缺血后适应脑保护机制的研究进展

缺血后适应脑保护机制的研究进展脑血管病具有高发病率、高致残率和高死亡率的特点，并呈发病年轻化趋势，成为威胁人类健康的主要疾病之一。目前对于急性中风患者施行早期有效的溶栓治疗，恢复缺血脑组织的血流和功能已成为临床公认有效的治疗手段。但研究发现，脑缺血再恢复灌注后，其损伤程度反而大于灌注前，此即为再灌注损伤，因此减少再灌注损伤成为目前研究的热点。1986年Murry等人提出缺血预处理的概念［1］，即缺血前给予反复多次非致死性血管闭塞，对于此后的缺血组织具有保护作用。由于缺血组织通常具有不可预测性，在1997年，ZQZhao等人首先发表了他们关于心肌缺血模型的后适应研究［2］，由此由缺血预适应发展出缺血后适应这个概念［3-4］。经过20多年的研究，研究者们进一步提出药物后适应、低温后适应、缺糖缺氧后适应等概念，这些缺血后适应都是作用在同一组织或器官中，称为经典缺血后适应。而远隔缺血后适应（remoteischemicpostconditioning,RIP）是为了治疗长时间缺血造成重要器官的损伤，在长时间缺血损伤后，给予其他某一器官短暂的亚致死性缺血，如肢体能够在原来重要缺血脏器如心、脑产生缺血保护作用。1经典缺血后适应脑保护机制1.1脑血流的改变在后适应中作用缺血后适应打乱了早期再灌注后的脑血流机械流体力学，从而减少氧化自由基的产生，减少内皮细胞损伤及血脑屏障的破坏。在GaoX等人的研究中，首次证实了后适应减轻再灌注引起的充血反应，减少梗死面积。用激光多普勒探头探测大鼠永久性大脑中动脉闭塞模型加单侧颈总动脉闭塞15或30min的脑血流改变［5-6］，发现再灌注后有一个明显的充血反应，再灌注30min后脑血流恢复到缺血前水平，而干预实验表明后适应能够直接打乱脑血流，使再灌注后的充血反应减少［6］，缩短过度灌注时间。Wang等人在全脑缺血模型中亦证实了这一机制［7］。1.2减少氧化应激产物的产生氧化应激产物的产生是缺血-再灌注损伤的重要因素，再灌注早期活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）大爆发，体内清除ROS的酶大量消耗，ROS产生/清除严重失调，使得缺血-再灌注组织细胞氧化应激增强，最终引起细胞凋亡。Zhao等人检验了后适应是否减少氧化应激及细胞凋亡，在永久性大脑中动脉闭塞加颈总动脉闭塞30min模型中，后适应明显减少超氧化物的数量［5］。与Zhao研究结果一致，Xing等人报道在局灶缺血模型中缺血后适应能够减少脂质过氧化物酶的水平［8］。另外，全脑缺血-再灌注2d后给予后适应增加了抗氧化剂水平，包括超氧化物歧化酶和过氧化氢酶［9-10］。此外，在局灶脑缺血2d后，缺血后适应减少了标记细胞凋亡的脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法（TdT-mediateddUTPNick-EndLabeling，TUNEL）染色［8，11］。Wang等人进一步证明缺血后适应减少线粒体中细胞色素C释放入胞浆，线粒体中细胞色素C进入胞浆是诱导细胞凋亡的关键步骤［12］。全脑缺血模型中，缺血后适应、远隔肢体后适应也抑制活性氧的激活以及促进超氧化物歧化酶的表达［12-13］。所以，后适应可能通过阻断ROS的活性，减少再灌注损伤引起的细胞凋亡。1.3抗炎作用脑缺血-再灌注继发性损伤的关键原因之一是炎性反应引起的微血管功能障碍［14］。脑缺血区域的胶质细胞、单核巨噬细胞、白细胞及神经细胞释放大量促炎因子，引发脑组织炎症反应，堵塞血管，增加了血管的通透性，破坏血脑屏障，引起水肿。实验表明缺血后适应抑制缺血皮质区髓过氧物酶（myeloperoxidase,MPO）的活性，抑制白介素-1β（interleukin-1β,IL-1β）、肿瘤坏死因子-α的mRNA的表达［15］，抑制细胞间黏附分子-1的表达［8］，后适应抑制参与固有免疫反应调节的Toll样受体（toll-likereceptor，TLR）的表达［16-18］，抑制大鼠脑缺血-再灌注损伤皮质内环氧酶2（cyclo-oxygen-ase-2，COX-2）的表达［19］，此外，异氟醚诱导的后适应通过介导抑制核因子κB（nuclearfactorκB，NF-κB）的活化、抑制促炎细胞因子IL-1β的产生，NF-κB能够调控参与炎症和免疫反应的诸多炎症介质基因的表达，减少炎症启动因子以及各种炎症分子生成［20］。因此，缺血后适应通过减少炎性细胞因子从而减轻炎性反应对再灌注之后脑组织的损伤。1.4脑缺血后适应的信号转导机制脑卒中后神经细胞的死亡牵涉多种信号通路，包括：丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶（serine/threoninekinase,Akt）、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK）、蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC）、ATP敏感性钾离子通道（ATP-sensitivepotassiumchannel，K-ATP）。这些信号通路包含了促细胞凋亡和抗细胞凋亡的信号通路，它们的平衡决定了脑卒中后缺血神经元的命运。1.4.1PKC信号通路PKC家族中存在至少11种同工酶，其中包括：δPKC和εPKC［21］。δPKC激活通常导致神经细胞死亡［22］，εPKC激活通常促进神经元的存活［23-24］。研究结果显示缺血后适应可能是通过抑制δPKC的破坏作用和促进εPKC激活来减少再灌注引起的损伤［25］。有研究表明远隔肢体缺血后适应也抑制δPKC的激活［9］。1.4.2MAPK信号通路缺血-再灌注损伤和神经元的存活受MAPK信号通路的调节，此通路包括细胞外信号调节蛋白激酶1/2（extracellularregulatedproteinkinases1/2，ERK1/2），P38MAPK，c-Jun氨基末端激酶（c-Jun-N-terminalkinase，JNK）等信号分子［26］。JNK，P38MAPK是我们所知的卒中后有明确的破坏作用的信号传导分子，他们的抑制剂阻断细胞凋亡［26］，有关研究表明，后适应减少了JNK信号传导分子，减少脑缺血后再灌注损伤［27］。ERK1/2的激活与许多神经保护作用有关，但也与加重细胞损害有关［26］。脑卒中后导致ERK1/2磷酸化增加，ERK1/2磷酸化增加促进大脑缺血状态下生长因子、雌性激素的产生，对脑缺血具有保护作用［28-29］，但ERK1/2磷酸化增加也可以促进炎性反应以及氧化应激反应［26］。由于ERK1/2的增加是一把双刃刀，所以，对ERK1/2激活后对后适应的保护作用有待进一步的研究。1.4.3Akt信号通路Akt信号传递途径在脑卒中后神经细胞凋亡中扮演的重要的作用［30-31］。Akt功能失调将诱导细胞凋亡，同时通过磷酸化其底物而激活Akt，可以减少细胞凋亡，其信号传导分子包括：糖原合酶激酶-3β（glycogensynthasekinase3β，GSK3β），叉头转录因子（forkhead-typetranscriptionfactors，FKHR）和促凋亡蛋白（Bcl-xl/Bcl-2-associateddeathpromoter，BAD）。Akt激活是通过磷酸化激活的，通过上游信号分子调节，如第10染色体缺失与张力蛋白同源的磷酸酶基因（phosphataseandtensinhomologuedeletedonchromosome10，PTEN）和磷酸肌醇依赖性蛋白激1（phosphoinositide-dependentproteinkinase-1，PDK1）。当PTEM和PDK1磷酸化增加导致Akt激活增加，引起GSK3β磷酸化防止细胞凋亡。GSK3β的去磷酸化导致GSK3β的激活及连环蛋白的磷酸化，进而导致连环蛋白的降解和细胞凋亡。很多结果发现缺血后适应增加Akt的磷酸化（通过蛋白质印迹法测定）［25，32-37］和Akt的激活（通过体外激酶实验）［25］。通过注射磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）抑制剂而制作的Akt抑制剂LY294002部分阻断了缺血后适应的保护作用［25，34］。总之，Akt信号通路在后适应当中起着重要的作用。1.4.4K-ATP通道K-ATP通道在脑卒中后大脑损伤中起着重要的作用。脑缺血后，由于ATP的消耗导致K-ATP通路的开放，这对于诱导脑缺血后适应的保护作用至关重要。根据K-ATP通路在细胞位置的不同分为两类：细胞膜K-ATP通路和线粒体K-ATP通路。目前对线粒体K-ATP通路研究的较为广泛，其开放时产生向外的电流能够稳定线粒体细胞膜，阻止细胞死亡。Lee等人报道：一般通路阻滞剂格列本脲和线粒体通路阻滞剂5-羟基癸酸都可以阻止异氟烷后适应的保护作用［38］。七氟烷诱导的后适应也有类似研究，七氟烷诱导的后适应具有减少缺血-再灌注损伤作用，与线粒体K-ATP通路开放有关［39］，证明K-ATP通路与后适应的保护机制有关。2RIP保护作用机制相对于经典的缺血后适应而言，RIP的特点是不对原有缺血器官进行再次缺血处理，而是进行非致死性短暂缺血处理，对原有缺血器官产生保护作用。许多研究已经证实肢体RIP对脑缺血-再灌注损伤有保护作用［40-42］。其作用机制与传入神经通路有关，当远隔缺血器官缺血后，通过感觉感受器将机体缺血信号传入中枢神经，中枢神经通过传出神经将一系列保护指令下达到缺血器官，如脑、心脏，从而构成一个完整的神经传导通路，保护原有缺血器官［43-44］。然后，RIP能改变脑血流，有关研究显示，健康人肢体RIP后增加椎动脉的血流［45］。其次，有关研究显示诱导自噬-溶酶体途径可能与RIP保护再灌注损伤有关［46］。另外，研究表明RIP可以像经典后适应一样，促进Akt磷酸化，抑制Bax蛋白水平，促进K-ATP通道开放，抑制δPKC激活和减少ROS产物，减少炎性细胞因子［9，47-51］。3小结随着对缺血预适应保护机制的研究逐渐转向对缺血后适应的研究，后适应保护脑缺血-再灌注机制已经基本确切，包括：阻断ROS、脂质过氧化物过多产生，抗炎，抑制细胞凋亡、Akt和K-ATP信号通路的激活，调控MAPK信号通路的改变，抑制δPKC的破坏作用和促进εPKC激活。但是RIP的保护机制现仍不明确，缺血后适应诱导的时间窗需要更深入研究，缺血后适应脑保护的近期及远期效果有待进一步明确。经过研究者们近30年的努力，减少缺血-再灌注损伤的研究从缺血预适应到缺血后适应，再从后适应衍生出药物后适应、低温后适应、低氧后适应、RIP等概念。我们认为，由于脑组织缺血大多不可预测性及诱导后适应方式的可能性，药物后适应、低温及RIP的研究有较大临床应用价值，特别是药物后适应，是根据缺血后适应机制通过模拟脑缺血后适应方法对脑缺血-再灌注产生保护作用，在脑缺血后再灌注前可同时应用，可操作性大，适于在脑血管介入治疗中应用。有关研究已经成为医药研究领域的一个重要课题，在新药开发或老药新用方面都极具价值。参考文献[1]MurryCE，JeningsRB，ReimerKA.Preconditioningwithischemiaadelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium[J].Circulation，1986，74（5）：114-1136.[2]ZhaoZhi-qing，JoelSCorvera，MichaelEHalkos，etal.Inhibitionofmyocardialinjurybyischemicpostconditioningduringreperfusion：comparisonwithischemicpreconditioning[J].AmJPhysiolHeartCircPhysiol，2003，285（2）：579-588.[3]AndrewTsang,DerekJHausenloy,DerekMYellon.Myocardialpostconditioning：reperfusioninjuryrevisited[J].AmJPhys