肝素对蛛网膜下腔出血后的神经保护作用的研究进展

钱程行，武永康

1 引言

动脉瘤性蛛网膜下腔出血（aSAH）是一种继发于脑动脉瘤破裂导致的极其危重的脑血管病，有较高的病死率和致残率，其半数幸存者处于高危状态，在几天和几周内可继发脑血管痉挛、脑卒中、脑积水等，表现为语言、心理、记忆或运动功能的严重缺陷，只有1/3的幸存者最终能重返工作岗位［1］。炎症因素被认为是急慢性神经疾病中神经元细胞毒性的影响因素，这也提示可针对其炎症级联反应进行靶向治疗。aSAH引起的血管和神经组织炎症反应大部分归因于氧化应激，许多传统的炎症标志物如：白细胞，小胶质细胞，免疫复合物，补体，C-反应蛋白，和许多细胞因子和趋化因子被激活或上调［2，3］，因此减轻炎症反应是改善预后的一种有吸引力的治疗方法。虽然特异性抑制促炎调节物质，如细胞因子，是一个有效的治疗策略，但是由于aSAH激活多种炎症通路，这也提示着抑制任何上游炎症激活剂可能无法充分抑制下游炎症反应。众所周知，普通肝素（unfractionated heparin，UFH）是治疗深静脉血栓形成、肺栓塞、其他高凝状态疾病的安全有效的抗凝剂，除了其抗凝性质外，肝素已被证明有着明显的神经保护作用的抗炎特性，尤其是与蛛网膜下腔出血相关的炎症反应。该综述旨在总结aSAH后应用肝素治疗潜在的益处，了解其神经保护作用。

2 蛛网膜下腔出血对颅脑的损伤

动脉瘤破裂引发的两个独立病理事件共同导致大脑损伤，一个是初次动脉瘤破裂导致的SAH迅速导致颅内压的增高，进而引起脑灌注不足，循环障碍，全脑损伤，第二次病理事件发生在动脉瘤破裂的后几天内，随着蛛网膜下腔血块逐渐降解，其降解产物如血红蛋白、凝血酶副产物释放到脑脊液并随其循环到脑部各个部位，几乎对中枢系统的每个方面都有负面影响，SAH通过激活内源性小胶质细胞以及循环白细胞的流入诱导中枢神经系统炎症的发生［4-6］。这些细胞对炎症的诱导发生具有很多促进作用。在SAH实验模型中，小胶质细胞的激活介导神经凋亡的作用［4］。循环中性粒细胞诱发的脑微血管功能障碍、内皮损伤、通过N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA受体）功能障碍引起大脑损伤，并在血管痉挛中起着重要作用［7，8］。 SAH 后炎症介导的脑损伤会持续几周时间［9］，虽然这种炎症作用对大脑有很多的负面影响，但也有有益的一面，内源性及循环性的吞噬细胞对血红蛋白的清除也有一定的作用［10］。活化的小胶质细胞和炎性细胞因子在aSAH后有着促进神经再生的作用，虽然这是一个有益的方面，但是过多的炎症导致的更多的是伤害而不是获益，尤其是在aSAH的早期阶段，其有害作用更加明显［11］。

aSAH除了直接影响中枢神经系统（CNS）微环境外，另外还可诱导血脑屏障（blood brain barrier，BBB）的破坏，从而引起血管源性脑水肿的形成。这种现象的发生可能是由于蛛网膜下腔中的缺血-再灌注损伤及出血产物导致血脑屏障功能障碍［12］。除了血管源性脑水肿导致的脑肿胀，BBB功能障碍也会导致其他的病理过程，有实验提示aSAH后白质完整性的丧失与血脑屏障的破坏有关［13］。血脑屏障充当着一个门户作用，抵抗着炎性细胞对脑组织的浸润作用，所以BBB的丧失可能会增加神经炎性反应作用。

3 肝素的生理特点及药理作用

肝素是在研究内源性凝血剂期间最初在犬肝细胞内提取分离的一种葡萄糖胺聚糖，肝素分子由高度硫酸化多糖链线性聚合而成，其特定的硫酸化作用使得在所有已知生物分子中有着最高密度的负电荷，从而使肝素与大量蛋白质相互作用［14］。以往应用当中将其作为抗凝剂来使用，其主要作用是结合并诱导抗凝血酶Ⅲ变构激活，使其抑制凝血因子Xa活性。有研究提示，在哺乳动物中，肥大细胞和嗜碱性粒细胞是肝素主要的来源［15］。除了肝素抗凝作用外，肝素还与各种炎症蛋白和趋化因子相互作用［16］。肝素及其衍生物通过各种机制发挥着明显的抗炎特性，炎症介质通常带正电荷，与肝素分子结合会干扰生化和静电微环境，可有效的中和这些介质发挥其抗炎特性［17］。在分子水平上，发现肝素具有各种神经保护的作用，它能降低内皮素-1（endothelin-1，ET-1）mRNA 的转录，ET-1 通过表皮生长因子受体 （epidermal growth factor receptor，EGFR）介导血管平滑肌细胞收缩功能，肝素与表皮生长因子结合阻止EGFR的反式激活，而且在小鼠及体外模型实验中发现肝素与表皮生长因子结合可抑制周围出血性血管收缩导致进一步的脑损伤［18］。肝素及其低分子量衍生物是结合并抑制白细胞黏附分子如选择蛋白-P或选择蛋白-L，防止白细胞通过血管壁外渗到炎症区域［19］。肝素以高亲和力与许多炎性因子结合如IL-12和IL-2，可能有使其与周围组织隔离的作用，并在一定程度上有着防止炎症效应细胞的激活的作用，比如嗜中性粒细胞和巨噬细胞，此外，肝素还可直接抑制炎症的分子介质，如弹性蛋白酶和主要的碱性蛋白［20］。并且有研究表明，肝素的抗炎作用可能与其抗凝血活性无关［21］。

目前肝素在aSAH方面的应用主要是利用其抗凝特性预防动脉瘤血管内治疗后的静脉血栓栓塞（venous thromboembolism，VTE）和全身肝素化。 几项研究表明，肝素可减少aSAH后血管痉挛和迟发性脑梗死的发生率［18］。此外，肝素还可通过控制炎症、恢复血脑屏障完整性来改善aSAH的临床结局。目前认为炎症、水肿、血脑屏障功能障碍越来越多的被认为是aSAH预后不良的因素，其肝素的血管外效应要比其预防血管痉挛的作用更重要。

4 肝素在蛛网膜下腔出血中的神经保护作用

4.1 白细胞外渗 众所周知，白细胞经过通透性增加的血管迁徙到受伤区域是炎症反应开始的标志。蛛网膜下腔存在白细胞则是炎症的特异性标志物［22］。其虽然白细胞从血管到实质部分的运动过程相当复杂，白细胞与血管壁的黏附取决于细胞表面糖蛋白与选择素之间的作用［23］。有研究提示肝素可减少参与炎症反应的白细胞数量，并且可降低炎症对中枢系统的损伤［24，25］。先前有学者研究提示，微血栓栓塞可能导致迟发性的神经功能缺陷，因此有人猜测肝素的抗凝的特性在神经保护方面有一定的作用，并在实验中证明了这种猜测［26］。但有其他研究者将肝素分子中的抗凝结构域去除，其也表现出对aSAH实验对象抗炎性神经保护作用，这也为证明肝素的神经保护作用主要依靠其抗炎特性而不是抗凝特性提供了一个依据［27］。

4.2 缺血再灌注损伤 一些学者认为aSAH的出血量、血管痉挛、脑脊液吸收减少可引起颅内压的增高，导致脑组织明显的暂时性脑组织缺血，缺血-再灌注损伤是aSAH后主要损伤，由于其临床相关性，发生意识丧失是aSAH预后最佳的预测因子［28，29］。多项研究证明肝素及其衍生物在缺血再灌注损伤中的疗效，有关大鼠实验模型研究结果表明短暂脑动脉闭塞后的大鼠蛛网膜下腔中给予肝素或肝素衍生物后，肝素结合从受损红细胞释放的氧化血红蛋白，从而迅速的中和氧自由基对血管内皮细胞及脑组织的毒性作用，其脑组织梗死体积减小，表明氧化血红蛋白在血管痉挛中起着重要作用［27］。半胱天冬酶途径是在蛛网膜下腔出血后早期阶段被激活，在缺血性中风中半胱天冬酶-1首次观察到被激活，在缺血性中风中抑制半胱天冬酶1、3、8、9和11的早期激活可以防止神经破坏，动物研究模型中，可发现蛛网膜下腔出血的小鼠在给予肝素药物治疗后，其脑组织中的半胱天冬酶-3显著降低［28］。低分子量肝素在体外表现的抗缺血再灌注损伤从而发挥神经保护作用。目前所提出的抗缺血再灌注损伤机制主要有中和氧化物质和抑制神经细胞凋亡［29］，但是目前还尚未有足够的实验证据来证明。

4.3 炎症反应 尽管肝素在白细胞外渗介导的抗炎过程中有影响，但肝素还可以通过调节炎症细胞激活来减少损伤。SAH后神经炎症反应的关键效应机制是吞噬细胞的活化产生介质，如过氧亚硝酸盐和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）［13］。 有学者猜测肝素导致炎性细胞激活可能与SAH病理环境有关［28］，由于肝素与炎性介质相互之间的关系复杂，单一机制还不能解释其多效性的作用。目前有以下几种机制还有待于进一步探讨，在吞噬细胞上表达的晚期糖基化终产物受体 （RAGE）通过激活核因子-κB（uclear transcription factor-κB，NF-κB）诱导炎症效应，而SAH后，可使小胶质细胞和神经元细胞在整个皮质诱导RAGE的表达［30］。在实验模型中，抑制RAGE信号转导可减少其炎症反应，减少SAH后皮层神经元死亡，改善功能结局［31］。低分子肝素和非抗凝衍生物2，3-O-脱硫酸肝素，能特异性的抑制RAGE与其配体之间的相互作用，所以RAGE抑制的阻断可以解释肝素对炎性细胞活化的影响［31］。在一个创伤性颅脑损伤 （traumatic brain injury，TBI）和慢性神经退行性病变的研究中，也得出肝素的抗炎证据，他们认为对于TBI患者早期注射肝素，可有效地降低神经炎症反应和改善认知功能［24］。

4.4 氧化应激反应 活化的巨噬细胞产生反应性氧化物质（ROS）介导着SAH后颅脑损伤，大量的实验表明降低SAH后氧化应激作用有许多益处。而肝素表现出一定的抗氧化作用，细胞外超氧化物歧化酶 （extracellular superoxide dismutase，EC-SOD）是一种强大的抗氧化酶，可以与肝素特异性结合，其结合会增加EC-SOD血液当中循环水平，不仅如此，还可诱导EC-SOD的合成。动物实验中，研究者向过表达EC-SOD的兔脑脊液（CSF）中注射肝素，导致CSF中EC-SOD水平升高并且活性增加将近27倍［32］。硫氧还蛋白还原酶是另一种在氧化性脑损伤中具有保护作用的酶，这种酶也能与肝素高亲和力结合，但具体的机制目前仍不明确［33］。总之，这些发现都证明了肝素可以改善SAH后产生的氧化应激损伤。

4.5 血脑屏障功能障碍与血管源性脑水肿 研究显示SAH后脑水肿形成预示着预后不良。多项证据表明，在aSAH中及其他损伤中，肝素可降低血脑屏障功能障碍与血管源性脑水肿程度。在小鼠SAH实验模型中，破坏小鼠的血脑屏障，用低分子肝素处理后，其损伤24 h后的脑水肿得到缓解，并且能改善早期的行为结局［34］。一项关于TBI患者人体研究发现，证明了早期应用低分子肝素可以迅速地解决水肿等病理性CT影像特征［35］。考虑炎症与水肿之间关系密切，肝素其抗水肿可能来源于其抗炎特性。肝素与SAH后水肿形成相关的血管内皮生长因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）和缓激肽（bradykinin，BK）之间作用关系密切［12］。 肝素对VEGF-内皮细胞的相互作用的具体机制复杂，在低浓度时，肝素似乎增强VEGF与其受体的结合，而高浓度的肝素则抑制VEGF与受体的结合。考虑VEGF在SAH介导的脑水肿中的作用，肝素对VEGF的抑制呈现出对水肿减轻的作用，跟VEGF一样，肝素与缓激肽之间的作用也很复杂，虽然有研究提示肥大细胞产生的肝素在过敏状态下对缓激肽的形成和血管通透性至关重要，但其他的研究提示静脉注射肝素能抑制缓激肽诱导的血管通透性［36］。此外，aSAH中缓激肽介导的水肿在出血后很早就出现。总之，肝素与VEGF、BK之间的作用机制还有待于进一步证实。

综上所述，鉴于aSAH后脑损伤的复杂性，单一治疗方式不可能解决治疗的方方面面，肝素在aSAH方面的功效，仍处于研究初期，其治疗机制仍需要进一步的探索。