蛛网膜下腔出血后早期脑损伤中血-脑屏障破坏的研究进展

黎　涛综述，　尹　浩审校



蛛网膜下腔出血后早期脑损伤中血-脑屏障破坏的研究进展

黎涛1综述，尹浩2审校

蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是神经外科常见的急危症之一，其致死率和致残率极高。在所有脑血管意外中，SAH的发生率仅次于脑梗死和高血压脑出血，其主要病因是颅内动脉瘤破裂。随着影像诊断学、显微神经外科学、神介入放射学等技术的不断发展，钙离子通道拮抗剂的广泛使用，虽然也取得了一定的成效，但是SAH的致死率和致残率仍然居高不下[1]。1951年Ecker等[2]最早对SAH后脑血管痉挛(cerebral vasospasm，CVS)作了报道，此后一度认为CVS是导致SAH患者致死、致残的主要原因，因此在相当长一段时间里学者们研究热点集中在SAH后CVS。后续研究发现，在有效的缓解CVS之后，SAH患者的预后却并没有得到明显改善[3]，CVS与神经功能预后之间并无相关性。于是人们逐渐对此有了质疑，之后有学者就提出了早期脑损伤(early brain injury，EBI)的概念[4]，人们关注的焦点从CVS逐渐转移到EBI，越来越多关于EBI的机制被揭示，认为SAH后EBI才是影响患者预后的主要因素，尤其是导致神经功能障碍的首要原因，其中血-脑屏障(blood-brain barrier，BBB)破坏是EBI中的重要环节[5]。因此现对SAH后EBI中血-脑屏障破坏的研究进展综述如下。

1　早期脑损伤的定义

早在1994年，Broderick等[4]就提出了EBI的观点，但是并没有对其进行深入研究，人们当时的主要目光停留在CVS，因此并没有引起足够的重视。直到2003年，Kusaka等[6]对EBI作了较全面的阐述，并对其中涉及的信号通路进行了初步研究。EBI是指发病72 h内，SAH对全脑产生的直接损伤，而由CVS所导致的属于继发性脑损伤，这两者是截然不同的。EBI包括血-脑屏障破坏、脑水肿、颅内压升高、急性CVS、脑血流量减少、细胞死亡(包括细胞凋亡和细胞坏死)等等。越来越多的研究表明，EBI是影响SAH患者预后的主要因素。

2　血-脑屏障的结构和功能

中枢神经系统中主要有3大屏障：血-脑屏障、血-脑脊液屏障和脑-脑脊液屏障，其中血-脑屏障保证中枢神经系统内环境稳定的最重要的屏障。血-脑屏障由脑微血管内皮细胞(brain microvascular endothelial cell，BMEC)及其细胞间的紧密连接(tight junctions，TJs)、完整的基膜(basilemma)、周细胞(pericyte)以及星形胶质细胞(astrocyte)脚板围成的神经胶质膜(neuroglia membrane)构成，共同组成一个神经血管单元，其中微血管内皮是血-脑屏障的主要结构[7]。微血管内皮由内皮细胞及其间的紧密连接构成，是血-脑屏障的第一道闸门，也是最重要的闸门，控制着物质的转运。结构决定功能，血-脑屏障通过限制大分子物质出入减少血液中的有害物质对中枢神经系统的损害，血-脑屏障的完整性是维持大脑内环境稳定的重要保障，只有这样才能满足大脑对内环境的苛刻要求。

3　血-脑屏障破坏与脑水肿

SAH超急性期以细胞毒性水肿为主，随着血-脑屏障破坏又会进一步加重了脑水肿，此时血管源性水肿充当主要角色[8]。曾经大多数学者认为CVS是脑水肿的原因所在，但是越来越多的研究证实脑水肿是血-脑屏障破坏的直接后果，血-脑屏障破坏是血管源性脑水肿的首要原因，而并非CVS所致。因此，凡是能影响血-脑屏障稳定性的因素均能加重脑水肿，从而加重CVS后的早期脑损伤。为此，深入研究SAH后脑水肿的病理机制，对SAH患者尽早采取适当的干预措施来稳定血-脑屏障对防治脑水肿至关重要。

4　血-脑屏障破坏的相关机制

物质通过血-脑屏障的方式包括跨细胞途径及细胞旁途径，细胞凋亡将影响跨细胞途径的物质转运，而紧密连接开放将影响细胞旁途径的物质转运，因此这二者的改变均可导致血-脑屏障通透性的改变。目前国内外关于SAH后血-脑屏障破坏的研究也主要集中在微血管内皮细胞凋亡和紧密连接开放，血-脑屏障破坏可能与之有着密切联系，以下对这两种可能的机制分别作出阐述。

4.1BMEC凋亡细胞凋亡与细胞坏死往往是同时发生的，研究表明血管内皮细胞的死亡方式以凋亡为主。蛛网膜下腔出血后脑血流量减少、脂质过氧化、自由基生成、免疫炎症反应等均可引起细胞凋亡过度，微血管内皮的通透性增加，最终导致血-脑屏障破坏。BMEC是组成血-脑屏障的重要结构之一，各种原因导致凋亡均可破坏血-脑屏障，使其通透性增加。

SAH后红细胞分解产生含铁血黄素，大量含铁血黄素沉积于脑组织导致铁超载，过量的铁离子可通过增加自由基的生成、脂质过氧化等介导细胞凋亡，铁超载可明显增加细胞凋亡，参与早期脑损伤的发生、发展。然而，在SAH发生后早期使用铁清除剂去铁胺后可以明显降低细胞凋亡，减轻血-脑屏障的破坏[9]。

凋亡蛋白酶(caspase)是一种对底物天冬氨酸有水解作用的酶，细胞凋亡按其发生机制将其分为依赖caspase的细胞凋亡和不依赖caspase的细胞凋亡，在神经系统中的细胞凋亡以前者为主。Park等[10]利用广谱凋亡蛋白酶抑制剂(z-VAD-FMK)干预大鼠SAH，该项研究发现，广谱凋亡蛋白酶抑制剂可以明显减少BMEC从而稳定血-脑屏障，改善大鼠的神经功能，这类制剂今后有望成为临床上防治SAH后EBI的新药。

c-Jun末端激酶(JNK)信号通路广泛存在于机体各组织细胞中，该信号通路的激活可以介导细胞凋亡的发生，SAH后JNK通路激活参与早期脑损伤，这可能与其通过上调p53的表达介导细胞凋亡有关，而抑制该通路可以减轻EBI[11]。p53基因是一种抑癌基因，在细胞增殖、分化等过程中起着至关重要的作用，有研究表明p53基因还通过调控bcl-2诱导细胞凋亡，SAH后BMEC凋亡的发生与促凋亡蛋白p53密切相关， p53的表达程度与细胞凋亡的程度呈正相关[12]。Yan等[13]通过siRNA干扰p53正向凋亡调控因子(p53 upregulated modulator of apoptosis，PUMA)抑制p53的表达，SAH后BMEC凋亡明显减少。

NF-κB属于一个转录因子家族，主要存在于有核细胞的细胞质当中，当机体受到炎症刺激时，NF-κB可由细胞质转移到细胞核作用于信号通路调控相关基因的表达，大多数炎症因子(如IL-1β、IL-6、TNF-α、ICAM-1等)均受NF-κB的调控，后来发现bcl-2家族也受NF-κB调控。NF-κB诱发的炎症参与了细胞凋亡的发生，NF-κB信号通路是神经炎症调控的靶点。Li等[14]等研究发现抑制NF-κB信号通路可以明显减少肺微血管内皮细胞凋亡，减轻炎症反应。Kang等[15]报道一种天然番荔枝酰胺衍生物能够减轻同型半胱氨酸诱导的BMEC损伤，其机制可能是通过抑制NF-κB信号通路，上调bcl-2和下调bax的表达，从而减少BMEC凋亡。SAH后NF-ΚB/bcl-xL信号通路被激活，NF-κB、Bcl-xL、caspase-3等的表达明显上调，凋亡细胞明显增加，通过抑制该信号通路可以明显减少细胞凋亡，从而减轻EBI[16]。Zhou等[12]证实，NF-κB在SAH后被激活，早期给予乌司他汀(urinary trypsin inhibitor，UTI)干预可以显著改善神经功能、减轻脑水肿、降低血-脑屏障的通透性，其可能是通过阻滞NF-κB的激活抑制炎症反应、抑制BMEC凋亡。

Bcl-2相关蛋白首次发现于B细胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma)，后续研究发现，Bcl-2家族成员参与了细胞凋亡的发生，其主要控制线粒体外膜通透性。线粒体膜渗透性转换孔(mitochondrial permeabilit transition pore，mPTP)是调节线粒体外膜渗透性的重要组件，Bcl-2家族成员调节线粒体膜渗透性转换孔的启闭可能是其调控凋亡的主要机制。环孢霉素A(cyclosporine A，CsA)能与线粒体渗透性转换孔上的亲环素D(cyclophilin D)特异性结合，抑制线粒体外模渗透性转换孔的开放，从而抑制细胞凋亡[17]。Xie等[18]研究发现环孢霉素A可以减轻SAH后脑水肿，减少皮质神经细胞的凋亡，减轻血-脑屏障的破坏，环孢霉素A的神经保护机制可能与其抑制线粒体膜渗透性转换孔的开放减少细胞凋亡有关。

综上所述，通过人为的干预细胞凋亡过程中各环节可减少血管内皮细胞凋亡，从而稳定血-脑屏障，减轻SAH后EBI。因此，SAH后血-脑屏障破坏可能与微血管内皮细胞凋亡有重要关系。

4.2紧密连接开放紧密连接是内皮细胞之间的一种重要连接方式，它的开放必将使血管内皮完整性遭到破坏，从而导致血-脑屏障通透性增加。关于紧密连接的研究主要集中在紧密连接超微结构改变、紧密连接相关蛋白表达两个方面。

4.2.1紧密连接超微结构改变作为血管内皮的重要组成部分，紧密连接在血-脑屏障中扮演着不可或缺的角色，紧密连接的存在是血脑屏障完整性的重要保证，决定着血-脑屏障的通透性。有研究表明，SAH后1 h可观察到紧密连接的开放，其开放的高峰期出现在出血后3 h和72 h，且紧密连接的开放与血-脑屏障破坏有关[19]。然而，Germano[20]和Tso[21]的研究发现SAH后10 min即可即可出现血-脑屏障破坏，并且在出血后24 h达高峰，并未出现呈双峰出现。Chen[22]等研究却认为，血-脑屏障的破坏发生在SAH后6 h内，并在48 h达到高峰。关于血-脑屏障破坏达高峰的时间点这个问题，学术界的一直存在争议，但是大多数研究报道主要集中在出血后72 h内，也许跟动物模型的差异、不同的检测方法、缺乏连续性观察等有很大的关系，这有待于今后更多更加深入的相关研究。

4.2.2紧密连接相关蛋白变化微血管内皮细胞间的紧密连接对血-脑屏障的通透性起着关键性的调控作用，血-脑屏障的通透性与构成紧密连接的相关蛋白息息有关，各种原因所致的紧密连接相关蛋白降解、表达下调均可破坏血-脑屏障完整性，使其通透性增加。紧密连接由跨膜分子(occludin)和紧密连接黏附分子(claudin)通过细胞质辅助蛋白与肌动蛋白细胞骨架紧密连接蛋白(zonula occludens，ZO)相连。claudin家族中的claudin-5是脑血管内皮紧密连接中的重要黏附分子，claudin-5的降解可使血-脑屏障的通透性增加[23]。

ZO-1是最早被发现与紧密连接有密切关系的分子，也是研究最热门的一个紧密连接相关蛋白。ZO-1属于膜相关鸟苷酸激酶(membrane associated guanylate kinase，MAGUK)家族中的重要成员之一，除了在神经系统中高表达之外，ZO-1在其他器官组织中也有表达。Li等[19]研究报道，SAH后30 min ZO-1开始呈现下降趋势，并在出血后3 h达最低点，然后又逐渐开始上升，SAH后血-脑屏障完整性被破坏可能与ZO-1表达降低有关。关于这类研究所涉及的时间问题一直是众说纷纭，至今尚无统一的观点，这与紧密连接超微结构改变的相关研究存在的争议大相径庭。

Rho属于G蛋白超家族的成员之一，Rho激酶(Rho-kinase，ROCK)是Rho下游的调控因子，将其统称为Rho/Rho激酶系统。虽然对该信号通路的上游调控机制尚不是很清楚，但是越来越多的证据表明，Rho/Rho激酶系统参与SAH病理过程，不光与CVS关系密切，而且与血-脑屏障的完整性破坏有着紧密联系。Rho激酶活性在SAH后24 h开始升高，而Rho激酶抑制剂(hydroxyfasudil，HF)则可以逆转这种改变，使得ZO-1维持在正常水平，从而保护紧密连接免遭破坏[24]。Ren等[25]研究发现，SAH后血管紧张素II可激活ROCK信号通路，引起紧密连接相关蛋白ZO-1转录和表达下调，而降脂药物阿托伐他汀可以通过作用于ROCK信号通路来减轻血管紧张素Ⅱ所导致的血管内皮高通透性，这也提示ROCK信号通路与紧密连接相关蛋白ZO-1之间有着密切的联系。

JNK信号通路不仅参与细胞凋亡，该信号通路在调控紧密连接相关蛋白的表达中也起着重要作用。SAH后激活JNK信号通路，从而活化基质金属蛋白酶-9(matrix metallo proteinase，MMP-9)，最终使ZO-1、claudin-5降解增加。通过JNK抑制剂预处理SAH大鼠可以显著增加ZO-1和claudin-5的表达，降低血-脑屏障破坏的程度[26]。Sozen等[27]研究证实，白介素-1β(interleukin -1β，IL-1β)参与SAH后EBI，其作用机制可能是通过激活JNK信号通路介导ZO-1分解，选择性caspase-1抑制剂(Ac-YVAD-CMK)可以通过减少IL-1β前体的活化抑制JNK的磷酸化，阻断MMP-9的活化，减少紧密连接相关蛋白ZO-1的分解。有学者报道[28]褪黑素可以减少SAH后ZO-1、claudin-5、Occludin的分解，保持血-脑屏障的完整性，减轻EBI中的脑水肿程度，这可能与褪黑素调节致炎细胞因子前体(IL-1β、TNF-α等)的激活有关。

5　结　语

SAH后EBI中血-脑屏障破坏是各种因素共同作用的结果，其发生机制尚不明了，虽然近些年来相关的研究越来越多，也取得了丰硕的成果，但是目前关于SAH后EBI的研究还主要停留在动物模型阶段，如何实现临床转化将其运用到人类的疾病治疗上，这将还有很长的路要走。因此，继续深入研究SAH后的病理过程，揭示血-脑屏障破坏的发生机制，为临床上防治SAH后EBI提供理论基础。如何尽早采取有效的干预措施来稳定血-脑屏障，减轻EBI，改善SAH患者预后，这也将为SAH的治疗提供新的思路。

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1003-2754(2016)08-0755-03

R743.35

综述

2016-06-10；

2016-08-02

贵州省科学技术基金{黔科合LH字[2015]7153号}

(1.贵州医科大学，贵州 贵阳 550004；2.贵州省人民医院神经外科，贵州 贵阳 550002)

尹浩，E-mail:yinhao168@126.com