右美托咪定對脊髓缺血再灌注損傷保護作用的研究進展

劉嬌 張雙霜 樊曉娜 胡霽

華中科技大學同濟醫學院附屬梨園醫院麻醉科（武漢 430077）

脊髓缺血再灌注損傷（spinal cord ischemia reperfusion injury，SCIRI）主要發生于脊柱及胸腹部大動脈手術后，可引起不可預知的并發癥?截癱［1］。SCIRI是多細胞，多介質共同發揮作用的病理生理過程，其機制主要包括氧化應激、炎癥應答和細胞凋亡等。近年來研究發現，低溫、缺血預處理及手術方式改進等干預措施可減輕SCIRI［2］，但其發病率仍高達32%［3］。因此探究SCIRI新的治療方法及其潛在的作用機制是亟待解決的問題。

右美托咪定（Dexmedetomidine，Dex）?高選擇性α2受體激動劑。研究表明，Dex可通過TLR4/NF?κB通路抑制炎癥反應對缺血器官發揮保護作用［4?5］。Dex還可通過抑制細胞凋亡及穩定血?脊髓屏障（BSCB）完整性等機制對SCIRI發揮保護作用［6］。在療效明確且機制完善的前提下，Dex的應用將是SCIRI治療的一大進展。故本文就Dex在SCIRI中的作用機制及其研究進展予以綜述，旨在完善其機制，為SCIRI提供新的治療方向。

1 Dex的藥理作用與臨床應用

Dex通過特異性激活α2受體而發揮作用，大約于靜脈注射后15 min起效，1 h濃度達峰值。其蛋白結合率高，靜脈輸注后主要在肝臟代謝，腎臟排泄。Dex的快速分布半衰期約為6 min，終末清除半衰期約為2 h［7］。除了其傳統的鎮靜鎮痛作用外，學者發現Dex還有抗炎及器官保護作用［4?5］，現已成為一大研究熱點。

2 Dex對SCIRI的保護機制

2.1 抑制氧化應激生理狀態下，機體氧化系統和抗氧化系統處于動態平衡。在脊髓缺血再灌注早期，由于ATP生成紊亂引起線粒體氧化磷酸化功能受損，進而導致氧自由基（ROS）“爆發性”釋放［8］。大量的ROS引起線粒體膜通透性轉換孔（mPTP）開放、細胞色素C（Cyt?C）釋放以及DNA損傷，最終造成細胞死亡［9］。在兔SCIRI模型中，缺血期給予ROS清除劑WR?2721可顯著減輕其過氧化損傷［8］。脂質過氧化物丙二醛（MDA）是目前公認的能反映脂質過氧化的間接指標。Dex可通過降低MDA，提高超氧化物歧化酶（SOD）活性，抑制氧化應激，減少脊髓神經元的損傷，但其確切機制尚不清楚［10］。在心肌IRI模型中，Dex可通過AMPK/PI3K/Akt/eNOS信號通路抑制氧化應激，降低心肌梗死面積，對缺血心肌發揮保護作用［11］。但是Dex是否是通過此通路抑制氧化應激進而對缺血脊髓發揮保護作用仍需進一步探究。核因子E2相關性因子（Nrf2）是抗氧化反應調控基因的關鍵轉錄因子，在ROS的刺激下，Nrf2被磷酸化與Keap1解離而活化，從而發揮抗氧化作用［12］。Dex可通過加強Nrf2表達，抑制氧化應激而對肝IRI發揮保護作用［13］，但其在SCIRI中是否可通過此機制對脊髓發揮保護作用仍需進一步探究。

2.2 抑制谷氨酸興奮性毒性谷氨酸是中樞神經系統興奮性神經遞質，脊髓缺血可促進其釋放。谷氨酸與N?甲基?D?天冬氨酸（NMDA）受體結合，引起鈣內流，導致神經元過度激活和細胞膜去極化，最終引起神經元興奮性損傷［14］。研究發現，利魯唑可通過抑制氨基酸的釋放而對缺血兔脊髓發揮神經保護作用［15］。Dex可激活突觸前膜的α2受體，降低細胞內鈣離子濃度，阻止谷氨酸遞質囊泡的破裂，進而抑制其釋放［16］。Dex還可增加星形膠質細胞腦源性神經營養因子（BDNF）的表達，對抗谷氨酸受體激動劑誘導的神經元細胞死亡［17］。故筆者認為Dex可通過抑制谷氨酸興奮性毒性對缺血脊髓發揮保護作用。

2.3 抑制炎癥應答炎癥應答在SCIRI中發揮關鍵作用，脊髓缺血激活炎癥細胞促進炎癥因子釋放，通過炎癥級聯反應加重組織損傷［18?19］。研究發現，Dex可通過抑制炎癥應答對缺血脊髓發揮保護作用，其機制主要涉及單核巨噬細胞和星形膠質細胞炎癥因子的釋放，膽堿能抗炎通路以及TLR4/NF?κB信號通路［20］。三種抗炎機制并非單獨發揮作用，它們彼此之間互相交聯，共同介導機體的炎癥應答。

2.3.1 單核巨噬細胞和星形膠質細胞炎癥因子的釋放脊髓缺血后激活星形膠質細胞和單核巨噬細胞，分別釋放單核細胞趨化蛋白?1（MCP?1）［19］和高遷移率 族蛋白?1（HMGB1）［18］介導炎癥應答，加重組織損傷。MCP?1 在單核細胞募集和神經炎癥中發揮重要作用，Dex可通過下調MCP?1 的表達而發揮中樞性抗炎作用，減輕 SCIRI［21］。HMGB1是無菌性炎癥的早期介質，單核巨噬細胞分泌的HMGB1與其受體TLR4等結合后激活NF?κB，促進下游炎癥因子TNF?α和IL?1β的釋放，炎癥因子與HMGB1之間的正反饋環路可加重炎癥應答［22］。研究發現，Dex預處理可抑制HMGB1、TNF?α、IL?1β等釋放，對缺血脊髓發揮保護作用［20］。但是，研究發現HMGB1可促進組織再生和血管再生［23］，因此Dex在抑制HMGB1釋放發揮抗炎作用的同時是否會影響其組織和血管再生有待于進一步探究。

2.3.2 膽堿能抗炎通路膽堿能抗炎通路（CAP）是近年來發現的一種神經?免疫調節通路，在炎癥的發生發展中發揮重要作用。機體受到缺血刺激后可激活迷走神經傳出纖維，刺激外周神經末梢釋放乙酰膽堿（ACh），ACh與巨噬細胞表達的α7煙堿型乙酰膽堿受體（α7nAChR）結合后，通過抑制NF?κB和激活JAK2/STAT3通路降低促炎癥細胞因子的的產生和釋放，進而發揮抗炎作用［24］。研究發現，Dex預處理可通過α7nAChR介導的膽堿能抗炎通路降低炎癥細胞因子TNF?α和IL?1β，但給予迷走神經切斷術及α7nAChR拮抗劑可逆轉這一效應［25］。故筆者認為，Dex可通過α7nAChR激活膽堿能抗炎通路，進而對缺血組織發揮保護作用。與體液抗炎機制相比，CAP具有感應靈敏，反應迅速、作用精確等特點，但其在SCIRI中發揮抗炎作用的具體機制有待于進一步探究。

2.3.3 TLR4/NF?κB信號通路Toll樣受體（TLRs）是高度保守的蛋白質和病原模式識別受體。在感染和無菌性炎癥中，TLR4可通過與其內源性或外源性配體結合，激活NF?κB促進促炎癥細胞因子TNF?α和IL?1β的釋放，放大炎癥級聯反應［4］。脊髓缺血后TLR4表達上調，NF?κB聚集到細胞核并且調節炎癥因子的表達，而給予TLR4或NF?κB拮抗劑可通過抑制炎癥應答而對缺血脊髓發揮保護作用［26］。由此可見，TLR4/NF?κB信號通路在SCIRI的炎癥應答中發揮重要作用。研究發現，在鼠脊髓受壓模型中，Dex預處理可通過PI3K/Akt通路下調TLR4，通過抑制TLR4介導的促炎通路對缺血脊髓發揮保護作用［20］。此外，HMGB1不僅是促炎癥介質，也是TLR4的上游信號分子，在SCIRI中Dex是否可通過HMGB1或其它機制調節TLR4/NF?κB通路來發揮抗炎作用仍待進一步探究。

2.4 改善凋亡和自噬細胞凋亡是SCIRI的發病機制之一，主要包括內在途徑、外在途徑以及內質網應激介導的凋亡途徑，半胱天冬酶（caspases）家族蛋白酶的激活是細胞凋亡發生的最關鍵環節。內在途徑即線粒體介導的凋亡途徑，線粒體膜通透性改變及細胞色素?C（Cyt?C）的釋放是此途徑的關鍵環節，并且此環節受Bax和Bcl?2的調控。Bax是促凋亡蛋白，活化后從胞質進入線粒體，使線粒體膜通透性孔（MPTP）開放，促進Cyt?C釋放，通過caspase?9、?3和?6的級聯激活促進凋亡；Bcl?2則是抗凋亡蛋白，可通過保持線粒體膜的完整性，阻止MPTP開放，抑制Cyt?C釋放，進而發揮抗凋亡作用［27］。研究發現，脊髓缺血后可觸發激活caspases級聯反應，下調Bcl?2/Bax比值，進而引起DNA斷裂，細胞凋亡。而Dex可通過上調Bcl?2/Bax比值，調節Bax?線粒體?細胞色素C?caspase蛋白酶通路對SCIRI發揮保護作用［28］。外在途徑是死亡受體介導的凋亡途徑，研究廣泛的是Fas和TNFR途徑。內質網應激介導的凋亡是一條新的凋亡途徑，在缺血條件下可引起內質網腔內未折疊與錯誤折疊蛋白的蓄積，進而引起細胞凋亡［29］。但Dex在SCIRI中是否可通過抑制死亡受體及內質網應激介導的凋亡而對缺血脊髓發揮保護作用報道甚少。

自噬是細胞內的分解代謝機制，通過自噬溶酶體介導多種酶及受損細胞的降解，維持蛋白質合成和降解之間的動態平衡。近年來，自噬在缺血再灌注損傷、腦卒中等疾病中的作用越來越受到重視。此外，自噬還可通過與凋亡之間復雜的交織共同調節細胞死亡。自噬在SCIRI中是一把雙刃劍。早期缺血激活自噬，通過清除受損的細胞器促進細胞存活；晚期過度上調的自噬可通過增加溶酶體膜通透性，使大量蛋白酶進入胞漿而引起自噬性細胞死亡［30］。研究表明，缺血前3 d鞘內注射Dex可通過增加神經元自噬改善SCIRI后神經運動功能［31］。而在腦IRI模型中，Dex卻通過激活PI3K/AKt信號通路抑制細胞自噬而減輕再灌注損傷［32］。因此，Dex對自噬的調控作用尚未完全闡明，其效應可能與其干預的時間點有關。缺血再灌注模型中，自噬具有兩面性，Dex對自噬的調控機制及具體的效應值得進一步探究，有可能為器官保護提供一個新的策略。

2.5 穩定BSCB通透性血?脊髓屏障（BSCB）由連續的毛細血管內皮細胞、星形膠質細胞及其之間的緊密連接和細胞骨架構成。BSCB是血液循環和脊髓組織之間物質擴散的屏障，脊髓缺血后，循環中炎癥細胞及有害物質通過破壞的BSCB進入脊髓組織，促進脊髓水腫，加重組織損傷［33］。內皮細胞間的連接蛋白是一系列跨膜和外周蛋白，主要包括occludin、claudin?5和ZO?1，其表達量下調及完整性破壞是BSCB的通透性增加的直接原因。脊髓缺血或損傷后可下調緊密連接蛋白的表達，增加緊密連接間隙，進而增加BSCB通透性。基質金屬蛋白酶?9（MMP?9）是鋅依賴性肽鏈內切酶，在脊髓缺血后由中性粒細胞分泌，可促進炎癥，改變正常血管的通透性。一方面，上調的MMP?9通過降解緊密連接蛋白，引起BSCB組成成分的破壞；另一方面，MMP?9可增加促炎癥細胞因子的產生，通過放大炎癥反應而增加屏障的通透性［34］。在SCIRI模型中，Dex可通過抑制MMP?9，加強Ang1?Tie2系統活性，穩定BSCB的通透性而對缺血脊髓發揮保護作用［6］。因此，在SCIRI中通過降低BSCB結構和功能的損傷，促進其恢復對于防治脊髓損傷具有潛在的應用前景。但其機制尚不完善，Dex對緊密連接蛋白以及炎癥細胞因子TNF?α的作用及相關機制尚無報道，仍需進一步探究。

3 臨床中Dex對SCIRI的保護作用及潛在應用前景

3.1 脊柱手術中Dex的脊髓保護作用在脊柱手術中，脊髓壓迫等因素可引起脊髓缺血，恢復脊髓血供后，因再灌注導致的氧自由基爆發性釋放及過度的炎癥應答會進一步加重組織損傷，形成再灌注損傷。故脊柱手術圍手術期及術中的臨床預防干預，對減輕SCIRI具有重大意義。BEKKER［35］將54位施行多級脊柱融合術的患者隨機分成對照組和Dex組，對照組患者麻醉的維持使用丙泊酚+芬太尼+生理鹽水，Dex組患者使用丙泊酚+芬太尼+Dex。在術后使用40項恢復質量評分量表（QoR40）和9條目疲勞嚴重程度量表（FSS）對患者的術后恢復進行評估。同時檢測患者血清炎癥細胞因子TNF?α和IL?1β的含量。結果表明，Dex組患者血清炎癥細胞因子水平降低，QoR40評分升高而FSS評分降低。表明Dex可通過抑制炎癥應答改善脊柱大手術后的功能恢復，對脊髓發揮保護作用。此外，研究發現，Dex能緩解頸椎術后的脊髓繼發性損傷，發揮脊髓保護作用［36］。

3.2 胸腹部大動脈手術中Dex的脊髓保護作用胸腹部大動脈手術中短時或永久阻斷腹主動脈、腰動脈等，可減少脊髓組織的血供，術后引起SCIRI。因此在胸腹部大動脈手術中維持患者的血流動力學穩定，可在一定程度上減輕脊髓缺血，改善脊髓損傷。一項研究中施行冠狀動脈旁路移植術的88位患者隨機分為對照組和Dex組，發現Dex可改善患者術中及術后血流動力學的穩定性，其機制可能是Dex血管舒張作用及Dex的應用減少了其他麻醉藥物的使用，減輕了心血管抑制作用［37］。此外，也有研究報道，Dex對心血管術后的患者具有神經保護作用［38］。

3.3 臨床中Dex脊髓保護的潛在應用前景根據SCIRI的發病機制，目前已有多種藥物成為臨床中常規用藥，主要包括小劑量地塞米松及氨基化劑、神經營養藥物以及激素大劑量沖擊療法［39］。但由于保護作用有限及嚴重并發癥，限制了其應用。研究發現，在鼠脊髓損傷模型中，Dex及甲基強的松龍均對缺血脊髓有保護作用，且兩者差異無統計學意義［40］。此外，Dex可通過穩定血流動力學、上調腦源性神經營養因子的表達及增強脊髓缺血耐受，進而對其發揮保護作用［41］。在臨床中Dex對SCIRI保護作用的研究較少，仍有待于更多的前瞻性大樣本臨床研究來指導其在SCIRI中脊髓保護的臨床應用。隨著研究的深入，Dex在SCIRI的防治中有更廣泛的臨床應用前景。

4 展望

SCIRI后，Dex可通過抑制氧化應激、抗炎、抗凋亡及穩定BSCB完整性等多種機制對脊髓發揮保護作用。但是究竟哪種機制占主導作用、其發生的先后順序以及其關聯性尚不清楚。并且Dex目前只是在基礎研究獲得良好效果，臨床研究較少，是否可應用到臨床工作中仍需進一步探究。今后的研究若可以證實其在臨床應用中能有效發揮對脊髓的保護作用，必將為脊髓損傷保護提供一個新的藥物保護策略，具有廣泛的潛在應用前景。