缺血性脑卒中发病机制的研究进展

2020-12-28朱敬敬杨艳锋卢瑞瑞李晓晖陈文武

世界最新医学信息文摘 2020年8期

朱敬敬，杨艳锋，卢瑞瑞，李晓晖，陈文武

（河南大学第一附属医院，河南开封）

0 引言

脑血管病是一种常见的中枢神经系统疾病，具有较高的发病率、死亡率、病死率，给社会、政府及家庭带来了巨大的负担。中风主要分为缺血性脑卒中与出血性脑卒中两大类，最近的一项研究表明，87%的中风是缺血性中风[1]。目前，缺血性脑卒中的治疗主要以恢复脑血液循环和保护脑组织为主，强调了溶栓药物和神经保护药物联合应用的必要性[2]。临床上缺血性脑卒中的早期治疗以溶栓和取栓为主，重组组织纤溶酶原激活物（recombinant tissue-type plasminogen activator，rt-PA）是唯一被FDA认证有效的急性缺血性脑血管病溶栓治疗药物，但由于其严格的时间窗限制（发病后3-4.5小时），且治疗后有一定的出血风险，临床上真正能得到治疗的患者相对较少。因此，应在溶栓的同时强调神经保护，逆转神经元的凋亡。有研究发现，缺血后神经保护治疗可显著延长溶栓治疗的时间窗[3-5]。因此，必须结合缺血性脑卒中的病因病理，寻找合适的治疗药物，探索神经保护药物的潜在治疗靶点。

1 缺血性脑卒中的病理生理机制

1.1 兴奋性氨基酸毒性

兴奋性氨基酸毒性是脑缺血损伤后致使细胞发生凋亡、坏死的初始动因[6]。兴奋性氨基酸（主要为天冬氨酸和谷氨酸）是脑内含量最多的氨基酸。其中谷氨酸是脊椎动物中枢神经系统内主要的兴奋性递质。适量的谷氨酸是维持细胞正常生理活动所必需的，但当胞外谷氨酸浓度过高时则会产生毒性，导致神经元损伤。谷氨酸在神经系统灭活的唯一途径是通过神经细胞（主要为星形细胞）再摄取和吸收，然而当发生缺血性脑损伤时，大量的谷氨酸不能被神经元以及星形胶质细胞正常摄取，从而破坏其动态平衡，使谷氨酸大量富集，受体被过度激活，引起钙离子超载、自由基产生等一系列的级联反应，对中枢神经系统产生明显的毒性作用，引起神经元的大量死亡[7]。

1.2 钙超载

发生缺血性脑卒中时脑组织处于能量剥夺状态，大脑的耗氧量相对于其重量来说是非常高的（约占机体耗氧量的20%），且必须通过线粒体电子传递链产生足够的ATP来维持和恢复离子梯度。在细胞水平上，缺血导致氧化磷酸化和ATP合成的失败，导致ATP在2分钟内被消耗完，对Na+/K+ATP酶泵造成不利影响，导致质膜去极化，释放的钾离子进入细胞外，钠离子进入细胞内。而且，Ca2+泵失活，导致细胞内钙离子浓度急剧升高[8]，大量的Ca2+在细胞内富集，导致细胞质Ca2+超负荷，同时膜上的离子泵发生瘫痪，不能正常运输Ca2+，从而影响Ca2+涉及到的信号转导。细胞内Ca2+升高可激活磷脂酶A2和磷脂酶C，使膜磷脂降解，产生大量游离脂肪酸，尤其是花生四烯酸，其在代谢过程中产生血栓素、白三烯，一方面产生大量自由基，造成膜的脂质过氧化，破坏生物膜，加重细胞损害，另一方面可激活血小板，形成微血栓，增加梗死范围。

1.3 炎症反应

炎症是脑血管疾病尤其是缺血性卒中病理生理过程中的重要环节[9]。许多研究表明缺血后的神经炎症是缺血后长期预后的重要因素[10,11]。脑缺血后的炎症反应由多种因素引起，如活性氧的形成、细胞的坏死、组织的损伤，这些因素可激活炎症细胞[12-15]。脑缺血后的炎症过程涉及不同的细胞类型、炎性细胞因子和细胞受体。

脑损伤后，最初的炎症反应是由小胶质细胞的激活和募集介导的[16-18]。小胶质细胞是脑内的固有巨噬细胞，在脑损伤后高度活化[19]。激活的小胶质细胞释放促炎细胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6及其他潜在的细胞毒性分子如前列腺素类、ROS、NO[20-22]。此外，中性粒细胞和单核细胞的增加在短暂性脑缺血中也有报道[23]。白细胞通过血脑屏障的转运似乎受到CAMs和趋化因子信号的调控[24]。星形胶质细胞甚至神经元也会导致脑炎症，这些细胞会产生几种抗炎因子和趋化因子，从而招募单核细胞[25-28]。这些细胞共同作用，最终导致缺血后脑损伤。

细胞因子在验证机制中起关键作用，并参与了与中风相关的脑损伤[29]。促炎细胞因子主要有TNF-α、IL-1β、IL-6和趋化因子。有研究表明，小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元在永久性或短暂性脑缺血后IL-1增加[30]。IL-1通过增加内皮细胞上的黏附分子如e-选择素、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1的表达增加白细胞的浸润，导致血脑屏障的破坏[31-33]。有研究表明，给予重组IL-1受体拮抗剂可减少组织坏死和梗死体积[34]。

1.4 神经元凋亡

正常生理状态下，细胞的死亡包括坏死和凋亡两种途径。细胞凋亡或程序性细胞死亡是一个与基因组断裂相关的过程，其特征是细胞皱缩、染色质聚集、细胞膜和线粒体完整，不引起周围组织的炎症和损伤。相反，坏死是一个未被调控或程序化的过程，通常是严重脑缺血的结果，其特征是严重线粒体损伤引起的能量衰竭破坏了细胞内稳态，导致细胞肿胀、膜溶解、炎症、血管损伤和水肿形成。实验研究提示严重缺血诱发坏死，轻度缺血诱导凋亡。这解释了为什么缺血中心区发生坏而半暗区以细胞凋亡为主。神经细胞的凋亡是脑缺血再灌注损伤过程中引起神经系统受损的主要机制。当发生急性缺血时，其梗死区的神经细胞已坏死，而缺血半暗带区域的神经细胞处于逐渐凋亡的状态，仍具有生理活性。因此，抢救该区域抑制神经细胞的凋亡是治疗脑卒中的重中之重[35]。目前，公认的细胞凋亡途径有两条，一个是线粒体依赖的内在途径，另一个是受体介导的外在途径[36,37]。

线粒体中的细胞死亡信号通路在缺血的大脑中被证实与线粒体细胞色素c的释放有关。细胞色素c是一种水溶性的线粒体外周膜蛋白，是线粒体呼吸链的重要组成部分[38]。细胞色素c与CED-4同系物、Apaf-1（凋亡蛋白酶激活因子）和脱氧三磷酸腺苷相互作用，形成凋亡小体，导致caspase-9、Smac的激活[39-41]。caspase-9可能是细胞色素c依赖的caspase级联的启动子，继续激活其下游分子caspase-3，引起细胞凋亡[42]。脑缺血研究中，caspase-3和caspase-9被证实在缺血后神经元死亡中起关键作用[43,44]。另一方面，Sma通过约束IAP（凋亡抑制蛋白）促进caspase-3的激活，最终引起细胞凋亡[45]。Bcl-2家族蛋白具有一个或多个Bcl-2同源结构域，通过调节线粒体膜的通透性在细胞凋亡信号转导中发挥重要作用[46]。Bcl-2家族包括两类，其中Bax、Bcl-XS、Bak、Bid、Bad为促凋亡蛋白，Bcl-2和Bcl-XL为抗凋亡蛋白。在局灶性脑缺血后，Bcl-2过表达转基因小鼠的梗塞灶减小[47]。

凋亡的死亡受体通路是由死亡受体家族成员启动的，如Fas受体和肿瘤坏死因子（TNF）受体。在Fas受体途径中，细胞外Fas配体（FasL）首先与受体和适配器分子Fas相关死亡域（FADD）蛋白结合，然后激活procaspase-8[48]，随后caspase-8激活caspase-3，最终导致DNA损伤和细胞死亡。Caspase-8还可以截断并激活Bcl-2家族蛋白之一的Bid，并启动线粒体凋亡通路。