高压氧对脊髓损伤后凋亡相关基因影响的研究进展

张建军，王 东

·综 述·

高压氧对脊髓损伤后凋亡相关基因影响的研究进展

张建军，王 东

脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)可以分为原发性的损伤与继发性损伤两大类。目前SCI的治疗方法可以有很多种，如手术治疗、高压氧治疗、基因治疗及药物治疗等。其中，高压氧治疗方式在临床中的应用已有较长的历史，也取得了一些可喜的成就；同时，高压氧可以使SCI引起的神经细胞出现凋亡这一过程发生逆转。作者主要论述高压氧对SCI后凋亡相关基因影响的研究进展。

脊髓损伤；高压氧；凋亡；基因

脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)是指由于各种原因导致脊髓发生损伤，致使损伤部位的运动能力以及感知能力等出现障碍，SCI包括原发性损伤与继发性损伤两大类。原发性损伤的原因包括交通事故、工伤事故、运动失误以及火器或锐器伤等[1]，最主要的原因是交通事故；继发性损伤是由于炎症反应、Ca2＋超载、水肿、局部缺血等[2]，致使神经细胞发生凋亡，在一定时间内进行治疗凋亡是一个可逆的过程[3]。细胞凋亡是指由基因控制的细胞程序性自我破坏的过程，其主要目的是为了维持内环境的稳定，这个过程受多种基因的控制，如B细胞淋巴瘤因子-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)家族、蛋白酶Caspase家族、癌基因(如C-myc)及抑癌基因p53等，而Bcl-2家族或蛋白酶Caspase家族或自噬基因-1(Beclin-1)等与SCI后凋亡有关联。目前SCI的治疗方法有很多种，如手术治疗、高压氧治疗、基因治疗以及药物治疗等。其中高压氧治疗属于传统治疗方法的一种，也应用了较长的时间，治疗上确实取得了一些可喜的成绩；同时，它可以使SCI引起的神经细胞出现凋亡这一过程发生逆转。作者主要论述高压氧对SCI后凋亡相关基因影响的研究进展。

1 高压氧治疗SCI

高压氧治疗方式在临床中的应用已有较长的历史，也取得了一些可喜的成就，1965年，Maeda[4]首次对SCI患者进行高压氧治疗，且临床疗效显著。高压氧治疗的主要机制是增加机体的血氧含量，使得损伤的脊髓组织局部的血氧含量增加、局部有氧代谢增强，抑制机体氧自由基的形成。一者可以减轻脊髓发生的水肿，从而保护脊髓组织以及细胞等[5]；二者通过改善病变部位缺氧的状态，使SCI部位的胶原纤维增多，同时神经轴突的再生功能也可恢复，以恢复机体的运动能力。同时，高压氧治疗还可以预防某些疾病的发生，如SCI、肝脏的损伤及心脑血管的损伤等。

Lu等[6]认为SCI后高压氧治疗可以通过制止神经细胞内有关基因发生凋亡的形式，以恢复脊髓神经原有的功能。李洪鹏等[7]通过在脊髓全横断模型中分3组进行研究，对照组不行高压氧治疗，试验组包括2个组即为手术后8 h左右行高压氧治疗5 d、手术后24 h左右行高压氧治疗5 d；试验结果为行高压氧治疗组凋亡的神经元细胞明显少于对照组，故可以得出高压氧治疗能够对神经元细胞起到保护的作用，同时可以观察到手术后24 h左右行高压氧治疗的结果更好。李荣锐等[8]研究认为，SCI后大鼠行高压氧治疗，细胞凋亡的水平明显降低，SCI部位的胶原纤维明显增多，神经轴突的再生功能得以恢复，提高大鼠肌力，保护脊髓组织细胞等，恢复大鼠的运动能力。刘士臣等[9]认为高压氧治疗可以促使SCI大鼠的脊髓恢复功能，其作用机制可能与SCI大鼠组织内的突触素Ⅰ信使RNA(messenger RNA，mRNA)基因的表达有关联。王国玺等[10]认为施万细胞可以分泌各种各样的细胞基质、营养因子以及细胞黏附因子，从而使损伤的中枢神经系统得以修复。高压氧治疗可以减少SCI后神经细胞的凋亡，制止病情的进一步恶化，两者联合应用可使神经轴突的再生功能得以恢复，大鼠的肢体功能活动以及电生理功能都得到了更好的改善，使SCI的治疗方法又有了新的突破和思路。

2 高压氧治疗对SCI后基因的影响

Bcl-2家族包括很多种基因，主要分为两大类，即细胞凋亡抑制因子和细胞凋亡促进因子；前者主要包括Bcl-2和Bcl-xL，后者主要包括Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein，Bax)、Bcl-2 同源拮抗剂以及Bcl-xS等。Bcl-2家族中的代表性基因为Bcl-2与Bax，细胞是否会发生凋亡主要决定于两者的比率。Bcl-2主要位于机体细胞的线粒体内，为细胞相关基因凋亡的抑制因子，可抑制细胞发生凋亡，从而延长其寿命，但它并不会影响细胞的分化和细胞的周期。其作用机制是:①制止细胞凋亡促进因子信息的传递，或制止一些特殊基因发生表达；②制止内质网内的Ca2＋向外释放；③抑制氧自由基的形成。与Bcl-2相对应的蛋白为Bax，其为细胞相关基因凋亡的促进因子，可以促进细胞发生凋亡现象。其作用机制:①Bax可以与Bcl-2发生结合，使得机体内的Bcl-2基因减少，从而可促进细胞发生凋亡；②Bax能够使细胞色素C从线粒体内释放出来，而Caspase基因与细胞色素C有关，细胞色素C可激活Caspase基因，从而可促进细胞发生凋亡。通过线粒体途径发生的凋亡，高压氧治疗可使其被抑制，从而使得SCI处神经细胞的凋亡被抑制，抑制Bax蛋白物质的表达，促进耐缺血缺氧Bcl-2、抗氧化物酶等蛋白物质的表达，对神经元细胞起到保护的作用。张玉强等[11]认为，高压氧治疗组的大鼠模型中，脊髓组织内的Bcl-2基因表达能力增加了，且在SCI后的第7天达到了高峰；相反地，Bax基因表达却减少了；对照组的大鼠模型中，脊髓组织内的Bcl-2与Bax基因表达均减少了。另有研究[12]对60只Wistar成年大鼠进行实验，实验组Bcl-2蛋白基因不仅使神经元轴突的表达能力提高，而且主要体现在胶质细胞内的表达；与此同时，Bax基因表达减少，根据大鼠脊髓损伤评分标准的评分规则，大鼠体内神经细胞的凋亡现象显著降低，且神经功能也得到了恢复。

近几年，蛋白酶Caspase家族中发现一种半胱氨酸蛋白酶，其具有特异性，主要存在于机体的胞质溶胶内，这些蛋白酶都存在一个共同点，即半胱氨酸存在于它们的活性位点上，且可使天冬氨酸位点上的肽键发生断裂，使得肽键上的蛋白发生了裂解，细胞比较容易发生凋亡，蛋白酶Caspase家族中的Caspase-3可以直接使细胞发生解体以及功能蛋白变性等。赵柏松等[13]发现神经病理性的疼痛可致使脊髓神经组织发生损伤，细胞发生凋亡的可能性也增加，且Caspase-3 mRNA基因的表达能力上调，同时显微镜观察到细胞核发生了碎裂和溶解，说明Caspase-3 mRNA基因的表达能力上调，可使大鼠脊髓神经细胞发生凋亡。高压氧治疗使神经病理性的疼痛减轻，使神经组织及细胞的凋亡受到抑制，均可能与Caspase-3 mRNA基因的表达有关联。

自噬是指进化保守的溶酶体发生依赖性的分解代谢途径，它可以维持细胞的稳定，且很多疾病的发生与其有关联，但其作用机制目前还不是很清楚。若机体发生了自噬现象，Beclin-1则非常的关键，细胞的凋亡或产生以及自噬活性的调节均与其有关联，能够与Bcl-2家族的蛋白基因相结合，两者的结合可以对自噬的发生进行调控，两者结合的水平可能对细胞最终是走向凋亡还是走向自噬有着非常重要的作用。SCI后，脊髓神经细胞的凋亡受到Beclin-1基因的抑制，以保护脊髓组织细胞等。乔苏迟等[14]认为高压氧治疗联合甲泼尼龙可以显著抑制Beclin-1基因的表达，使得SCI后的大鼠细胞发生凋亡时受到了一定程度的抑制，两者的联合应用还对大鼠体内发生的炎性反应起到了一定程度的抑制作用，从而不仅可以减轻脊髓的损伤，还可以防止脊髓损伤后产生瘢痕组织。

3 讨论

全球每年因SCI而遭受折磨的患者约有几万，有较高的致残率，若治疗不正确极易导致患者瘫痪，给患者及其家属带来无尽的痛苦，因此及时准确地治疗SCI是非常重要的。不仅能够使患者得到有效的治疗，减轻患者的经济压力，还可以提高患者以后的生活质量。SCI一般损伤的范围不大，但比较容易发生扩展。急性期SCI由于损伤部位的神经纤维出现了缺血缺氧，致使血管、胶质细胞及神经元也受到了损伤，引起机体产生继发性损伤，继而可因炎症反应、Ca2＋超载、水肿、局部缺血缺氧等使得机体快速形成氧自由基，使机体组织发生过氧化，引起神经细胞发生凋亡或死亡，这样有可能导致脊髓的部分功能丧失，甚至功能完全丧失。因此，SCI后治疗最为关键的就是使缺血缺氧部位的损伤得以恢复，尽可能地恢复神经细胞的功能，在治疗时还需要注意相关基因的影响，Bcl-2家族或蛋白酶Caspase家族或Beclin-1等与SCI后凋亡有关联。

相关的动物实验也证明，高压氧治疗主要是通过改善病变部位缺氧状态，从而使损伤的神经元得以恢复；同时，神经纤维也发生再生，以保护脊髓组织细胞等[15]。高压氧治疗可抑制该家族基因的表达，使得SCI减轻。SCI结合高氧压治疗，Beclin-1可以进一步抑制脊髓神经细胞的凋亡，减缓脊髓损伤进一步的加重。

传统的高压氧治疗SCI已取得了不错的临床效果，但若结合神经保护剂(如神经节苷脂等)疗效将更好。研究报道，针对SCI的患者选用高压氧治疗结合神经节苷脂，取得了显著的疗效；神经节苷脂的主要作用是减轻机体的水肿，改善脑组织局部缺血的状态，同时机体的运动能力和感知能力的评分也明显上升了[16]。

综上所述，SCI后，高压氧治疗可以抑制或促进Bcl-2/Bax、蛋白酶 Caspase家族以及 Beclin-1等相关基因的表达，进而抑制脊髓神经细胞的凋亡，从而改善SCI的状态。当前，还有很多相关的基因并不为人所知，为了更好地治疗SCI，还需为此作出更多的努力。

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The progress of the effects of hyperbaric oxygen on apoptosis-related genes after spinal cord injury

ZHANG Jianjun，WANG Dong
(Department of Neurosurgery， Tianjin Fourth Central Hospital， Tianjin 300140， China)

Spinal cord injury(SCI)can be divided into two categories:primary and secondary injury.There are many ways to treat SCI， such as surgical treatment， hyperbaric oxygen therapy， drug therapy， gene therapy， etc.Hyperbaric oxygen as a noninvasive treatment has a long history， and clinical treatment has also made a certain achievements， which can reverse the SCI caused by nerve cell apoptosis process.This study focuses on the effects of hyperbaric oxygen on apoptosisrelated genes after SCI.

Spinal cord injury(SCI)； Hyperbaric oxygen； Apoptosis； Gene

R651.2

A

2095-3097(2017)05-0306-03

10.3969/j.issn.2095-3097.2017.05.013

天津市自然科学基金(12JCYBJC18000)

300140天津，天津市第四中心医院神经外科(张建军，王 东)

王 东，Email:phoenix.55＠163.com

2017-03-27 本文编辑:张在文)