脑缺血再灌注神经元损伤机制研究进展*

闫 晨 ，马德邻 ，朱金墙

（1.天津生物工程职业技术学院，天津 300462；2.天津河北铁三院医院，天津 300142；3.天津中医药大学，天津 300193）

脑血管病，隶属中医“中风”、“卒中”之范畴,是一种高致残、高病死率的常见病，已成为当今危害人类特别是中老年人健康的重症疾病之一。缺血性脑血管病在脑血管病的发病中占60%～80%。临床治疗以溶栓为主，但在恢复缺血脑组织血供的同时，有时却造成再灌注损伤。

目前认为，脑缺血再灌注是脑损伤和慢性神经病变的重要原因，过程主要涉及神经元损伤，包括酸中毒，谷氨酸兴奋性中毒，氧自由基释放和氧化应激反应，以及细胞凋亡和炎症损伤过程。其中细胞内钙超载是脑损伤的核心。同时，一氧化氮（NO）合成所引起的一系列氧化级联反应是引发血脑屏障通透性改变，神经元损伤加重的关键。

本文主要针对脑缺血再灌注对神经元损伤机制做一探讨，为今后中药治疗脑血管病临床研究提供参考以及理论基础。

1 氨基酸兴奋性中毒

兴奋性氨基酸（EAA）主要有谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、甘氨酸（Gly）。其中缺血神经元大量释放的Glu是神经元损伤的关键[1-2]。生理状态下，Glu与Asp主要存在于神经元突触末梢。而脑损伤后，谷氨酸大量释放到突触间隙,细胞膜Na+-K+-ATP酶激活，大量 Na+，Cl-内流，引发神经元水肿[3]。

此外，EAA受体有三种亚型：N－甲基-D-天门冬氨酸受体（NMDA）、α－氨基羟甲基恶唑丙酸受体(AMPA)、亲代谢受体。其中NMDA受体可控制Ca2+、Na+、K+跨膜转运的通道。脑缺血再灌注损伤不仅激活Na+-K+-ATP酶同时大量激活NMDA受体，使Ca2+大量内流激发一系列瀑布样病理生理过程进一步导致神经元的迟发性死[4-5]。

由此可见，兴奋性氨基酸分布改变和谷氨酸受体激活引起的胞内Ca2+浓度增高是触发神经元损伤的主要因素之一。

2NO和氧自由基

大多数学者认为，脑缺血再灌注过程中出现大量氧自由基是神经元级联死亡的重要原因[6]。正常情况下体内自由基的产生和消除处于动态平衡状态故不发生自由基连锁反应和组织损伤。但自由基产生过多或清除机制发生障碍时可破坏细胞结构中蛋白成分，引起脂质过氧化，导致细胞损伤、线粒体功能障碍、溶酶体破裂、细胞溶解和组织水肿等一系列损害作用引发自由基连锁反应[7-8]。其中NO与神经元损伤密切相关，有研究提示NO可引发神经元毒性，线粒体能量代谢异常以及抗氧化损伤等[9]。过量 NO 和过氧化物与超氧阴离子（O2－·）反应生成有害的过氧亚硝酸盐阴离子（OONO－），造成细胞膜脂质过氧化和细胞蛋白质损伤破坏DNA链结构[10]，同时这些稳定的氧化剂可大量透过血脑屏障，损伤脑组织[11]。有研究称NO亦可通过干预糖酵解途径和磷酸戊糖途径调节葡萄糖消耗，推断这与神经退行性病变及神经凋亡作用机制相关[12]。

脑缺血再灌注损伤后，活性氧（ROS）大量释放，各种分子信号通路被激活。其中ROS通过攻击细胞色素C（Cyt.C）或凋亡诱导因子等加重神经损伤[13-14]。

可见，脑缺血再灌注破坏自由基平衡，通过上调NO及氧自由基含量引发神经元凋亡等环节加重脑损伤。

3 凋亡途径

脑缺血时的组织低氧缺氧可使细胞内外环境发生重大变化，细胞反应可表现为坏死或凋亡，同时细胞也启动了修复机制对缺氧损伤进行自我修复。有学者认为[15]，线粒体是细胞早期凋亡的关键因素之一。在经典的凋亡信号出现之前线粒体膜完整性已经开始改变,线粒体内、外膜的变化导致线粒体膜电位的崩解和各种凋亡诱导因子（如细胞色素C）的释放。因此，可以说线粒体膜电位的降低是凋亡级联反应中最先发生的重要标志之一[16]。诸多研究发现在脑缺氧再复氧后，线粒体膜电位下降[17]，细胞凋亡率增加，细胞活性降低[18]，都进一步说明以线粒体为关键环节的凋亡级联反应可能是脑缺血再灌注的重要机制。线粒体膜电位降低，内膜通透性增高,最终导致凋亡基因Bax活性增加。Bax是强有力的促凋亡分子，能与抑制凋亡的蛋白Bcl-2、Bcl-xl形成异源二聚体，阻断它们抑制凋亡，并激活Caspase-3[19-21]介导的蛋白质变性、DNA降解、染色质凝聚以及细胞凋亡。

4 钙超载

正常情况下，细胞内Ca2+主要储存在线粒体和肌质网中，急性脑缺血再灌注损伤时，NMDA受体门控通道的激活引发Na+/Ca2+异常交换。同时大量氧自由基破坏细胞膜通透性，加重细胞内钙超载[22]，使神经细胞蛋白质代谢受阻，磷脂酶激活，脂质分解增加，氧自由基大量生成，氧化磷酸化脱偶联。此外，钙超载一方面通过刺激星形胶质细胞分泌炎性细胞因子白介素（IL）-1β、IL-6和肿瘤坏死因子（TNF-α）等毒性物质，加重炎症反应[23]，另一方面通过增加AC的基质金属蛋白酶2（MMP-2）表达，加重损伤[24]。同时，钙超载可导致线粒体通透性转换孔以高通透的构象开放[25-26]，线粒体膜电位降低，进而激活凋亡级联反应。另外自由基的产生以及炎症因子的产生也能诱导钙离子大量内流导致钙超载。

5 炎症损伤

随着脑缺血病理生理机制研究的进展，目前认为，炎症级联反应是脑缺血再灌注损伤的重要机制之一。核因子-κB（NF－κB）是由 P65/P50 组成的异源二聚体复合物。通常情况下，细胞内的NF-κB与其抑制剂IκB蛋白结合，存在于胞浆中。脑缺血再灌注后可诱导IκBα磷酸化，泛素化，最终IκBα降解,释放游离的NF-κB,后者向细胞核内移位，调节许多下游靶基因的表达和调控，如TNF-α[27]。一方面，TNF-α也是NF-κB活化的重要刺激物之一，可促进NF-κB的激活,最终引发过度的组织炎症反应和损伤[28]。另一方面，TNF-α的激活进一步促进炎性因子的释放，如IL-6[29]等。此外，脑缺血再灌注后ICAM-1的表达上调及细胞和中性粒细胞（PMN）的黏附率增加[30]，这都可能与以NF-kB为中心环节的炎症级联反应密切相关。因而NF-κB被认为是炎症级联反应的中心靶点[31]。

脑缺血再灌注损伤是一个复杂的病理过程，涉及多个环节。目前脑缺血再灌注对神经元损伤机制研究主要建立了氨基酸兴奋性中毒，NO及氧自由基损伤，炎症损伤，凋亡等途径为核心的研究体系。研究提示，这些途径互为因果，相互影响，共同发挥作用，最终导致神经元水肿乃至坏死。这些实验数据均为缺血性脑损伤的中药临床研究提供了参考和理论基础。

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