蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛发生机制的研究进展

王宏瑜(综述)，毕云科，刘耀华※(审校)

(1. 鹤岗市人民医院神经外科，黑龙江 鹤岗 154100； 2. 哈尔滨医科大学附属第一医院神经外科，哈尔滨 150001)

蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛发生机制的研究进展

王宏瑜1△(综述)，毕云科2，刘耀华2※(审校)

(1. 鹤岗市人民医院神经外科，黑龙江 鹤岗 154100； 2. 哈尔滨医科大学附属第一医院神经外科，哈尔滨 150001)

摘要：蛛网膜下腔出血(SAH)是最常见的脑血管疾病之一。近年来，随着医疗水平的提高，动脉瘤经治疗后再出血的风险已很小，患者生存机会大大提高，但SAH后脑血管痉挛(CVS)的发生率却很高。预防和治疗SAH后CVS是神经外科医师面临的一个重大课题。氧合血红蛋白被广泛认为是SAH后致CVS各种原因中最重要的启动因素，而血管内皮细胞生长因子作为一种特异性内皮细胞有丝分裂原，对SAH后CVS发生有至关重要的作用，也是目前国内外研究CVS因素的热点。

关键词：蛛网膜下腔出血；脑血管痉挛；氧合血红蛋白；血管内皮细胞生长因子

蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)的主要病因为动脉瘤破裂、动静脉畸形出血等,其中动脉瘤破裂出血比例为52%[1]。动脉瘤患者有近30%于发病当时死亡，其余大部分患者可以得到有效治疗[2]。脑血管痉挛(cerebral vasospasm,CVS)是SAH后并发的一种危险病理生理状态。CVS时因局部脑血管收缩使受累脑组织区域血供减少,从而引起缺血缺氧性神经功能损害而使患者致残、致亡，是影响预后的主要原因。严重的CVS患者可出现脑缺血或脑梗死，患者很容易出现迟发的缺血性神经功能障碍[3]，是SAH后导致患者致残或死亡的主要原因之一。目前认为，SAH后CVS发生的原因很多，包括物理因素、化学因素及生物学因素等。其中，氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,oxyHb)和血管内皮细胞生长因子(vascular endothe-lial growth factor,VEGF)在SAH后CVS的发生、发展中起关键作用，是目前国内外研究CVS因素的热点[4-5]。现就CVS的发生、发展机制以及oxyHb与VEGF在其中的作用进行系统性回顾与展望，希望能为广大临床医师的临床选择提供借鉴。

1SAH后CVS的发病机制

目前研究表明，CVS的病因很多，可能与物理刺激，化学因子诱导(如内皮素高表达、一氧化氮的消耗、离子泵功能紊乱等)及细胞炎症反应有关。

1.1物理刺激SAH后诱发CVS的主要物理因素是外科手术器械对血管壁的机械刺激，如进行数字减影血管造影时注射造影剂、术中微导管及导丝滑行过程中接触血管壁等，但普遍认为这些机械刺激诱发的CVS是暂时的，当刺激因素消除后可以很快恢复，不会遗留神经功能缺失。

1.2内皮素的高表达内皮素是目前已知的体内最强的缩血管物质之一，是于1988年从猪的主动脉弓内皮细胞中发现的。内皮素家族主要有三个成员，包括内皮素1、内皮素2、内皮素3，而研究表明SAH 后升高的主要是内皮素1[6]。内皮素1是由21个氨基酸组成的一种血管活性多肽，在血管内外均可产生强烈而持久的缩血管作用。内皮素1诱发CVS可能有几个方面：①与血管平滑肌上表达的特异受体结合，开放Ca2+通道，使胞内Ca2+水平升高，引起血管痉挛；②激活蛋白激酶C，造成血管持续的收缩作用[7]；③抑制腺苷酸环化酶，减少环腺苷酸的水平，使血管处于痉挛状态；④激活表皮生长因子受体及蛋白酪氨酸激酶,这两种物质能兴奋细胞外信号调节激酶1/2，该酶直接参与缩血管作用[8]；⑤激活RhoA/ Rho激酶促进oxyHb的表达，高浓度的oxyHb可直接刺激内皮素1的生成，从而收缩血管[9]。

1.3一氧化氮的消耗一氧化氮是近几年发现的一种具有生物活性的小分子物质，它能直接扩张血管，快速进入平滑肌细胞引起血管松弛，是使脑血管保持张力的关键因子。SAH后，患者血液中的oxyHb可与其结合，从而引起内源性一氧化氮的耗竭,影响血管的舒张，导致CVS发生。一氧化氮在SAH后CVS过程中起重要作用，其可能机制如下：①痉挛动脉神经源性一氧化氮合酶的免疫反应性消失；②SAH后，脑血管内皮型一氧化氮合酶发生功能障碍；③一氧化氮与血红蛋白溶解物相结合，引起一氧化氮减少[10-11]。Tiemey等[12]发现,将一氧化氮控释体放于痉挛血管周围后可有效缓解血管痉挛。

1.4离子泵功能紊乱SAH后钾离子通道会受到明显抑制，引起血管平滑肌钾通道活性降低，细胞膜去极化，进而导致血管收缩。Kwan等[13]研究表明，在动物的痉挛血管注入钾离子通道兴奋剂色满卡琳后能明显缓解CVS，但具体作用机制尚不明确。

1.5炎症反应近年来，SAH后脑血管壁的炎症反应对迟发性CVS的影响成为了研究热点。SAH后并发严重CVS的患者往往伴有低热、心电图变化等全身反应。研究表明，SAH后痉挛血管壁及其周围有大量的白细胞、巨噬细胞浸润，而血凝块的分解代谢产物也可诱发CVS的发生[14]。有学者认为，白细胞是SAH后形成CVS的一个独立危险因素，其促进CVS有以下几个因素：①增加氧自由基的生成，从而引起脑血管内皮功能障碍及钙离子内流[15]；②促进包括内皮素1在内的具有强烈收缩血管的产物大量生成；③消耗一氧化氮并产生具有血管损害效应的活性氮物质，降低活性一氧化氮水平及其血管松弛效应[16]。使用阿托伐他汀、甲泼尼龙等抑制炎症反应后能减轻CVS的发生。

2oxyHb与CVS发病机制

oxyHb是由SAH、颅脑外伤或脑肿瘤坏死等导致血液进入蛛网膜下腔，血液中红细胞代谢产生。oxyHb的出现时间和浓度峰值与CVS的出现和严重程度呈正相关，可存在于CVS的整个时期。随着oxyHb的逐步分解，CVS程度会逐渐减轻。因此，oxyHb是SAH后慢性CVS中最重要的启动因素，但具体机制尚不明确。现对oxyHb与CVS的可能作用机制进行初步探讨。

2.1平滑肌细胞功能紊乱文献表明，痉挛血管的平滑肌细胞会出现坏死并和内皮细胞的剥离，这是CVS的机制之一，可能是由oxyHb介导的平滑肌收缩时间延长的结果[17]。其具体机制可能为oxyHb直接作用于平滑肌使其收缩或是刺激动脉壁并释放血管活性物质，进而间接作用于平滑肌纤维使平滑肌收缩时间延长。

2.2自由基和脂质过氧化物过量表达分光光度测定法表明SAH后，血液进入蛛网膜下腔并发生溶血，其代谢产物oxyHb会氧化形成高铁血红蛋白，并释放超氧自由基、过氧化氢及单线态分子氧等物质。过多的释放物质会对机体造成损害，例如破坏胞膜磷脂中的不饱和脂肪酸，损害细胞蛋白质及DNA等。在血红蛋白代谢铁的协同下，氧自由基能增强脂质过氧化物的有效活性，而脂质过氧化物可能收缩体内外脑血管并对其结构造成损伤。

2.3消耗一氧化氮一氧化氮是血管舒张的重要因子，CVS发生是由于溶血产物抑制了内皮源性血管舒张因子的产生，而内皮源性血管舒张因子即一氧化氮，其在CVS的发病过程中起关键作用。从该理论讲，给予外源性一氧化氮有助于缓解血管痉挛。SAH后oxyHb造成一氧化氮下降的原因可能为:①直接与一氧化氮结合，使其耗竭；②直接作用于血管平滑肌层，妨碍一氧化氮进入平滑肌细胞；③oxyHb代谢产生的氧自由基能使一氧化氮失活，并降低一氧化氮合酶的活性，进而抑制一氧化氮的合成；④造成血管内皮细胞功能障碍，一氧化氮合成减少；⑤血管炎症反应中活化的白细胞渗入破坏的血管壁,导致一氧化氮合成减少。

2.4与内皮素相互作用oxyHb和血管内皮素被公认为强烈致血管痉挛物质，可通过Rho /Rho激酶和蛋白激酶C途径发挥缩血管作用。在哺乳动物中，Rho激酶的高活性在SAH后CVS的发病机制中发挥重要作用[18-19]。SAH时，高水平的oxyHb可直接刺激血管内皮细胞产生内皮素，该物质增多后与oxyHb形成协同作用，激活Rho /Rho 激酶通路和蛋白激酶C途径，破坏血管的舒缩平衡引起CVS。

3VEGF与脑血管的相互作用

VEGF是一种强有效的促进血管生成的主要调控因子，但血管内皮细胞本身不表达VEGF，而只是其靶向细胞。在细胞出现缺血、缺氧时，诱导血液内VEGF蛋白及信使RNA高表达，VEGF可直接并特异性地作用于血管内皮细胞，诱导血管生成，并能增加血管的通透性。研究表明，在正常个体胚胎发育过程中，VEGF有广泛的表达；而在正常成人脑组织或脑血管的生长中则处于静止状态，一般无表达[20]。Ferrara和Henzel[21]发现，缺氧时VEGF的表达增加，进而在促进新生血管的生成、改善脑组织缺血缺氧状况、减轻脑水肿的同时促进神经干细胞增殖发挥保护作用。还有研究表明，脑损伤也能诱导VEGF表达的增加，且VEGF对损伤的脑组织具有保护作用[22-23]。在缺血、缺氧条件下，VEGF能促进侧支循环的建立并有效改善脑缺血缺氧状况。然而，由于VEGF能导致血流动力学盗血现象，这种新生血管的生成并不能增加缺血区域的灌注量，相反会使脑组织缺血区域局部脑血流量明显减少，此外新生脑血管还会增加局部血管的通透性，进而加重脑水肿。

3.1VEGF的生物学作用

3.1.1血管再生血管再生是一个极其复杂的过程，包括成血管细胞增殖，血管内皮细胞分化、增殖、迁移、连接并形成原始血管丛等，而VEGF参与血管生成的每一个环节。血管生成早期阶段，VEGF调节一种能双向发展为造血祖细胞和成血管细胞的原始细胞增殖；而血管结构的组装则受VEGF/VEGF受体1的调节[24]。Rosenstein和Zechariah[25]研究发现，VEGF对小鼠大脑组织血管的不同发育阶段均有再生作用；且在离体胚胎、新生或成年鼠的脑皮质组织内，VEGF均能不同程度地促进血管生成。VEGF在促血管生成过程中的主要机制如下：①促进血管内皮细胞增殖、迁移；②诱导血管内皮细胞配体和相关受体的表达；③增强细胞间黏附分子的表达水平；④促进内皮细胞表面整合素受体高表达，并和骨桥黏合蛋白相互结合；⑤提高丝氨酸蛋白酶活性，降解细胞外黏稠基质，促进新生血管的生成。

3.1.2改变血管通透性VEGF能明显增加微血管的通透性，是目前为止发现的最强烈的能增加血管通透性物质之一[26-27]，其效应比组胺强5000倍，且不受抗组胺药物的抑制。具体作用机制尚不明确，可能与下列因素有关：①增强内皮细胞内囊泡样细胞器的功能，而该细胞器能形成血浆蛋白和血浆的渗透通道；②减少新生血管葡萄糖转运基因1的表达，改变血脑屏障的通透功能；③有效刺激血管内皮细胞产生大量基质降解蛋白酶，进而破坏血管壁的完整性。VEGF还能增强血管通透性，造成病变微血管内的血浆外渗，使脑卒中后的脑水肿程度加重。

3.2VEGF与脑水肿的关系VEGF作为脑出血后血肿周围的成分之一，近年来引起了人们的关注。当脑组织发生缺血、缺氧时，VEGF表达明显上调。同时，脑组织含水量也有所增加，Ⅳ型胶原表达丰富的脑血管床基膜会有破坏。这提示在脑缺血早期，VEGF参与了脑出血后血脑屏障的破坏，且与脑水肿的形成及程度有关。Zhang等[28]在脑缺血后1 h，静脉内注射VEGF。结果发现在缺血半球，血脑屏障破坏的程度较重，也在同侧半球发现了脑水肿的加重。研究表明，脑出血发生最初十几个小时内，周围脑组织缺血就很明显，水肿体积平均增加36%，血流量平均下降55%[29]。

3.3VEGF的神经保护作用研究表明，VEGF不仅能促进体外培养神经元的存活时间，还对体内的神经元具有营养作用。Zhang等[30]发现,将人工重组的VEGF165注入缺血的大鼠脑表面后,能明显增加缺血区域脑血管的再生,并能减少恢复过程中的神经功能障碍。在新血管形成前，它能直接保护神经细胞，进而延长细胞的存活时间。

VEGF保护脑缺血损伤的可能机制为：在缺血半暗带，低氧激活了低氧诱导因子的高表达，低氧诱导因子又能进一步诱导VEGF及其相关受体的生成。VEGF与受体结合后，一方面能通过促进微血管内皮细胞的增殖、迁移而促使新生血管形成，有效改善局部血供。同时，VEGF还能保护血管内皮细胞不发生程序性死亡，并减轻缺血脑组织的炎症反应。另一方面，VEGF通过直接或间接地抑制神经细胞的凋亡而保护神经元。

4小结

SAH后引起CVS的发病机制是多因素、多环节相互作用的结果。因机体特异性，CVS 程度也不同。随着SAH后CVS机制的揭示，针对CVS的临床诊疗已经取得了一些进展，但是有些药物的疗效不确切，明确的预防及治疗机制尚不明确，迫切需要进一步研究CVS的发病机制及治疗方法，这也是广大神经外科医师所面临的一项重大课题。随着CVS发生机制的不断揭示，相信会有更多的预防及治疗SAH后CVS的新方法。

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Related Research Progress on the Mechanisms of Cerebral Vasospasm after Subarachnoid Hemorrhage

WANGHong-yu1，BIYun-ke2，LIUYao-hua2.(1.DepartmentofNeurosurgery，HegangPeople′sHospital，Hegang154100，China； 2.DepartmentofNeurosurgery，theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity，Harbin150001，China)

Abstract：Subarachnoid hemorrhage(SAH) is one of the most common cerebrovascular diseases.In recent years，as the development of medical technology, the risk of re-hemorrhage is very small after treatment and the survival of patients are improved greatly,however the incidence of cerebral vasospasm(CVS) after SAH is high. The prevention and treatment of CVS after SAH is a major task of neuro-surgeons. Oxyhemoglobin is considered to be the most important initiating factor of CVS after SAH, and vascular endothelial growth factor also plays a crucial role in CVS,both of which are hotspots of research about CVS factors in and out of China.

Key words:Subarachnoid hemorrhage; Cerebral vasospasm; Oxyhemoglobin; Vascular endothelial growth factor

收稿日期：2014-07-21修回日期：2014-11-07编辑：相丹峰

基金项目：国家自然科学基金(81172388)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.004

中图分类号：R446.11

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)10-1737-04