶活性從而對神經(jīng)元細胞起保護作用。

神經(jīng)肽Y（Neuropeptide Y,NPY）是交感神經(jīng)的活性物質，NPY 可提高細胞內Ca2+濃度，激活蛋白激酶，還可經(jīng)突觸前機制抑制迷走神經(jīng)釋放乙酰膽堿遞質，擴張動脈，增加局部腦血流，從而減小梗死體積，延長半暗帶神經(jīng)元存活時間[27]。董榮真等[28]的研究表明：FNS 對腦梗死的治療作用機制可能與其降低血漿NPY 有關，血漿NPY 水平降低，將有利于腦血管的舒張，改善腦血液循環(huán)，有助于受損腦組織的修復。

2.6 調節(jié)氧化應激損傷 正常生理條件下，低水平的活性氧在信號和代謝途徑中起著重要作用，但在缺血缺氧損傷的情況下，大量氧自由基生成，氧化脂質、蛋白質、DNA 等造成細胞損傷，而內源性抗氧化系統(tǒng)的活性對缺血再灌注后神經(jīng)元的保護起到了至關重要的作用。研究[29]表明，誘生型環(huán)氧化酶（Cyclooxygen?ase-2,COX-2）是自由基和炎癥介質產(chǎn)生的關鍵酶，小腦頂核電刺激可通過抑制COX-2信使核糖核酸和蛋白在局部腦缺血半暗區(qū)的表達改善腦缺血部位氧化應激狀態(tài)；張潤峰等[30]的研究也表明FNS 可升高超氧化物歧化酶活性及總抗氧化能力，降低丙二醛含量，證實FNS能有效降低氧自由基對心腦血管的損害。

3 小腦頂核電刺激與腦科疾病

腦血管病死是具有高致殘率及死亡率的一類疾病，嚴重威脅著人類健康?；A實驗研究表明，小腦頂核電刺激可通過中樞神經(jīng)源性神經(jīng)保護作用，改善缺血性腦損害。從1997年Reis等[31]發(fā)現(xiàn)，電刺激大腦中動脈梗死大鼠的小腦頂核后，可使梗死體積減少50%以上，人們對小腦頂核電刺激在腦血管疾病方面的研究越來越多，大量研究表明，小腦頂核電刺激可通過抑制炎性反應、降低缺血半暗帶的電興奮性、抑制神經(jīng)元凋亡、促進神經(jīng)細胞結構重建和功能恢復、促進內源性神經(jīng)干細胞生長等發(fā)揮神經(jīng)源性神經(jīng)保護作用。

3.1 慢性腦供血不足 魏玲麗等[32]的研究發(fā)現(xiàn)：與治療前相比，小腦頂核刺激治療后大腦前動脈、大腦中動脈、大腦后動脈、椎動脈及基底動脈的收縮期峰流速率、舒張末期血流速率、平均血流速率都有明顯的改變，說明小腦頂核刺激可以對腦血管生物流體力學參數(shù)產(chǎn)生影響，從而改善腦血流量，其機制可能是腦內固有神經(jīng)傳導通路受到刺激以及通過改善血液的粘滯性和細胞的變形能力有所改善，加快腦血流速度、促進腦循環(huán)。

3.2 腦出血 近年來，有基礎研究[33-35]表明，小腦頂核電刺激可通過促進腦出血大鼠血腫周邊缺血半暗帶區(qū)應激保護蛋白的表達，抑制核轉錄因子NF-κB的表達以減少神經(jīng)元炎性損害而促使神經(jīng)功能恢復；臨床研究也表明，小腦頂核電刺激提高腦出血術后2周患者運動功能及日常生活能力，改善腦出血的預后；魏佳軍等[36]的研究也表明FNS可改善腦微出血患者的認知功能。

3.3 腦梗死 大量研究表明，小腦頂核電刺激可通過改善腦梗死周圍電不穩(wěn)定性，減弱梗死灶周圍去極化，減輕微血管炎癥反應，抑制神經(jīng)凋亡，促進新生血管再生等機制對腦卒中患者產(chǎn)生保護作用。靜脈溶栓是目前治療急性腦梗死的主要手段，但溶栓治療時間窗狹窄，在溶栓治療的時間窗之外，再灌注腦損傷引起的腦出血和嚴重腦水腫的風險顯著增加，腦缺血∕再灌注可引起神經(jīng)血管損傷，導致腦水腫和腦出血。研究[37]表明，在腦缺血再灌注大鼠溶栓時間窗外，預先小腦頂核電刺激通過抑制炎癥反應產(chǎn)生神經(jīng)保護作用，可以提高腦卒中治療的療效和安全性，延長腦卒中后的有效時間窗。許石隆等[38]在電刺激小腦頂核對腦梗死急性期患者的臨床療效中觀察到，治療組總有效率為95%，對照組總有效率為80%，兩組總有效率比較差異有統(tǒng)計學意義，表明電刺激小腦頂核對腦梗死的預后具有積極作用，值得臨床推廣應用；張萍等[39]研究發(fā)現(xiàn)，小腦頂核電刺激腦卒中后患者神經(jīng)功能缺損量表和改良版臨床結局變化量表評分較治療前有明顯改善，表明小腦頂核電刺激還可使腦卒中患者神經(jīng)功能得到恢復。

3.4 腦卒中后抑郁 腦卒中最常見的精神并發(fā)癥之一是腦卒中后抑郁。它的發(fā)病率約為腦卒中患者的33%-40%。李媛等[40]的研究發(fā)現(xiàn)與假手術組相比，卒中組大鼠下丘腦外側區(qū)谷氨酸、γ-氨基丁酸的含量無統(tǒng)計學差異，而與卒中組相比，卒中后抑郁組、小腦頂核損毀組和小腦上腳交叉損毀組下丘腦外側區(qū)谷氨酸、γ-氨基丁酸含量都有不同程度的降低。提示小腦頂核可能參與了卒中后抑郁的發(fā)病,其途徑可能通過小腦-下丘腦通路介導。電刺激通過小腦頂核治療腦卒中后抑郁的作用機制可能與電刺激小腦頂核可引起血壓升高，反射性血管擴張和局部腦血流量增加，減輕腦缺血損傷，抑制凋亡、炎癥反應等機制有關[41]。

3.5 血管性癡呆 血管性癡呆（vascular dementia,VD）是一種復雜的腦部疾病，它是由腦部供血減少和隨之而來的認知功能障礙引起的。目前腦血管疾病已成為認知障礙的主要原因，并可導致癡呆、阿爾茨海默病等其他神經(jīng)退行性疾病，在認知障礙的發(fā)病機制中小腦起著重要的作用。有研究表明，F(xiàn)NS治療可以通過促進自噬和抑制炎癥反應來減輕VD大鼠神經(jīng)元細胞凋亡，從而減輕VD 的嚴重程度[42-43]；腦白質疏松是指在腦皮層下白質或腦室旁CT檢查呈低密度表現(xiàn)、MRI T2 Flair 呈高信號的斑點狀或片狀改變。腦白質疏松被認為是血管性認知功能障礙的一個早期信號，可進展為癡呆；魏佳軍等[44]的發(fā)現(xiàn)小腦頂核電刺激治療可通過調節(jié)和擴張腦血管、抑制炎癥反應、抗細胞凋亡等提高腦白質疏松患者的執(zhí)行功能，改善執(zhí)行功能相關腦區(qū)皮層下白質纖維微結構的完整性，保護腦血管防止血管性癡呆；尹琬凌等[45]的研究表明，F(xiàn)NS干預能促進缺血灶周圍神經(jīng)細胞合成生長相關蛋白-43，促進腦梗死大鼠認知功能提高。

3.6 偏頭痛 目前認為偏頭痛的發(fā)生主要與三叉神經(jīng)激活有關，三叉神經(jīng)能被擴散性皮質作用產(chǎn)生興奮，從而出現(xiàn)疼痛，宋桂芳等[46]的研究表明，采用小腦頂核電刺激能夠穩(wěn)定大腦皮層興性，對擴散性皮質進行抑制，促進細胞外鉀離子內流，提高神經(jīng)元靜息電位，降低興奮性，是一種安全、有效治療偏頭痛的方法。

3.7 卒中后肢體活動障礙 腦卒中患者約70%至80%存在不同程度的殘疾，促進腦卒中患者的康復即成為腦卒中治療的重點。穆艷艷等[47]的研究表明，在綜合治療的基礎上應用FNS 治療，使觀察組患者的肢體運動能力和生活能力評分大幅提升，明顯高于綜合治療的對照組，提示小腦頂核電刺激可提高患者肢體運動能力，促進患者康復，提高生活能力；另有研究表明，軸突再生有助于缺血性腦卒中后的功能恢復，環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate,cAMP）是調節(jié)神經(jīng)元存活和軸突再生過程中神經(jīng)元功能的重要第二信使。Wang A R[48]的研究表明，通過FNS治療，大鼠大腦中cAMP的表達顯著增加，誘導軸突生長。

3.8 小兒腦癱 腦性癱瘓是兒科較為常見的疾病，病變部位在腦，累及四肢，伴有行為異常、智力缺陷、精神障礙等癥狀。近期研究[49]表明，小腦頂核電刺激已被運用于緩解腦癱患者痙攣及肌張力障礙；涂博等[50]研究發(fā)現(xiàn)，小腦頂核電刺激可通過改善神經(jīng)元細胞氧化應激狀態(tài)、減少凋亡前體蛋白分泌等減輕腦細胞損傷，保護神經(jīng)元，從而對臨床中腦癱患兒實施小腦頂核電刺激聯(lián)合系統(tǒng)康復鍛煉治療，可以改善運動功能明顯，提高發(fā)育水平。

4 小腦頂核電刺激與眼科疾病

視網(wǎng)膜對血循環(huán)障礙極為敏感，一旦發(fā)生阻塞，視網(wǎng)膜就會急性缺血、缺氧，視功能嚴重受損。羅哲文等[51]的研究表明電刺激小腦頂核可通過抑制細胞凋亡、抑制炎癥反應等對視網(wǎng)膜缺血-再灌注損傷產(chǎn)生保護作用；楊晉[52]的研究表明，小腦頂核電刺激可明顯改善青少年近視的調節(jié)功能。

5 小腦頂核電刺激與心血管疾病

基礎及臨床研究[53]均表明，電刺激小腦頂核可通過中樞神經(jīng)源性神經(jīng)保護作用對腦缺血缺氧損傷產(chǎn)生保護，腦和心臟在面對缺氧缺血的刺激時，其反應機制相似，因此電刺激治療同樣可以通過CCNN 發(fā)揮對心臟的保護作用。張潤峰等[54-59]在對小腦頂核電刺激對心肌梗死大鼠的基礎研究中表明，小腦頂核電刺激可通過改善心率變異性、增加缺血心肌膽堿能神經(jīng)乙酰膽堿釋放、恢復受損動脈壓力反射敏感性、減少心肌梗死后過度表達的炎癥細胞因子、減少鈣超載、改善氧化應激損傷從而對心血管疾病產(chǎn)生保護作用；另有學者[60]觀察發(fā)現(xiàn)FNS能夠減輕心肌細胞超微結構損傷，降低心肌組織乙酰膽堿能神經(jīng)纖維分布密度和心肌組織血管緊張素Ⅱ含量，改善房顫犬心肌組織植物神經(jīng)重構，并且可明顯降低房顫的發(fā)生率和房顫持續(xù)時間，并減小左心房的容積；心率變異性（Heart Rate Variability,HRV）是評價自主神經(jīng)功能的有力工具，低心率變異性可以預測心肌梗死急性期患者心律失常相關并發(fā)癥的發(fā)生，張巧英等[61]選取藥物治療無效的心律失?；颊咦鳛檠芯繉ο?，給予FNS 治療，結果提示FNS 能夠改善心律失常患者心臟自主神經(jīng)功能，并顯著減少室上性早搏、室性早搏的發(fā)生；雷新[62]在對小腦頂核電刺激對冠心病患者自主神經(jīng)功能影響的臨床研究表明，小腦頂核電刺激可調節(jié)患者自主神經(jīng)功能紊亂，改善冠心病患者心率變異性、竇性心率震蕩、心率減速力，減少心律失常的發(fā)生。

6 小 結

綜上所述，小腦頂核電刺激可通過多種方式產(chǎn)生條件性中樞神經(jīng)源性神經(jīng)保護作用，對多個器官組織產(chǎn)生缺血性保護作用，應用于臨床的小腦頂核電刺激儀的安全性已被大量臨床試驗證實，臨床試驗表明小腦頂核電刺激能夠對腦梗死、心律失常等多種心腦血管疾病有治療作用，但都因為樣本量小而缺乏足夠證據(jù)。目前還需要進一步的研究來證明小腦頂核電刺激的臨床治療作用。