徐 鈞(綜述)，儲(chǔ)照虎(審校)

(1.蕪湖市第一人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，安徽蕪湖241000;2.皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院神經(jīng)科，安徽蕪湖241001)

慢性腦缺血是指各種原因引起的長(zhǎng)期腦血流灌注不足。而大腦慢性低灌注狀態(tài)導(dǎo)致的長(zhǎng)期腦血供不足及其所誘發(fā)的自由基損傷等多種病理學(xué)變化可能是阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)的病因。散發(fā)性AD均有毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)的異常、β淀粉樣肽(β-amyloid protein，Aβ)的沉積、神經(jīng)元變性和進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙等，這與雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎(2-vessel occlusion，2VO)模型所產(chǎn)生的慢性腦缺血引起的大鼠腦的變化非常相似。de la Torre［1］提出了AD發(fā)病機(jī)制的臨界腦低灌注閾值假說(shuō):在血管危險(xiǎn)因素的作用下，腦灌流不足，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定閾值時(shí)即可引發(fā)一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致AD的病理學(xué)改變?，F(xiàn)就慢性腦缺血和Aβ的生成與清除、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、能量代謝障礙、免疫炎性氧化應(yīng)激損傷幾個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 慢性腦缺血與Aβ的生成與清除

目前，在AD發(fā)病機(jī)制的眾多假說(shuō)中，最受關(guān)注的淀粉級(jí)聯(lián)假說(shuō)認(rèn)為Aβ在AD發(fā)病過(guò)程中起著核心作用，其引起的一系列神經(jīng)毒性導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞功能紊亂和死亡，引發(fā)癡呆。Aβ在神經(jīng)細(xì)胞外沉積是AD發(fā)生的觸發(fā)因素，在AD的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)代研究證實(shí)，腦缺血可引起腦內(nèi)Aβ表達(dá)增多?；A(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)缺血性腦血管病患者腦中淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)和Aβ的水平有所增加。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，腦缺血能夠上調(diào)大鼠腦內(nèi)APP mRNA表達(dá)，增加Aβ生成、β分泌酶的活性和表達(dá)［2］，β分泌酶分泌可由淀粉樣蛋白誘導(dǎo)增多，這可能是APP的生成形成一個(gè)正反饋回路［3］。因此，在慢性腦缺血后APP表達(dá)可增加。

De Jong等［4］研究發(fā)現(xiàn)，慢性腦缺血后毛細(xì)血管出現(xiàn)了細(xì)胞變性，微血管纖維化，基膜增厚，血管腔狹窄。在人為動(dòng)靜脈瘺造成慢性腦缺血的大鼠發(fā)現(xiàn)毛細(xì)血管密度增高，而毛細(xì)血管密度的增加可能是因?yàn)槟X慢性缺血誘發(fā)毛細(xì)血管反應(yīng)性增生，但是新生的毛細(xì)血管因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不完整，因此具有滲出和出血的傾向。有研究發(fā)現(xiàn)，血液是產(chǎn)生可溶性Aβ的主要來(lái)源，可溶性Aβ可以通過(guò)有功能缺陷的血-腦脊液屏障進(jìn)入腦組織，逐漸形成沉積［5］，并且慢性腦缺血后Aβ清除障礙可能與血-腦脊液屏障的破壞、Aβ通過(guò)血-腦脊液屏障清除的功能受損有關(guān)。

2 慢性腦缺血與神經(jīng)細(xì)胞凋亡

研究證實(shí)，慢性腦缺血出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)元變性壞死。在神經(jīng)變性性癡呆的發(fā)展過(guò)程中，神經(jīng)元脫失的主要形式是細(xì)胞凋亡。Smale等［6］用缺口末端標(biāo)記法觀察AD患者腦標(biāo)本中的細(xì)胞凋亡，發(fā)現(xiàn)AD患者海馬區(qū)的缺口末端標(biāo)記陽(yáng)性細(xì)胞明顯多于同齡非AD患者對(duì)照組，凋亡的細(xì)胞中不僅有神經(jīng)元，還有膠質(zhì)細(xì)胞。慢性腦缺血后海馬CA1-CA4區(qū)、齒狀回神經(jīng)元損傷程度不一致，齒狀回?fù)p傷程度最重。隨著低氧時(shí)間延長(zhǎng)，上述改變呈逐漸加重［7］。

研究表明，DNA的損傷與修復(fù)在缺血神經(jīng)元的死亡機(jī)制中發(fā)揮重要的作用，對(duì)DNA損傷修復(fù)的失敗是觸發(fā)缺血神經(jīng)細(xì)胞凋亡的重要機(jī)制之一［8］。慢性腦缺血的一些細(xì)胞凋亡相關(guān)基因及其產(chǎn)物在AD腦中有明顯的變化。AD中凋亡相關(guān)基因與腦缺血中凋亡相關(guān)基因有部分重疊，提示腦缺血所致凋亡在AD發(fā)病中的可能作用。抑制凋亡的基因Bcl-2和促凋亡基因Bax相互拮抗形成一個(gè)平衡體系，通過(guò)調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2和Bax水平的表達(dá)，可以抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生［9］。而DNA自身修復(fù)是通過(guò)p53蛋白激活一系列下游基因或直接與DNA單、雙鏈結(jié)合而完成的。如果DNA損傷嚴(yán)重、修復(fù)失敗，則以凋亡的形式清除細(xì)胞以維護(hù)細(xì)胞基因組的完整性和修復(fù)的忠實(shí)性［10］。所以，p53基因是神經(jīng)細(xì)胞死亡的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)因子，具有一定的促凋亡作用。p53的一個(gè)直接下游產(chǎn)物p21通過(guò)結(jié)合并抑制周期素依賴(lài)激酶而在細(xì)胞周期調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。除細(xì)胞周期阻滯外，p21同時(shí)還抑制p53介導(dǎo)和非p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，在一些特定的情況下它又能促進(jìn)細(xì)胞凋亡［11］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，慢性腦缺血狀態(tài)海馬區(qū)p21和p53蛋白的表達(dá)上調(diào)，表明兩者均參與了神經(jīng)細(xì)胞的凋亡［12］。

凋亡基因在缺血和AD腦中部分相似的變化，以及細(xì)胞凋亡在缺血和AD患者腦中的出現(xiàn)，提示慢性腦缺血在AD發(fā)病中的作用。

3 慢性腦缺血與能量代謝障礙

Staffen等［13］經(jīng)SPECT研究發(fā)現(xiàn)AD患者局部腦血流灌注明顯降低。長(zhǎng)時(shí)間腦血流不足可能導(dǎo)致認(rèn)知功能損害。Plaschke等［14］研究在逐步漸進(jìn)性腦低灌注成年大鼠中發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)和海馬三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)、二磷酸腺苷逐漸下降，乳酸/丙酮酸和腺苷增加。線粒體能量代謝障礙在AD的發(fā)生中的研究越來(lái)越多，與正常人相比，AD患者腦部對(duì)葡萄糖的吸收和利用減少21%～28%，因而導(dǎo)致AD患者發(fā)生輕度認(rèn)知障礙［15］。AD患者因?yàn)槟X血流不足進(jìn)一步導(dǎo)致腦細(xì)胞線粒體氧化代謝過(guò)程受到損傷［16］。有研究表明，在神經(jīng)纖維纏結(jié)形成之前，線粒體內(nèi)細(xì)胞色素氧化酶與線粒體DNA的水平有所改變，進(jìn)而得到線粒體異常是AD病理的早期特征［17］。線粒體損傷使 ATP合成進(jìn)一步減少，腦內(nèi)60%的ATP是由細(xì)胞膜上的Na+-K+-ATP酶消耗的，ATP減少使其活性大大降低，導(dǎo)致軸突-樹(shù)突轉(zhuǎn)運(yùn)障礙，蛋白、營(yíng)養(yǎng)因子及其他依賴(lài)能量轉(zhuǎn)運(yùn)的分子對(duì)突觸或神經(jīng)元胞質(zhì)的供應(yīng)減少，并有可能導(dǎo)致突觸丟失。ATP的減少使Ca+的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)受影響，產(chǎn)生了細(xì)胞內(nèi)鈣超載，使神經(jīng)元功能受損。腦內(nèi)自由基產(chǎn)生增加，而自由基通過(guò)阻斷膜Na+-K+-ATP酶轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸，使其在細(xì)胞外集聚，產(chǎn)生興奮性氨基酸毒性作用。并且膠質(zhì)細(xì)胞增生、體積變大，在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了改變。ATP減少還可使高爾基體受損，一方面可能導(dǎo)致異常APP翻譯后加工，從而生成Aβ，最后形成老年斑;另一方面可能導(dǎo)致異常的tau蛋白過(guò)度磷酸化，形成雙股螺旋絲和神經(jīng)元纏結(jié)。

4 慢性腦缺血與免疫炎性氧化應(yīng)激損傷

4.1 免疫炎性損傷 近年的研究表明，慢性腦缺血引起神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng)異常，包括小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生和活化，少突膠質(zhì)細(xì)胞的損傷等反應(yīng)［18］。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞能夠分泌大量的生物活性因子，如腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-3、IL-1、IL-6、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶等，這些生物活性因子通過(guò)不同的途徑反饋性加重小膠質(zhì)細(xì)胞的活化效應(yīng)。此外，還可以直接對(duì)神經(jīng)組織產(chǎn)生各自的作用加重炎性反應(yīng)，并且激活星形膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致惡性循環(huán)，促進(jìn)神經(jīng)元損傷［19］。反應(yīng)性變化的星形膠質(zhì)細(xì)胞一方面對(duì)缺血后組織損傷的修復(fù)及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起重要作用;另一方面產(chǎn)生的一氧化氮和TNF-α，可介導(dǎo)少突膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡，加重白質(zhì)的損傷［20-21］。Deng等［22］研究發(fā)現(xiàn)，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子也可對(duì)少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生損害作用，導(dǎo)致腦室周?chē)踪|(zhì)病變。

長(zhǎng)期以來(lái)，免疫炎性反應(yīng)作為腦缺血損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)中重要的一環(huán)一直備受關(guān)注。其中，IL-1、IL-6及TNF被視為與中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺血相關(guān)的最主要炎性反應(yīng)分子。研究表明2VO后海馬區(qū)IL-1、IL-6、TNF-α陽(yáng)性細(xì)胞明顯增高［23］。IL-1由小膠質(zhì)細(xì)胞分泌，通過(guò)刺激β-淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein，β-APP)的啟動(dòng)子上調(diào)β-APP的表達(dá)，從而促進(jìn)β-APP的加工過(guò)程，使Aβ沉積。也可通過(guò)刺激誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)不良性軸突生成和磷酸化tau蛋白水平增加，與神經(jīng)元纏結(jié)形成直接相關(guān)。研究證實(shí)，IL-6在彌散性斑塊中的分布多于其他類(lèi)型的斑塊，提示在老年斑早期形成中IL-6有驅(qū)動(dòng)作用。TNF作為Aβ誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)毒性的重要媒介，與在神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的受體結(jié)合，從而激活眾多細(xì)胞類(lèi)型的炎癥信號(hào)。

4.2 氧化應(yīng)激損傷 氧化應(yīng)激是指體內(nèi)過(guò)多的氧自由基導(dǎo)致組織氧化損傷的過(guò)程，在AD的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起重要作用?；钚匝醮刂械牧u自由基是氧化損傷中最重要的自由基。自由基介導(dǎo)產(chǎn)生活性氧簇，在氧化產(chǎn)物過(guò)度堆積和抗氧化系統(tǒng)缺陷而引發(fā)細(xì)胞損傷甚至凋亡。因此，活性氧簇和自由基是引起 AD 病變的重要原因［24-25］。舒敏等［26］用 2VO 模型觀察了慢性腦缺血損傷后大鼠腦組織中的氧化應(yīng)激反應(yīng)，術(shù)后90 d大鼠腦組織一氧化氮濃度、一氧化氮合酶、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶活力較對(duì)照組明顯升高，且一氧化氮濃度與一氧化氮合酶及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶活力呈正相關(guān)。Bharti等［27］觀察到，2VO術(shù)后10 d腦組織脂質(zhì)過(guò)氧化程度加劇，氧自由基毒性代謝產(chǎn)物丙二醛增加，而谷胱甘肽顯著減少，超氧化物歧化酶活性顯著下降。體內(nèi)生成的活性氧簇不僅可以使鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)，還可通過(guò)抑制能量代謝使糖原合成激酶3代償性激活，共同促進(jìn)tau蛋白異常磷酸。De Butte等［28］證實(shí)，自由基消除劑褪黑素在慢性腦缺血中具有神經(jīng)保護(hù)作用，從側(cè)面說(shuō)明氧化應(yīng)激致神經(jīng)元損傷在慢性腦缺血致AD中起著重要作用。

5 結(jié)語(yǔ)

許多證據(jù)都表明，腦血流量減少在認(rèn)知功能損害進(jìn)程中起到重要作用，慢性腦缺血能夠?qū)е抡J(rèn)知功能障礙，并且是AD的重要危險(xiǎn)因素。對(duì)慢性腦缺血后免疫炎性損傷、能量代謝障礙以及細(xì)胞凋亡等方面的研究或許可以幫助尋找阻斷細(xì)胞凋亡和癡呆發(fā)展的重要途徑。目前對(duì)慢性腦缺血的研究尚處在起步階段，其導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙的病理機(jī)制，尤其是分子機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

［1］de la Torre JC.Critically attained threshold of cerebral hypoperfusion:the CATCH hypothesis of Alzheimer's pathogenesis［J］.Neurobiol Aqing，2000，21(2):331-342.

［2］盧宏，王興萍，滕軍放，等.慢性腦缺血大鼠海馬區(qū)APP mRNA的表達(dá)［J］.山東醫(yī)藥，2007，47(19):70-71.

［3］Zhao J，F(xiàn)u Y，Yasvoina M，et al.Beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 levels become elevated in neurons around amyloid plaques:implications for Alzheimer's disease pathogenesis［J］.J Neurosci，2007，27(14):3639-3649.

［4］De Jong GI，F(xiàn)arkas E，Stienstra CM，et al.Cerebral hypoperfusion yields capillary damage in the hippocampal CA1 that correlates with spatial memory impairment［J］.Neuroscience，1999，91(1):203-210.

［5］Clifford PM，Zarrabi S，Siu G，et al.Abeta peptides can enter the brain through a defective blood-brain barrier and bind selectively to neurons［J］.Brain Res，2007，1142:223-236.

［6］Smale G，Nichols NR，Brady DR，et al.Evidence for apoptoyic cell death in Alzherimer's diease［J］.Exp Neurol，1995，133(2):225-230.

［7］唐云安.慢性腦缺血對(duì)大鼠認(rèn)知功能障礙及影響機(jī)制研究［J］.四川醫(yī)學(xué)，2010，31(9):1226-1228.

［8］Torrejais MM，Soares JC，Mathens SM，et al.Histochemical study of the extensor digitorum longus and soleus muscles in alcoholic rats［J］.Anat Histol Embryol，1999，28(5/6):367-373.

［9］冉昌麗，李耀彩，張其梅，等.法舒地爾對(duì)大鼠頸動(dòng)脈重度狹窄所致認(rèn)知功能障礙和細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用［J］.中國(guó)老年學(xué)雜志，2010，24(30):3743-3745.

［10］Levine AJ.p53，the cellular gatekeeper for growth and division［J］.Cell，1997，88(3):323-331.

［11］Gartel AL，Tyner AL.The role of the cyclin-dependent kinase inhibitor p21 in apoptosis［J］.Mol Cancer Ther，2002，1(8):639-649.

［12］邱建武，羅俊生，關(guān)寧，等.大鼠腦慢性缺血狀態(tài)再灌注對(duì)海馬區(qū)神經(jīng)細(xì)胞凋亡及p21和p53蛋白表達(dá)的影響［J］.解剖科學(xué)進(jìn)展，2009，15(1):44-46.

［13］Staffen W，Berqmann J，Schonauer U，et al.Cerbral perfusion(HMPAO-SPECT)in patients with depression with cognitive impairment versus those with mild cognitive impairment and dementia of Alzheimer's type:a semiquantitative and automated evalution［J］.Eur J Nucl Med Mol Imaging，2009，36(5):801-810.

［14］Plaschke K，Ranneberg T，Bauer J，et al.The effect of stepwise cerebral hypoperfusion on energy metabolism and amyloid precursor protein(APP)in cerebral cortex and hippocampus in the adult rat［J］.Ann N Y Acad Sci，1997，826:502-506.

［15］Atamna H，William H，F(xiàn)rey WH 2nd.Mechanisms of mitochondrial dysfunction and energy deficiency in Alzheimer's disease［J］.Mitochondrion，2007，7(5):297-310.

［16］Mancuso M，Orsucci D，Siciliano G，et al.Mitochondria，mitochondrial DNA and Alzheimer's disease.What comes first?［J］.Curr Alzheimer Res，2008，5(5):457-468.

［17］Hauptmann S，Scherping I，Drose S，et al.Mitochondrial dysfunction:an early event in Alzheimer pathology accumulates with age in AD transgenic mice［J］.Neurobiol Aging，2009，30(10):1574-1586.

［18］滕厚軍，趙瑛.慢性腦缺血神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞損傷與血管性癡呆的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)腦血管病雜志，2008，5(10):473-476.

［19］柯荔寧，王瑋.缺氧缺血環(huán)境中小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的反應(yīng)［J］.醫(yī)學(xué)綜述，2008，14(1):27-29.

［20］Vicente E，Degerone D，Bohn L.Astroglial and cognitive effects of chronic cerebral hypoperfusion in the rat［J］.Brain Res，2009，1251:204-212.

［21］Kim DH，Kim S，Jung WY，et al.The neuroprotective effects of the seeds of Cassia obtusifolia on transient cerebral global ischemia in mice［J］.Food Chem Toxicol，2009，47(7):1473-1479.

［22］Deng Y，Lu J，Sivakumar V，et al.Amoeboid microglia in the periventricular white matter induce oligodendrocyte damage through expression of proinflammatory cytokines via MAP kinase signaling pathway in hypoxic neonatal rats［J］.Brain Pathol，2008，18(3):387-400.

［23］金濤，吳江.慢性前腦缺血至癡呆大老鼠IL-1、IL-6、TNF-α的研究［J］.中風(fēng)與神經(jīng)病雜志，2010，27(8):676-678.

［24］Shi Q，Gibson GE.Oxidative stress and transcriptional regulation in Alzheimer disease［J］.Alzheimer Dis Assoc Disord，2007，21(4):276-291.

［25］Butterfield DA，Reed T，Newman SF，et al.Roles of amyloid betapeptide-associated oxidative stress and brain protein modifications in the pathogenesis of Alzheimer's disease and mild cognitive impairment［J］.Free Radic Biol Med，2007，43(5):658-677.

［26］舒敏，章建軍，張端蓮，等.慢性腦缺血損傷后大鼠腦組織中的氧化應(yīng)激反應(yīng)［J］.中華老年醫(yī)學(xué)雜志，2004，23(5):348-349.

［27］Bharti VK，Srivastava RS.Fluoride-induced oxidative stress in rat's brain and its amelioration，by buffalo(Bubalus bubalis)pineal proteins and melatonin［J］.Biol Trace Elem Res，2009，130(2):131-140.

［28］De Butte M，F(xiàn)ortin T，Pappas BA.Pinealectomy:behavioral and neuropathological consequences in a chronic cerebral hypoperfusion model［J］.Neurobiol Aging，2002，23(2):309-317.