神經(jīng)保護劑在腦缺血后大腦神經(jīng)再生中的作用

賀旭 王偉 湯艷 申燕偉 趙宏

(益陽醫(yī)學高等專科學校解剖組胚教研室，湖南 益陽 413000)

腦缺血損害是腦卒中最常見的形式，具有高發(fā)病率、高病死率、高致殘率及高復發(fā)率等特點。歐洲每年有35萬人因心臟突然驟停而發(fā)生腦卒中〔1〕，北京急性腦卒中男性和女性發(fā)生率年平均增長幅度分別為4.5%和4.2%〔2〕。腦缺血后一方面要抑制神經(jīng)元的過度凋亡，維持細胞的正常數(shù)量，另一方面也需要激活和加速內(nèi)源性的神經(jīng)干細胞增殖和分化，產(chǎn)生更多的新生神經(jīng)元替代凋亡的神經(jīng)元。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的過程中，神經(jīng)發(fā)生主要存在兩個區(qū)域〔3，4〕側腦室的室管膜下層(SVZ) 和海馬齒狀回的顆粒下層(SGZ)。腦缺血后SVZ 和SGZ 區(qū)神經(jīng)再生能力大大增加，且受損皮層和嗅球本身也能產(chǎn)生新生神經(jīng)元。腦缺血后這種通過神經(jīng)元替代的自我修復方式可促進某種程度的恢復，但是內(nèi)源性神經(jīng)干細胞神經(jīng)再生能力有限，產(chǎn)生的新生神經(jīng)元數(shù)量難以完全替代丟失的細胞。例如在局灶性腦缺血 (MCAO) 模型中，新生的神經(jīng)元只能替代紋狀體0.2%凋亡神經(jīng)元〔5〕。因此增加適當?shù)耐饨绺深A才能加強內(nèi)源性神經(jīng)干細胞及它們的子代的增殖、存活和神經(jīng)元的成熟，以達到治療目的。神經(jīng)保護劑能提高神經(jīng)元對腦缺血的耐受性，全方面、多層次延緩神經(jīng)元的死亡、減少腦組織的損害和改善神經(jīng)功能缺損，最終促進患者的功能恢復，目前神經(jīng)保護劑用于缺血性腦血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變疾病及其他相關疾病的治療。

1 依達拉奉

依達拉奉是一種新型氧自由基清除劑，能跨過血腦屏障，與許多自由基相互作用而降低活性氧的產(chǎn)生，主要治療急性腦梗死患者。在MCAO動物模型中，注射依達拉奉可通過抑制低氧誘導因子(HIF)-1α信號通路和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)蛋白水平的表達而減少腦梗死面積，降低神經(jīng)功能缺損評分，但與此同時腦缺血側 SVZ 區(qū)神經(jīng)祖細胞和細胞增殖的數(shù)目下降〔6〕。Kikuta等〔7〕報道體內(nèi)、外接受依達拉奉治療均可促進海馬 SGZ 區(qū)受損神經(jīng)元的增殖和分裂，這可能是因為依達拉奉在消除氧化應激的同時，也誘導了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF) 的產(chǎn)生〔8〕。顱放射治療后引起的氧化應激損害了海馬的神經(jīng)發(fā)生，這可能與認識功能障礙有一定聯(lián)系，給予依達拉奉干預后可避免 SGZ 區(qū)神經(jīng)元走向壞死，除此之外，還可提高空間學習記憶能力〔9〕。Lei等〔10〕報道在大鼠全腦缺血之前 30 min 和術后給予依達拉奉，可通過保護海馬的神經(jīng)干細胞(NSCs)免于凋亡而促進神經(jīng)再生，其機制可能是通過減少活性氧的產(chǎn)生和抑制腦缺血后 HIF-1α和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3 蛋白的表達。依達拉奉也能通過作用于Notch-1信號通路，抑制小膠質(zhì)細胞的激活而對缺血腦組織發(fā)揮保護作用〔11〕。

2 神經(jīng)營養(yǎng)因子(NT)

NT由特殊蛋白質(zhì)和肽類組成，由相關組織和星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生，在神經(jīng)元的生長、發(fā)育、生存和分化過程中發(fā)揮重要作用。可通過突觸后、突觸前然后入胞與特定受體相結合，產(chǎn)生生理功能。NT可促進損傷神經(jīng)元軸突芽生，調(diào)節(jié)突觸可塑性，促進神經(jīng)血管內(nèi)皮細胞的增殖和分化，最后修復神經(jīng)元，恢復神經(jīng)元的生理功能。由于NT屬于大分子物質(zhì)，很難通過血腦屏障到達大腦，因此目前的研究主要是通過側腦室或者腦實質(zhì)注射給藥。BDNF是一種調(diào)制突出可塑性和神經(jīng)再生的促存活信號分子，廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)。亞皮層缺血性腦卒中后，注射BDNF可增加受損白質(zhì)的少突膠質(zhì)細胞發(fā)生、髓鞘的重形成、纖維的連接〔12〕。在大鼠MCAO模型中發(fā)現(xiàn)新皮質(zhì)第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層的BDNF出現(xiàn)在缺血區(qū)域，營養(yǎng)小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞〔13〕。聯(lián)合安帕金治療局灶性老年小鼠可實現(xiàn)最大的功能恢復，其可能是通過蛋白激酶B(AKT)-糖原合成酶激酶(GSK)3-環(huán)磷酸腺苷反應元件結合蛋白(CREB)信號通路發(fā)揮作用〔14〕。神經(jīng)生長因子(NGF) 可增加MCAO后巢蛋白(Nestin)的表達，并可促進 Nestin分化成神經(jīng)元與膠質(zhì)細胞〔15〕。生菜配糖體B可通過上調(diào) NGF和NT-3的表達而在MCAO中發(fā)揮神經(jīng)保護作用〔16〕，NT聯(lián)合VEGF治療兔MCAO再灌注6 h可顯著保護神經(jīng)元，改善神經(jīng)功能評分〔17〕。睫狀NT可改善腦缺血大鼠神經(jīng)功能缺損體征，促進髓鞘再生〔18〕。

3 神經(jīng)節(jié)苷脂

神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)細胞膜的組成成分，在神經(jīng)元的發(fā)生、生長、分化及軸漿運輸中起著非常重要的作用。神經(jīng)元損傷后，神經(jīng)節(jié)苷脂可促進缺血區(qū)域及其毗鄰部位的神經(jīng)再生、軸突生長和突觸重建。在缺氧缺血誘導的新生大鼠白質(zhì)損傷區(qū)域給予神經(jīng)節(jié)苷脂單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)苷脂(GM1)治療后，神經(jīng)行為功能損害明顯降低〔19〕，這可能是因為神經(jīng)節(jié)苷脂GM1加強了神經(jīng)束蛋白155與脂質(zhì)筏的聯(lián)系，穩(wěn)定側區(qū)復合物的結構和阻止大腦髓鞘的損傷〔20〕。趙偉佳等〔21〕報道神經(jīng)節(jié)苷脂GM1能減少腦梗死面積，促進腦缺血部位Nestin的表達，在由糖尿病加重的缺血性神經(jīng)元損害中，GM1可通過抑制細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)的磷酸化而減輕CA3區(qū)和扣帶回皮質(zhì)的神經(jīng)元損害〔22〕。

4 托吡酯(TPM)

TPM 是被美國食品與藥品監(jiān)督局批準的用于治療遷移性頭痛和小兒癲癇的藥物。可能的作用機制涉及：阻斷Na+通道而抑制放電的持續(xù)性；通過阻斷谷氨酸受體和調(diào)控Ca2+離子通道而抑制興奮性谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)；通過 GABA-A 受體位點的作用而提高GABA介導的神經(jīng)抑制作用。近年研究表明低氧缺血性腦損害后，短期內(nèi)正確的使用 TPM 可產(chǎn)生明顯的神經(jīng)保護作用，表現(xiàn)為縮小腦梗死體積，改善神經(jīng)功能，而長期使用或者過劑量使用則能對腦和認知功能造成新的傷害〔23〕。因此什么濃度能在治療腦缺血中發(fā)揮最佳作用呢？Clark等〔24〕報道，濃度為0.0～16.8 μg/ml的TPM在缺氧缺血誘導的朗伊凡氏大鼠幼崽腦缺血模型中發(fā)揮神經(jīng)保護作用，作用機制可能是通過降低Caspase-3 蛋白的表達和B淋巴細胞瘤-2基因(Bcl-2)相關X蛋白(BAX)/Bcl-2 的比率、增強 GABA 能信號和抑制膠質(zhì)細胞發(fā)生〔25〕。

5 促紅細胞生成素(EPO)

EPO是由肝臟和腎分泌的一種激素樣物質(zhì)，含有唾液酸的酸性糖蛋白，能促進紅細胞的生成。EPO首先被用來治療各種病因引起的貧血，例如常規(guī)血液透析終末期腎病。有趣的是，科研人員發(fā)現(xiàn)EPO具有多效性，如抗缺血和抗凋亡、促進新血管的形成、內(nèi)皮祖細胞的遷移及促進血管再生〔26，27〕。在一項隨機的、前瞻性的，以安慰劑作為對照的臨床試驗中發(fā)現(xiàn)：急性缺血腦卒中后，給予患者EPO治療可明顯改善長期神經(jīng)功能結果，提高預后〔28〕。采用EPO預處理MCAO大鼠，結果EPO能通過降低腦內(nèi)炎性因子表達和血糖水平的平衡而減少腦缺血再灌注損害〔29〕，也能促進熱休克蛋白(HSP27)和VEGF的表達而抑制缺血側大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的凋亡〔30〕。Zhou等〔31〕報道EPO增加磷酸化縫隙連接蛋白(p-Cx)43的表達而保護神經(jīng)血管單元，從而改善間隙連接細胞間通訊(GJIC)，減少神經(jīng)毒性物質(zhì)的釋放。經(jīng)主動脈弓和左鎖骨下十字鉗閉制作短暫的脊髓缺血模型，然后給予EPO治療，結果表明EPO可明顯保存好后肢功能和較完整的細胞結構，這可能與EPO激活了CREB信號通路有關〔32〕。

綜上，腦缺血后的神經(jīng)再生過程涉及多因素和機制，而神經(jīng)保護劑可通過全方面，多層次發(fā)揮神經(jīng)保護作用，同時我們也看到隨著對神經(jīng)保護劑的藥理作用深入研究，這也將為其在腦缺血疾病中的廣泛應用提供扎實的理論基礎。