腦缺血后處理的腦機制及治療進展

杜守云 楊榮紅 李國棟 王緒山 陸榮柱 蔡增林

摘要：腦缺血后許多分子調節途徑在腦組織損傷中起著調節作用，以使缺血半影中的細胞存活，線粒體的凋亡和壞死途徑是腦缺血中腦組織損傷的主要原因，腦組織中的氧化應激會立即刺激線粒體ROS的產生和胞質NADPH的產生，從而破壞脂質、蛋白質和DNA等細胞大分子。低氧誘導因子（HIF）是氧調節的轉錄因子，在低氧感測和適應中起重要作用，ROS還激活其他細胞內信號傳導途徑，包括MAPK、NF-kB和MMP的上游。缺血后ROS水平的增加會引起明顯的氧化激，并導致神經元損傷，因而自由基成為腦梗塞重要的治療靶標，許多研究集中在評估抗氧化劑的應用上，急性腦缺血的治療取決于對這些藥物對腦血管和腦實質內，特別是對腦血流、血腦屏障和神經元細胞活性的作用。

關鍵詞：腦缺血性中風;氧化應激;低氧誘導因子;酪蛋白激酶2;活性氧

腦是人體最重要的器官，也是缺血性損傷最易感的器官。在腦缺血中，流向大腦的血液受阻，導致腦組織受損或死亡。在不超過臨界水平的時間內，可以通過再灌注療法來恢復由缺血預處理引起的整體損害。幾種分子調節途徑在決定缺血預處理中血流阻塞后的腦組織命運中起著調節作用，以使缺血半影中的細胞存活。

缺氧在不利的外部和內部影響下造成腦組織最大程度的破壞，眾所周知，急性缺氧抑制神經可塑性、引起認知和記憶障礙，并對最易感的大腦結構如海馬神經元產生破壞作用。另一方面，中度缺氧表現出相反的位點作用，這種現象已被用于制定預防措施以增強大腦對缺氧的耐受力（間歇性缺氧訓練、缺氧和缺血預處理）或康復（（早期、延遲和遠距缺血性后處理）（IPostC）、常壓和低壓缺氧后處理（分別為NBHPostC和HBHPostC））[1]。

一、概述

線粒體的凋亡和壞死途徑是腦缺血中腦組織損傷的主要原因，缺血性中風會引起氧化應激和線粒體腫脹，從而導致Na?+?/?K?+泵功能障礙以及細胞鈣穩態破壞。中風后，腦組織中的氧化應激會立即刺激線粒體ROS的產生和胞質NADPH的產生，從而破壞脂質、蛋白質和DNA等細胞大分子，這些過高的細胞內ROS水平在幾種神經退行性疾病中也顯示出它們的病理生理效應。缺血性中風的亞硝化應激也觸發蛋白質錯誤折疊和線粒體成分聚集，從而導致多種神經退行性疾病，衰老甚至癌癥[2]。

低氧誘導因子（HIF）是氧調節的轉錄因子，在低氧感測和適應中起重要作用。它們作為對缺氧水平的反應至關重要的效應器，HIF-1α的表達以及線粒體ROS的生成可由缺血性氧化應激而上調。在缺氧狀態下，HIF-1α可以通過線粒體中復合物III積累從而升高ROS水平，其機制是脯氨酰羥化酶（PHD）酶催化位點中非血紅素鐵的氧化失活，HIF-1α在神經元細胞中的蓄積具有保護作用，而內皮HIF-1α的誘導與血腦屏障（BBB）的破壞有關。重要的是，缺氧驅動的ROS激活NF-kB和其他轉錄因子，例如NRF2，它們在調節抗氧化劑防御相關蛋白質的轉錄中起著至關重要的作用。?ROS還可以激活MAPK途徑，導致VEGF表達增加，VEGF及其受體VEGF-R1和R2的表達增加也歸因于ROS對HIF-1α的激活，并且在提高細胞存活率中具有基本作用。?ROS還激活其他細胞內信號傳導途徑，包括MAPK、NF-kB和MMP的上游[3]。

二、腦缺血中涉及的信號通路

缺氧的發展是腦缺血性中風的關鍵事件之一。在腦缺血中，線粒體呼吸鏈中會產生ROS和有毒代謝產物，這些物質與負責神經元細胞存活或死亡的細胞信號通路的失調有關。另外，ROS與特定的信號通路協同作用使HIF和NF-kB完全活化，缺氧和活性氧都參與氧化還原穩態和各種細胞信號通路的維持。

（一）?ROS信號通路

低水平的ROS在正常的生理信號和代謝途徑中起重要作用，但是在腦缺血后，會發生多種有害過程，例如氧化產物的過量生產，解毒系統失活和抗氧化劑的消耗，從而導致線粒體功能障礙。此外，由于興奮性毒性引起的鈣和ROS的積累破壞了腦組織的天然抗氧化防御能力，各種基因表達也通過基于各種信號通路的轉錄因子的參與而被調節。所有這些事件均協同作用，破壞細胞蛋白、脂質和DNA，從而破壞細胞結構，并通過壞死、凋亡或兩者兼而有之途徑來誘導細胞死亡，并且還通過改變靶分子的功能、損害器官的功能而導致許多病理[4]。

（二）HIF-1信號通路

HIF-1，一種二聚體蛋白復合物，與缺氧時的血管生成有關。在缺血狀態下，HIF-1發揮雙重作用，這取決于其靶蛋白在某些特定類型的腦細胞中的各種功能。它具有兩個亞基：HIF-1α和HIF-1β，后者對氧張力情況不敏感，并且以本構關系表達。?HIF-1α是連續合成的，在正常的細胞氧張力下會降解。在缺氧情況下，HIF-1α降解受到抑制，因此，它迅速積累并與缺氧反應元件（HRE）結合，從而激活其靶基因，在局部缺血的大腦中具有神經保護作用。在缺血性腦缺氧區域，HIF-1α是通過誘導多種糖酵解酶和葡萄糖轉運蛋白來協調從有氧代謝到無氧代謝的主要基因。?HIF-1α調節葡萄糖轉運蛋白3（GLUT3）的表達，葡萄糖轉運蛋白3是神經元中葡萄糖的主要轉運蛋白[5]。

HIF-1α在腦缺血中的表達與細胞ROS水平相關，但是，最近的研究表明，ROS水平升高導致HIF-1α表達降低，當然也有其他研究表明其沒有作用。在缺氧條件下，線粒體復合物III產生穩定HIF-1α的ROS，但是在細胞質中，ROS可能源自NADPH氧化酶，在缺氧條件下，ROS對HIF-1α表達的影響比缺氧更為重要。?ROS和HIF-1α在腦缺血中關系的復雜性主要歸因于線粒體O2代謝產生的ROS種類繁多，以及它們的生物學特性如化學性質、反應性、特異性和半衰期[1]。

（三）CK2信號傳導通路