梁 敏,崔沛苓

(1.海南省人民醫(yī)院麻醉科,海南 海口 570311;2.天津市天和醫(yī)院,天津 300050)

急性腦損傷(Traumatic brain injury,TBI)后神經(jīng)元損傷可分為兩種形式,一種稱為原發(fā)性神經(jīng)元損傷,指損傷暴力對(duì)神經(jīng)元的機(jī)械損傷,在創(chuàng)傷的同時(shí)發(fā)生。另一種稱為遲發(fā)性神經(jīng)元損傷,由多種因素引起,在創(chuàng)傷幾小時(shí)、幾天或更長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)生。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí),這種遲發(fā)性損傷主要表現(xiàn)在神經(jīng)元的程序性死亡即凋亡。TBI后神經(jīng)元的凋亡涉及了許多病理生理變化[1],了解這些變化及機(jī)制對(duì)開(kāi)展腦保護(hù)的研究具有重要意義。異丙酚(Propofol,Pro)是臨床上常用的短效靜脈麻醉藥,近年來(lái)有文獻(xiàn)報(bào)道,Pro的腦保護(hù)機(jī)制與抑制細(xì)胞凋亡(Cell apoptotic,CA)有關(guān)[2]。本文就 Pro對(duì) TBI后神經(jīng) CA的研究進(jìn)展綜述如下:

1 TBI與細(xì)胞凋亡的關(guān)系

在過(guò)去的十多年間,一系列的動(dòng)物模型及人腦組織標(biāo)本的研究證實(shí)了腦外傷后 CA參與了繼發(fā)性腦損傷的發(fā)展過(guò)程。1993年 Tominaga等[3]首次證實(shí)缺血性腦損傷可引起神經(jīng) CA,Rink等[4]1995年發(fā)現(xiàn)大鼠腦外傷后傷側(cè)皮質(zhì)、白質(zhì)、海馬、齒狀回等區(qū)域出現(xiàn) CA。Conti等[5]發(fā)現(xiàn)在腦外傷后 24 h和 1周有 2個(gè)凋亡高峰。Williams等[6]發(fā)現(xiàn)傷后 12個(gè)月,在白質(zhì)內(nèi)仍能見(jiàn)到明顯的凋亡細(xì)胞。上述證據(jù)說(shuō)明 CA參與了 TBI后神經(jīng)細(xì)胞病理改變過(guò)程。

2 神經(jīng)元凋亡的發(fā)病機(jī)制

2.1 興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放 在局部腦缺血過(guò)程中,興奮性氨基酸(Excitatory aminoacids,EAA)的神經(jīng)毒性作用是損傷腦組織的啟動(dòng)者和執(zhí)行者。該機(jī)制不僅直接導(dǎo)致細(xì)胞壞死,同時(shí)也可誘導(dǎo) CA凋亡。

2.2 鈣超載激活一系列鈣依賴性酶促反應(yīng),促進(jìn)了凋亡的發(fā)生。

2.3 腦缺血再灌注后產(chǎn)生大量氧自由基(Oxygen free radical,OFR)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p傷的同時(shí),也誘導(dǎo)了凋亡的發(fā)生。

2.4 缺血、缺氧、應(yīng)激反應(yīng)和其他損傷因素激活枯否氏細(xì)胞,其產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子(Cytokine),如腫瘤壞死因子(TNF-α)在腦組織中高表達(dá)具有神經(jīng)毒性。

2.5 凋亡相關(guān)基因 TBI后繼發(fā)性損傷因素可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。已有研究發(fā)現(xiàn)該凋亡過(guò)程受Bcl-2,Caspase,p53,以及死亡相關(guān)蛋白激酶(Death associated protein kinase,DAPK)等調(diào)控,凋亡對(duì) TBI預(yù)后有重要的作用。通過(guò)主動(dòng)對(duì)基因調(diào)控進(jìn)行干預(yù),抑制腦 CA,從而達(dá)到腦保護(hù)的作用。

2.5.1 Bcl-2 Bcl-2是重要的抗 CA基因,在缺血再灌注損傷中表現(xiàn)得尤為突出。其抗 CA作用機(jī)理有:①抑制 Ca2+的釋放。②阻止促 CA基因信號(hào)傳遞或阻止這些誘導(dǎo)基因產(chǎn)物發(fā)揮作用。③抑制OFR。

2.5.2 p53 p53是調(diào)控 CA的基因。在正常細(xì)胞中 p53水平很低,但是在一定外界刺激下,如DNA損傷、腦血流量減少或缺血、缺氧等可引起細(xì)胞內(nèi)的蛋白激酶(PKC)和 C-Jun氨基末端蛋白激酶(JNK)磷酸化而激活 p53。p53可以直接引起CA,也可以通過(guò)調(diào)節(jié)其他凋亡相關(guān)基因表達(dá)間接導(dǎo)致 CA。目前研究認(rèn)為 p53是 Bcl-2的上游調(diào)節(jié)基因,Bcl-2基因啟動(dòng)子有 4個(gè) p53結(jié)合位點(diǎn),當(dāng) p53與之結(jié)合以后,下調(diào) Bcl-2的表達(dá),促進(jìn) CA。

2.5.3 Caspase家族 Caspase全稱為門冬氨酸特異半胱氨酸蛋白酶,它通過(guò)介導(dǎo)和執(zhí)行致死指令在缺血性的神經(jīng)元凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。作為凋亡的中心執(zhí)行者,正常狀態(tài)下以無(wú)活性的結(jié)構(gòu)存在,Caspase 3的激活將導(dǎo)致 DNA修復(fù)蛋白細(xì)胞骨架蛋白及其他 Caspase相關(guān)蛋白的裂解,在此過(guò)程中,Caspase家族成員形成一個(gè)蛋白級(jí)聯(lián)反應(yīng),使細(xì)胞 DNA損傷,結(jié)果形成凋亡小體。

2.5.4 DAPK DAPK是一類新型的、由鈣調(diào)節(jié)蛋白(Calmodulin,CaM)調(diào)節(jié)的絲氨酸/蘇氨酸激酶(Protein serine/threonine kinase,PSTK)[7]。它是由 Adlkimchi及其同事在功能性基因克隆中首先發(fā)現(xiàn)的[8],現(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn),DAPK是一種參與 CA的正調(diào)控因子。DAPK可出現(xiàn)于腦缺血后神經(jīng)元凋亡啟動(dòng)階段信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)定型之前[9]。正常狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)的 DAPK是沒(méi)有活性的,當(dāng)細(xì)胞受到各種死亡信號(hào)刺激后 DAPK去磷酸化被激活,通過(guò) p53途徑或非 p53途徑以及引起膜空泡作用促 CA[10],其在 CA的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中位于p53和 Caspase-3的上游[11]。最新的大鼠腦損傷模型的研究證實(shí):腦損傷 8 h后 DAPKmRNA的表達(dá)開(kāi)始增高并出現(xiàn)明顯的神經(jīng)元凋亡;二者在傷后 24 h達(dá)到高峰,證實(shí)藥物治療時(shí)間窗為傷后 24 h[12]。

3 Pro抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡作用的研究

大量研究表明在缺血性或 TBI后存在的 CA在繼發(fā)性損害中發(fā)揮相當(dāng)重要的作用。一般認(rèn)為,機(jī)械性腦損傷后中心區(qū)腦細(xì)胞缺血、壞死及血管損傷可造成半暗區(qū)神經(jīng)元處于水腫及低灌注狀態(tài),如果在一定時(shí)間內(nèi)得不到救治也會(huì)逐漸發(fā)展為程序性壞死。因此,在缺血性腦損傷中,通常所說(shuō)的腦保護(hù)效應(yīng),主要是指對(duì)半暗區(qū)神經(jīng)元的保護(hù),以圖打斷病變發(fā)展進(jìn)程,避免神經(jīng)元的遲發(fā)性損傷,實(shí)驗(yàn)研究表明通過(guò)使用抗凋亡劑干預(yù)可使神經(jīng)元復(fù)蘇,從而抑制凋亡可能對(duì)保護(hù)神經(jīng)元起到某種治療作用。近來(lái)有文獻(xiàn)報(bào)道,Pro的腦保護(hù)機(jī)制與抑制 CA有關(guān)。Engelhard[13]研究了 Pro對(duì)大鼠不完全性腦缺血 45 min所致海馬神經(jīng)元凋亡數(shù)目的影響,發(fā)現(xiàn) Pro可以明顯減少缺血后神經(jīng)元損傷乃至凋亡。Kodaka[14]還發(fā)現(xiàn) Pro可以減少缺血 7 d后海馬錐體細(xì)胞遲發(fā)性神經(jīng)元死亡,具有長(zhǎng)期的腦保護(hù)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明缺血 2 h再灌注 2 h時(shí),出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞水腫壞死、凋亡等病理改變,缺血中心以壞死為主,缺血半暗帶以凋亡為主,應(yīng)用異丙酚組凋亡細(xì)胞明顯減少,說(shuō)明 Pro對(duì)中心區(qū)和半影區(qū)神經(jīng) CA有一定的抑制作用[15-16],抑制 CA的作用在再灌注后 6 h-3 d最明顯[17]。

3.1 Pro抑制神經(jīng) CA腦保護(hù)作用的可能機(jī)制

3.1.1 Pro的抗氧化作用 TBI時(shí)涉及的病理生理機(jī)制復(fù)雜。脂質(zhì)過(guò)氧化物的堆積和一氧化氮(NO)的爆發(fā)生成是其中的關(guān)鍵病理因素之一。TBI時(shí)大量產(chǎn)生的 NO和超氧陰離子生成的過(guò)氧亞硝酸陰離子是引起各種病理改變的重要因素。研究證實(shí)Pro可非選擇性抑制 NO合成酶(NOS)的活性,降低神經(jīng)系統(tǒng) NO含量,直接清除 OFR,具有抗氧化作用[18-20]。其公認(rèn)的機(jī)制是 Pro與內(nèi)源性抗氧化劑 α-生育酚及已知的抗氧化劑丁化羥基甲苯在化學(xué)結(jié)構(gòu)上相似,都含有一個(gè)苯酚基團(tuán),可直接與 OFR反應(yīng),生成 2,6—二異丙基苯氧基團(tuán),同時(shí)使 OFR滅活。

3.1.2 抑制中樞興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放 N-甲基 -D-天門冬氨酸(NMDA)受體是一種 EAA受體,在大腦皮層和海馬中密度最高。谷氨酸(Glutamate,Glu)作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的 EAA遞質(zhì),由神經(jīng)末梢和激活突觸后受體釋放,在氧化應(yīng)激如卒中、創(chuàng)傷等條件下,其細(xì)胞外濃度會(huì)增加,過(guò)量 Glu的興奮性毒性會(huì)直接損傷神經(jīng)元。同時(shí) NMDA受體過(guò)度興奮引起 Ca2+大量?jī)?nèi)流,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載,引起細(xì)胞損傷。高濃度 Pro可降低由 NMDA誘發(fā)的細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高,可能是其神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制之一。Pro還可明顯減少 EAA的釋放,抑制 Glu受體磷酸化,減輕腦組織興奮性損傷[21]。

3.1.3 預(yù)防鈣超載 Pro還通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+平衡等[22]來(lái)起到抗凋亡的作用。目前認(rèn)為鈣介導(dǎo)的毒性作用是腦細(xì)胞死亡的重要因素。各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣超載是啟動(dòng)一系列病理生理機(jī)制導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡和凋亡的最后共同通路。細(xì)胞內(nèi)鈣濃度往往和腦損傷時(shí)細(xì)胞受損程度呈正相關(guān)。Chang等[23]研究 Pro降血壓機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn) Pro可抑制細(xì)胞外經(jīng)電壓依賴性鈣通道流入的鈣,該反應(yīng)類似已知的鈣通道阻滯劑維拉帕米,并表明 Pro可在一定程度上增加 L-型電壓依賴性鈣通道的電流失活率,從而減少鈣內(nèi)流。有研究認(rèn)為 Pro還可通過(guò)抑制磷脂酶 C的活性進(jìn)而抑制三磷酸肌醇的合成,使細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存鈣的釋放減少,減輕細(xì)胞內(nèi)鈣超載[24]。此外,如前所述 OFR大量產(chǎn)生可導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化(LP)、細(xì)胞膜通透性增加、鈣內(nèi)流增多,從而使細(xì)胞內(nèi)鈣濃度升高,達(dá)到一定水平后又可通過(guò)多種途徑產(chǎn)生更多的 OFR,形成惡性循環(huán)。Pro的抗氧化作用可以終止這一惡性循環(huán),減輕細(xì)胞內(nèi)鈣超載。

3.1.4 調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá) 研究表明Pro可以促進(jìn)大鼠海馬抗凋亡基因 Bcl-2的表達(dá),減輕 Caspase-3活性使其表達(dá)顯著減少。其可能機(jī)制可能與 Pro上調(diào)了 Bcl-2基因表達(dá),拮抗細(xì)胞凋亡有關(guān)[25-26]。筆者最近觀察了 Pro對(duì)大鼠腦創(chuàng)傷后DAPKmRNA的表達(dá)及凋亡的影響,證實(shí)TBI后 8 h大鼠腦創(chuàng)傷區(qū) DAPK表達(dá)明顯增高。Pro對(duì)腦損傷神經(jīng)CA的保護(hù)作用可能與抑制 DAPK的表達(dá)有關(guān)[27]。

3.1.5 對(duì)細(xì)胞因子的影響 馮春生[28]在大鼠局灶性腦缺血模型中,于缺血前 10 min腹腔內(nèi)注射Pro 100 mg?kg-1,結(jié)果顯示 IL-1和 TNF-α的表達(dá)峰值較對(duì)照組明顯降低。說(shuō)明 Pro可減輕 TNF-α介導(dǎo)的 CA。

3.1.6 p53 張瑋瑋等[29]利用大鼠肝臟缺血再灌注模型,觀察肝臟缺血再灌注期 Bcl-2、p53蛋白的變化及 CA率,發(fā)現(xiàn) Pro可以通過(guò)調(diào)節(jié) Bcl-2、p53蛋白表達(dá),使肝 CA減輕,從而對(duì)大鼠缺血再灌注肝臟有一定的保護(hù)作用 。

4 結(jié) 語(yǔ)

腦損傷并非是單一的病理生理過(guò)程,而是由眾多復(fù)雜的生化級(jí)聯(lián)反應(yīng)構(gòu)成。目前的研究顯示,Pro可作用于神經(jīng)元凋亡發(fā)病機(jī)制的多個(gè)位點(diǎn),其腦保護(hù)機(jī)制是多途徑多位點(diǎn)交互作用的結(jié)果。Pro對(duì)TBI后神經(jīng) CA的腦保護(hù)作用及其機(jī)制尚未完全闡明,值得今后進(jìn)一步深入研究。

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