脑缺血再灌注损伤的防治方法与机制研究进展

王道合 拜承萍 赵秀丽

1)青海大学，青海 西宁 810016 2)青海大学附属肿瘤医院神经内科，青海 西宁 810000

缺血性脑卒占作为最常见脑血管病之一，其主要治疗措施是尽快早期恢复脑灌注，但随着此方法的应用，脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIR)的发生率也随之上升，给患者造成严重后果。因此，寻找能有效防治缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury，I/R)的方法，是我们面临的一个艰难问题，现就目前CIR防治方法、机制研究进展做一综述。

1 预处理

证据表明，亚致死预处理可以提供神经保护适应后续严重脑缺血[1]，这个流程被称为预处理或缺血耐受。预处理有利于识别潜在的内源性保护信号级联，具有在长期目标允许治疗下，增强脑缺血中的内源性保护机制，在可能缺血的情况下激活大脑的保护状态，如在心脏手术或心脏骤停期间复苏时，预处理可以提高机体缺血性损伤的耐受性[2]。

1．1麻醉预处理挥发性麻醉预处理(APC)在临床前模型和临床试验中均显示出对心脏和大脑的保护作用。现已证明，APC诱导的心肌细胞和神经元保护作用的潜在分子机制非常相似，其共有细胞内信号通路(包括调节线粒体功能、释放炎症细胞因子和细胞凋亡)。在临床实践中，APC是对心脏和神经有前景的一种保护策略[3]；吸入麻醉药诱导的器官保护在不同的器官损伤模型中得到一致证实，特别是在围手术期和心脑血管事件中的I/R。过去对心脏、大脑、肾脏等重要器官的有效器官保护的细胞机制研究，主要包括受体刺激、第二信使信号的传递和放大、末端执行器的激活和转录修饰[4]；RESTIN等[5]已证明，缺氧/复氧(H/R)诱导的大鼠脑内皮细胞损伤中，七氟醚通过下调血管内皮生长因子(VEGF)维持内皮屏障功能，发挥脑保护作用。

右美托咪定(Dex)常用于危重病人麻醉诱导和镇静、镇痛，能显著降低大鼠CIR所致的神经功能缺损评分、脑水肿和脑梗死面积。Dex治疗后，ER应激相关凋亡通道蛋白(GRP78、p-PERK、Caspase-3)表达水平明显降低，凋亡脑细胞亦明显减少，保护机制可能与Caspase-11依赖信号通路有关[6-7]；Dex预处理可下调TLR4表达，减轻缺血引起的海马CA3区形态学改变[8-9]。WANG等[10]认为，在心肺复苏后给予戊乙奎醚(属抗胆碱药，麻醉前给药以抑制唾液腺和气道腺体分泌)，能有效改善脑灌注压力，降低颅内压，减轻脑组织水肿和炎症，改善神经功能。

1．2高、低压氧预处理动物实验和临床观察证明了高压氧治疗和调节(HBO)对I/R有积极保护作用。可能机制：(1)HBO通过改善血流量减少区域的氧气输送抵消缺氧并减轻I/R；(2)通过改善缺氧缺血引起的所有病理过程(包括组织水肿、情感区通透性增加、组织代谢后紊乱和炎症等)而发挥保护作用；(3)HBO直接对脑细胞的凋亡、信号转导和基因表达产生影响。高压氧在细胞水平上不仅通过血液提供氧气，还通过组织间隙扩散提供氧气，长时间维持组织间隙中氧气浓度，改善内皮功能和减少局部炎症和水肿[11]。

低氧预处理(hypoxic preconditioning，HP)可增强缺血缺氧性损伤的耐受性，通过特定的机制提供神经保护，减少细胞损伤凋亡[12-13]，ZHAN等[14]亦证明，HP 10 min后，CA1亚区的细胞病死率较短暂性全脑缺血(tGCI)显著降低，且HPC仅在缺血前1～4 d使用有效。

1．3远端缺血预处理研究表明，缺血预处理(IPC)可对预处理器官和远端器官产生保护作用。IPC可运用到多种器官和组织(包括大脑、心脏、肝脏等)，该方法安全、无创、成本低且易于应用[15]。远端缺血预处理(RIPC)是一种短暂的缺血刺激，作用于遭受缺血损伤的器官或组织较远的部位，VASDEKIS等[16]在多种动物模型实验中证明，RIPC通过介导神经元和体液两种途径提供了内皮细胞I/R保护；在RIPC中，短时间的非致死性缺血后组织或器官的再灌注使远端组织或器官能够抵抗随后更严重的I/R。可能机制是体液信号传导、神经元刺激和缺氧诱导基因的激活。RIPC对心脏及其他器官的缺血保护具有广阔的应用前景[17-18]；RIPC在脑缺血后72 h，通过降低脂钙蛋白-2(LCN2)蛋白的表达发挥神经保护作用[19]。HERAJARVI等[20]在深度低温、循环骤停(DHCA)的猪模型中，确定了体液因子介导RIPC的叠加性保护作用并提示RIPC对神经细胞和线粒体有保护作用。

1．4治疗性低温预处理治疗性低温(TH)是一种有效针对脑损伤的实验模型或患者的方法。神经胶质细胞能维持内稳态，保护中枢神经系统不受环境变化的影响。神经胶质细胞在脑损伤时被激活，可诱导胶质瘢痕形成及继发性损伤，现已证实TH可以调节神经胶质在各种脑损伤条件下的过度活化。KIM等[21]证明，TH保护作用的基础可能是低温调节的胶质蛋白及其表型改变，在I/R动物模型条件下，可在神经胶质细胞中检测到一种明显的蛋白改变模式，通过调节特定的神经胶质信号通路(如谷氨酸信号、细胞死亡、应激反应以及影响神经功能障碍、细胞分化和神经营养活性等)，对CIR发挥神经保护作用。FAN等[22]通过研究TH对心脏骤停后Drp1(dynamin超家族的一个大型GTPases，主要控制线粒体分裂)与I/R诱导的Cyt C的表达以及线粒体分裂情况，证实TH可降低组织病理学损伤，抑制CA1神经元的凋亡，提高心脏骤停后72 h的存活率和神经功能预后，其神经保护作用与抑制Drp1和Cyt C表达以及保护线粒体结构有关。LYDEN等[23]证明，TH以一种依赖于温度的方式干扰星形胶质细胞旁分泌保护神经元，并提出一种优化脑损伤后TH的方案，促进对心脏骤停和卒中的研究。

1．5电针预处理DAI等[24]一项电针治疗缺血性脑损伤的大鼠实验表明，电针在百会穴预处理可通过腺苷A1受体的作用，对短暂性脑缺血有保护作用。

2 后处理

研究证实，异氟醚后处理(ISPOC)在脑内起着神经保护作用，异氟醚后处理对急性缺氧缺血性脑损伤(如急性颅脑损伤和缺血性脑卒中)的保护作用优于预处理。3.0%浓度的异氟醚后处理对神经的保护作用优于1.5%和4.5%浓度的异氟醚，且激活素A(转化生长因子-b超家族成员，属亲神经保护因子，负责突触传递[25])及其下游ERK1/2参与异氟醚后处理诱导的神经保护[26]。HU等[27]在探讨七氟醚后处理对大鼠失血性休克复苏后空间学习记忆能力的影响的研究中发现，浓度分别为2.4%和3.6%的七氟醚对失血性休克复苏后的大鼠后处理，能提高大鼠空间学习记忆能力，可能与保护海马CA1胆碱能神经元有关。

缺血组织后处理(PostC)是指缺血事件发生后再灌注开始时应用的一系列周期短暂性缺血再灌注。XIE等[28]已证明PostC具有神经保护作用(如减少神经细胞死亡、降轻脑水肿症状并改善脑循环，减轻炎症、凋亡和氧化应激)且是一种治疗CIR很有前景的的临床策略。PostC可以快速诱导或延迟诱导，亦可以由药物诱导，作为一种潜在的临床治疗方法，PostC可远程诱导，具有治疗选择性。在离目标器官(如肢体)较远的组织中，通过PostC产生保护信号，即远端PostC(rPostC)，可能提供一种施加内源性组织保护的替代方法。VINTEN-JOHANSEN等[29]在多种动物(包括大鼠、兔和猪)的心脏、肾脏、大脑和骨骼肌实验中观察到rPostC可减轻I/R，减少组织坏死、凋亡，机制可能与I/R修复激酶有关，这与预处理和常规PostC机制一致。ZHAO等[30]对比分析了rPostC治疗的卒中患者，表明rPostC可能为CIR患者或有CIR风险的脑卒中患者提供脑保护。

3 药物防治

近年来的研究揭示了复方中药CCMs及其主要成分对I/R诱导的心、脑、肝、肠等微循环功能障碍和组织损伤的保护和治疗作用。CCMs含有多种生物活性成分，具有调节能量代谢的潜力、抗氧化效果、抑制炎症细胞因子的释放、抑制白细胞、血小板和血管内皮细胞黏附分子的表达，能预防血栓形成，抑制白蛋白渗漏，肥大细胞脱颗粒，改善微循环功能障碍和器官损伤等作用[31]。2，3，5，6-四甲基吡嗪是川芎嗪的主要活性成分，广泛用于缺血性脑血管病的治疗。研究发现，川芎嗪可抑制兴奋性氨基酸释放、促进内源性神经干细胞迁移、分化和增殖，抑制脑缺血后血栓形成、炎症反应和凋亡，对CIR具有明显的保护作用[32]。3’-大豆苷元磺酸钠是由葛根活性成分(大豆苷元)合成的一种新型水溶性化合物，通过给CIR大鼠注射3’-大豆黄酮磺酸钠后观察发现，3’-大豆黄酮磺酸钠显著降低线粒体肿胀、提高线粒体膜电位、增加线粒体超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性，降低线粒体丙二醛水平，进而改善血脑屏障的结构完整性并降低血脑屏障的通透性，证实了3’-大豆黄酮磺酸钠对大鼠CIR后线粒体功能具有保护作用[33]。三七主要活性成分是三七皂苷，其在调节血液循环系统、心血管系统和神经系统等方面具有广泛的药理作用。YANG等[34]发现，三七皂苷对I/R具有明显的保护作用；羟基草胺黄A(HSYA)是一种从中药中提取的活性成分，已被应用于CIR的防治。为阐明HSYA对脑卒中的综合作用机制，XU等[35]采用无标记定量蛋白质组学分析方法研究了CI/R对大鼠的调节蛋白及其在HSYA作用下的变化，结果表明，HSYA在脑保护中发挥重要作用且机制集中于缺氧诱导因子1 (HIF-1)信号通路。

复方阿格列汀(Alogliptin)是一种口服的新型的糖尿病治疗药物，在体内和体外试验表明Alogliptin对神经血管的保护作用[36]。二甲双胍作为一线抗糖尿病药物，通过一项 I/R大鼠模型实验发现，二甲双胍可以减轻海马相关行为的缺陷，抑制细胞凋亡。Western blot结果显示，二甲双胍可促进I/R脑内Akt1的活化，降低JNK3和c-Jun的磷酸化水平，并使裂解的Caspase-3升高。PI3K抑制剂逆转了所有的保护作用，进一步说明二甲双胍通过PI3K/Akt1/JNK3/c-Jun信号通路保护海马免受缺血损伤，从而可以改善I/R诱导的脑损伤[37]；组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂(如丙戊酸、丁酸钠、4-苯基丁酸钠等)是一类通过增加组蛋白和非组蛋白的乙酰化激活转录、增强基因表达、修饰靶蛋白功能的药物，乙酰化稳态在神经系统疾病中经常被破坏，有证据表明HDAC抑制剂在包括缺血性脑卒中在内的许多临床前模型中具有强大的保护作用[38]。重组组织纤溶酶原激活剂(rt-PA)溶栓治疗缺血性脑卒中的益处仍然有限，实验表明，rt-PA增强了缺血后多聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)的活化，从而导致血脑屏障损伤。EL等[39]通过评价PJ34(一种有效PARP抑制剂)，是否能改善rt-PA给药后引起的再灌注不良现象，发挥血管保护作用，结果表明，脑缺血后将PARP抑制剂PJ34与rt-PA联合应用，能显著改善rt-PA诱导的再灌注损伤，促进血管保护。此外，联合治疗显著减轻脑水肿、皮质损害和感觉运动障碍。这种方法在延长治疗窗的情况下改善溶栓，意义深远。

4 其他物质

褪黑素是一种内生的吲哚胺，对IR损伤有很强的防御作用。已证实线粒体是褪黑素发挥其对I/R损伤保护作用的重要靶点，MA等[40]已阐明了褪黑素在I/R情况下保护线粒体功能的机制；褪黑素治疗通过抑制Mst1-Hippo通路激活线粒体融合因子mitofusion-2 (MFN2)，通过线粒体碎片相互作用，使线粒体DNA功能恢复进而减轻CIR，表明褪黑素对急性CIR的保护作用[41]。

促红细胞生成素(EPO)是红细胞产生的主要调节因子，EPO受体存在于大脑、脊髓、心脏和皮肤等其他器官。许多组织在缺氧、生化和物理应激作用下产生和局部释放EPO。在细胞、动物和临床研究中，NEKOUI等[42]已证明EPO能保护组织勉受I/R，具有抗凋亡、促进损伤后的再生作用。EPO通过稳定线粒体膜、抑制活性氧和氮等中间体的形成、抑制促炎细胞因子的产生和中性粒细胞的浸润，激活信号级联、增强大脑对缺血再灌注应激的抵抗力，保护功能性脑组织、改善脑缺血后的神经认知功能恢复[43]。MALLET等[44]研究表明，EPO具有抑制谷氨酸兴奋毒性和细胞内钙超载、抑制氧化应激和炎症、阻断凋亡级联和维持血脑屏障完整性的能力。近期发现，缺氧诱导大脑产生EPO，神经元、星形胶质细胞和脑血管内皮细胞都含有EPO受体，这为利用内源性EPO保护大脑免受I/R的治疗方法带来了希望；局灶性I/R的大鼠模型实验为EPO治疗CIR提供了体内成像证据，EPO降低了灌注加权成像(PWI)和弥散加权成像(DWI)异常高信号的相对面积，增加了脑血容量，减少了CIR区TUNEL阳性凋亡细胞的数量[45]。

连接蛋白是广泛分布于体内的蛋白质，对心脏和大脑功能至关重要。六个连接蛋白亚基在质膜中形成连接子或半通道，促进了缝隙连接通道的形成。间隙连接是协调细胞功能所必需的，它通过在心脏和神经细胞之间传递电流或允许化学信号和能量的交换来实现，连接蛋白除存在于心肌细胞和脑细胞的肌膜外，还存在于线粒体中，参与调节线粒体基质离子通道和呼吸链。SCHULZ等[46]通过敲除技术和药理学方法，已证明连接蛋白-43作为一种新兴的治疗靶点在CIR保护中有重要意义。

脂联素(APN)是调节糖脂代谢的主要脂质，具有抗炎、抑制氧化应激作用，在保护大脑神经系统中发挥重要作用。LI等[47]在探讨APN肽(APN-P)对小鼠I/R后神经元的影响的实验中，应用APN-P后显著改善了CIR后的神经功能缺损，降低了梗死面积。此外，APN-P处理可抑制I/R后氧化应激和凋亡蛋白表达，对缺血性脑卒中后的脑损伤有治疗作用。

整合素是细胞黏附分子家族中的重要成员，与细胞骨架黏附蛋白通过调节细胞内通路，参与细胞黏附、分化、生长、迁移、神经发育和血管生成。LI等[48]在探讨整合素beta1对CIR大鼠神经行为和神经血管再生的影响的实验中发现，抗整合素beta1治疗加重I/R大鼠神经功能缺损，增加脑梗死面积，整合素beta1通路的抑制可影响、干扰I/R大鼠的行为和神经血管再生，而整合素beta1通过促进血管生成，在修复和保护神经血管方面发挥着关键作用。

表皮生长因子(EGF)预处理显著降低CIR大鼠的神经功能缺损和梗死体积，且EGFR的拮抗剂AG1478能降低其保护效应，提示激活表皮生长因子受体(EGFR)可通过JAK2/STAT3通路减轻I/R，其神经保护作用可能与抑制连接蛋白Cx43表达及抑制细胞凋亡有关[49]。

脑源性神经营养因子(BDNF)和血管内皮生长因子(VEGF)通过激活磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/Akt信号通路，发挥神经保护作用，这与DEX术后可增加I/R后BDNF和VEGF的表达，具有神经保护作用有关[49]。

Homer1a是支架蛋白的短形式(支架蛋白是许多关键信号通路中的重要调控因子)，在许多形式的应激中起保护作用。研究发现，Homer1a通过上调糖氧剥夺(OGD)，减轻OGD诱导的皮质神经元乳酸脱氢酶(LDH)的释放和细胞死亡，抑制PERK通路来保护线粒体功能，从而保护OGD诱导的损伤。此发现提供了一种保护神经元勉受CIR的途径[51]。

硫化氢(H2S)是一种内源性的气体信号分子，对缺血损伤具有保护作用。ZHU等[52]近期研究发现，外源性H2S降低I/R小鼠大脑自噬液泡的累积。NaHS(H2S的供体)治疗显著提高细胞活力，减少脑梗死体积、抑制自噬体的形成。总的来说，外源性H2S对缺血/缺氧和再灌注/再氧化损伤的神经保护作用是通过增强自噬降解实现的。亦有实验证明，外源性和内源性硫化氢H2S通过上调血管内皮依赖性收缩扩张功能，对CIR损伤具有保护作用，可能与激活钾通道有关[53]。

5 展望

脑缺血主要有三种病理类型：(1)缺血性脑卒中；(2)原发性脑出血；(3)蛛网膜下腔出血，其中缺血性脑卒中是常见类型，具有高发病率、高病死率、高致残率等特点。CIR是针对缺血性脑卒中治疗过程中出现的主要并发症之一，对其的防治策略主要受缺血持续时间和干预时间的影响。通过综述近5 a国内外对CIR主要防治方法、机制研究进展后发现，目前的防治方法虽已取得显著成绩，如低氧预处理、麻醉预处理等方法已被证实对CIR有效，但较为理想的防治措施和相关机制的精确研究还是甚少，因此，深入CIR的病因、开发新的治疗手段以有效防治I/R是目前亟需解决的问题。