支架置入术后脑缺血再灌注损伤发病机制的研究进展

吴振宏 韦英海 肖开敏

(广西壮族自治区民族医院神经内科，南宁市 530001)

脑血管疾病是各种血管源性脑病变引起的脑功能障碍，是导致人类死亡的三大疾病之一，其发病率呈逐年上升趋势，其中缺血性脑血管病占绝大部分，约为60%～80%。尽早恢复梗死区血液供应，挽救缺血半暗带区濒死脑组织是治疗缺血性脑血管病的关键。支架置入术则是恢复缺血脑组织血液供应的常用手术方法，具有创伤小、成功率高、可挽救濒死脑细胞等优点。然而，临床上常见脑缺血致脑细胞损伤在恢复血液再灌注后，其缺血性损伤反而进一步加重，此现象称为脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia reperfusion injury，CIR)。CIR的危害极大，不仅加重缺血脑组织的损伤，而且影响支架置入术的疗效。因此，深入研究CIR的发生机制成为临床重要课题。本文就近年CIR的发病机制研究作一综述，以期为CIR的防治提供依据。

1 兴奋性氨基酸

兴奋性氨基酸(excitatory amino acid，EAA)是中枢神经系统的兴奋性神经递质，主要存在于神经元突触末梢，有谷氨酸、天冬氨酸及甘氨酸等。EAA造成的神经元毒性作用主要包括:①缺血后EAA介导Na+、Cl－及H2O大量内流，造成脑水肿;②通过激活N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体，介导大量Ca2+内流，导致细胞内Ca2+超载，并激发一系列瀑布效应，进一步引起神经元的迟发性死亡［1］。而多项研究已证实，EAA在CIR中起重要作用。崔景斌等［2］研究表明，脑组织EAA在缺血再灌注后1 h即显著增加，以谷氨酸增加尤为明显(P＜0.01)，提示脑缺血再灌注后EAA含量发生变化，且与CIR有相关性。谢建军［3］、冯野等［4］通过对大鼠CIR的研究也得出来同样的结论。而李金宝等［5］应用NMDA受体拮抗剂对CIR的大鼠进行治疗，发现其对缺血性脑损伤多个脑区延迟性神经细胞死亡具有明显的保护作用，进一步证明了EAA在CIR中的毒性作用，同时也为CIR的治疗提供了新思路。

2 炎症反应相关因子

多项研究发现，炎症反应与CIR密切相关。炎症反应的标志是白细胞的浸润和星型胶质细胞、小胶质细胞的激活［6］。而参与CIR炎症反应的相关因子很多，其中以瘤坏死因子-α、白介素-1β及细胞黏附分子-1等研究较广。

2.1 肿瘤坏死因子-α(TNF-α)TNF-α是一种具有多种生物效应的促炎因子，主要由单核巨噬细胞产生，在CIR中起到重要作用［7］。近年来，其在CIR中的作用已引起越来越多的关注，而拮抗TNF-α已成为探索防治CIR的一种新途径。吴丽娥等［8］研究证实，大鼠血清TNF-α含量于再灌注开始时即出现升高，6h达到高峰，提示TNF-a参与脑缺血及缺血再灌注后的病理生理过程。Intiso等［9］研究亦发现，TNF-α的增加可促进脑缺血再灌注后的炎症反应，加重脑细胞的损害。鉴于TNF-α可加重CIR，张莉莉［10］、吴丽娥等［8］在大鼠脑缺血再灌注后使用抗TNF-α单克隆抗体，发现TNF-α含量显著降低，脑梗死体积和脑水肿体积均有相应缩小。因此，脑缺血后尽早使用抗TNF-α单克隆抗体，可以明显减轻脑水肿、降低脑损伤。

2.2 白细胞介素-1β(IL-1β)IL-1β是一种炎症细胞的强烈趋化因子，为白细胞介素-1基因家族成员之一，主要由单核巨噬细胞产生，能促进免疫应答，参与脑缺血后炎症反应，引起神经元损伤。多项研究已证实，生理情况下IL-1β蛋白及其mRNA在脑内含量很低，但在脑缺血及再灌注后明显升高。狄政莉等［11］研究显示，脑缺血再灌注1h，海马部位首先出现IL-1β表达上调，随后脑皮层和底节区亦出现表达上调，微血管内皮细胞胞膜及神经元胞浆均有表达。陈寿权等［12］研究亦发现，家兔脑缺血再灌注0.5h后血浆IL-1β明显升高，2h后脑组织超微结构病理改变严重。Caso等［13］研究认为，脑缺血再灌注模型中，lL-1β与脑组织损伤的程度有关，在急性期可加重脑损害，阻断IL-1β后脑梗死体积明显减少。而Auan等［14］在脑缺血再灌注大鼠侧脑室内注射抗IL-1β中和抗体或IL-1β受体阻断剂，可减轻CIR。因此，拮抗炎性细胞因子IL-1β已被认为是防治CIR的新途径。

2.3 细胞黏附分子-1(CAM-1)CAM是众多介导细胞间或细胞与细胞外基质间相互接触和结合分子的统称。其大致分为五类:钙黏素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸黏素。而免疫球蛋白超家族中细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)与CIR密切相关。在正常情况下，ICAM-1和VCAM-2很少表达，当受到炎性因子刺激后，其分子数量和功能可明显上调，参与组织细胞损伤。有大量动物实验研究显示，CAM-1在CIR炎症反应中起重要作用。张丽慧等［15］研究发现，大鼠全脑缺血再灌注后海马和皮层VCAM-1分别于再灌注后3d和7d表达明显上调。楚兰等［16］通过对大鼠的研究亦得出相似的结论。而曹建平等［17］研究表明，脑缺血早期ICAM-1表达水平较低，随再灌注时间延长其水平逐渐升高，于4h时达到峰值。因此，拮抗CAM-1对防治CIR有重要的临床意义。目前，已经有学者用抗细胞黏附分子单克隆抗体成功治疗大鼠CIR［18］。曾建平等［19］利用ICAM-1单克隆抗体(1A29)对CIR大鼠的研究发现，在缺血前或再灌注4h内静脉注射1A29均可减轻大鼠CIR。Vemuganti等［20］研究也显示ICAM-1反义寡聚脱氧核苷酸能降低大脑中动脉栓塞再灌注大鼠模型ICAM-1的表达，并能缩小梗死体积。这些研究从侧面论证了CAM-1与CIR的相关性，也为抗细胞黏附分子单克隆抗体的临床应用提供了一定的理论依据。

3 细胞凋亡与基因

细胞凋亡是一种由基因介导的细胞主动死亡过程，他不是单个基因作用的结果，而是在不同刺激信号作用下，涉及多个基因表达的复杂过程。而细胞凋亡是CIR后神经元死亡的重要方式，尤其是迟发性神经元死亡。脑缺血后，有多种基因转录和蛋白合成的增加，其中以bcl-2、bax及caspase-3等研究较多。目前，已知bcl-2和bax是一对功能上相互对立的凋亡调控基因［21］。有研究表明，轻度脑缺血和再灌注早期bcl-2表达升高，具有神经保护作用;但重度脑缺血和再灌注后期bax表达增强，半暗带区神经细胞凋亡［22］。韩英等［23］通过对CIR大鼠模型的研究也证实了上述结论。而近年来，对细胞凋亡机制的研究发现，Caspase家族在介导细胞凋亡的过程中起着非常重要的作用，凋亡的最后实施是通过Caspase的激活实现的［24］，其中caspase-3为关键的执行分子。王越晖等［25］研究发现，大鼠CIR可能通过上调caspase-3的表达促进凋亡的发生。而杨宾侠等［26］研究表明，随缺血时间的延长Caspase-3蛋白的表达呈递增趋势;且Caspase 3蛋白表达时相与神经细胞的凋亡基本一致。这些都说明，CIR后Caspase-3活性与脑缺血性损伤的细胞凋亡有密切关系。

4 钙超载

钙离子与细胞膜生物电位和胞内的生化过程密切相关，在神经细胞的正常功能中起关键性的调节作用。而脑缺血再灌注中Ca2+超载是各种因素综合作用的结果，也是各种因素造成脑缺血损伤的最后共同通路［27］。脑缺血再灌注期，代谢性酸中毒使脑细胞内外Na+/Ca2+交换异常、大量自由基使生物膜通透性增加及线粒体功能障碍等，导致脑细胞内Ca2+超载。而Ca2+超载往往与CIR程度呈正相关。Mahura等［28］在局部缺氧缺血模型研究中发现，兴奋性氨基酸受体拮抗剂和Ca2+通道阻断剂均有神经保护作用。也有学者利用钙离子抑制剂对CIR的研究显示，其可通过降低促凋亡基因Bax和Caspase-9的mRNA表达，起到对CIR的保护作用［29］。而Lopachin等［30］，用10mmol/L尼群地平阻断L型电压门控性Ca2+通道，减少Ca2+内流，在一定程度上也维持了海马CA1区细胞的基本成分和水含量。由此可见，钙离子拮抗剂对CIR的防治有重大意义。

5 氧自由基

自由基是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不配对电子的原子或基团的总称。脑缺血再灌注中引起脑损伤的自由基主要为氧自由基系列，包括超氧阴离子、羟自由基及过氢自由基等。当脑缺血再灌注后，细胞内进行无氧代谢，可产生大量的氧自由基，引发脂质过氧化瀑布效应，可广泛攻击中枢神经系统富含不饱和脂肪酸的神经膜和血管，造成细胞膜、线粒体、溶酶体等损伤，最终导致CIR［31］。陈勇等［32］研究表明，缺血再灌注后氧自由基大量生成，过氧化脂质(LPO)明显升高，超氧化物歧化酶(SOD)明显降低。而毕长柏等［33］利用高压氧对CIR大鼠的研究，从侧面证实了CIR与氧自由基的相关性。因此，清除氧自由基不失为防治CIR的一种良好方法。

6 热休克蛋白(HSP)

热休克蛋白(HSP)为一种应激蛋白，属非分泌性蛋白质。目前，研究最多的是HSP70，他介导了脑缺血后的内源性神经保护作用。关于HSP对中枢神经系统的保护作用机制，多数学者认为可能是通过抗氧化作用;调节其他蛋白质的合成，维持细胞内蛋白质的正常功能;促进氧自由基等有害物质的清除;提高抗凋亡蛋白的表达水平、抑制促凋亡蛋白的功能等发挥其脑保护作用［33］。邢变枝等［34］研究显示，局灶性脑缺血再灌注24h后脑皮质内HSP70mRNA和HSP70蛋白的表达增加(P＜0.05)，从而证实了HSP70的脑保护作用。闻公灵等［35］也从侧面证实了CIR与HSP70蛋白的表达增加有关。而邢变枝等［36］对CIR大鼠研究发现，局灶性脑缺血再灌注24h后脑皮质内HSP70mRNA和HSP70蛋白的表达增加(P＜0.05);应用缺血后处理能显著促进脑缺血再灌注后脑组织HSP70mRNA和HSP70蛋白的表达(P＜0.05)。由此可见，运用提高HSP70表达的方案可以在一定程度上防治CIR，应引起临床医生的重视。

7 其他因素

除上述因素外，CIR还与一氧化氮合成酶(NOS)、核转录因子kB(NF-kB)、白介素-8(IL-8)、应激活化激酶(JNK)、原癌基因c-fos、水通道蛋白4(AQP4)、钙蛋白酶、周期素依赖性蛋白激酶-5(Cdk-5)、过氧化小体增殖剂激活型受体r(PPAPr)、生长相关蛋白-43(GAP-43)及P、L-选择素等有关。

8 问题与展望

支架置入术后CIR是一个复杂的病理过程，由多种损伤机制共同参与，而各种损伤因子又互为因果，相互影响，最终导致神经细胞的损伤及凋亡。他包括缺血期的原发性损伤和再灌注后的继发性损伤。大量研究已经证实，兴奋性氨基酸毒性、炎性反应相关因子、细胞凋亡的相关因子与基因、热休克蛋白、钙离子超载、氧自由基、线粒体功能障碍及一氧化氮等均参与了CIR。目前，虽然国内外学者对CIR进行了大量的探索研究，但仍有很多机制需要我们进一步去发现、拓展。相信随着人们对支架置入术后CIR发病机制的不断认识与研究，CIR的防治亦将取得更大的突破，也为缺血性脑血管疾病更好的支架置入治疗提供理论依据。

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