神经系统缺血再灌注损伤保护措施的研究进展

刘麟文，姚俊岩

(上海交通大学附属第一人民医院麻醉科，上海 200080)

缺血再灌注损伤是一个复杂的病理生理过程，包括缺血造成的原发性损伤和再灌注引起的继发性损伤。中枢神经系统的缺血再灌注损伤主要包括缺血性脑卒中再灌注损伤和脊髓缺血再灌注损伤两种类型。其中缺血性脑卒中具有发病率高、死亡率高、致残率高的特点，是世界范围内致死和致残的主要原因，呈现年轻化趋势[1]。脑血流恢复后，再灌注可能不仅不能使脑组织功能完全恢复正常，反而会导致组织损伤和功能障碍进一步加重，这种现象称为再灌注损伤。脊髓缺血再灌注损伤常伴发于腹主动脉阻断和血流再开放，是一种严重致残性疾病，不仅引起截瘫，甚至可导致死亡。两种疾病均可严重影响患者的生活质量，加重个人乃至社会的经济负担。目前临床上虽有多种治疗措施，但仍无完全阻止疾病发生、发展的治疗手段。各种神经保护措施及其机制是目前研究的热点，保护措施包括药物保护措施和非药物保护措施。现对近年来神经缺血再灌注损伤治疗措施的研究进展予以综述。

1 药物保护措施

1.1中药类

1.1.1忧遁草 近年来，多中心临床试验和大量人口流行病学研究使用中草药治疗脑卒中。忧遁草，又称沙巴蛇草，Belalai gajah(马来语)，是一种用于治疗蛇和昆虫叮咬、皮疹和癌症的草药，具有镇痛、抗炎、抗病毒和抗氧化的药效。研究证明忧遁草叶子的乙醇提取物不仅可保护神经元，还可以保护星形胶质细胞和内皮细胞抵御缺氧诱导的死亡[2]。忧遁草可以作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂抑制早期组蛋白脱乙酰酶1和组蛋白脱乙酰酶6转录，改善缺氧诱导的神经元死亡[2]。

1.1.2姜黄素 姜黄素是从姜黄中提取的生物活性成分。姜黄素具有多种生物活性，包括抗炎、抗细胞凋亡和抗氧化特性。有研究证明，姜黄素可以剂量依赖性地改善慢性间歇性缺氧诱发的脑损伤，包括减轻脑水肿，神经元死亡和星形胶质细胞增生[3]。姜黄素的保护机制是抑制水通道蛋白4表达，介导p38促分裂原活化的蛋白激酶途径[3]。姜黄素还可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ保护原发性缺氧复氧诱导的神经细胞凋亡[4]。因此，姜黄素可能是一种很有前景的治疗缺氧缺血相关脑损伤的药剂。

1.1.3三七皂苷 三七皂苷R1是一种从三七中提取的植物雌激素。有研究报道，三七皂苷R1具有抗炎、抗氧化和抗凋亡作用，在心功能不全、急性肝衰竭、糖尿病肾病中发挥重要作用[5-6]。三七皂苷R1可能通过雌激素受体(endoplasmic receptor,ER)发挥功能。经典的ER有ERα和ERβ两个主要的亚基。在大脑皮质、海马和基底前脑等部位，ERα/β存在认知脑区域负责学习和记忆。ER在器官缺血中起重要作用。有研究发现，体外和体内模型中三七皂苷R1可显著减弱新生大鼠缺氧缺血的神经元损伤[7]。三七皂苷R1有助于神经功能的长期恢复，其通过调节磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/c-Jun氨基端激酶信号通路，抑制神经细胞凋亡，促进神经元存活，发挥重要的神经保护作用[7]。另有研究表明，三七总皂苷可能在缺血缺氧过程中通过调节Nogo-66受体/Ras同源基因家族成员A/Rho相关蛋白激酶2信号通路，抑制Nogo-66受体、Ras同源基因家族成员A和Rho相关蛋白激酶2蛋白发挥强大的神经保护作用[8]。

1.1.4氧化槐果碱 氧化槐果碱是从苦参果中分离出的一种生物成分。苦参果产于广西、宁夏、甘肃、青海和其他沙漠地区。氧化槐果碱是一种喹诺酮类生物碱，存在于槐花，苦豆和其他豆科决明子植物属中。苦参果有解毒、抗菌消炎、镇痛的作用。研究发现，氧化槐果碱显示出对缺氧复氧后海马神经元损伤的改善作用，同时氧化槐果碱被认为通过抑制胞外信号调节激酶、c-Jun氨基端激酶和p38促分裂原活化的蛋白激酶信号通路发挥抗炎和抗细胞凋亡特性[9]。

1.1.5川芎嗪 川芎嗪是一种来自传统草药根茎的生物碱提取物，在国内常规被用作治疗脑卒中和其他血管疾病。在动物缺血性脑卒中模型中，川芎嗪可清除自由基，抑制Ca2+内流，增加自由基硫氧还蛋白的转录和抑制炎症，起到神经元保护的作用。川芎嗪可通过抑制海马神经元的凋亡在缺氧/复氧诱导的原代海马神经元损伤中发挥保护作用，可能的作用机制是抑制c-Jun氨基端激酶信号通路。川芎嗪可以抑制c-Jun氨基端激酶激酶蛋白的表达，并显著降低c-Jun氨基端激酶通路中上游mRNA的含量，且该抑制作用与川芎嗪的浓度相关，此过程涉及促分裂原活化的蛋白激酶激酶4和促分裂原活化的蛋白激酶激酶7[10]。

1.1.6牡荆黄素化合物B1 牡荆黄素化合物B1是一种从中国草药黄荆种子中分离出的牡荆黄素家族新成员。牡荆黄素是黄荆中发现的新木脂素化合物，存在于狼尾草、西番莲花和山楂等植物中。牡荆黄素具有多种药理作用，如抗氧化、抗炎、抗癌、抗伤害感受和抗抑郁作用。有实验研究表明，牡荆素化合物B1能通过抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)磷酸氧化物的表达和活性氧类产生的减少来保护PC12细胞免受缺氧/复氧诱导的损伤，同时牡荆素化合物B1对缺氧/复氧诱导的还原型NADH磷酸氧化物的表达与缺氧诱导因子-1α抑制无关[11]。

1.1.7远志配基 远志是一种在中国广泛使用的传统药用植物，远志配基是从远志中提取的活性单体。远志配基可以抗细胞凋亡和治疗缺氧/复氧损伤。用远志配基处理PC12细胞能抑制还原型NADH磷酸氧化酶和活性氧类的产生，同时降低细胞内Ca2+水平，显著减少缺氧/复氧诱导的细胞凋亡。这种神经保护作用可能是通过Rho特异性的GDP解离抑制因子α表达上调、抑制c-Jun氨基端激酶信号通路、抑制细胞凋亡造成的[12]。这些发现提供了神经元缺氧/复氧损伤的潜在治疗靶点。

1.1.8芍药苷 芍药苷是从中草药芍药根中分离出来的主要活性成分。芍药苷有许多生物学活性已被证明具有抗炎、镇痛和抗氧化作用。芍药苷预处理可以减少大鼠大脑中动脉闭塞的梗死体积。这种神经保护作用可能由腺苷A1受体激活介导，因为腺苷A1受体拮抗剂8-环戊基-1,3-二丙基黄嘌呤可以抑制芍药苷保护作用的影响。另外，芍药苷预处理可改善神经元缺血性损伤后生存情况，这种影响取决于蛋白激酶B和胞外信号调节激酶1/2磷酸化，由腺苷A1受体介导的表皮生长因子反式激活诱导，Src激酶和基质金属蛋白酶2也参与腺苷 A1受体对表皮生长因子受体的反式激活[13]。

1.1.9雌激素和植物雌激素 植物雌激素来源于植物。这些分子与17β-雌二醇具有结构相似性，所以它们可以与雌激素受体结合发挥雌激素或抑制雌激素作用。植物雌激素是天然选择性雌激素受体调制器，它们作为ER激动剂还是拮抗剂取决于作用的组织部位。染料木素是已知最好的植物雌激素之一，具有抗氧化作用和抗细胞凋亡，这使它成为治疗缺血性损伤的有力工具[14]。

1.1.10桉叶油 1,8-桉叶油是芳香油中的一种单萜，存在于各种植物中，包括迷迭香、鼠尾草和桉树。1,8-桉叶油和含有1,8-桉叶油的芳香油类具有抗氧化、抗炎、抗高血压等特性。1,8-桉叶油为脂溶性且可通过血脑屏障，对脑缺血损伤保护作用的研究表明，1,8-桉叶油通过抑制活性氧类过量产生，显示出对糖氧剥夺/复氧诱导的皮质细胞的显著神经保护作用。1,8-桉叶油的抗氧化作用与超氧化物歧化酶上调以及活性氧类清除相关[15]。尽管桉叶油对颅内脑缺血性损伤的保护机制尚未完全明确，但1,8-桉叶油仍可作为保护神经和治疗缺血性卒中的候选药物。

1.2西药类

1.2.1丙泊酚 丙泊酚也称为2,6-二丙基苯酚，是广泛使用的静脉注射短效麻醉剂。丙泊酚除麻醉作用外，还有许多非麻醉效应，包括免疫调节作用、镇痛作用、抗焦虑作用和神经保护作用等。近年来有研究表明，丙泊酚可显著改善缺氧/复氧的海马神经细胞凋亡，主要通过两个独立的信号转导途径发挥作用，分别是钙神经素/FK506结合蛋白(FKBP12.6)-雷尼丁受体/钙超载途径和小G蛋白/大肿瘤抑制基因 1/Yes相关蛋白/B细胞淋巴瘤-2基因途径[16]。

1.2.2辛伐他汀 他汀类属于3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶A还原酶抑制剂，主要作用是抑制胆固醇合成，可减轻多种器官(大脑、心脏、肾脏和肺脏)缺血再灌注损伤的严重程度。有研究表明，辛伐他汀可以减少缺氧/复氧中脊髓细胞中产生的2′,7′-二氯荧光黄双乙酸盐，2′,7′-二氯荧光黄双乙酸盐是直接测量细胞氧化还原状态的技术之一，辛伐他汀可显著降低缺血再灌注诱导的自由基生成，提示该药物可以改变细胞的氧化应激情况[17]。

1.2.3(+)-喷他佐辛 (+)-喷他佐辛是一种阿片受体激动/拮抗型镇痛剂。有研究表明，(+)-喷他佐辛可阻止氧化应激标志物(鱼谷氨酸脱羧酶、超氧化物歧化酶和p65蛋白)的表达上调，(+)-喷他佐辛可减轻氧化应激反应，减少小胶质细胞激活、凋亡，减轻神经炎症，表现出显著的神经保护作用[18]。另有研究表明，(+)-喷他佐辛的神经保护作用效果呈剂量依赖性，其药理作用通过σ1受体介导[19]。

1.2.4烟酰胺 烟酰胺又名维生素PP，已有的NADH池不足以维持缺氧后的神经元功能，烟酰胺可以降低NADH的过氧化作用，增加ATP含量，加强NADH对缺氧后复氧的反应，增加海马切片中的总NADH含量。单独抑制聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1不足以恢复缺氧后的神经功能。与聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1抑制剂长时间(>1 h)预孵育可改善神经元缺氧后的功能[20]。因此，烟酰胺与聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1抑制剂或烟酰胺的长时间孵育可视为缺氧缺血的治疗选择之一。

1.2.5亚甲蓝 亚甲蓝在1876年合成，被用于治疗高铁血红蛋白血症，氰化物中毒和疟疾。亚甲蓝可以减轻线粒体功能障碍，增加线粒体复合物Ⅳ活性，延迟人体成纤维细胞在体外衰老[21]。亚甲蓝可以改善脑血流活动，增加葡萄糖摄取和氧消耗下的脑代谢率[22]。近年来，亚甲蓝已被研究用于治疗各种中枢神经系统疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病和创伤性脑损伤，已证实在缺血性卒中的啮齿动物模型中具有保护作用[23]。研究证明，亚甲蓝在星形胶质细胞中对抗短暂的缺氧复氧诱导的细胞死亡发挥独特的保护作用，亚甲蓝在复氧期间可提供细胞保护作用；此外，亚甲蓝可增强星形胶质细胞葡萄糖代谢和线粒体氧化磷酸化，增加星形胶质细胞能量储存[24]。

1.2.6性激素 性别差异存在于脑损伤中的病理生理过程[25]。女性雌激素17β-雌二醇可减轻大脑缺氧缺血损伤。另一种雌激素，黄体酮及其代谢产物也被证实可以减轻缺血引起的神经元损伤。雄激素的作用则较复杂，对于雄激素的神经保护作用仍存在矛盾和争议。近年来研究证明黄体酮、睾丸激素和17β-雌二醇可抑制缺氧复氧引起的海马神经细胞死亡[26]。孕酮代谢物、异孕(甾)烷醇酮、睾酮代谢产物和5α-二氢睾酮由孕酮和睾酮介导参与神经保护作用[26]。这项研究不仅揭示类固醇激素及其代谢产物的保护作用，也表现出大脑中类固醇激素及其代谢产物作用的复杂性。

1.3其他药物

1.3.1乙醇 研究表明，在发育过程中暴露于乙醇的神经元更容易受到体外缺氧/低糖的影响，并且比未暴露神经元具有更高的内在死亡易感性[27]。近年来有研究表明，用低剂量乙醇预处理可以保护原发性皮质神经元抗糖氧剥夺/复氧诱导的损伤，降低细胞内Ca2+水平和神经细胞凋亡[28]。在糖氧剥夺/复氧条件下培养的原代皮质神经元中，大电导钙依赖的钾通道α亚基的表达上调可能有助于神经保护作用。以上结果表明，低剂量乙醇预处理通过减弱细胞溶质Ca2+的升高发挥神经保护作用和预防神经细胞凋亡，这是由大电导钙依赖的钾通道激活介导的。

1.3.24-苯基丁酸和锂 4-苯基丁酸是一种低分子量脂肪酸，临床用作氨盐清除剂。4-苯基丁酸作为化学伴侣蛋白，通过降低保留在ER中的错误折叠蛋白的负荷，缓解ER压力。锂可以直接抑制丝氨酸/苏氨酸激酶糖原合成酶激酶-3，起到抗凋亡作用。研究表明单独运用锂对缺血损伤无保护作用，然而锂和4-苯基丁酸协同处理可在ER压力暴露的细胞中产生神经保护作用，这可能成为治疗缺血性神经损伤的新策略[29]。

1.3.315d-前列腺素-J2过氧化物酶体增殖物激活受体γ活化在自噬中的作用存在争议。近年来在缺氧复氧损伤方面的研究表明，过氧化物酶体增殖物激活受体γ激动剂15d-前列腺素-J2通过部分抑制糖氧剥夺/复氧损伤后的神经元自噬发挥神经保护作用，15d-前列腺素-J2对自噬的抑制作用是通过上调Bcl-2并通过抑制Beclin1-Bcl-2蛋白异二聚体的解离介导的[30]。

1.3.4组织激肽释放酶 缓激肽和组织激肽释放酶-激肽系统与缺血性损伤有关。在实验模型缺血性卒中后，缓激肽水平在再灌注后的第1个24 h内升高，12 h达到最高峰，并在24 h后恢复到正常水平。组织缓激肽水平与组织损伤和脑组织肿胀显著相关，但血浆激肽释放酶水平在24 h后增高，在后续1周保持升高。

研究表明外源性组织激肽释放酶通过激活β-抑制蛋白-2信号通路组装的缓激肽受体2/纤维肉瘤激酶/促分裂原活化的蛋白激酶激酶1/2信号模块，上调核因子κB的表达，减少细胞色素C和Bax从线粒体到细胞质的释放，并抑制胱天蛋白酶3的激活，减轻脑缺氧再灌注损伤诱导大鼠海马CA1神经元的损伤[31]。

1.3.5氢气 氢气是一种新型抗氧化剂，具有许多优点，可有效减少活细胞中的细胞毒性自由基，并容易扩散到细胞质、细胞核和线粒体。有研究表明氢溶解于水后作用于HT-22细胞，可以抑制缺氧/复氧诱发的活性氧自由基增加和线粒体膜电位的丢失，是一种有效的自由基清除剂。氢可以在神经细胞的缺氧复氧中通过调节miR-200a-3p、miR-200b-3p、miR-429激活蛋白激酶B调节Bcl-2家族发挥抗凋亡作用[32]。

2 神经缺血再灌注损伤非药物保护措施

2.1低温 大脑保护的“亚低温”概念于1989年提出后在脑功能恢复方面取得了显著成效。近年来研究表明，低温预处理可减轻糖氧剥夺诱导的小鼠海马神经元损伤，环加氧酶2的表达下调和Na+，K+-ATP酶活性的增加可能与糖氧剥夺损伤耐受性增加相关[33]。有研究确定了体外原代神经细胞模型中最佳低温处理条件(34 ℃，4.5 h)。低温处理可减少细胞内钙，活性氧类和线粒体跨膜电位，低温处理可能通过抑制线粒体凋亡途径保护神经细胞，延长低温处理时间可能会减少神经保护作用[34]。

2.2高压氧 反复高压氧预处理可以对脑缺血或脊髓缺血提供神经保护作用。高压氧已安全地用于治疗各种疾病，如一氧化碳中毒和空气栓塞。最早的研究是Sterling等[35]检测高压氧预处理对缺血再灌注损伤的影响。有研究报道重复高压氧预处理可对脑缺血或脊髓缺血提供神经保护作用，过氧化氢酶、热激蛋白72和游离氧自由基的产生可能在高压氧预处理诱导缺血耐受中起一定作用[36]。

2.3缺血预处理和后处理 有研究表明，缺血预处理可减少细胞凋亡，选择性地增加神经元和血管内皮细胞中的细胞凋亡抑制剂1，并提供对缺氧缺血的长期的神经保护作用[36]。在体外，缺血预处理诱导细胞凋亡抑制因子1产生和保护人神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y神经元、人微血管内皮细胞-1中免于糖氧剥夺导致的死亡[37]。

缺血后处理可以减少脑梗死面积。缺血后处理对脑保护的效果受到不同形式缺血后处理的影响，包括循环次数，个体缺血再灌注的持续时间和缺血后处理刺激的整个持续时间[38]。

3 小 结

近年来神经缺血再灌注损伤的发病率呈升高趋势，目前仍缺乏系统和全面的特异性治疗方式。虽采取各种防治措施，但致残率、致死率仍居高不下，给患者和社会带来巨大的压力和沉重的经济负担。缺血再灌注损伤的预防、治疗措施及其具体机制是当今科研的研究热点。药物治疗包括中药、西药和其他化学物质，因药物使用的低创伤性及高可行性，在临床上有较大使用价值，是研究的重点和热点。非药物治疗措施作为辅助治疗措施，临床上已有小规模开展。脑和脊髓缺血再灌注损伤的治疗措施的相关研究对预防、治疗神经系统损伤有重要意义。