缺血性腦卒中的分子生物學研究進展

張艷云 汪美霞 李祥

腦缺血是指腦組織沒有充足的血液供應，不能滿足腦代謝需求，通常由血管阻塞或心跳驟停引起缺血性腦血管病（ischemic cerebrovascular disease，ICVD），ICVD 為死亡率第二高的疾病，死亡率約占總疾病的80%～85%，其中缺血性腦卒中（Cerebral Ischemic Stroke，CIS）具有高死亡率，高致殘率的特點，嚴重影響患者日常生活［1］。大腦缺血缺氧一段時間血流再通后，由于缺血時體內的氧自由基等有害物質的集聚導致的損傷稱為腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia?reperfusion injure，CIRI）［2］。CIRI的病理生理過程屬于一個多因素參與、多環節循環、多途徑損傷的酶促級聯反應。

1 概況

目前有關CIS 后內源性腦損傷因子和腦保護因子的研究已經發展到比較成熟的階段。分子生物學技術的不斷更新與發展，為CIS 的研究提供了新的思路，對于整個缺血性腦損傷的發生機制研究，及其從相關機制的發生再推腦功能損傷的恢復治療方案，都有著巨大的貢獻。另一方面，從分子角度來研究損傷因子及腦保護因子的表達與調控，進一步加快ICVD 新的治療方案的形成。其他相關分子生物學研究已經趨向穩定，其中維甲酸相關孤核受體α 與體內其他生物活性因子共同參與調節多種組織器官的發育過程［3］，也成為了近年來比較熱門的研究方向，不過大部分以腫瘤方向居多，對于腦缺血性卒中來講，仍需要進一步研究。

ICVD 的特點是發病率高、致殘率高、死亡率高，是常見的神經系統疾病，其中占據主導地位的是CIS［4］。缺血發生時最常見的地點是中腦動脈，其受多種環境因素，遺傳因素及其相互作用的影響，發病率呈日益增長的趨勢［5］。考慮到缺血性腦損傷的不良預后可以通過已知風險因素部分澄清，因此，在中風后階段檢測與預后不良相關的新型生物分子，并針對它們進行革命性的治療策略，將改變不良結果［6］。中風后，一系列的病理生理事件導致血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的打開，進一步的并發癥，殘疾和死亡率很可能威脅到患者的健康［7］。

2 發病機制

2.1 基因

CIS 是一種急性腦損傷，在全球范圍內具有很高的死亡率和致殘率，在全世界，中風每年影響超過1 億人［8］。CIS 的病理生理作用是由多種復雜的分子和細胞相互作用驅動的，最終導致腦損傷和神經功能障礙。人類基因組計劃顯示，人類基因組的絕大部分（和一般的哺乳動物基因組）都被轉錄成非編碼RNA（non?coding RNA，ncRNA），這些RNA在細胞的分子生物學中具有重要作用。其中，長鏈非編碼RNA（Long non?coding RNA，lncRNA）在中風生物學中變得尤為重要。使用轉錄組測序技術和微陣列等方法對基因表達進行高通量分析，已在實驗模型和臨床樣品中發現了CIS 后大腦和血液中大量異常表達的lncRNA。這些表達變化表現出不同的時間和細胞類型依賴性模式。這些lncRNA都顯示出調節分子通路的作用，這些通路導致CIS后大腦的損傷以及相關神經保護作用［9］。

2.2 血腦屏障功能障礙

氧化/亞硝化應激和神經炎癥是CIRI 的關鍵病理過程，它們的緊密相互作用介導CIS 期間的神經元損傷，BBB 損傷和出血轉化（hemorrhagic trans?formation，HT）［10］。血腦屏障功能障礙是許多神經系統疾病的發病機制的基礎［11］，具體體現在腦組織水平上，當微血管壁以及血腦屏障受損，加上缺血后的炎癥反應，導致粥樣硬化斑塊的穩定性失去平衡，誘發再灌注損傷，導致腦功能受損，誘發CIS［12］。

2.3 動脈粥樣硬化影響

CIS 的另一個比較主要的誘發原因為動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）的形成，而在AS 斑塊形成過程中，血小板（platelet，PLT）有著不可小視的重要作用，硬化斑塊的形成會引起頸動脈狹窄，頸動脈狹窄引起缺血性腦病，導致CIS 的發生。硬化斑塊形成和發展的主要部位為頸總動脈分叉處和超主動脈血管，硬化斑塊形成時間較長，其發生及發展的過程時間難以衡量，因此導致缺血性腦病的發生時間的難以預判。其中對于形成硬化斑塊起重要作用的PLT 的功能失調，對于CIS 的發生和發展也起著至關重要的作用［13］。而血管內膜損傷、纖維蛋白沉積和已有AS 斑塊表面破損可激活PLT。相關研究顯示，PLT 與CIS 的發生有著密切關系。

2.4 腦血流量減少及離子失衡

腦組織本身對缺血缺氧非常敏感，血供中斷4～6 min 腦細胞即可受到不可逆的損傷，短時間血氧和血糖的中斷也會引起嚴重損傷。大腦的主要能量來源為葡萄糖，腦組織需要持續不斷的血供和氧供，以維持正常的組織結構和代謝。腦的體積僅占全身的2%，但耗氧量卻占20%。嚴重的血管堵塞導致血糖和血氧無法及時充足供應，引起細胞內離子失衡、細胞外谷氨酸等神經遞質的大量釋放及細胞內鈣超載，最終激活多條病理性傳導通路信號，導致細胞的死亡和腦損傷的發生。腦組織的血流供應減少，導致鉀離子大量外流，使線粒體能量轉化進程受到影響，導致細胞ATP 水平降低。同時，細胞膜鈉?鉀泵被嚴重抑制，破壞鈉離子和鉀離子梯度，激活電壓門控鈣離子通道，引起神經元、星形膠質細胞去極化。上述病理生理過程伴隨細胞外谷氨酸的大量釋放，谷氨酸受體被激活，引起鈣超載、自由基產生［14］、線粒體通透性轉換激活和興奮性中毒等多種病理變化，最后引起腦組織的損傷，導致CIS 的發生。

2.5 其他

線粒體功能障礙已被認為是CIS 的標志之一，并激活了缺血和再灌注的病理。線粒體對于促進CIS 后的神經存活和神經功能改善至關重要，對線粒體在缺血誘導的細胞死亡和保護作用，可能為缺血性中風的新型治療干預提供理論依據［15］。此外，Lv 等［16］研究結果提供了針對性別的機制概述，該機制可能提供對中風及其生物標志物的新方向，并對將來臨床實踐中針對性別的預后和治療策略提供了新思路。另外，缺血性大腦中的神經炎癥可能會導致損傷相關分子模式（damage?associated molecu?lar patterns，DAMPs）的無菌炎癥發生，但是，對于其長期動態轉錄變化仍然知之甚少，還不清楚這種神經炎癥是否有助于恢復或僅惡化結果［17］。

3 治療

3.1 一般治療

CIS 根據臨床表現主要可以分為四種類型，包括短暫性的腦缺血發作（Transient ischemic attack，TIA），病人主要表現為短暫、一過性的出現肢體麻木、活動受限、身體無力、感覺障礙，或者單眼黑朦、共濟失調、吞咽困難、同向偏盲等神經功能障礙癥狀，可自行緩解；也包括可逆性的神經功能障礙（reversible ischemic neurologic deficit，RIND）發作，臨床表現與TIA 類似，但是神經功能障礙的時間超過24 小時；還有進展性的腦卒中（progres?sivestroke，PS），患者神經功能障礙會逐漸的發展，是腦血管主要大動脈閉塞導致如頸內動脈和大腦中動脈閉塞；以及完全性的腦卒中（completestroke，CS）患者出現中重度的局限性神經功能障礙，會有偏癱、失語、感覺障礙，甚至嗜睡、昏迷等癥狀，臨床應該根據腦卒中發病時間的不同以及類型的不同，選擇治療方法。目前批準的CIS 的治療方法是重組組織纖溶酶原激活劑（tissue?type plasminogenac?tivator，t?PA）和血管內血栓切除術，但它們的治療窗口期較短（分別在中風發作后4.5 和6 小時），并且中風患者實際接受這些治療的比例較低。Sarvari 等［18］認為t?PA 的治療范圍僅限于適當人群，最長可達4.5 小時，是實踐和醫學上唯一獲FDA 批準的藥物。Vahidinia Zeinab 等［19］認為溶血栓組織纖溶酶原激活劑的使用由于時間窗口狹窄而受到限制，神經活性類固醇的給藥可以被認為是減少局部缺血引起的病變的潛在治療方法。

3.2 分子生物學技術

3.2.1 概述

缺血性腦卒中由腦部血流中斷引起，在這種疾病中，有兩個不同的損傷區域：病灶核心，細胞迅速死亡；半影（圍繞病變中心），其中細胞功能減弱，但可能恢復并恢復其功能。隨著分子生物學技術的不斷完善與發展，缺血性腦卒中的治療與預后有了更多的可能性。

3.2.2 非編碼RNA 分子

ncRNA 在神經保護和血管生成中的潛力，尤其是小分子RNA（microRNA，miRNA）和lncRNA的潛力突顯了它們作為治療干預目標的潛力［20］。miRNA 是內源表達的小的非編碼RNA 分子，可以充當翻譯抑制劑，miRNA 可以調節與危險因素相關的病理機制，可以識別特定的中風類型，并能夠評估腦損傷的嚴重程度［21］。此外，Silva Pablo 等［22］研究結果表明環狀RNA（circular RNA，circRNA）在某些中風相關過程中的廣泛參與，表明其作為治療靶標的潛力，可實現神經保護和腦恢復。除此之外，蛋白質通常也參與多種細胞功能，但在特定情況下會刺激細胞凋亡，因此從不同的初始位置在半影中同時誘導了不同的凋亡啟動和調節途徑。同樣，各種抗凋亡蛋白上調，一些蛋白質可能用作抗中風治療的潛在靶標［23］。

3.2.3 相關抗炎分子作用

Demyanenko 等［24］研究表明Sirtuins?Ⅲ類組蛋白脫乙酰基酶，參與中風后組織修復過程和腦功能的調節。Xie 等［25］闡述了系統性紅斑狼瘡（sys?temic lupus erythematosus，SLE）和非典型性感染在中風中的內在作用。AmBleb 對毛細血管前平滑肌細胞中平滑肌肌球蛋白的直接抑制作用顯著促進了CIRI 和腦功能的改善［26］。可溶性人白細胞抗原（soluble human leukocyte antigen G，sHLA?G）可以對一部分急性缺血性腦卒中（Acute Ischemic Stroke，AIS）患者發揮保護作用，并表明血清sHLA?G 的預后價值有待建立［27］。同時抑制炎癥過程的治療可能是非常有益的，炎癥過程的關鍵調節因子是核因子κB（nuclear factor kappa?B，NF?κB）途徑［28］。此外有相關研究繪制了蛋白質組學全面變化，以更好地破譯基于該治療作用基礎的抗炎方面的分子機制［29］，缺血性卒中部分通過SirT1/PARP?1/ ZNF216 信號傳導機制引起肌肉萎縮，SirT1 可通過不同的信號傳導機制響應不同類型的萎縮信號而阻斷肌肉萎縮，SirT1 是中風后肌肉質量的關鍵調節劑［30］。

3.3 中醫藥技術

近年來相關研究顯示，中藥及其有效成分提取物，對于治療缺血性腦卒中損傷及腦缺血再灌注損傷有著一定的療效。對于腦損傷具有保護機制，主要表現在可以減少細胞膜損傷，降低因鈣離子超載所引起的細胞不可逆的損傷、抑制白細胞的聚集、清除過量的自由基、抑制中性粒細胞與血管內皮細胞的交互作用，影響基因表達與細胞凋亡調控等方面。此外，傳統針刺技術，也可以減輕腦損傷的進展。主要表現在減輕抗氧化應激，緩解腦血管的舒縮功能，抑制腦缺血再灌注后細胞壞死與凋亡，通過改變再灌注的血腦屏障結構，促進腦缺血細胞的能量供應及代謝，進而保護再灌注后的腦組織［31］。

4 展望

缺血性腦卒中的研究與發展有了新的進程，無疑未來分子生物學技術將在人類疾病研究中起著無可非議的作用，作為一項新技術為人類健康開辟了新的研究領域，更加造福于人類，加快疾病研究進展，為人類早日脫離疾病的苦痛邁出了堅實的一步。同時，基因治療也將成為人類疾病研究的一大新途徑，特別在缺血性腦損傷治療中可能成為一種有前途的方法，它的實現可以從根源上改變腦血管疾病的發生、發展，使缺血性腦損傷發生的危險因素可控，可改善康復及遠期預后。總之，分子生物學技術未來將成為研究缺血性腦損傷發病機理的重要方向，并為缺血性腦損傷的治療提供新途徑、新思路及新方案，對于缺血性腦損傷的研究將有至關重要的作用。