缺血后处理对脑保护作用的研究进展

陈志敏 陈丽霞 张荟雪 王健健 杨永梅 王丽华



缺血后处理对脑保护作用的研究进展

陈志敏 陈丽霞 张荟雪 王健健 杨永梅 王丽华

缺血后处理是一种可以减轻脑缺血再灌注损伤的新方法,对脑缺血的再灌注损伤也具有显著保护作用。通过抑制基因过表达，调控炎症、凋亡及氧化应激、自我吞噬，影响泛连接蛋白1/P2X7 嘌呤受体复合物途径、p38 MAPK-ATF2通路作用，下调AQP4的表达等机制，其改善了血管神经单元细胞的相互作用,实现神经系统的保护作用。

脑缺血是危害人类健康的常见病、多发病，其较高发病率、病死率和致残率给社会、家庭带来沉重的负担和痛苦。研究者发现脑组织经过一定时间的缺血后再次恢复血液灌注时其功能及结构损伤反而会加重，即“脑缺血再灌注损伤”。 目前大量研究表明缺血后处理(Ischemic postconditioning，IPoC)对缺血再灌注损伤后的脑组织具有内源性保护作用，例如国内研究者王贝娜等对290 例急性脑梗死患者使用血压袖带模拟肢体IPoC操作，结果显示肢体缺血后处理能够改善急性脑梗死患者的神经功能。因此，本研究就IPoC的脑保护作用的机制和方法做一综述。

1 IPoC的脑保护作用机制

1.1 抑制转录因子的过度表达

Tang等发现钟样受体4(toll-like receptor 4，TLR4)表达于神经元，TLR4基因活化后可以直接或间接地导致神经元死亡[1]。核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是最常见的一种炎症反应相关的转录因子，缺血脑组织中发现TLR的内生型配体，其与TLRs结合后引起下游信号通路的激活，包括NF-кB可引起促炎细胞因子和趋化因子的生成，参与缺血/再灌注后的脑组织的炎症反应，免疫荧光表明TLR4 和NF-κB显著表达于神经元[2]。Qi等人证明实验大鼠脑组织缺血/再灌注损伤后1 d内神经组织中TLR4 和 NF-кB的转录显著上调，随后Qi等人对大脑中动脉短暂闭塞的SD大鼠股骨后动脉进行10 min夹闭/10 min开放的3个循环后发现，远隔IPoC显著改善了缺血脑组织的神经功能缺陷，而且缩小了梗死体积；进一步研究显示此机制是通过抑制由大脑中动脉闭塞/再灌注引起的TLR4和NK-κB的过度表达，进而减弱缺血再灌注后的TLR4 和 NF-κB信号通路的过度激活，来实现其神经保护作用[3]。

HIF-1α(缺氧诱导因子-1α)是与脑缺血相关的另一个重要的转录因子。作为多数基因缺氧条件下的转录调节器，在缺血情况下它不仅参与调节血管生成、糖代谢和细胞生长[4]，还在细胞凋亡、炎症反应等过程中起至关重要的作用[5]。Zong等人通过对IPoC大鼠脑组织进行神经功能缺损评分、梗死体积及脑水肿程度测算，发现IPoC发挥神经保护作用的机制是通过抑制HIF-1α的过度表达，进而抑制炎症反应来实现的[6]。上述研究证实了IPoC通过抑制转录因子过表达来发挥神经保护作用，为临床研究提供了新思路。

1.2 核因子 NF-kB/P65 激活的衰减

大量研究证实核因子 NF-κB/p65 在脑IPoC中起保护性作用，而在程序性细胞死亡如细胞凋亡和自噬性死亡过程中起破坏性作用，为了探究它在脑IPoC中的保护机制，Liang等人对大脑中动脉阻塞大鼠进行试验，发现IPoC减弱缺血诱导NF-κB/P65 从细胞浆到细胞核的转移，进而抑制神经核中NF-κB/P65的激活来抑制神经元凋亡，最终达到神经保护作用[7]。

1.3 抑制氧化应激

越来越多的研究已经证实远隔肢体IPoC能够通过保护性刺激来减少缺血再灌注损伤和ROS(活性氧簇)的产生。Li等人通过对大脑中动脉闭塞大鼠进行5 min再灌注/5 min缺血的反复3个循环研究，发现远隔肢体IPoC可以通过上调Nrf2、HO1、NQO1的表达和SOD的激活，下调MDA的表达来激活 Nrf2-ARE通路，进而通过减轻氧化应激损伤来显著地促进神经功能恢复，减少梗死体积，减轻脑水肿，保护脑组织免受缺血再灌注损伤[8]。

1.4 触发自我吞噬

自我吞噬是细胞内一个至关重要的细胞内大分子或受损细胞器的降解途径[9]。研究者发现在缺血性脑损伤过程中自我吞噬可能有助于减轻缺血脑组织的氧化损伤和线粒体损伤[10]。有报道显示Bcl-2的磷酸化作用促发Bcl-2/Beclin1 复合体(与自我吞噬相关的分子机制之一)的解聚[11]。另有研究显示，通过激活缺血大脑半球的AKT(蛋白激酶)来对大脑中动脉阻塞模型的脑组织起到神经保护作用[12]。已有实验证实AKT依赖的自我吞噬途径在IPoC中起到神经保护作用[13]。

Qi等人通过对大鼠大脑中动脉闭塞模型股动脉进行10 min闭塞/10 min再通的3个循环，发现磷酸化的Bcl-2比例在缺血后处理组中显著上调，AKT抑制剂通过抑制Bcl-2磷酸化来削弱了IPoC介导的自我吞噬、加重了线粒体损害，通过检测LC3阳性斑点，来评估不同组的自我吞噬水平，发现在缺血后处理组LC3II/LC3I (LC3是微管蛋白质轻链3，经过连续转换机制形成LC3I和磷脂酰乙醇胺共轭的LC3II，此两者表达在自噬小体薄膜上)比例显著提高，自我吞噬水平明显上升，最终Qi等人发现肢体远隔IPoC激活自我吞噬机制，进而减轻线粒体损伤，通过AKT激活Bcl-2磷酸化，降解Bcl-2/Beclin1复合体达到神经保护作用，而且早期实施IPoC保护作用更显著[14]。

1.5 泛连接蛋白1/P2X7 嘌呤受体复合物途径

泛连接蛋白(Pannexins)是新被发现的表达在脑组织和外周组织的蛋白质，包括泛连接蛋白1、2、3(Panx1、2、3)三个成员，泛连接蛋白寡聚体化后会在细胞膜表面形成较大的孔道[15]。在所有的泛连接蛋白中Panx1在中枢神经系统中大量表达[16]。有报道显示P2X7 嘌呤受体、膜结构被拉伸以及细胞外高钾可以激活泛连接蛋白1通道[17]。有研究证实Panx1和P2X7嘌呤受体通道在功能上是互相联系的[18]。Mahi等人通过试验发现双侧颈动脉闭塞后实施再灌注会显著增大脑梗死体积、提高NSS评分、造成严重的记忆及运动功能障碍，而且同时会增加脑组织的乙酰胆碱酯酶、硫代巴比妥酸活性物质水平，减少谷胱甘肽水平，而实施IPoC可以减小脑梗死体积，降低NSS评分，逆转缺血/再灌注引起的记忆和运动功能障碍，同时改变脑组织相关的生化水平，但是预先应用甲氟喹(Panx1/P2X7嘌呤受体阻滞剂)等。以上谈及的IPoC的神经保护作用会极大被削减[19]。

1.6 下调缺血半影区的 p38 MAPK-ATF2 通路

越来越多的证据证实，IPoC形成的缺血耐受实现对缺血器官的功能保护涉及许多潜在的机制，包括大量信号通路和蛋白激酶[20]。作为促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成员，p38 MAPK可以被环境应激优先激活，像紫外线照射、X 射线、热休克、促炎细胞因子等这些环境应激可涉及细胞分化、细胞凋亡、自我吞噬等多种过程[21]。p38 MAPK活化加强在应激导致的神经元死亡过程中起关键作用，对它的抑制明显减弱脑缺血性损伤，该神经保护作用在体内外实验中均得到证实[22]。目前研究表明，大脑中动脉闭塞显著增加了活化的p38 MAPK，进而导致神经元凋亡，然而IPoC或者给予p38 MAPK 抑制剂可以减少磷酸化的p38，进而减弱缺血/再灌注损伤，故选择性地阻断p38 通路可减弱神经元损伤作用，因此Li HAO等人认为肢体IPoC可以抑制大鼠脑缺血/再灌注损伤中的 p38 MAPK 信号[23]。

p38 MAPK 通路对下游信号分子起重要调控作用，发挥多种细胞功能。ATF2是其中的一个下游信号靶点，它参与了MAPK在细胞凋亡中的复杂作用。ATF2 高表达于脑组织[24]，它通过磷酸化反应被 p38 激活后[25]ATF2 反转录地调控大量基因靶点，这些基因靶点调控其他细胞通路。Li HAO等人实验发现表达在缺血半影区的磷酸化ATF2蛋白可以显著增强缺血脑组织的缺血/再灌注损伤，IPoC或p38 MAPK抑制剂可以抑制此增强作用[23]。故IPoC的神经保护作用可能与下调缺血半影区的p38 MAPK-ATF2 通路有关，并且这些改变可能对神经元的凋亡起抑制作用。

1.7 下调AQP4在细胞膜表面的表达

脑水肿是与缺血再灌注损伤相关的严重而复杂的病理过程，水通道蛋白4(aquaporin4，AQP4)在此过程中发挥了重要作用。AQP4是膜蛋白大家庭中的一员，可以促进水的跨膜转运。AQP4在脑组织中分布十分广泛，参与脑水肿的形成及水的平衡调节，协助水通过BBB(血脑屏障)。大量研究表明AQP4在脑水肿的发病机制中扮演了举足轻重的角色，缺乏AQP4的大鼠在局灶性脑缺血早期以及全脑缺血时可以免受脑水肿损害，它的抑制剂可以显著减少与缺血损伤有关的脑水肿体积。Han等人证实IPoC通过抑制AQP4，抑制脑水肿，进而实现神经功能保护[26]。另有研究证实远隔IPoC组的AQP4表达显著减少，通过下调星形胶质细胞膜表面的AQP4来实现远隔IPoC在局灶脑缺血模型中的脑保护作用。

2 IPoC是脑卒中治疗中简单的、十分有应用前景的方法

2.1 按作用时间分为早期IPoC、延迟IPoC，然而两者的联合效应更显著，通过早期和延迟后处理的联合可以减少缺血脑组织的最终梗死体积、稳定脑血流、减少神经细胞凋亡，同时还可以减轻脑水肿，以上效应是通过加强缺血脑组织大脑皮层中 ERK1/2和CREB 的磷酸化，进而增加脑神经营养因子[BDNF，包括ERK1/2(细胞外信号相关蛋白激酶1/2)和CREB(cAMP反应元件相关蛋白)]的表达来实现的[27]。

2.2 按作用方法分为(1)药物IPoC：红藻氨酸后处理、丙泊酚后处理、纳洛酮后处理、七氟烷后处理、异氟烷后处理、右旋美托咪啶后处理、盐酸戊乙奎醚后处理等；(2)物理IPoC：低压缺氧后处理、延迟缺氧后处理、氧糖剥夺后处理、缓激肽后处理等。

3 展 望

许多神经保护措施的有效性只是暂时的，带给我们一种假象，IPoC的脑保护作用具有相对持久性，与溶栓时间窗比较，IPoC能够在相对较长的时间窗内进行，实现脑保护。早期有效的溶栓治疗已成为公认有效的缺血性脑卒中的治疗手段，但同时再灌注损伤以及t-PA所带来的神经损伤是溶栓治疗的明显副作用，而IPoC能明显降低再灌注所带来的神经损伤，同时减轻t-PA 在溶栓的同时所带来的神经毒性作用，所以如果将IPoC应用于缺血溶栓治疗之后可以弥补溶栓所带来的神经损伤，改善神经功能。此外，发生脑出血后在相对非重要器官比如下肢进行IPoC或能够直接给予某些药物来实现IPoC，能够更好地实现脑保护。总之，IPoC有较好的临床应用前景，然而关于IPoC的有效时间窗、闭塞/开放模式、确切机制等问题尚需进一步的实验研究以及临床应用。

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(2016-07-02收稿 2016-07-26修回)

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541313)；国家自然科学基金(81371324)

150086 哈尔滨医科大学附属第二医院神经内科[陈志敏 陈丽霞 张荟雪 王健健 杨永梅 王丽华(通信作者)]

R743.3

A

1007-0478(2017)02-0150-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.02.020