缺血缺氧性脑突触损伤和修复的研究现状

黄媛媛 汪萌芽

（皖南医学院细胞电生理研究室，安徽 芜湖 241002）

神经元之间、 神经元与效应器细胞之间相互接触并以此传递信息的部位叫做突触， 脑内的神经突触与信息传递和学习记忆的形成密切相关。 缺血缺氧性脑损伤（hypoxic-ischemic brain damage,HIBD）的致残率和病死率都很高， 存活者大部分都遗留神经系统功能的障碍。 大多数研究学者[1]认为，HIBD 是多因素共同作用的结果，缺血缺氧极易出现酸中毒，能量不足，大量乳酸堆积和氧化应激进一步加重酸中毒和神经毒性损伤； 由于脑供血不足引起兴奋性的氨基酸大量释放导致细胞内外的Ca2+稳态失衡，Ca2+超载[2]进一步加重神经元细胞的损伤。 还有氧化应激， 氮化应激， 细胞内钠、钾、钙、氯等离子的失衡等多方面的原因。 为了进一步了解HIBD 对突触的损伤及相关药物突触修复的作用，现将HIBD 对突触损伤的研究进展综述如下。

1 突触的损伤

（1）跨突触变性(trans-synaptic degeneration, TSD)是指神经元损伤后出现坏死和损伤的范围跨过突触，进一步引起相邻神经元轴突及胞体发生继发性变性和坏死的现象[3]。 TSD 更多的发生在视网膜神经节细胞变性[4]，在脑干和小脑上也有研究[5]，大脑半球的神经纤维损伤后可出现黒质、 丘脑等部位跨突触神经元的损伤。 脑卒中TSD[6]可影响下一级神经元损伤，病理研究显示脊髓前角运动神经元不仅凋亡的信号上调， 而且数目也逐渐减少。

（2） 突触蛋白及中枢神经轴突生长相关诱导因子的损伤急性卒中需要在有效时间窗内进行溶栓治疗，否则就可能会出现脑缺血再灌注损伤[7]，并进一步加重神经细胞的级联反应， 引起神经细胞的凋亡或坏死。长时间的缺血可导致突触蛋白的表达下降[8]。突触素（synaptophysin, SYP），突触囊泡蛋白的一种，可直接影响神经递质的释放和囊泡的转运，避免神经损伤[9]。在脑缺血再灌注的大鼠模型上应用RT-q PCR 技术可检测到SYP 的表达下调[10]， 红景天苷可改善这种情况， 并抵抗缺血带来的突触损伤， 而进一步促进突触再生。 中枢神经轴突生长相关诱导因子主要有细胞外基质、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、 细 胞 粘 附 分 子 (cell adhesion molecules，CAMs)、免疫球蛋白超家族等，在神经再生的诱导神经突起靶方向生长中起决定性作用。 在缺血性脑损伤中， 基质金属蛋白酶可引起大脑的水肿， 加重血脑屏障受损，细胞外基质的主要成分糖蛋白、胶原、脂蛋白等均作为基质金属蛋白酶反应的底物， 细胞外基质的消耗进一步加重血脑屏障的损伤[11]。 BDNF 也能改善脑水肿， 其机制可能是促进正五聚蛋白3 的生成进而维持血脑屏障的完整性。 细胞黏附分子家族是阻止非特定神经元突触进去靶定区域， 指导轴突的生长方向。 CAMs 参与了成人大脑突触可塑性和神经元存活，神经质体65 (neuroin 65, Np65)是CAMs 免疫球蛋白超家族的一员，具有脑特异性，在Np65 敲除脑缺血模型小鼠的实验中，与野生型(WT)小鼠相比，神经功能缺损更严重，Np65 KO 小鼠卒中后磷酸化细胞外信号调节激酶1/2 水平显著升高，表明Np65 KO 小鼠可能更容易受到脑缺血事件的影响[12]。

（3）突触超微结构的损伤 有研究显示[13-14]，HIBD由于缺血缺氧对突触的超微结构造成损伤， 通过电镜观察海马CA3 区锥体神经元的超微结构，显示脑损伤后的神经元突触间隙增宽、 突触囊泡减少、 突触后致密区变得稀薄等， 高压氧治疗可以改善突触超微结构的损伤， 不同时间窗的高压氧治疗效果不尽相同，学者研究得出在发病后的起初6h 内使用高压氧治疗效果最佳，可极大程度地保护了突触免受损伤。

2 突触的修复

（1） 突触蛋白及中枢神经轴突生长相关诱导因子的修复 目前，突触相关蛋白及BDNF 等已被证实与突触的再生和重塑密切相关， 更对脑卒中后神经功能的修复起到一定的促进作用。 赵景[15]等人在脑缺血性模型鼠上采用黄芩素长期干预治疗后， 发现黄芩素可以明显提高小鼠运动协调功能， 也可以调节脑缺血后轴突膜蛋白如GAP43、BDNF、突触相关蛋白PSD95 及SYP等的表达，从而可能参与调节突触可塑性和轴突生长,提高大脑可塑性。 另外加减薯蓣丸 （modified dioscorea pills，MDP）是由《金匮要略》的薯蓣丸演化而来，具有补肾填精、益气通络、健脾调肝之效。 临床研究对非痴呆型血管性认知功能障碍及中风后失语等疾病疗效显著[16-17]。 有研究证明MDP 可以促进血管性痴呆（vascular dementia，VD） 大鼠海马区脑源性神经营养因子的mRNA 表达[18]， 另外，SYP 作为突触结构的标志物，也是可以防止神经损伤[19]。 突触蛋白MAP-2 在神经元胞体、树突、树突棘和突触后致密区均有表达，也参与了突触可塑性， 并对树突棘功能和形态有很好的促进作用[20]。 PSD-95 是一种突触后蛋白，表达增多也会促进突触兴奋性增强[21]。 李在望等人通过对VD 模型鼠使用浓缩汤剂进行灌胃， 结果显示MDP 增强了SYP、PSD-95、MAP-2 等相关突触蛋白的表达，进一步表明MDP 能明显改善 VD 大鼠的学习记忆能力。

2.1 突触超微结构的修复

（1）药物的修复丹参注射液是以丹参、降香等有效成分制成的中药注射剂。 许多的临床实验发现其在改善血液微循环、 抑制血小板聚集、 抗凝、 防治血管痉挛、 扩张血管等方面具有较好的疗效， 现已被广泛应用于心血管疾病的治疗[22]。 丹参亦可以改善脑损伤神经元的突触的重建。 王怡珍[23]对缺血缺氧性脑损伤模型大鼠运用了丹参注射液， 用免疫染色和形态学等方法检测表明受损神经元细胞器有恢复痕迹， 可见突触小泡数量增多和突触结构的形态接近正常。 五味子(fragaria nilgerrensis schlecht, FNS)， 对糖尿病小鼠有神经保护作用[24]，急性糖尿病研究显示，经FNS 干预4周后，在Morris 水迷宫实验中，FNS 增强了野外任务中的运动活动， 显著地防止了空间学习缺陷， 并且改善海马突触超微结构， 提示FNS 具有明显的抗糖尿病和神经保护作用， 机制可能与提高糖尿病小鼠的抗氧化活性有关。 除此之外MDP 保护相关突触蛋白的同时，也改善了突触超微结构[19]。

（2） 针刺的修复 针刺对脑疾病的治疗有积极的作用，在治疗阿尔茨海默病、血管性痴呆、脑缺血、骨癌疼痛、 孤独症都有不错的研究进展。 有学者研究发现[25]，通过调节神经胶质网络，不仅调节突触可塑性，如上调海马突触比例， 增加突触界面曲率、 突触面密度、 单个突触的面积及减少突触裂谷， 还通过调节谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDA）受体、和α-氨基-3-羧基-5-甲基异恶唑-4-丙酸（AMPA）受体和生长相关蛋白(GAP-43)的表达，增加海马突触后电位斜率、群发电位峰值和峰面积，引起长时程增强。 在针刺的基础上， 电刺激对抑制细胞的凋亡、 神经干细胞再生的诱导和促进神经细胞功能的重建有着一定的作用。 电刺激脑中风模型的小鼠肝俞、肾俞穴这两处，对神经功能的修复和突触的再生和重塑有明显的反应，也可以促进轴突生长、 再生和增强树突棘伪足的运动能力等方面发挥重要作用[26]。 更有研究[27]使用不同频率的电针治疗， 明显改善了学习记忆能力， 尤其是高频电针，是最有效的改变淀粉样β1-42(Aβ1-42)所致的学习记忆障碍， 对突触超微结构损伤具有保护作用，其机制是抑制海马糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)活性。

2.2 沉默信息调整器1

沉默信息调整器1 (SIRT 1)[28]是一个哺乳动物的同源烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖的去乙酰化酶sirtuin 家族。动物模型中的遗传和生理分析显示，SIRT 1 在发育和成年期间对大脑起着有益的作用。 体内和体外研究表明，SIRT 1 调节神经祖细胞的命运、 轴突伸长、树突分支、突触可塑性和内分泌功能。 SIRT 1 除了在生理过程中发挥重要作用外， 还参与保护神经元免受损伤性脑损伤和阿尔茨海默病等神经系统疾病模型的损伤。

3 展望

对突触再生的研究近年来已逐步成为研究热点，就目前的医疗水平来看， 对于脑突触的损伤的恢复性治疗还很难达到很好的疗效。 治疗突触损伤的主要方法， 有改善突触超微结构的损伤、 增加调节生长相关蛋白的表达以及针灸促进突触再生。 有关针灸对突触再生的研究需要注意的是针刺对刺激量、 手法、 针刺治疗持续时间有较高的要求， 以及针刺干预对神经损伤和损伤神经修复过程中内源性保护作用。 这值得进一步深入研究。 同时，SIRT 1 是一种组蛋白去乙酰化酶， 可以调节多种细胞的功能， 在神经突触再生研究又是一大新的进展。 这些治疗的基础上对于突触再生后的功能研究及学习记忆方面的影响都需要进一步的探究。