脑缺血和再灌注损伤与防治机制的研究进展_吴金华.pdf

药学实践杂志2014年11月25日第32卷第6期JournalofPharmaceuticalPractice，Vol．32，No．6，November25，2014401·综述·脑缺血和再灌注损伤与防治机制的研究进展吴金华1，2，马慧萍1，蒙萍1，贾正平1，2(1．兰州军区兰州总医院，甘肃兰州730050;2．兰州大学药学院，甘肃兰州730000)［摘要］总结脑缺血和再灌注损伤的发生和防治机制的研究进展，展望未来研究趋势。采用文献归纳总结的方法进行分析。脑缺血和再灌注造成的损伤与炎性反应、细胞内Ca2+超载、自由基的迅速增加、兴奋性氨基酸的大量释放等因素有关。防治脑缺血和再灌注损伤的机制主要有缩短缺血时间、阻断谷氨酸受体偶联的Na+和Ca2+内流、清除自由基、抑制凋亡、减轻炎症反应、促进神经元生长与修复等多个方面。多靶点联合治疗可能是防治脑缺血和再灌注损伤的一个方向。［关键词］脑缺血;再灌注损伤;防治;损伤机制［中图分类号］Ｒ651．15［文献标志码］A［文章编号］1006－0111(2014)06－0401－05［DOI］10．3969/j．issn．1006－0111．2014．06．001MechanismsofdamageandtreatmentsofcerebralischemiaandreperfusionWUJinhua1，2，MAHuiping1，MENGPing1，JIAZhengping1，2(1．LanzhouGeneralHospital，LanzhouＲegionofPLA，Lanzhou730050，China;2．SchoolofPharmacy，LanzhouUniversity，Lanzhou730000，China)［Abstract］Tosummarizetheadvancesinmechanismsofdamageandtreatmentsofcerebralischemiaandreperfusionandfore-castsfutureresearchdirections．Theexistingachievementsinliteraturesweresummarized．Cerebralischemiaandreperfusiondamagewererelatedtoinflammatoryresponse，intracellularcalciumoverload，freeradicalsinjury，releaseofexcitatoryaminoacidsandotherfactors．Thetreatmentsincludedreducingischemiatime，blockingglutamatereceptors，freeradicalscavenging，inhibitionofapoptosis，reducinginflammation，andpromotingneuronalgrowth，etc．Multi-targettreatmentwouldbefuturedirectionsintreatmentofcerebralischemia．［Keywords］cerebralischemia;reperfusiondamage;preventionandtreatment;mechanismofdamage大脑是人体的控制中心，它通过复杂而精细的神经网络调节着各种生命活动。同时，它还是人体耗氧量最大和消耗能量最多的器官。大脑的运转必须依赖于源源不断的血液供应，脑缺血性疾病往往引发严重后果。我国每年新发脑卒中患者约200万人，脑缺血性疾病在世界范围内是致残的第一位病因。因此，深入研究脑缺血及再灌注的损伤与防治，［1］机制具有很好的经济效益和社会效益。长期以来，各国学者通过建立啮齿类动物脑缺血模型对脑缺血的损伤和防治机制进行大量而卓有成效的研究。研究人员发现，实验动物在经历脑缺血后恢复再灌注并不表现为损伤程度的减，［2］轻反而显现出损伤程度继续恶化的情况。脑缺血引起急性损伤，而再灌注则将这种损伤转化［基金项目］国家科技部重大专项资助项目(2008ZXJ09014-010);甘肃省省自然科学研究基金计划项目(1107ＲJZA100);全军医药卫生科研基金课题(CLZ11JA06)．［作者简介］吴金华，硕士研究生．Tel:[phone]，E-mail:[e-mail]．［通讯作者］贾正平．Tel:[phone]．为慢性损伤。在缺血这一急性创伤中，局部的稳态被打破，细胞能量代谢等重要功能受到严重影响，血管受损和微循环障碍，血-脑屏障的结构被破坏。再灌注时，这些结构与功能并未恢复，许多本来不能到达脑部的物质与细胞，如炎症细胞、大分子炎症因子通过受损的血-脑屏障进入大脑，同时，由于细胞器受损等原因，许多原本无害的物质，如氧分子反而会变得有害。这些原因导致了脑缺血再灌注后损伤的进一步加重。1脑缺血和再灌注致损伤的机制1．1Ca2+超载Ca2+超载带来的损伤贯穿脑缺血损伤过程的始终，而且参与自由基、一氧化氮(nitricoxide，NO)等所致的损伤过程。脑缺血最初的显著特征是能量耗竭和酸中毒，这两个因素都能导致细胞外Ca2+进入细胞内和细胞内储存的Ca2+释放出来［3］。能量耗竭使得依赖ATP的Na+，K+-ATP酶失去活性，大量Na+进入细胞内，通过Na+与Ca2+的交换机制，Ca2+迅速进入细胞内。同时NMDA受药学实践杂志2014年11月25日第32卷第6期402JournalofPharmaceuticalPractice，Vol．32，No．6，November25，2014体也被激活，电压门控性Ca2+通道开放，大量Ca2+过程中，黏附分子的释放使得中性粒细胞等向缺血经此途径快速进入神经元内［4］。此外，内质网钙库区域聚集浸润，在血管壁上发生的此类炎症反应损里的Ca2+也释放出来，细胞内Ca2+超载的程度更加伤了血管内皮细胞。血管内皮细胞受损后导致血管严重。酸中毒表现为组织内大量H+累积，在脑缺通透性增加，引起严重的脑水肿［14，15］。血管内皮细血过程中，由于缺氧进行无氧代谢而产生乳酸和胞受损还会引起微循环的障碍。ATP水解产生H+以及循环障碍引起的CO堆积，1．4一氧化氮NO在脑缺血损伤过程中的作用2导致pH值下降(可降到6．0甚至更低)。酸中毒使是不可忽视的。NO是由一氧化氮合酶(nitricoxide得酸敏感离子通道(acid-sensingionchannels，ASIC)synthase，NOS)催化作用于左旋精氨酸产生的。一激活，酸敏感离子通道激活后能形成Ca2+通透的同氧化氮在脑缺血中的作用比较复杂。在脑缺血初聚体通道，Ca2+经此通道在缺血亚急性期大量进入期，原生性NOS催化产生的NO作用于血管使血管细胞内［5］。细胞内Ca2+超载带来的损伤主要有:①舒张，有利于血液循环，具有防止微循环障碍的作大量阳离子的快速涌入使得神经元迅速去极化，大用。在脑缺血后期及再灌注发生后，诱生型NOS继量释放兴奋性氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸等)，使得续诱导NO生成［16］。特别是再灌注后，超氧自由基兴奋性氨基酸的毒性作用进一步加重。②过量(O·)与NO结合产生过氧化亚硝酸盐，它能氧化2Ca2+激活了细胞内一系列酶，如能破坏生物膜结构许多酶的巯基，导致许多关键性的酶失活，它还能与的蛋白酶、钙依赖磷脂酶等。③Ca2+超载使得线粒膜脂质和核酸等发生过氧化反应。这时，NO干扰体摄入过量的Ca2+使膜电位发生紊乱，导致线粒体细胞能量代谢，破坏细胞的关键组分，加重了脑缺血功能障碍，ATP生成减少。④由于细胞内离子浓度及再灌注所致的损伤［17］。大，渗透压较高，水分从通透性增大的质膜进入细1．5自由基自由基对神经元的损伤不仅在缺血胞，引起细胞肿胀。⑤脑缺血部位血管平滑肌细胞期间发生，也发生在缺血部位恢复血流灌注后。由内Ca2+超载引起血管痉挛，还能诱导血栓积聚和损于脑缺血再灌注后，因缺血而缺氧的组织得到充足伤血管内皮［6-8］。的氧供应，但是大部分线粒体已在缺血过程中被破1．2兴奋性氨基酸在脑缺血及再灌注过程中，兴坏，丧失了利用氧产生ATP的功能。因此，进入缺奋性氨基酸的损伤与Ca2+超载的损伤具有协同作血组织的氧一部分获得一个电子成为O·，一部分2用。脑缺血时，离子通道失去调节，大量阳离子进入在黄嘌呤氧化酶作用下生成羟自由基(HO·)。细胞，Ca2+稳态失衡，使得神经元快速去极化，大量O·非常不稳定，它能诱发自由基连锁反应，生成一2兴奋性氨基酸(主要是谷氨酸)被迅速释放［9］。由系列脂质过氧化物。这些物质形成活性氧簇(reac-于能量耗竭，释放至突触间隙的兴奋性氨基酸不能tiveoxygenspecies，ＲOS)，它们对细胞的损伤是广泛被重吸收，导致突触后神经元过度兴奋，最终凋亡。的［18］。由于缺血后机体固有的抗自由基系统被破兴奋性氨基酸主要作用于NMDA等受体，Na+大量坏，同时自由基的生成速率远远超过清除速率，最终进入细胞内，激活Ca2+通道，从而加重了Ca2+超载使得自由基大量堆积。过量的自由基能够直接杀伤的损伤作用［10］。神经元和血管内皮细胞，其机制为大量的自由基与1．3炎症反应脑缺血后，由于大量自由基的生成细胞内的蛋白、核酸、脂质等发生反应使之过氧化，和大面积的细胞衰亡，脑内炎症细胞———小胶质细导致细胞代谢功能障碍、质膜破裂、线粒体等细胞器胞和星形胶质细胞的功能被激活。脑缺血初期，解离，最后溶酶体系激活、细胞完全死亡。血-脑屏ATP耗竭，大量细胞坏死，炎症级联(cascade)反应障部位的血管内皮细胞受到损伤后，导致血管通透启动［11］。小胶质细胞转化成巨噬细胞，吞噬坏死的性增加，血-脑屏障的功能被破坏［19］。过量的自由细胞，同时释放肿瘤坏死因子(TNF)等炎症介质，这基还能通过刺激炎症分子的表达和诱导炎症细胞的样炎症反应持续发生，使得损伤加剧。Ca2+超载和聚集来加重炎症反应。自由基所致损伤在脑缺血损兴奋性氨基酸中毒导致大量细胞凋亡，也促进了炎伤中是关键性的一环，它与其他损伤环节紧密联系，症介质的释放，这些相互作用的体系致使炎症反应最终造成脑缺血后不可逆的、大范围的损害。不断发展。再灌注后，血液中的中性粒细胞(poly-1．6与脑缺血和再灌注损伤相关的其他机制近morphonuclearneutrophils，PMN)等炎症细胞、炎症趋年来，科学家们又发现了一些与脑缺血关系密切的化因子等进入缺血区域［12］。这些炎症细胞会分泌通路体系，如基质金属蛋白酶体系、热休克蛋白许多炎症介质，如TNF、白细胞介素(IL)、核因子-(heatshockprotein，HSP)体系、高迁移率族蛋白κB(NF-κB)，引发强烈的炎症反应［13］。在炎症反应(high-mobilitygroupbox1，HMGB1)等。药学实践杂志2014年11月25日第32卷第6期JournalofPharmaceuticalPractice，Vol．32，No．6，November25，20144031．6．1基质金属蛋白酶基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases，MMP)是一大类酶的总称，它们2+2+，的活性依赖于Ca、Zn等金属离子它们能够降解和重塑细胞外基质。在脑缺血发生后，炎症反应强烈，炎症细胞，如巨噬细胞、中性粒细胞会分泌基质金属蛋白酶。基质金属蛋白酶能够水解血管壁基质，引发血管源性脑水肿并引起血-脑屏障通透性增加。脑水肿进一步使局部稳态失衡，并且加重炎症反应。而血-脑屏障通透性的增加使得再灌注后血液中的大量中性粒细胞等免疫细胞、黏附分子和TNF等炎症因子以及Ca2+等金属离子进入脑部，这些因素加重了脑缺血区域的炎性损伤、Ca2+超载所致的损伤、兴奋性氨基酸的毒性损伤［20，21］。1．6．2热休克蛋白HSP是机体应激反应产生的一类保护性蛋白。现在的研究证明，脑缺血后的一系列刺激反应