蛛網(wǎng)膜下腔出血早期腦損傷后神經(jīng)元細(xì)胞凋亡研究新進(jìn)展

錢 達(dá)，蔣傳路，蔡金全

（1蘇州大學(xué)附屬常熟市第一人民醫(yī)院，江蘇常熟215500；2哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科，黑龍江哈爾濱150001）

0 引言

蛛網(wǎng)膜下腔出血（subaraclmoid hemorrhage，SAH）是一種死亡率較高的疾病，12．4%的患者在到達(dá)醫(yī)院之前就發(fā)生猝死［1］。這些死亡的患者大多數(shù)是由于最初的出血和出血后早期腦損傷（early brain injury，EBI）沒(méi)有得到有效的治療。最初的出血造成的EBI及由血管痙攣引起的遲發(fā)性缺血造成神經(jīng)功能缺失是那些順利到達(dá)醫(yī)院的幸存者高死亡率和高致殘率的主要原因［2］。雖然過(guò)去幾十年許多藥物已經(jīng)被用于治療腦血管痙攣，但即使血管痙攣被逆轉(zhuǎn)，其結(jié)果也沒(méi)有得到改善。基于這些原因，EBI被認(rèn)為是未來(lái)研究的主要目標(biāo)，也是防治血管痙攣癥狀的主要因素，這是因?yàn)镋BI可能是腦血管痙攣后缺血損傷的易感因素。SAH后EBI即SAH后72 h出現(xiàn)的全腦損傷。

研究［1－2］表明細(xì)胞凋亡參與 SAH 后 EBI的病理生理過(guò)程。因此，抗細(xì)胞凋亡治療是SAH后EBI一種可行的治療方法。本文主要探討蛛網(wǎng)膜下腔出血早期腦損傷與神經(jīng)元凋亡機(jī)制之間的關(guān)系。

1 EBI的病理生理機(jī)制

大多數(shù)關(guān)于SAH后EBI的研究資料都來(lái)自通過(guò)血管內(nèi)穿刺建立的動(dòng)物模型，這種模型的高死亡率和急性生理改變與臨床疾病極為符合。在SAH動(dòng)物模型中，顱內(nèi)壓（intracranial pressure，ICP）迅速上升到40 mmHg，然后又下降至15～25 mmHg這一平臺(tái)，然而，腦灌注壓卻從75 mmHg下降至35～45 mmHg，腦血流量也在SAH后下降了20%～30%，之后這些過(guò)程再慢慢恢復(fù)。有趣的是，當(dāng)SAH后腦血流量下降了40%時(shí)，超過(guò)60 min死亡率幾乎是100%，而下降小于40%的死亡率只有19%［3］。

研究［4］表明，廣泛的腦缺血、微循環(huán)缺血及下腔血腫的毒性等都參與了SAH后EBI細(xì)胞凋亡的相關(guān)機(jī)制。我們?cè)谄印⑵酉录昂ｑR區(qū)用TUNEL都檢測(cè)到凋亡細(xì)胞，這一結(jié)果可能與依賴于顱內(nèi)壓升高的廣泛缺血相關(guān)。SAH后血液迅速擴(kuò)散至整個(gè)蛛網(wǎng)膜下腔，整個(gè)大腦皮層被薄層的血腫覆蓋。血液中的血紅蛋白被神經(jīng)元細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞代謝，通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化物作用釋放含鐵離子誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。因此蛛網(wǎng)膜下腔血腫被認(rèn)為與細(xì)胞損傷、氧化應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)，并造成腦皮質(zhì)進(jìn)一步的細(xì)胞凋亡［5］。

有報(bào)道［6］表明，在SAH后EBI中神經(jīng)元和內(nèi)皮細(xì)胞都發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞凋亡，這兩種細(xì)胞都與腦水腫相關(guān)聯(lián)。本文主要是針對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡中的主要作用途徑，包括內(nèi)在途徑和外在途徑，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)方面的研究進(jìn)展作一綜述。

2 細(xì)胞凋亡內(nèi)在機(jī)制與SAH中Caspase依賴途徑

細(xì)胞凋亡的內(nèi)在途徑，即線粒體途徑，這一途徑首先增加線粒體外膜的通透性，由Bcl?2家族介導(dǎo)的過(guò)程。細(xì)胞膜通透性的改變導(dǎo)致線粒體內(nèi)包括細(xì)胞色素c等蛋白質(zhì)的流出。細(xì)胞色素c是從線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中，并與介導(dǎo)凋亡蛋白酶相互作用，活化細(xì)胞因子?1，形成凋亡小體，從而導(dǎo)致 Caspase?9活化。Caspase?9是細(xì)胞色素c依賴途徑的起始因子，能夠活化 Caspase?3，從而使 DNA 損傷。 Caspase?3是細(xì)胞凋亡效應(yīng)器之一，研究［7－8］發(fā)現(xiàn)，在 SAH 后的海馬區(qū)和皮層中Caspase?3產(chǎn)物增多。

在腦缺血中一些蛋白激酶可能參與線粒體蛋白直接反應(yīng)，這些物質(zhì)主要集中在 Bad、Bax、Bal?2、Bcl?xL等凋亡蛋白前體及抗凋亡蛋白的磷酸化作用。蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase， MAPK）在 SAH后EBI被研究得最多。Akt是屬于絲／蘇蛋白激酶，傳導(dǎo)下游PI3K的主要抗細(xì)胞凋亡蛋白，并介導(dǎo)信號(hào)級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)。活化的酪氨酸激酶受體與GTP連接蛋白受體通過(guò)PI3K激活A(yù)kt，活化的Akt能夠調(diào)節(jié)Bax、Bad、糖原合成酶?3、細(xì)胞凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶?1以及Caspase?9等抑制細(xì)胞凋亡底物。此外，Akt顯示能夠提高cAMP對(duì)環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件蛋白（cAMP?reponse element binding protein， CREB）磷酸化作用的應(yīng)答和誘導(dǎo)Bcl?2的反應(yīng)。Akt活化的下降參與神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的過(guò)程，Akt活化作用是阻止Caspase依賴的細(xì)胞凋亡途徑的主要因素［9］。

近來(lái)研究［9－10］表明，Akt可能參與 SAH 后 EBI的病理機(jī)制，這一結(jié)論主要是通過(guò)應(yīng)用PI3K抑制物阻止Akt的磷酸化作用，使DNA損傷增加。另外通過(guò)抗氧化酶SOD1的高表達(dá)使Akt活化，能夠減輕SAH造成EBI。SAH后Akt的磷酸化作用發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)取決于腦組織分區(qū)，在腦皮層中Akt迅速發(fā)生磷酸化，而在海馬區(qū)則在24 h后才發(fā)生磷酸化。因此，SAH后EBI可能腦皮層的損傷最嚴(yán)重，這也表明Akt的磷酸化可能與腦組織的破壞程度有關(guān)。

MAPK在SAH后EBI具有重要的作用。MAPK包含細(xì)胞外的信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal?regu?lated kinase，ERK）、JNK 和 P38，在特定的一些腦缺血壞死細(xì)胞殘留物中都含有這些物質(zhì)。這些激酶被各種不同應(yīng)激源活化，包括血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vas?cular endothelial growth factor， VEGR）、氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎癥因子。在SAH的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校@些激酶的磷酸化會(huì)導(dǎo)致腦水腫、持續(xù)性高顱壓以及高死亡率［11］。因此，ERK的活化是對(duì)生長(zhǎng)因子和分化因子的應(yīng)答，但ERK的活化是具有保護(hù)性的或者是腦缺血神經(jīng)元決定因素尚有爭(zhēng)議。相反的，JNK和P38的活化是炎癥因子和細(xì)胞應(yīng)激的應(yīng)答，這些物質(zhì)在SAH后的腦脊液和腦動(dòng)脈高表達(dá)。JNK磷酸化成C?JNK，它能夠通過(guò)誘導(dǎo)凋亡前物 Bcl?2家族、Hrk／DP5、Bim 和 Fas上調(diào)細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)。在SAH反應(yīng)物中JNK磷酸化和C?JNK均增加，在小鼠SAH模型的皮層和海馬區(qū) C?JNK Mrna 表達(dá)上調(diào)。 P38 通過(guò) TNF?α 和 IL?1β活化，并與細(xì)胞死亡相關(guān)。通過(guò)Bcl?2抑制P38的活化表明P38可能參與細(xì)胞凋亡途徑［12］。

3 非Caspase依賴途徑

內(nèi)源性非Caspase依賴途徑是由線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子（核酸內(nèi)切酶 G和 Bcl?2和腺病毒E1B19KDa交互蛋白）發(fā)生的。細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis inducing factor， AIF）被研究的最多，它通常是位于線粒體膜間隙中，受某些物質(zhì)刺激轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核中，誘導(dǎo)大量的DNA降解和細(xì)胞凋亡，這一過(guò)程并不依賴Caspase。在腦缺血實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袌?bào)道，細(xì)胞核中AIF數(shù)量的上調(diào)可能是多聚合酶觸發(fā)的［13－14］。關(guān)于SAH后EBI中AIF的表達(dá)并沒(méi)有許多的報(bào)道，且AIF的哪些部分表達(dá)增多也并不清楚。

4 氧化應(yīng)激反應(yīng)與EBI的關(guān)系

維持氧化物（ROS）和抗氧化應(yīng)激反應(yīng)物的平衡至關(guān)重要，像超氧離子、H2O2、－OH這些氧化物通常處于較低的水平，其信號(hào)傳導(dǎo)通路具有重要作用。它們通常受體內(nèi)的抗氧化物調(diào)節(jié)，包括SOD、谷胱甘肽氧化物酶、谷胱甘肽和過(guò)氧化氫酶等。氧化物的過(guò)量產(chǎn)生或者抗氧化物反應(yīng)低下會(huì)造成氧化反應(yīng)損傷組織［15］。氧化應(yīng)激在SAH后EBI的病理生理過(guò)程能夠發(fā)揮重要作用。不管是動(dòng)物模型或人SAH中都發(fā)現(xiàn)線粒體解體、血紅蛋白釋放羥自由基以及內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)的解體［16］。在SAH后1 h內(nèi)即可發(fā)現(xiàn)超氧化物的表達(dá)，隨后出現(xiàn)SOD的高表達(dá)來(lái)抑制其產(chǎn)生并減少SAH后的細(xì)胞損傷，這是通過(guò)Akt的活化使SOD的高表達(dá)來(lái)減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)，以此減輕SAH后的 EBI。

5 DNA損傷

在細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)中P53是抑癌基因，在對(duì)細(xì)胞損傷的應(yīng)答中，P53能夠上調(diào)凋亡前分子（Bax和Bid）和下調(diào)抗凋亡分子（Bcl?2 和存活素）［17］。 P53在缺血損傷中表達(dá)上調(diào)，并誘導(dǎo)線粒體損傷和Caspase的活化。 據(jù)報(bào)道［17－18］，在 SAH 中 P53 是神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的主要因素。P53在SAH后的24～72 h就出現(xiàn)表達(dá)上升，p53的抑制物能夠減輕腦水腫和神經(jīng)元細(xì)胞死亡。

6 細(xì)胞凋亡的外在途徑

在細(xì)胞表面能夠找到凋亡受體，它參與外在細(xì)胞凋亡途徑［19］。在腦缺血中這些受體配體Fas、TNF的表達(dá)上調(diào)。這些受體能夠活化Caspase?8或Caspase?10，然后直接使Caspase?3活化，并造成Bid／Bax的活化，誘導(dǎo)細(xì)胞色素c的釋放。此外，在腦缺血后轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生了活化，使Fas配體的表達(dá)增加，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［19－20］。 但是，關(guān)于 EBI與凋亡受體或配體的確切相互作用關(guān)系我們了解的并不是很多，所以需要更多深入的研究來(lái)探討這一關(guān)系。

7 總結(jié)

過(guò)去有許多研究已經(jīng)證明腦缺血中的細(xì)胞凋亡機(jī)制，然而關(guān)于凋亡與SAH關(guān)系的研究卻很少，尤其關(guān)于EBI。研究SAH與其他細(xì)胞凋亡機(jī)制（包括自噬機(jī)制和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激）將為我們研究EBI提供新的理論。目前關(guān)于SAH后EBI的研究是有限的，未來(lái)的研究需要為EBI提出確切的機(jī)制。總而言之，細(xì)胞凋亡可能在SAH后EBI起著重要的作用。對(duì)細(xì)胞凋亡的進(jìn)一步的研究可能會(huì)促進(jìn)新的理論發(fā)展，并改善SAH患者的預(yù)后。