線粒體DNA拷貝數與缺血性腦卒中的研究進展

蘇小明 鄭炎 田美媛 滿竹 馬艷艷

【摘要】本文從目前研究現狀出發，介紹了缺血性腦卒中及線粒體DNA拷貝數的基本概念，指出了腦細胞缺血缺氧時線粒體及線粒體DNA拷貝數的變化，進一步描述了線粒體在缺血性腦卒中的重要作用，最后總結了線粒體DNA拷貝數在缺血性腦卒中的重要性，線粒體DNA拷貝數變化與缺血性腦卒中的發生具有相關性，隨著時間推移，線粒體DNA拷貝數會發生不同變化。

【關鍵詞】線粒體DNA拷貝數;缺血性腦卒中;氧化應激

【中圖分類號】R743.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】ISSN.2095.6681.2020.32..01

腦血管病在我國已躍升為首位死因且是導致成人長期病殘的主要原因，給家庭、社會和國家帶來了沉重的負擔[1]。多種原因導致腦組織供血供氧障礙即缺血性腦卒中，繼而發生缺血缺氧性腦組織壞死，臨床上產生一組以神經功能障礙為特征的綜合征。缺血性腦卒中是腦血管病中最常見的一種類型，約占全部急性腦血管病70%[2]。據報道，流向大腦的血液平均占心臟輸出量的15%。雖然人類大腦只占身體的5%，但它負責20%的呼吸，并依賴葡萄糖和氧氣提供能量，與其他組織相比，更容易發生較小的損傷。中樞神經系統由于其有氧需求非常容易受到線粒體損傷[3]。線粒體擁有自己的基因組線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA），mtDNA拷貝數反映了每個細胞內線粒體的數量，這個數量保持在一個恒定的范圍內，從而保持細胞能量的供需平衡。人類很多疾病的發生發展均與細胞線粒體功能障礙高度相關，而線粒體功能損傷程度又與基因組線粒體DNA復制量高度相關。線粒體基因組DNA復制量與多種疾病有關，包括心血管疾病、糖尿病、動脈斑塊硬化、神經退行性疾病等。本文試著總結了近年來關于mtDNA拷貝數與缺血性腦卒中的部分研究進展。

線粒體被稱為細胞動力之源，是由簡單的外磷脂雙層膜、膜間間隙、復雜的內磷脂雙層膜和線粒體基質組成的細胞器。作為三磷酸腺苷產生的主要場所，線粒體在能量平衡中發揮著重要作用，包括能量代謝、活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生、鈣穩態、細胞增殖和凋亡。mtDNA拷貝數雖然不是mtDNA損傷的直接量度，但與線粒體酶活性和三磷酸腺苷的產生有關，因此可以作為線粒體功能的生物標記。

mtDNA拷貝數可能是各種疾病的危險因素，包括代謝性疾病、糖尿病、肥胖、神經退行性疾病和癌癥。mtDNA拷貝數與慢性疾病關系的一個可能的解釋是氧化應激。mtDNA沒有組蛋白保護而極易氧化損傷，因為其非常接近線粒體內膜電子傳遞鏈，缺乏抗氧化機制和修復能力。當活性氧產生超過消除能力時，失衡被打破，激發氧化應激。輕度氧化應激時，呼吸鏈受損，mtDNA拷貝增強;而當氧化應激繼續嚴重時，超出線粒體調控能力，線粒體隨即發生功能障礙，mtDNA拷貝數下降。當損傷達到一定程度，線粒體會失去正常功能，甚至引起細胞死亡。

基因組線粒體DNA復制量、ATP水平的回升可能與mtDNA自身修復機制有關，而且與線粒體生物合成相關。這可能還與線粒體自噬、mtDNA自我修復有關，但是對于嚴重缺血再灌注損傷，mtDNA嚴重受損可通過影響氧化磷酸化的相關酶，造成自由基生成增加，導致mtDNA損傷的惡性循環。外傷性腦損傷后，外周血mtDNA平均拷貝數顯著增加。盡管mtDNA拷貝數取決于組織，并且其減少與各種神經肌肉疾病有關，但mtDNA拷貝在腦中的詳細分布仍不確定。

腦細胞缺血缺氧后，大量ROS產生，抗氧化酶活性降低，導致ROS的生成與清除失平衡，ROS大幅度生成，造成細胞損傷。線粒體是缺血后神經細胞死亡的關鍵靶區，也是神經細胞能否存活的關鍵因素，因此保護腦缺血后神經元的關鍵就是保護線粒體。總而言之，線粒體結構和功能正常至關重要， 基因組線粒體拷貝數與線粒體功能關系極為密切，這也使得mtDNA復制量與缺血性腦卒中密不可分。

參考文獻

[1] Feigin VL，Forouzanfar MH，Krishnamurthi R，et al.Global and regional burden of stroke during 1990-2010： findings from the Global Burden of Disease Study 2010[J].Lancet，2014，383（9913）：245-54.

[2] Rodrigo R，Fernández-Gajardo R，Gutiérrez R，et al.Oxidative stress and pathophysiology of ischemic stroke：novel therapeutic opportunities[J].CNS Neurol Disord Drug Targets，2013，12（5）：698-714.

[3] Ham PB 3rd，Raju R.Mitochondrial function in hypoxic ischemic injury and influence of aging[J].Prog Neurobiol，2017，157：92-116.