缺血性脑卒中病理生理机制及治疗对策研究进展

马风伟，邓青芳

(1.贵州师范大学 贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室，贵州 贵阳 550001；2.贵阳学院 食品与制药工程学院，贵州 贵阳 550005；3.贵州师范大学 贵州省药物质量控制及评价技术工程实验室，贵州 贵阳 550001)

0 引言

缺血性脑卒中(Ischemic stroke, IS)又称缺血性脑中风，是由于脑部血管病变导致大脑供血障碍，脑部组织缺氧、缺糖引发的组织坏死，出现神经功能损伤的一类临床综合症[1]。IS发生后，神经元细胞发生形态变化，并激活程序性死亡通路[2]；小胶质细胞迅速向损伤部位迁移、增殖、分化并产生促炎和抗炎双重作用[3]；星形胶质细胞调控细胞内外金属离子和兴奋性神经递质的微环境[4]。在IS溶栓治疗后，再灌注引起的快速复糖复氧会产生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)，易导致氧化应激反应和炎性风暴，出现致命的脑部损伤。

近年来，研究发现缺血性脑卒中的缺血-再灌注损伤(Ischemia-reperfusion,I/R)的病理生理过程中涉及多个复杂的机制调控。本文从信号通路分子机制以及治疗对策等方面进行综述，为IS的深入研究提供参考。

1 信号通路

1.1 MAPKs信号通路

丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)是信号从细胞表面传导到细胞核的重要传递者，能被细胞内外的多种刺激物所激活。MAPK信号通路为丝氨酸-苏氨酸(Serine-Threonine,Ser-Thr)蛋白激酶，具有保守的三级激酶模式，即MAPK激酶激酶(MAPK kinase kinase,PAP3K)，MAPK激酶(MAPK kinase,PAP2K)和MAPK，通过依次磷酸化作用将上游信号传递到下游的应答分子。MAPK家族调节着细胞的生长、分化、增殖、凋亡、炎症以及对外界环境的应激反应等多种重要的细胞生理/病理过程，其有不同的亚族，如Extracellular signal-regulated kinase(ERK)参与细胞的增殖、分化的调控；c-Jun NH2-terminal kinase(JNK)参与细胞对渗透压、温度变化等应激反应；p38介导炎症、凋亡反应等[5]。

MAPK的活性效应被认为是由其活性环氨基酸序列中的双磷酸化位点(丝氨酸和酪氨酸位点)所调控，活性环有一个特征性的TXY motif(苏氨酸-x-酪氨酸基序，Thr-x-Tyr)，并且不同亚族或同亚族不同亚型之间TXY基序的X氨基酸可能不同，如哺乳动物ERK1和ERK2的TXY基序为TEY(Thr-谷氨酸-Tyr)，ERK5中为TDY(Thr-天冬氨酸-Tyr)，JNK中为TPY(Thr-脯氨酸-Tyr)，p38中为TGY(Thr-甘氨酸-Tyr)。

在上述MAPKs各条信号中，对RAS-RAF-MEK-ERK信号通路的研究最为深入(图1)。大鼠肉瘤(Rat sarcoma,Ras)蛋白是原癌基因c-ras的表达产物，属于小GTP结合蛋白大家族中的一员，具有鸟嘌呤-5′-三磷酸(Guanosine triphosphate,GTP)水解酶活性；迅速加速性纤维肉瘤(Rapidly accelerated fibrosarcoma,Raf)蛋白的N端结构域被活化的Ras结合并激活；丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(Mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase,MEK)可以磷酸化靶蛋白上丝氨酸/苏氨酸残基和酪氨酸残基的双特异性激酶。RAS-RAF-MEK-ERK通路与多种神经退行性疾病如多发性神经纤维瘤有关，其中多个位点被作为药物开发的靶位[6]。

图1 Ras-Raf-Mek-Erk通路Fig.1 Signalling pathway of Ras-Raf-Mek-Erk

p38MAPK是MAPKs的亚类之一，也是大脑中调控炎症反应最重要的通路，与JNK相似，同为应激激活的蛋白激酶，多种炎症因子(TNF-α，IL-1β，IL-6)，体外应激因子(紫外线UV，双氧水H2O2)以及脂多糖、革兰氏阳性菌细胞壁成分等都可以激活p38通路[7]。p38信号通路也是由三级激酶链组成，其上游为MKK3、MKK4和MKK6，其中MKK3和MKK6仅特异性磷酸化激活p38，不能磷酸化JNK通路[8]。

神经炎症是IS后的一个关键病理过程，是引起神经元细胞凋亡的主要损伤形式。小胶质细胞在脑部微环境的影响下会发生极化，极化成2种不同的表型，分别为促炎症反应表型M1型和抗炎症反应表型M2型，在炎症反应的发生发展中具有重要作用。通过调节小胶质细胞的活化分化可以改善IS造成的脑损伤。针对p38信号通路进行恰当的药物干预，可以明显改善缺血/再灌注造成的脑部功能损伤[9]。

1.2 PI3K/Akt信号通路

磷脂酰肌醇三激酶/丝氨酸/苏氨酸激酶Akt(Phosphatidylinositol 3-kinase/serine-threonine kinase Akt,PI3K/AKT)蛋白家族参与细胞增殖、肿瘤、神经疾病等多种细胞活动[10]。PI3K可以磷酸化修饰磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol,PI)中肌醇环的第3位碳原子。磷脂酰肌醇PI是一种细胞膜磷脂，虽然其含量比磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)、磷脂酰丝氨酸少，但在脑部细胞膜中，PI的含量较为丰富(图2)。

图2 二硬脂酰磷脂酰衍生物的化学结构Fig.2 Structures of distearyl phosphatidyl derivatives注：A：二硬脂酰磷脂酰肌醇；B：二硬脂酰磷脂酰胆碱；C：二硬脂酰磷脂酰乙醇铵；D：二硬脂酰磷脂酰丝氨酸。

PI的肌醇环上有5个可磷酸化修饰位点，多种激酶可磷酸化PI肌醇环的4位和5位羟基，但3位羟基的磷酸化修饰才对细胞的功能具有重要影响。PI3K可以特异性地转移1个磷酸基团到肌醇环的3位点，进而激活其下游分子(如凋亡相关蛋白Caspase 9和Bad、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白mTOR等)。

PTEN(Phosphatase and tensin homology deleted on chromosome 10)是位于人类10号染色体10q23.3基因表达一种酪蛋白磷酸酶，其基因在人类肿瘤中常发生突变或缺失。PTEN作为磷酸酶可以发挥去磷酸化作用，其功能与PI3K的功能相反，使Akt去磷酸化而减少其活化，并阻断由Akt介导的下游信号传导事件[11]。

1.3 Secretase/Notch

分泌酶(Secretase)是一类切割膜蛋白胞外区的酶，可以将膜蛋白的胞外区域切割并释放进入体液循环，分泌酶的底物有多种，如翅缘缺刻蛋白Notch，阿尔兹海默病淀粉样前体蛋白(Amyloid precursor protein，APP)等[12]。根据切割APP位点的不同，分泌酶可分成3类：α-secretase、β-secretase、γ-secretase；其中α型为金属蛋白酶，切割APP的产物无神经毒性；β型为天冬氨酸蛋白酶；γ型为多酶复合物，均可切割APP产生导致阿尔兹海默病(Alzheimer's disease,AD)的毒性多肽[13]。

Notch信号通路广泛存在于脊椎和非脊椎动物，在进化上高度保守。相邻细胞通过Notch受体与Notch配体的结合来传递Notch信号，扩大和固化细胞间的分子差异，调节细胞的分化和发育，最终决定细胞命运。Notch受体是一种膜蛋白受体，其结构有胞外区、跨膜区和胞内区构成；Notch配体又称为DSL蛋白，也是一种含保守分子结构的跨膜蛋白；细胞内的效应器分子主要有CSL蛋白和CSL-DNA结合蛋白。Notch信号是相邻细胞之间通讯并调控细胞发育的重要通路，在IS发生后，介导脑细胞间的信息交流[14]。

1.4 TREM2信号通路

在大脑中，髓样细胞触发受体2(Triggering receptor expressed on myeloid cells-2,TREM2)仅由小胶质细胞产生，而小胶质细胞是中枢神经系统内固有的免疫效应细胞，这些细胞在大脑中以固定频率与神经元突触发生接触并监视突触的功能，处理细胞废弃物。TREM2受体属于免疫球蛋白超家族，是一种跨膜受体，其配体比较广泛且复杂，有脂肪相关的载脂蛋白E(Apolipoprotein E,ApoE)，高密度脂蛋白(High-density lipoprotein,HDL)和低密度脂蛋白(Low-density lipoprotein,LDL)，在阿尔茨海默病大脑中，TREM2可以直接与病理性β-淀粉样蛋白(Amyloid-β,Aβ)结合，形成斑块[15]。

IS发生后，对比发现TREM2敲除小鼠比非敲除小鼠的炎性反应低，提示TREM2在炎性反应中有重要作用[16]，同时，细胞内TREM2的表达增加，提示小胶质细胞介导的吞噬作用和促炎症细胞因子释放对IS的保护作用明显[17]。

1.5 BDNF/TrkB信号通路

星型胶质细胞是神经胶质细胞中体积最大、数目最多的一种，胞体呈星型，并伸出许多突起。星型胶质细胞主要是参与神经递质的代谢，并维持脑部离子平衡[18]。脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)的分子单体是由119个氨基酸残基组成的分泌型成熟碱性蛋白，在大脑中高表达，其中海马和皮质的含量最高[19]。BDNF是继神经生长因子(Nerve growth factor,NGF)之后发现的第二个神经营养因子。酪氨酸激酶受体B(Tyrosine kinase receptor B,TrkB)是一种跨膜蛋白，也是BDNF的特异性受体，其在多种疾病中均出现过表达[20]。

BDNF-TrkB信号通路涉及大脑的多个功能，如神经元存活、生长以及调节兴奋性与抑制性神经冲动等。当BDNF与TrkB结合后，TrkB受体二聚体化，进而导致其内在的酪氨酸磷酸化，从而触发一系列级联信号的转导，如MAPK、PI3K、磷脂酶C-y(Phospholipases C,PLC)等。IS发生后，脑部缺血缺氧导致细胞膜通透性发生改变，细胞内BDNF表达增加，进而保护神经元细胞，降低损伤程度，BNDF-TrkB通路还可以促进脑梗死后的神经功能恢复，改善脑卒中后的功能缺损[21]。

1.6 ApoE信号通路

载脂蛋白E(Apolipoprotein E,ApoE)基因位于19q13.2，其有3个等位基因，分别为ε2、ε3、ε4，编码产生3种ApoE异构体蛋白，其中ApoE4在AD患者中高表达，被确定为AD的主要危险因素。在脑组织中，ApoE主要由星型胶质细胞产生，除了负责脂质的转运和代谢外，ApoE还在神经组织的多个信号通路中扮演重要角色[22]。

谷氨酸(Glutamic acid,Glu)是脑组织中含量最高、作用最突出的兴奋性神经递质，在IS发生后，谷氨酸的大量释放导致过度激活N-甲基-D-天门冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)等受体，引发细胞内钙离子增加、线粒体功能障碍、氧化应激等反应，ApoE能够作用于NMDAR减少Glu的兴奋性毒性作用，保护神经细胞[23]。

2 治疗策略

2.1 溶栓策略

IS发生后，及时的溶栓治疗，恢复脑血管流动和脑部供血是第一要务，溶栓药物可以促进纤维蛋白溶解进而溶解血栓。体内纤维蛋白溶解过程是涉及多个酶催化的连锁反应：首先药物或血浆组织中内源性物质活化为纤溶酶原激动剂，其次纤溶酶原转化为纤溶酶，最后纤溶酶溶解纤维蛋白或纤维蛋白原，血栓消失，血管再通。表1列举了部分溶栓药，如阿替普酶(Alteplase)被批准用于急性缺血性脑卒中(Acute ischemic stroke,AIS)的溶栓治疗，是一种血栓溶解药，为糖蛋白类药物，主要用于急性缺血性脑卒中(Acute ischemic stroke,AIS)，急性心肌梗死(Acute myocardial infarction,AMI)，肺动脉栓塞(Pulmonary embolism,PE)和深静脉血栓[24]。阿替普酶为选择性地组织纤溶酶原激活剂(Tissue-type plasminogen activator，t-PA)，通过其赖氨酸(Lysine,Lys)残基与血栓纤维蛋白(Fibrous protein,Fib)结合，激活与Fib结合的纤溶酶转变为纤溶酶，进而溶解血栓。如果溶栓过程导致脑出血，应及时给予抗纤维蛋白溶解药如氨基己酸(Aminocaproic acid)，氨基己酸可以阻抗纤溶酶原与纤维蛋白结合，防治纤溶酶原激活为纤溶酶，从而阻止纤维蛋白溶解，达到止血效果[25]。

表1 溶栓药物及适应症Tab.1 Thrombolytic drugs and their indications

2.2 辅助药物

由于溶栓时间窗短或溶栓后风险等原因，有些脑卒中患者没有机会静脉溶栓，或者静脉溶栓后的认知功能及肢体活动功能改善程度欠佳，部分患者出现语音能力、记忆能力及识别能力不足，严重影响患者的生活质量。在溶栓过程同时或溶栓后及时补充神经营养剂，对改善IS症状具有重要意义。表2列举了一些辅助药物。

表2 辅助药物及类别Tab.2 Drugs and their classifications for IS auxiliary treatment

中医认为“中风”是机体阴阳失调、气血逆乱、直冲犯脑所致，IS属于气虚血瘀的病因，因此中医治疗IS多以活血补气为主[42]，以醒脑开窍、挥发活血的药物为主药[43-44]。针灸及艾灸技术是中医独有的治疗技术，在通经活脉方面应用广泛[45]，对IS治疗具有一定优势，对于IS的用针多聚焦在脑部以及任脉和督脉用针[46-47]，对IS患者脑部及肢体功能恢复具有显著帮助。

3 展望

随着对IS研究的深入，人们对其发病过程中的生理病理机制以及治疗对策有了更深入的了解，针对特定信号通路开发新的治疗药物靶向性更强，副作用更低，也推进了外科手术除栓技术的发展。但我们对IS的后遗症以及预防二次复发的认识还是非常有限的，今后可从以下2方面开展IS更深入的工作：1)对于错过溶栓治疗窗的病人，如何开展手术除血栓或构建脑部血管支架的外科手术研究；2)开发合适的神经保护药物，为在预防IS二次复发方面提供新的安全有效的脑神经保护剂。相信随着分子生物学、基础医学和临床医学技术的发展，人们对IS的发病机理将有更深入的认识，也会研发更有力的技术和药物对IS的预防和治疗进行更精准的治疗。