高压氧治疗对缺血性脑卒中保护作用机制的最新研究进展

张博文，张 兵

迄今为止，在全世界范围内急性缺血性脑卒中所造成的危害仍然是一个严峻的问题，尤其是在中低等收入国家愈发明显，急性脑缺血缺氧所造成的细胞损伤可以导致机体残疾甚至是死亡[1]。现在仍然缺乏有效的临床手段来减轻由缺血所引起的脑损伤[2]。因此，寻找新型有效的治疗方法对于缺血性脑卒中的治疗有深远意义。高压氧(hyperbaric oxygen，HBO)已被应用于多种神经系统疾病的治疗中，其治疗安全性在各个年龄段或者群体中都得以展现，其中也包括新生儿[3]。近期有研究表明，高压氧可以通过提高脑缺血耐受性、抗氧化应激以及抑制细胞凋亡过程等机制到达神经保护的目的[4]。本研究就高压氧治疗在脑保护方面的作用机制最新研究进展作一阐述。

1 高压氧概述

高压氧治疗作为一种辅助治疗手段，其可以通过增加氧张力和对缺氧组织氧的输送来改善或者治愈缺氧性疾病[5]，还可以改善脑组织微循环以及有效恢复缺血脑组织氧供[6]，这也为其在研究脑保护作用机制的实验中提供了重要依据。

2 高压氧在缺血性脑卒中治疗中的作用机制

2.1 抑制细胞凋亡

2.1.1 增强沉默信息调节因子1(SirT1)的表达 SirT1是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+依赖性蛋白脱乙酰酶，可以通过抑制p53蛋白表达从而达到抑制细胞凋亡的目的[7]。Yan等[8]通过建立大鼠大脑中动脉栓塞(MCAO)模型研究发现，利用高压氧预处理大脑中动脉阻塞2 h后大鼠，在其缺血再灌注损伤后24 h和7 d，分别测定SirT1的表达，结果发现实验组中SirT1表达明显高于未被高压氧预处理的对照组，并且同时减小了脑梗死面积，而当使用SirT1的抑制剂或者使用siRNA敲除SirT1基因后，高压氧治疗的上述作用明显减弱。因此，高压氧治疗可以通过增强SirT1的表达而抑制神经细胞凋亡，对缺血性脑卒中起到保护作用。

2.1.2 抑制细胞能量的衰减 ATP的减少在细胞凋亡中扮演着重要的角色[9]。同时有研究表明，NAD可以通过增加SirT1的活性，抑制细胞凋亡，从而达到保护神经细胞的作用[10]。Hu等[11]通过用高压氧处理大脑中动脉阻塞的高血糖大鼠发现，其可以通过激活ATP/NAD+/SirT1通路，降低ATP和NAD的衰减程度，改善血脑屏障的功能，抑制神经细胞的凋亡，缩小脑缺血梗阻面积，从而达到脑保护的目的。

2.2 抑制炎症反应

2.2.1 抑制环氧合酶-2(COX-2)的生成 COX-2是前列环素合成的限速酶之一，是脑缺血发生时炎症反应的核心调节因子[12]。在小鼠全脑缺血后，其受损的海马体中COX-2水平显著升高，而在COX-2基因缺陷小鼠中，海马体神经元损伤程度低于正常组小鼠，说明抑制COX-2表达可以减轻脑缺血性损伤[13]。 Cheng等[14]运用大鼠全脑缺血模型研究发现，对脑缺血大鼠应用高压氧预处理后，利用免疫印迹法分别测定其缺血后1 d海马体和大脑皮层COX-2及其下游分子的表达发现，相比于对照组，COX-2及其下游分子表达明显降低，神经元存活数量显著增加，同时还降低其死亡率，因此，高压氧可以通过降低COX-2水平，抑制炎症反应，从而达到脑保护的作用。研究中还发现高压氧预处理(hyperbaric oxygen preconditioning，HBO-PC)的脑保护作用均可被选择性COX-2抑制剂NS-398所阻断，由此可证实COX-2的活化在HBO-PC治疗中具有重要作用，然而研究者指出在此情况下COX-2通路的分子机制有待进一步阐明。

2.2.2 抑制髓过氧化物酶(MPO)的表达 临床研究表明，MPO的表达通常用来评估急性炎症反应的程度，其水平的增高会引起血管内皮细胞的损伤[15]。Lee等[16]应用大鼠MCAO模型研究发现，高压氧治疗组大鼠脑中缺血半影区MPO的表达情况明显低于对照组，并且随着治疗时间的延长，MPO表达逐渐减少，说明高压氧治疗可以通过抑制炎症反应从而起到神经保护作用。

2.3 抗氧化应激

2.3.1 抑制基质金属蛋白酶(MMP)的活性 氧化应激是脑缺血再灌注损伤的一个主要因素[17]，而其作用的重要机制包括MMP的激活[18]。有研究证实，MMP在脑缺血损伤中起着广泛的作用，包括细胞外基质的重塑以及对血脑屏障的破坏[19]。Soejima等[20]应用高压氧预处理高血糖的MCAO大鼠，确定其是否会通过缺血前活性氧(ROS)增加以及抑制血清内MMP-2和MMP-9的活性途径改善脑出血性转化。该研究运用活性氧清除剂n -乙酰半胱氨酸(NAC)、缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)及其抑制剂2-甲氧雌二醇(2ME2)、催化剂氯化钴(CoCl2)以及基质金属蛋白酶抑制剂SB-3CT等药物进行对比，在大鼠脑缺血后的24 h和7 d内，评估神经系统功能评分、脑梗死面积、出血体积以及HIF-1α的表达及其下游MMP-2和MMP-9的活性情况。结果显示，高压氧处理的高血糖MCAO大鼠较对照组HIF-1α的表达及其下游的MMP-2和MMP-9活性均受到了抑制，而且神经功能得以改善，脑梗死面积及出血体积明显减小。因此，高压氧可以通过抑制MMP-2和MMP-9的活性，抑制氧化应激反应，保护血脑屏障，达到脑保护的作用。

2.3.2 促进核转录因子E2相关因子2(Nrf2)的表达 Nrf2是内源性抗氧化防御系统的关键调节蛋白，在氧化应激条件下会与抗氧反应元件(ARE)结合，启动下游大量的抗氧化酶基因转录，发挥抗氧化保护作用[21]。Zhai等[22]应用SD大鼠实验发现，高压氧处理的正常SD大鼠，随着治疗时间延长，其体内Nrf2的表达显著增加，而高压氧处理的脑缺血SD大鼠，其梗死面积显著缩小，同时减轻了神经元损伤、减少了细胞凋亡以及增加了Nrf2的表达。因此，高压氧可以通过增加Nrf2的表达，抑制氧化应激反应，缩小脑梗死面积，发挥脑保护的作用。

2.4 促进血管生成 有研究表明，新的血管生成有利于包括神经和突触形成在内的神经修复过程，可以促进神经功能恢复[23]。Duan等[24]研究发现，高压氧处理MCAO大鼠48 h后其梗死面积缩小了近50%，并且相对于对照组姿势反射测验得分增高，经高压氧治疗的大鼠其得分显著降低，神经功能明显恢复，而此时其脑缺血半影区微血管密度显著增加，说明高压氧可以通过血管生成的方式降低缺血后脑损伤的程度，并且有利于神经功能改善，从而达到脑保护作用。

2.5 促进溶栓 迄今为止，重组组织型纤溶酶原激活剂(recombinant tissue plasminogen activator，rtPA)被认为是治疗急性脑缺血最合适的药物之一。Chazalviel等[25]研究发现，高压氧可以明显提高rtPA在体外的催化和溶栓效率，并且可以有效恢复大鼠血栓栓塞性脑缺血的脑血流量，值得注意的是，高压氧治疗时间仅5 min便可以减少其脑损伤和脑水肿，其机制为通过促进溶栓来提供神经保护的作用。由此可见，高压氧可以通过增加rtPA的溶栓效率，促进体内的溶栓进程，从而减少血栓栓塞性脑缺血大鼠的脑损伤和脑水肿，达到脑保护的目的。

2.6 增加骨桥蛋白(OPN)的表达 OPN是一种与多种病理生理过程相关的磷化蛋白。有研究表明，在蛛网膜下腔出血后，OPN可以明显减轻脑损伤[26]，并且经凝血酶切割的OPN可以减少脑缺血细胞的凋亡[27]。Hu等[28]通过实验发现，经高压氧处理的MCAO大鼠，其脑内OPN的表达增加，并且其神经系统的预后明显优于对照组。然而当使用siRNA将OPN的表达基因敲除后，高压氧治疗效果会被明显消除，脑梗死面积增大。由此证明高压氧通过增加了大鼠脑内OPN的表达，减少了梗死面积，改善了大鼠在局部缺血性脑卒中后的病理损伤，从而起到了神经保护的作用。

3 总结与展望

高压氧可以通过抑制细胞凋亡以及炎症反应、抗氧化应激、促进血管生成、促进溶栓以及增加OPN的表达等多种机制达到脑保护的目的，应用于缺血性脑卒中的治疗具有重要的临床意义。但其是否可以通过其他机制发挥脑保护作用，或者是否会对缺血性脑卒中在某些方面造成一定的危害，则有待进一步的研究。因此，开展高压氧的功能性研究具有重要的研究价值以及应用前景。