慢性腦低灌注致認知功能障礙的機制及治療研究進展

曾曉莉，冉豐，曾令陽，李紅月，秦文

(1.湖北三峽職業技術學院醫學院，湖北宜昌443000；2.三峽大學附屬仁和醫院內科，湖北宜昌443000；3.長陽縣人民醫院康復科，湖北宜昌443500)

目前，隨著世界人口老齡化進程的逐步加劇，人類腦血管疾病也日漸突出，阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)、血管性癡呆(vascular dementia，VaD)和Binswanger病發病率居高不下，這些疾病的發生發展過程中均有一個共同的病理過程—慢性腦低灌注，又被稱為慢性腦缺血[1]，它是指腦組織灌注長期低于生理閾值而出現的神經系統損害的一種病理狀態。它所引起的神經功能和認知功能障礙具有漸進性和持久性的特點，針對慢性腦低灌注這一神經系統常見的病理學改變，我們對其導致認知功能障礙的主要機制以及治療策略展開討論，現綜述如下：

1 慢性腦低灌注引起認知功能障礙的病理生理學機制

諸多研究表明，長期腦血流量減少是導致記憶學習認知功能障礙加劇和癡呆發展惡化的可能原因，也是神經退行性病變的致病因素[1]。

1.1 神經元的凋亡海馬是腦缺血后最易受損的部位之一，也最能顯示AD神經病理性改變，海馬與空間學習和記憶能力高度相關，海馬CA1區對缺血及細胞凋亡十分敏感。研究發現結扎大鼠雙側頸總動脈(2VO)術后3～7 d，海馬CA1區部分神經元死亡，術后第二周，6%～29%會出現海馬區神經元損傷，術后第四周增加到55%，這證實了慢性腦缺血后會造成海馬區的神經元受損。缺血后的海馬細胞凋亡則成為神經元脫失的主要表現形式，是血管性認知功能障礙的重要致病環節。

Toyama等[2]研究發現細胞凋亡信號調節激酶1(ASK1)在慢性腦低灌注導致的認知功能障礙方面具有重要的影響，這可能是氧化應激激活ASK1-p38通路參與認知障礙的發生發展機制有關。在凋亡途徑的發生過程中，B淋巴細胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)家族蛋白被認為是凋亡的調控“開-關”[3]。研究表明，Bcl-2家族中促凋亡成員(Bax、Bad、Bak)是通過增加線粒體膜通透性，促進凋亡蛋白從線粒體釋放入細胞質，進而誘導神經元凋亡；而抗凋亡成員(如Bcl-2、Bcl-XL)則通過抑制Bax的作用來維持線粒體的正常通透性，從而抑制凋亡發生。實驗研究顯示，缺血后Bcl-2蛋白在海馬缺血區表達水平下降，Bax表達水平升高，提示有凋亡發生。

1.2 膽堿能代謝異常和受體缺失在基底前腦組織中分布著大量的膽堿能神經，它對學習記憶等認知功能起到了重要作用，慢性腦缺血后，大鼠膽堿能數量減少以及受體結合能力下調。Zhang等[4]研究發現，AD早期的記憶功能缺陷可能與可溶性Aβ(β-淀粉樣蛋白)引起的氧化損傷增加和膽堿能功能障礙有關。另外永久性雙側頸總動脈閉塞術后大腦皮層及海馬區的腦血流量減少，神經元損傷，中樞膽堿能功能障礙和氧化損傷，造成記憶功能受損[5]。Z-蒿本內酯可明顯改善大鼠慢性腦灌注不足引起的內源性抗氧化防御障礙和膽堿能活性的異常變化，進而證明腦缺血損傷后發生了膽堿能的代謝障礙[6]。腦源性神經營養因子(BDNF)便是目前研究的一種類型，BDNF的作用是維持膽堿能細胞的生長和上調乙酰膽堿轉移酶(ChAT)的表達，而2VO術后GABAB表達下調，BDNF、酪氨酸激酶B(TrkB)和神經細胞黏附分子(NCAM)都明顯減少，而使用GABA受體激動劑巴氯芬可以提高GABA的表達，恢復BDNF的水平[7]。有研究表明在慢性腦低灌注狀態下，大鼠學習記憶能力的改變與海馬BDNF的表達呈一致性，內源性BDNF的過低表達可能是導致膽堿能代謝異常的原因之一，從而導致了突觸傳遞的不連續性和認知功能的減退。

1.3 氧化應激損傷慢性腦低灌注是長期慢性缺血所致的神經元退行性病變的級聯反應，無氧酵解途徑被激活后，活性氧自由基和抗氧化酶的平衡被打亂，導致自由基大量蓄積并超出機體抗氧化的能力，即產生氧化應激反應。腦組織代謝率高，抗氧化能力較弱，又富含脂質，易受氧自由基的過氧化，產生脂質過氧化物，如丙二醛(MDA)，加重腦組織損害。活性氧自由基(ROS)特別是OH-自由基的神經毒性最大，抑制線粒體呼吸鏈，使細胞內一些ATP依賴泵功能障礙，線粒體功能障礙已被證實為慢性腦低灌注的原因之一。同時ROS也可攻擊核苷酸，造成DNA損傷并激活PARS，加劇ATP耗竭，最終導致神經元退行性病變或死亡。長期慢性低灌注使缺血區(海馬、額葉皮質)長期處于一種漸進強化的應激狀態，使認知功能在很大程度上受到不可逆的損傷。Farkas等[8]在2VO術后13周發現慢性腦缺血組CA1區小膠質細胞明顯活化和增殖，通過產生促炎細胞因子造成腦白質損害。

2 慢性低灌注致認知功能障礙的干預及治療機制

2.1 低劑量阿司匹林對腦白質損傷的保護作用阿司匹林能與環氧合酶-1(COX-1)共價結合，使COX-1的絲氨酸發生乙酰化反應而失活，導致血小板內血栓素A2(TXA2)和血管內膜中前列腺素I2(PGI2)生成減少，多項研究顯示小劑量阿司匹林可抑制血小板聚集，防止血栓形成，使缺血性腦卒中的發生和復發明顯減少[9]。慢性腦缺血后胼胝體部白質損傷，髓鞘相關的一些蛋白如髓鞘堿性蛋白(CNPase)、環核苷酸磷酸二酯酶(MBP)蛋白表達相應的減少，MBP是中樞神經系統(CNS)髓鞘的主要蛋白質，維持CNS髓鞘結構和功能的穩定，具有神經組織特異性。CNPase在髓磷脂中含量較多，具有神經組織特異性，是髓鞘形成的一種重要的相關蛋白質，參與了少突膠質細胞軸突的生成[10]。王靜等[11]實驗研究顯示，缺血后的胼胝體部位MBP和CNPase的表達顯著降低，低劑量阿司匹林可明顯升高MBP和CNPase的表達并降低髓鞘損傷。阿司匹林可以抑制少突膠質細胞的損傷，增加神經元的成髓鞘化，對慢性缺血誘導的腦白質損傷有保護作用。

2.2 米諾環素改善慢性腦缺血認知障礙β-淀粉樣蛋白(Aβ)是淀粉樣前體蛋白(APP)的一種正常水解產物，有很強的聚集難溶性，易在神經細胞外沉積形成病理性斑塊，這是AD形成血管病理性改變的主要原因。Aβ生成的關鍵限速酶是APP內的β位點剪切酶1(BACEl)，在人和大鼠的大腦中活體性最高，星形膠質細胞也是其來源途徑之一，隨著老年性的長期慢性腦缺血，在氧化應激反應、膠質細胞的活化及鈣超載的一系列生化反應誘導下，Aβ致血管斑塊形成，又進一步與這些發生級聯反應，引發神經毒性作用，最終形成AD等認知功能障礙。米諾環素作為二代半合成的四環素類抗生素，不僅用于治療感染性疾病，還可以通過抗炎、保護血腦屏障、抗細胞凋亡、清除氧自由基等多重機制來減輕慢性缺血性腦損傷，延緩AD進展，改善認知功能減退，發揮腦保護作用。根據免疫組化對2VO大鼠模型試驗研究的結果顯示，缺血后米諾環素治療組的Aβ和BACE表達比模型組有明顯下降，行為學評分也有所提高，這說明慢性腦缺血后氧化應激等因素激活海馬區APP及BACE基因的過表達，從而使APP從β內分泌酶裂解成Aβ增加；另外由于血腦屏障的破壞，導致組織對Aβ的自身清除能力減弱[12]。米諾環素抑制了BACE生成Aβ的關鍵限速酶，使Aβ相應降低，減少AD中病理性斑塊沉積的級聯反應，以及可以試圖從BACE抑制劑和阻止Aβ老年斑的形成靶點開發藥物，這可能為改善慢性腦缺血后認知功能障礙提供了新的治療途徑。

2.3 巴氯芬改善慢性腦缺血的記憶損傷Li等[13]首次研究發現慢性腦缺血大鼠空間學習和記憶功能明顯下降，海馬CA1區和皮質HCN1 mRNA明顯減少，而且長時程增強(long-term potentiation，LTP)減弱，說明超極化激活及環化核苷酸門控陽離子通道(hyperpolarization-activated，cyclic nucleotide-gated cation channel，HCN)與慢性腦缺血導致的認知功能障礙密切相關。HCN2通道參與抑制性中間神經元的表達，而PV-IR GABA(γ-氨基丁酸)是一種關鍵基質，并且與調節工作記憶相關的神經元發放和震蕩重要相關，HCN2在前額皮質(PFC)微清蛋白(PV)上密集表達，可能是在靶向抑制神經元，尤其是參與工作記憶過程的PV抑制性神經元，而HCN2的下調可能破壞其抑制作用，致大鼠2VO的PFC空間工作記憶損傷，而γ-氨基丁酸受體激動劑巴氯芬可以逆轉HCN2的下調，改善記憶損傷[14]。

2.4 四甲基吡嗪硝酮對血管性癡呆的改善慢性腦低灌注后會引起一系列細胞信號傳導通路的表達變化，最新研究表明，PI3K/Akt/GSK3β途徑增強了腦卒中和2VO模型的軸突生長，軸突中GSK3β抑制對增強軸索再生具有潛在的治療作用。激活Akt和隨后磷酸化GSK3β可以增加背根神經節神經元和皮質神經元中的軸突生長[15]。四甲基吡嗪為我國傳統中藥當歸的活性成分之一，可抗血小板聚集，其具有神經保和抗氧化功能的衍生物——四甲基吡嗪硝酮(tetramethylpyrazine nitrone，TBN)增強與調節PI3K/Akt/GSK3β途徑相關的p-NFH蛋白表達，研究表明，TBN保護海馬神經元免受OGD誘導的細胞凋亡，并通過PI3K/Akt/GSK3β途徑促進軸突向外生長，另外可以改善氧化應激，緩解白質、皮層和海馬神經元損傷，從而改善慢性灌注不足大鼠模型中的認知缺陷。TBN已進入中國缺血性卒中治療Ⅰ期臨床試驗，治療神經變性疾病，特別是血管性癡呆的潛在治療劑[16]。

3 不足與展望

對于慢性腦低灌注造成的認知功能損傷，目前形態學方面研究較多，而從分子水平層面研究則較少，雖然部分細胞凋亡，組織代謝等學說從不同側面解釋了慢性腦缺血的發生發展，但我們還未完全明白慢性腦缺血后是如何對機體造成影響，又如何誘導老年性癡呆疾病的形成，因此可以進一步從基因信號通路等方面對于其病理生理機制做更多的研究。

而對于慢性腦缺血的治療，還不能從根本上去干預缺血后認知功能障礙的發生及漸進性加重過程。目前所有的防治干預措施研究多停留在實驗探索階段，未應用到臨床治療，即使有些藥物可以起到干預的作用，也只能達到減輕癥狀與延緩病情的效果，因此如何防止缺血后神經組織的持續損傷，如何降低致死和致殘率等一系列問題還有待更深入的研究。

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