腦缺血性耐受的神經保護機制

杜依婷 孫鳳艷（通訊作者）

（復旦大學上海醫學院神經生物學系 上海 200000）

1.前言

腦卒中（cerebral stroke）亦稱為腦血管意外，是由腦血流障礙引起細胞死亡的一組疾病，它是全球第二大死亡原因，包括缺血性卒中和出血性卒中。缺血性腦卒中一直是學者研究重點，但有效的治療方法仍比較少，缺血性耐受的發現為未來的治療發展奠定基礎。

當大腦受到低氧或缺血時，腦內腦內產生神經保護性反應，從而保證大腦再次受到同樣傷害時可以減輕或免遭神經元的死亡。大腦的這些反應過程被稱為“缺血性耐受”（ischemic tolerance，IT）或“缺血性預條件”（ischemic preconditioning，IP）[1]。耐受和預條件一詞在1960 年被定義提出，自日本學者Kitagawa 發現短暫的全局性腦缺血對缺血引起的沙鼠海馬CA1 區椎體神經元損傷有明顯保護作用，目前IT/IP 已成為國內外腦缺血研究的熱點。

近年來，缺血性腦卒中已在腦損傷修復基礎研究與藥物治療臨床研究方面取得較大進展，但在腦損傷后IT/IP 形成的內源性保護機制方面仍有許多未知之謎等待探索[2]，本文綜述了近年來參與IT/IP 形成的腦內內源性保護機制。

2.抗興奮性神經毒作用

興奮性毒性主要是由于谷氨酸釋放過量導致突觸后谷氨酸受體過度激活，從而引發下游級聯反應，最終導致神經元功能障礙和變性。提高神經細胞的抗興奮性神經毒作用，多發生在腦缺血缺氧的早期數十分鐘內，其機制主要與GABA、腺苷受體、ATP 依賴K+通道開放有關。

2.1 GABA

抑制性氨基酸類神經遞質（GABA）的受體主要有離子型GABAA受體和代謝型GABAB 受體。在成人大腦中，GABA 主要通過激活突觸后末端GABAA 受體導致氯離子大量涌入以及神經元細胞膜快速超極化。有研究表明在卒中發作前期，內源性GABA 增加可激活GABAA受體，抑制了細胞去極化以及谷氨酸的釋放。Hui[3]等揭示了在修復階段GABA 信號的增加，增強了小鼠大腦可塑性功能恢復。

2.2 腺苷

腺苷（Adenosine）是一種抑制調節腦內活動的內源性核苷。當大腦處于腦卒中缺血缺氧等應激狀態下，三磷酸腺苷（ATP）大量外流，代謝釋放腺苷。腺苷通過激活突觸前A1 受體，減輕胞內游離Ca2+超載。有研究表明減少細胞外Ca2+可以增加腺苷的釋放，并通過A1 受體介導的膜電位超極化控制神經活動。腺苷還能通過激活突觸后A1 受體，開放ATP 依賴的K+通道，抑制細胞膜去極化增加抗興奮性神經毒作用。有研究表明A1 受體介導的參麥注射液可以縮小腦梗塞體積，對大鼠腦損傷有神經保護作用。腺苷還具能擴張血管和促進血栓溶解的作用，Fuentes[4]等采用放射性配體結合研究和受體對接實驗表明激動A2 受體能夠抑制血小板凝集。腺苷主要受腺苷激酶（ADK）的調控，ADK是一種通過磷酸化AMP 去除腺苷的酶。近年來，利用ADK 缺乏癥的腦內細胞移植釋放腺苷，開發了新的治療策略。

3.抗炎癥和抗調亡反應

腦缺血釋放抗炎因子和抗凋亡因子，這些因子協調神經細胞消炎及抗凋亡，并向神經恢復和再生過渡。提高神經細胞的抗炎癥和抗凋亡反應通常發生在缺血損傷數小時內，其機制主要與IL、HIF、Bcl-2 家族蛋白、EPO 等有關。

3.1 白細胞介素

白細胞介素（IL）是作用于多種細胞的一類細胞因子。Th2細胞可通過分泌IL-4、IL-10、IL-13 等，激活B 細胞，促其合成免疫球蛋白，抑制Th1 細胞分化以及巨噬細胞和小膠質細胞的活化，發揮抗炎保護作用。有研究報道IT/IP 處理可使CA1 區錐體層IL-4、IL-13 表達持續增加，與腦缺血神經保護密切相關。Cruz[5]等研究表明Copolymer-1能夠刺激腦內IL-10的表達上調，從而保護神經并誘導神經發生。

3.2 HIF-1

缺氧誘導因子-1（HIF-1）是一種在缺氧條件下穩定表達的轉錄激活因子。在腦缺血/缺氧時，HIF-1α 表達上調，可誘導下游靶基因的表達，如誘導型一氧化氮合酶（iNOS）、血管內皮生長因子（VEGF）、促紅細胞生成素（EPO）、葡萄糖轉運蛋白1（GLUT1）和糖酵解酶等，它與其靶基因共同參與了缺血/缺氧預處理的神經保護機制。有研究通過測定HIF-1α 的mRNA 后發現其在IP 中起關鍵作用，調節全身炎癥反應起到降低梗塞面積，改善神經功能。Lu[6]等研究表明預缺氧通過HIF-1α/beclin1 調控的自噬來保護SH-SY5Y 細胞不受氧糖剝奪再灌注的影響。

3.3 EPO

促紅細胞生成素（EPO）是一種促進紅細胞生成的生長因子，血液循環中90%EPO 來自于腎臟，與成年人和新生兒腦卒中神經保護密切相關。有研究發現EPO激活了核因子紅細胞相關因子2（Nrf2），該因子調控了抗氧化、抗炎和細胞保護相關基因。Komnig[7]等對比高、低劑量EPO 治療法后發現低劑量EPO 刺激PI3K/Akt 通路，使Faim2 表達上調，起到神經保護作用。此外，遠程腎臟預處理可以通過釋放EPO、激活KATP 通道，防止海馬缺血/再灌注損傷。

3.4 Bcl-2 家族蛋白

B 淋巴細胞瘤-2 基因（Bcl-2）通過控制線粒體外膜通透性，是研究細胞凋亡中最重要的癌基因之一。目前研究較多的Bcl-2 蛋白家族可分為抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-x 等以及促凋亡基因Bax 等[8]。已有多篇研究表明缺氧預處理可通過提高Bcl-2水平，降低Bax，防止神經細胞凋亡。線粒體活性氧損傷（ROS）是細胞死亡重要信號，Du[9]等發現Bcl-2 調節線粒體代謝產生較少ROS，延緩細胞周期。

4.腦自身修復和再生能力

提高腦的自身修復能力和再生能力多發生在腦缺血損傷后的數天乃至數周內。該過程內大量生產促神經生長因子，神經膠質細胞大量活化與增殖，神經前體細胞分化形成新的神經元，并促進新生神經元的進一步成熟，以修復缺血損傷腦區。

4.1 星形膠質細胞

星形膠質細胞是中樞神經系統中最豐富的膠質細胞，它能夠釋放多種神經遞質受體、通道和轉運體。腦卒中自身修復階段，膠質瘢痕雖會阻礙軸突生長，但越來越多研究證明星膠細胞促進腦修復的功能。Hirayama[10]等研究表明腦缺血性耐受（IT）依賴于星形膠質細胞，通過上調P2X7 受體表達，激活增加HIF-1α，有效誘導IT 的產生。反應性星形膠質細胞被分為兩種類型，神經毒性A1 和保護性A2，A2 型星形膠質細胞可能參與缺血性耐受的形成。對星形膠質細胞進行IP 治療時，同樣可以使神經元產生缺血耐受，星膠細胞產生的乳酸可能是一種神經保護劑，保護神經元免受致命的缺血損傷。目前有些研究表明星形膠質細胞吞噬作用在腦卒中后的腦功能調節中具有重要作用，但對作用機制、產生的后續反應仍有許多未知。

4.2 神經前體細胞

神經前體細胞（NPC）是誘導多能干細胞分化的產物，它可以進一步分化為多種類型的神經細胞，如神經元細胞、膠質細胞等。Wang 等研究發現神經前體細胞和內皮前體細胞通過激活主要依賴VEGF 和BDNF 旁分泌的PI3K/Akt 通路，協同保護腦免受缺氧損傷。腦缺血誘導后，腦室下區源性的神經前體細胞增殖并遷移至腦卒中病灶，促進神經元存活和腦重構。鑒于這些作用，成人NPC 已經成功地從SVZ 中分離、培養和移植，以促進缺血后神經恢復。

5.展望

目前，已發現IT/IP 對腦、心、腎等臟器均有保護作用，越來越多的機制研究為臨床上預防與治療缺血性腦血管病提供了更多思路。預處理刺激的最佳持續時間、頻率和強度可能因疾病而異，因此需要進行廣泛的人體試驗，但在人體身上直接進行缺血預處理仍是比較危險的。臨床上，用易于控制劑量、安全可靠的藥物預處理代替IP，達到神經保護作用，應更為合理。