脑出血后继发海马神经元损伤的机制研究进展

王 雪 朱业淘 徐剑峰 王 童 刘 阳

1）绵阳市第三人民医院（四川省精神卫生中心），四川 绵阳 621000 2）西南医科大学附属医院，四川 泸州 646000

脑出血后致死、致残率较高，同时患者伴有认知功能损害，这与脑出血后所致的远端区海马继发性损伤密切相关［1］，具体的损伤机制目前存在多种说法。而目前了解卒中后远端损伤和认知功能障碍的潜在机制是一个基本问题，对开发有效的治疗靶点具有重要意义。至今有关局部脑出血后远端区域损伤的机制尚未完全阐明，本文就目前国内外关于脑出血后继发海马神经元损伤的机制，包括谷氨酸兴奋性毒性等所致轴突变性、神经递质失调、炎症反应、铁超载、神经毒性因子或激活的自噬机制以及氧化应激相关机制进行综述，旨在为今后寻找有效治疗脑出血后海马神经元损伤的研究提供方向及参考。

1 脑出血后致海马认知功能障碍

大多数患者脑出血后存在不同程度的神经功能缺损，包括认知和记忆功能障碍［2］。据报道多达50%的脑出血幸存者存在认知功能障碍，且出血性卒中出现认知障碍的频率是缺血性卒中的6 倍［3］。海马体在认知功能的形成和维持中起关键作用，当机体发生损伤或炎症反应等改变时，海马神经的传递和海马突触的可塑性会受到影响，从而出现海马认知功能障碍［4］。研究发现脑出血后，小鼠远端脑区功能发生改变，特别是海马区，从而出现认知功能障碍、学习记忆能力下降等表现［5］。然而目前针对脑出血血肿周围损伤区域的研究较多，很少有人关注远端脑区如海马的损伤及功能变化。

2 继发海马损伤机制研究现状

脑出血后患者认知功能障碍可发生在2 个不同时期［6］，约19%的患者在脑出血后的前几周至几个月内出现早期认知障碍，这可能与血肿的大小和位置直接相关，提示认知能力下降的早期阶段与原发性出血性脑损伤有关［6］。而延迟性认知功能衰退一般发生在出血后6个月后，这与脑出血后继发性脑损伤相关［7］，包括血脑屏障破坏、脑水肿、细胞死亡等［8］，目前相关机制研究较多，大部分归因于脑实质内血液及其代谢产物的存在［9］，如血液的细胞毒性、氧化应激及炎症反应等［10］。研究表明脑出血患者早在第1周就出现进行性认知缺陷，这与同侧海马体的各向异性分数改变相关［11］。

3 脑出血后继发海马神经元损伤的结构变化

奥古斯都·沃勒在1850 年首次描述局部病变后致远端神经轴突和髓鞘破坏［12］，随后的临床和动物研究显示，继发于局灶性脑损伤的远端损伤和神经功能受损，现被称为沃勒变性［12］。海马体是一个与认知、记忆和空间导航相关的区域，脑出血后可发生继发性损伤，因为该区域对缺血极为敏感，脑出血后远端脑区灌注下降从而致海马神经结构受损［13］。脑出血常伴有海马结构和功能的改变，包括神经细胞坏死突触可塑性的破坏，炎症因子的表达增加，谷氨酸的大量释放，以及N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）的过度激活［14-15］。SHI 等［11］发现基底神经节出血后存在明显的认知功能障碍，并伴有同侧海马神经元的树突棘密度的降低及突触可塑性变化。此外SONG 等［10］为检测局部脑出血后远端区域的纵向变化，特别是发生梗死的区域和海马区，采用多模态MRI 探讨这些继发性损伤与神经功能的关系，结果发现在局部脑出血后的第1 周及第12 周，同侧脑组织出现梗死继发性损伤，同侧海马体同样发生损伤，并且持续12周，并伴有认知能力的持续下降。

4 脑出血后继发海马神经元损伤的机制研究

4.1 谷氨酸兴奋性毒性机制所致神经元损伤谷氨酸属于兴奋性神经递质，在长时程增强和学习记忆等认知功能中起关键作用。当谷氨酸的释放增加，会过度激活谷氨酸受体，介导兴奋性毒性的产生，最终导致神经元死亡［16］。NMDA和甲氨基-3-羟基-5-甲基异恶唑-4-丙酸受体（methylamino-3-hydroxy-5-methylisooxazol-4-propionic acid receptor，AMPAR）被认为是离子型谷氨酸受体的两种主要类型［17］。静息状态下，NMDAR的通道孔通常被Mg2+堵塞，当谷氨酸从突触前位点释放时，激活的AMPAR导致突触后膜的部分去极化，消除NMDARs 中的Mg2+阻断。一旦NMDAR被激活，大量的Ca2+通过NMDAR流入，就会导致细胞死亡［17-18］。NMDAR由两个NR1和两个NR2亚基组成，并被证明是突触功能和参与行为认知功能的重要因素［19］。生理情况下，NMDAR参与了长效增强作用，即放大突触传递效率活动，这是某些类型记忆发生的基础；其次，NMDAR 也参与了兴奋抑制平衡（excitatory-inhibitory，E-I）。研究表明卒中后脑内释放出大量的谷氨酸，兴奋抑制平衡被破坏，导致NMDAR 的持续激活，随后钙离子流入神经元，致神经元死亡从而发生认知功能障碍［20］。近年有研究表明，运动训练可通过降低脑出血大鼠对侧海马NMDAR亚单位表达，从而增加大鼠空间记忆能力［21］，如游泳可下调海马CA3 区NR1 和NR2B 的表达水平［22］。

4.2 自噬激活所致海马神经元损伤在神经系统疾病的病理生理过程中，自噬作为一种程序性细胞死亡，参与脑出血后神经细胞死亡的发生［23］。因脑出血后伴自噬的过度激活，神经细胞发生程序性细胞死亡，进而引发多种继发性脑损伤［24］。

脑出血后，由于血肿压迫发生脑缺血，致血肿周围区域及远端区域的血液循环中断，神经细胞氧供受损发生脑缺氧，这与自噬过程发生密切相关［25］。自噬作为一种细胞内的自我降解系统，通常被定为去除胞质成分或受损细胞器的必要保护过程［26］。但研究显示，脑出血后继发性海马功能障碍通常伴随着神经元自噬的过度激活，脑出血后海马神经元的自噬细胞死亡导致长期认知能力下降的出现，但引发自噬的上游事件尚不清楚，只发现使用自噬酶抑制剂却可有效改善同侧海马功能和组织学结果［27］。MANMA 等［27］发现抑制磷酸酶和紧张素同源物可抑制神经元自噬，有效缓解脑出血后继发性海马损伤，最终改善延迟性认知缺陷。机制上主要通过阻断紧张素同源物激活PI3K/AKT通路，导致自噬程序被抑制。同时有研究发现，在常氧条件下，大鼠海马神经元的自噬活性高于皮层，缺氧暴露导致海马自噬标志物降低，这可能与CA1 海马神经元极度脆弱性相关，自噬分子P27、ROCK2等通过减少活性氧诱导的损伤和促进海马细胞自噬体的形成来保护神经元免受氧化或缺血性损伤［28］。

因此，自噬可以根据细胞环境显示出促存活或促死亡的作用，但到目前为止尚不清楚局部脑出血后是否会触发自噬的发生，特别是海马区［29］，这有待更多的研究加以证实。

4.3 铁超载致海马神经元损伤脑内不同细胞对铁超载及血红蛋白的防御反应，均可引起对神经元的毒性作用，脑内铁在结合成铁蛋白后，剩余铁的沉积仍可导致神经元的损伤，而铁毒性作用主要基于芬顿化学作用。即铁与活性氧中间物的反应，包括过氧化氢、超氧阴离子，从而产生高反应的自由基，如羟自由基。少突胶质细胞是大脑中最富铁的细胞，少突胶质细胞对氧化应激非常敏感，铁过载更容易对少突胶质细胞造成损伤。目前铁稳态失衡，如铁过载，目前已在一些神经退行性疾病中被观察，包括阿尔茨海默病和帕金森病，铁过载通过线粒体裂变、钙失调和活性氧产生引起神经元毒性。铁过量诱导的氧化应激和介导的线粒体裂变可能是铁介导的海马神经元细胞死亡的必要条件，而铁诱导的氧化应激反应与体内线粒体和内质网相关的铁毒性之间的确切机制尚不完全清楚［30］。此外，脑出血后可释放大量毒性物质，其中红细胞破裂释放的血红素，可被血红素加氧酶1 降解为铁、一氧化碳和胆绿素，铁堆积致大脑中发生铁超载，而铁有助于脑出血诱导的脑水肿形成、脑萎缩和长期的神经功能缺陷，并可诱导神经元死亡。

4.4 氧化应激反应致海马神经元损伤此外，脑出血后脑内产生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）会导致神经毒性，同时也会诱导氧化应激反应的发生，大脑中的海马区域对多种脑损伤后引起的氧化应激非常敏感，脑出血在不改变总抗氧化能力的情况下会促进氧化应激和损伤，除了ROS的水平增加，同时也会促进脂质过氧化增加，对海马神经元造成损伤。CHEN 等［31］发现依达拉奉右冰片可明显抑制蛛网膜下腔出血后海马CA1区和基底皮层区域的神经元凋亡，主要是通过抑制脂质过氧化产物丙二醛的产生，并且可提高蛛网膜下腔出血后3 d的总抗氧化能力，而卒中诱发的记忆缺陷与海马CA1神经元的损伤之间存在直接关系。此外ZHANG等［32］发现，通过阻断miR-155信号通路可以减弱氧化应激产物，同时可降低脑出血后顶叶皮质和海马的炎症分子表达，如IL-1b、IL-6 和TNF-α表达降低，从而通过脑出血大鼠改良神经系统严重程度评分发现神经功能得以改善。

4.5 炎症反应致海马神经元损伤炎症的发生也可能会导致卒中后的认知功能障碍，炎症标志物与卒中幸存者的海马体积减少和认知能力差相关，血肿周围的小胶质细胞/巨噬细胞的激活和海马体积的减少可能是导致认知行为缺陷的发病机制之一。研究发现小鼠纹状体内注射凝血酶引起的脑出血可能会影响海马神经系统的发生，脑出血后炎症和小胶质细胞激活对空间记忆缺陷的参与可能有一些间接证据支持［33］。由于小胶质细胞在应激或疾病期间的损伤作用通常是通过可溶性因子介导，如促炎细胞因子或ROS。因此，在纹状体内注射凝血酶后，注射道周围脑区及远端区如海马内炎症分子表达升高，并且在脑室下区和颗粒下区观察到小胶质细胞活化，脑出血小鼠的海马神经发生明显减少。然而，其潜在机制有待进一步探索。

对于脑出血后继发的海马损伤相关机制的研究对治疗脑出血后所致海马认知功能障碍具有极其重要意义，目前的研究主要集中于基础研究领域，且存在一定的争议，有待进一步加以验证。已有的研究大多集中于阐述海马神经元损伤及损伤相关的信号通路，但该通路确切作用及具体作用机制等仍是未知领域。目前研究得知脑出血后海马结构变化到脑出血后继发性海马损伤确实存在，且与谷氨酸兴奋性毒性、铁超载、炎症反应、激活的自噬反应等相关，这将为今后继续深入研究海马认知功能障碍治疗带来方向和希望。今后应开辟新的机制研究切入点以及从目前已有的机制中寻找有效的治疗靶点。