环孢菌素A治疗缺血性再灌注损伤的研究进展

2018-01-18张晓蕾王晓燕王运良

中国实用神经疾病杂志 2018年14期

张晓蕾王晓燕王运良

解放军第一四八中心医院，山东淄博 255300

缺血性脑卒中(ischemic stroke，IS)和急性心肌梗死需要紧急再灌注以改善功能结果。过去20 a来对这两种疾病的治疗发生变化，一直以来，静脉应用组织型纤溶酶原激活物是急性IS患者获得临床益处的唯一方法，虽然大脑血管闭塞患者受益不明显，以前的随机对照试验也未显示出高于标准治疗的优势，但最近的研究证实这种治疗的有效性。增强再灌注的血管内治疗可使患者发生缺血性再灌注损伤的风险，由于增加出血转化(HT)和严重血管源性水肿这两种再灌注损伤的标志，从而掩盖了血管再通的益处[1]。

实验证据表明，缺血预适应和后处理能够减轻缺血性再灌注损伤，已在短暂性局部缺血再灌注的动物模型证实，缺血前预处理或持续动脉闭塞后的后处理能显著减少脑卒中体积。实验证据表明，线粒体渗透性转换孔(mitochondrial permeablity transition pore，MPTP)在这一过程中起至关重要的作用，这种现象发生在长时间缺血(即不可逆组织损伤)后再灌注早期，是由于线粒体内膜开放导致[2]。应用环孢菌素A(CsA)可预防MPTP开放，但任何预处理和后处理干预减轻再灌注损伤的能力取决于缺血时间以及这种干预在血管成功再通后的有效时间窗内(<15 min)，与ECASS Ⅲ研究的治疗时间窗一致。

1 大脑缺血性再灌注损伤的原理和CsA影响

随着脑灌注中断的时间延长，位于血管闭塞末端的部分神经元可能死亡。很显然，如能及时恢复脑血流供应将挽救大多数缺血阶段未死亡的细胞。再灌注可能会产生不良反应，并导致脑损伤，称为“再灌注损伤”，即在缺血期终末仍能存活的部分细胞在血流恢复时发生二次伤害导致死亡。因此，再灌注后的这种不可逆损伤是由于第一次缺血性损伤加上再灌注引起的第二次损伤引起。值得注意的是，缺血性再灌注损伤不仅局限于脑实质和间质组织，而且影响脑血管[3]。

有关再灌注引起细胞损伤的机制尚不清楚，但实验显示，特定的线粒体功能障碍起关键作用，即“线粒体渗透性转移”。长时间缺血后再灌注时，Ca2+的突变基质积累和活性氧(reactive oxy gen species，ROS)的过量产生触发线粒体内膜中超级通道的开启，称为“渗透性转换孔”(permeablity transition pore，PTP)。因此，在再灌注过程中，线粒体中有大量的ROS产生，从而迅速消耗内源性抗氧化的清除能力。ROS的产生直接引起细胞宏观分子氧化损伤，如蛋白质、核酸和脂质损坏，导致线粒体肿胀、细胞损伤和死亡[4]。

再灌注损伤时线粒体ROS产生的机制可能影响线粒体膜电位改变，高活性氧化磷酸化产生大量线粒体膜电位，ROS生成过多，从而引起再灌注时ROS“爆发”，导致线粒体结构和功能紊乱，并诱导细胞死亡信号，最终导致组织损伤[5]。虽然已证实超氧化物歧化酶和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adnine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶可减少动物模型的缺血性再灌注损伤，但抗氧化治疗的益处很难在人类试验中证实。SAINT Ⅰ和Ⅱ期试验及最近研究发现，与安慰剂相比，尽管阿替普酶使急性IS女性的梗死率有所降低，但溶栓治疗并未使卒中患者达到满意疗效。

CsA除抑制免疫活性外，还能抑制PTP的开放，减少脑缺血动物模型的梗死体积。其神经保护作用似乎取决于以下因素：应用途径(静脉IV)，脑内应用，腹腔、颈内动脉、皮下和脑室内缺血预处理，CsA的用量，缺血持续时间，缺血和再灌注时间，缺血性模型的性质，如短暂性大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery obstruction，MCAO)或永久性闭塞，血脑屏障(blood brain barrier，BBB)通透性以及与其他药物的关系[6]。目前对PTP的分子结构尚不清楚，但它可与亲环蛋白(cyclophilinD，CyPD，一种线粒体基质伴侣)结合，CyPD是PTP的关键组成部分。线粒体内Ca2+积累可激活CyPD，进而触发PTP开放。缺乏CyPD小鼠表现PTP开放延迟，当Ca2+超载时，长时间缺血和再灌注形成脑部小梗死[7]。

缺血性再灌注也可引发无菌性炎症反应，有证据表明，CsA可通过不同的PTP开放机制诱导神经保护作用，如通过防止钙调磷酸酶介导的去磷酸化，CsA抑制活化T细胞(NFAT)家族转录因子-核因子转移到活化的T细胞核[8]。NFAT参与编码白细胞介素2(IL-2)、IL-4和CD40L的转录激活，因此，CsA抑制NFAT可能导致T细胞中IL的特异性抑制。CsA对钙调磷酸酶的抑制能防止NOS的去磷酸化，从而限制谷氨酸的神经毒性。内皮细胞通过表达黏附分子，促进白细胞结合并渗透至再灌注区，从而促进这一现象。越来越多的证据表明，Toll样受体(TLRs)，特别是TLR2和TLR4，是与IS有关的缺血性再灌注损伤中明显有害的炎症反应。再灌注损伤挽救激酶(RISK)途径磷酸化激活，包括磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K-AKT)、丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调控激酶(MEK1/2-ERK1/2) 通路和(或)信号转导以及转录激活剂3通过调节PTP的开放在缺血后处理中发挥作用。针对这些途径的药物制剂，如CsA可保护大脑免受再灌注损伤，创伤性脑损伤试验模型提示，CsA的神经保护作用也可能通过抑制亲环蛋白A影响BBB通透性[9]。

2 再灌注损伤的调控干预

2．1机械调控1986年，MURRY等[10]首次在狗的心脏中证实短暂发作性缺血和再灌注，在长期缺血性损伤之前干预，可导致梗死体积显著减少，并将这种现象命名为“缺血预处理”。2003年ZHAO等[11]通过模拟MURRY等的初步实验证实，通过改变再灌注条件可达到类似的保护作用。在持续性缺血性损伤后立即应用短时间的缺血性再灌注，能显著缩小梗死体积，将这种现象命名为“缺血后处理”。这一发现也得到其他研究证实，随机、对照、多中心的研究首次报道缺血后处理可以限制伴ST段抬高心梗患者的梗死大小，在球囊血管成型中应用4次1 min充气(冠状动脉阻塞)和1 min收缩放气(再灌注)与减少36%的梗死体积有关。某些Ⅱ期试验证实了这些发现，但其他研究未能发现心肌缺血时后处理的有益作用。回顾和前瞻性研究表明，与未发生过短暂性事件的患者相比，缺血后处理使短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack，TIA)发作减少，卒中后梗死体积和临床神经缺损程度变小[12]。

过去20 a，对缺血后处理的潜在分子基础认识有了很大改善，并有可能模拟脑缺血高危病人的内源性神经保护状态，这种机制可促进神经元可塑性改变，使动物能更好地耐受缺血性损伤。在大鼠MCAO的TIA模型中，MALHOTRA等[13]证实缺血后处理24 h后同侧半球红细胞生成素及其受体上调。预处理的机制还包括抑制ROS活性、热休克蛋白的过表达(即早基因表达)、合成新蛋白、抑制炎症、增加抗凋亡蛋白和激活Akt通路，是促进细胞外信号存活和生长的信号转导机制。然而，预处理的临床应用非常有限，因大多数卒中的发生具有不可预测性。

2．2远程调控已证实不同的“调节”干预方式能够预防再灌注损伤，其中最有趣的是“远程调节”。PRZYKLENK等[14]最初观察发现，冠状动脉回旋支局部缺血再灌注的短暂发作能够保护左前降动脉区域的缺血性再灌注损伤。说明这种保护可以从受伤的最初部位“转移”到远处。大量的实验和Ⅱ期临床试验证实了这一结果。流行的实验方法是病人应用4次5 min肱动脉袖带充气(即短暂性缺血)和5 min袖带放气(短暂再灌注)，在长时间的心脏、肾脏、肝脏或脑缺血之前，这些器官发生明显小梗死。这一有趣现象的机制尚不清楚，但似乎涉及神经或体液途径。

对急性IS患者的远程预处理方便向医院转运，神经系统和磁共振检查发现，前期接受阿替普酶治疗的患者，在24 h和30 d接受MRI检查，虽然对挽救缺血半暗带、梗死大小或梗死进展的MRI表现差异无统计学意义，但对低灌注基线的严重程度调整后发现，30 d后组织存活率增加，说明针对致命性再灌注损伤的干预措施具有神经保护作用[15]。

2．3 CsA对缺血性再灌注损伤的临床评估最近在Ⅱ期临床试验中验证环孢素联合溶栓治疗能否减少脑梗死体积，研究对象为前循环卒中并适合溶栓治疗的患者，随机化15 min后，患者接受静脉注射2 mg/kg CsA或安慰剂。发现CsA在0.6～2.4 mg/kg之间有效，更高浓度时(>6 mg/kg)神经保护作用消失且具有神经毒性。主要终点为30 d MRI的梗死体积，次要终点包括动脉闭塞及溶栓后再通的近端/远端梗死体积。与对照组相比，CsA组梗死体积的减少并不显著，但在近端闭塞亚组患者和有效的血管再通方面，与对照组相比，环孢菌素组梗死体积显著降低[16]。

2．4心肌梗死评估CIRCUS试验研究CsA改善ST段抬高心肌梗死患者的临床结果能力，环孢菌素组395例，安慰剂组396例，在1 a内对主要结果进行评估。环孢菌素组的主要结果为59.0%，与对照组比较差异有统计学意义(P=0.77)。虽环孢菌素组并未降低主要结果或其他事件的临床发生率，包括复发性梗死、不稳定心绞痛和卒中，但2组治疗的安全性相同[17-18]。

3 CsA对缺血性脑卒中的未来研究

CsA对心脏无明显作用，但在特定的临床环境中，不排除CsA对患者的潜在疗效。根据Ⅱ期研究结果目前正在设计Ⅲ期试验，对近端血管闭塞患者6 h时间窗内应用CsA联合血栓切除以观察疗效[19-20]。

3．1再灌注损伤的影像学评估这是目前的主要研究进展，动脉内血栓切除后再灌注治疗带来再灌注损伤的问题，目前有更多的病人暴露于这种特殊的损伤，因此，需要对再灌注损伤进行检测，这不仅是预后评估的一部分，同时也是验证神经保护药物的作用[21-22]。HT和血管源性水肿是再灌注损伤的经典标志。但成像方法显示，早期和特定的再灌注损伤的标志目前还远远不够，因此值得对这一领域进一步研究以获得更好的成像方法[23-24]。

3．2缺血后过度灌注和灌注加权成像动物研究表明，脑循环的恢复始终会导致充血期，充血可能导致再灌注损伤的发生，包括脑水肿或出血[25]。此外，随着缺血后充血，会出现继发性低灌注阶段，从而对再灌注的组织产生有害的影响。KIDWELL等[26]应用灌注加权(PW)-MRI对动脉溶栓后的充血情况进行分析，12例患者5例出现充血。第7天79%充血证实梗死，而无充血者仅36%发生梗死。尽管三维成像增加了灌注与梗死的关系，但高充血区与无充血区患者的临床改善程度无显著差异。最近，YU等[27]使用动脉自旋标记(ASL)显示晚期ASL灌注增加可能预示高等级HT的发生。未来需要更大规模的MRI研究进一步评估卒中人群充血导致不利临床结果的影响。

微血管系统BBB破坏和对比增强MRI对缺血的病理学反应在脑梗死的演变过程中起重要作用。BBB损伤包括复杂的超微结构破坏，包括毛细血管内皮细胞受损、星形胶质细胞和周细胞的退化，以及血管周围水肿。抑制小胶质细胞激活通过改善BBB的生存能力和完整性对IS后脑组织有保护作用[28-33]。从这些方面考虑，通过最优的成像方法评估BBB的破坏至关重要。使用新的MRI标记可以检测BBB破坏，LATOUR等[34]研究急性脑卒中患者的再灌注、HT和临床结果之间的相关性发现，再灌注患者BBB破坏较无再灌注的患者更常见。而在再灌注组，与无BBB破坏的患者相比，BBB破坏的患者更有可能出现不良的临床结果。脑脊液对比增强FLAIR 成像(称为高强度急性再灌注标记，HARM)也是早期BBB破坏的标志[35-41]。