吳詠梅，陶茹瑩，孟祥寶，孫曉波，孫桂波，張?輝*

（1.長春中醫(yī)藥大學，長春 130117；2.中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院 藥用植物研究所，北京 100193）

腦卒中是具有高發(fā)病率、高病死率、高致殘率、高復發(fā)率等特點的心血管疾病。如何有效防治腦卒中成為當下的研究熱點，本文介紹了對缺血性腦卒中的認識，包括臨床常見治療方案和具體的損傷機制。目前缺血性腦卒中公認的治療方案是盡早恢復或重建血液再灌注，即恢復缺血組織血液流通，保證氧和能量供應并及時將代謝產物清除?；謴腿毖X組織的血液供應一方面可挽救大批瀕死腦細胞，促進神經元功能恢復；另一方面缺血再灌注后使神經細胞產生快速的級聯(lián)反應損傷，缺血組織的病理損害進一步加重，最終誘發(fā)神經細胞凋亡或壞死，這種恢復血流灌注后引起腦組織損傷加重的現象被稱為腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia- reperfusion injury，CIRI）[1]。本文詳細歸納了參與缺血性腦卒中再灌注的十幾種損傷機制，綜述如下。

1 能量代謝

大腦是機體能量代謝最旺盛的組織，約占20%。腦缺血時，腦組織因血液流通受阻，氧氣供應不足，缺乏代謝所需的物質與能量。ATP是Na-K-ATP酶激活劑，當受損組織能量代謝障礙，ATP生物合成減少，Na-K-ATP酶活性改變，最終導致腦細胞內外鈉鉀失衡，細胞外K+增多導致細胞膜持續(xù)去極化而影響興奮傳導、遞質釋放等，并且與缺血期間所發(fā)生的細胞自殺現象相關，從而影響腦功能恢復的質量。腦缺血后能量代謝的恢復是其他功能恢復的前提，張艷榮等[2]研究顯示缺血后腹腔注射山莨菪堿20 mg/ kg可顯著減少缺血再灌注沙土鼠海馬ATP耗竭，亦可促進Na-KATP酶活性的恢復。

2 酸中毒

腦組織供血不足后迅速出現酸中毒，缺血區(qū)域pH值快速從7.3降到6.5，甚至更低。造成缺血腦組織pH迅速降低的原因包括：腦血流量降低使缺血組織內氧氣供應不足，無氧代謝導致乳酸大量堆積；CO2不能被及時清除；伴隨能量中間體ATP消耗產生大量H+。腦組織在缺血缺氧情況下，葡萄糖濃度顯著降低，缺血區(qū)乳酸和乳酸/丙酮酸比值升高[3]。腦缺血后神經元損傷的主要原因是乳酸和與之相應的酸中毒。研究發(fā)現，缺血區(qū)內的酸中毒協(xié)同細胞內Ca2+超載通過損傷Na通道的動力和破壞皮質GABA神經元的功能來介導神經元興奮性毒性。并且低pH時神經元受損加劇，另外氧化應激介導的神經元損傷與酸中毒密切相關，有研究認為可能與低pH值介導的抗氧化劑功能損傷和細胞內鐵離子含量升高有關。

3 氧化應激

包括腦缺血在內的許多神經變性疾病均會伴隨氧化應激損傷。氧化應激是由于機體內氧自由基過度生成或清除能力降低使得體內氧自由基發(fā)生堆積，導致體內活性氧簇（reactive oxygenspecies，ROS）蓄積而引起神經元損傷的過程。腦組織內不飽和脂肪酸含量豐富，特別是亞油酸和花生四烯酸，導致抗氧化能力較弱，氧化應激損傷對大腦影響嚴重。缺血區(qū)線粒體功能受損后利用O2生物合成ATP的能力喪失?；謴脱汗螅琌2一部分轉化為O2-，另一部分在黃嘌呤氧化酶的作用下生成HO-。二者引發(fā)自由基連鎖反應，生成多種脂質過氧化物，最終導致大量ROS產生且其對細胞具有廣泛的損傷。高活性的ROS降解細胞內大分子物質，如脂質、蛋白質、核酸等，導致多種酶活性降低、細胞膜結構功能受損，最終導致細胞死亡，大量氧自由基還會引起膜脂質過氧化，改變細胞膜的通透性、流動性，破壞離子通道結構和功能。再灌注后使得血液將全身其他組織中的Ca2+輸送至腦組織，加重鈣超載，繼而引發(fā)一系列連鎖反應。

4 氮化應激

體內活性氮簇增多引起機體受損的過程稱為氮化應激。常見的活性氮簇有一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、硝基陰離子（NO-）和硝基陽離子（NO）等。體內有三種一氧化氮合酶（NOS）：神經元型NOS（nNOS）；內皮型NOS （eNOS）和誘導型NOS（iNOS）。不同細胞在不同亞型的NOS催化下，生成的NO在缺血損傷中的作用不同。nNOS參與缺血早期損傷；而iNOS參與晚期損傷。eNOS通過促進血管舒張和增加腦血流量參與腦缺血損傷的保護過程。NO在缺血再灌注中具有保護和損傷雙重作用。NO通過維持腦血流量，抑制血小板及白細胞的聚集和黏附，對腦缺血起保護作用。NO被過量超氧化產生亞硝酸鹽時，破壞線粒體，具有細胞毒性作用。缺血再灌注，誘發(fā)缺血組織產生NO，但也產生超氧負離子[4-5]。一方面NO和超氧化物具有高度反應性；另一方面也可以結合形成毒性很強的過氧化亞硝酸鹽，加重對細胞的損傷，尤其會損傷DNA。此外，NO參與線粒體呼吸鏈調控，線粒體生物合成和細胞凋亡等，它也可以充當自由基和引起氧化損傷。由此證明腦缺血時活性氮介導的氮化應激可以破壞細胞內的生物分子和細胞器[6]。

5 鈣離子超載

Ca2+超載引發(fā)的損傷發(fā)生在腦缺血再灌注損傷全部過程，并且參與自由基、興奮性氨基酸、NO等所致的損傷過程。Ca2+作為體內重要的第二信使，參與機體內多種活動如細胞正常生理功能維持、細胞增殖與分化和神經遞質的分泌與神經調節(jié)等。腦缺血早期最顯著特征是ATP耗竭和酸中毒，二者均能導致細胞外Ca2+大量流入細胞內和細胞內儲存的Ca2+釋放出來[7]。缺血區(qū)域ATP生物合成減少使Na-K-ATP酶活性降低，細胞內外的 K濃度改變引起細胞膜發(fā)生去極化，Na- Ca2+的交換交換體使細胞內Ca2+濃度上調。同時激活NMDA受體，促使電壓門控性Ca2+通道開放，大量Ca2+迅速進入神經元細胞內[8]。細胞內酸敏感離子通道（acid- sensing ion channels，ASIC）被大量堆積的H+激活，形成 Ca2+通透的同聚體通道，在缺血亞急性期Ca2+大量進入細胞內[9]。此外，內質網儲存的Ca2+被釋放后使得細胞內Ca2+水平進一步增加。再灌注后，大量興奮性氨基酸和炎性相關因子進入缺血區(qū)域，腦組織神經元的損傷程度加重。Ca2+超載帶來的損傷主要有：1）神經元受細胞內陽離子濃度調控發(fā)生快速去極化，興奮性氨基酸大量過度釋放；2）過量 Ca2+引起分解生物膜結構的蛋白酶、鈣依賴磷脂酶等大量激活；3）線粒體攝入過量的 Ca2+引起膜電位紊亂，線粒體進入能量障礙惡性循環(huán)，啟動線粒體凋亡途徑并介導神經元死亡；4）細胞滲透壓增大，水分子從細胞外流入細胞內，引起細胞膨脹；5）腦缺血部位Ca2+超載誘使血管平滑肌發(fā)生痙攣，導致血栓積聚和血管內皮受損[10-12]。

6 線粒體功能障礙

腦缺血發(fā)生后，首先引起線粒體功能障礙。大腦所需能量主要來源于線粒體。細胞損傷最敏感的指標之一是線粒體發(fā)生功能異常，腦缺血再灌注后導致腦細胞線粒體呼吸功能障礙、呼吸鏈中 NADH氧化酶、琥珀酸氧化酶和細胞色素C氧化酶活性均顯著降低，進一步證明腦線粒體功能在缺血再灌注期間受損最顯著；缺血性腦卒中再灌注期間線粒體膜電位顯著下降，24 h時達到最低，進而引起線粒體功能發(fā)生紊亂；線粒體受氧化應激和Ca2+超載及炎癥偶聯(lián)效應嚴重受損，ROS生物合成持續(xù)增加，過量堆積的ROS會暴發(fā)鏈式反應，細胞內大分子被大量降解、脂質過氧化反應和CytC過度釋放，線粒體凋亡途徑進一步激活使缺血區(qū)細胞大量死亡。

7 興奮性氨基酸

根據其興奮性可以將機體內的氨基酸可分為2類：具有興奮作用的氨基酸（EAA）和抑制作用的氨基酸（IAA）。腦組織血液供應不足，細胞內外Ca2+穩(wěn)態(tài)失去平衡，神經元細胞發(fā)生快速去極化，大量EAA（主要是Glu）被大量合成并被迅速釋放[13]。過量EAA帶來的毒性損傷與Ca2+超載損傷存在協(xié)同作用。能量中間體ATP生物合成障礙導致突觸間隙的過量釋放的EAA不能被重吸收或分解，EAA主要作用于離子型N-甲基-D-天門冬氨酸受體（NMDA）受體后可激活Ca2+通道，Ca2+超載的損傷作用加重[14]；突觸后神經元死亡的主要原因是過度興奮。EAA的過度釋放并激活相應受體而產生的細胞毒性在腦缺血再灌注損傷中起著極為重要的作用，很大程度上影響腦損傷的預后。

8 炎癥反應

最近實驗發(fā)現在腦缺血再灌注損傷全過程伴隨炎性細胞因子的過度表達與釋放其對機體損傷嚴重，已成為腦卒中研究的熱點[15]。腦缺血發(fā)生初期，缺血區(qū)域能量中間體耗竭，導致細胞大量壞死，并啟動炎癥級聯(lián)反應[16]；隨后大量自由基堆積和壞死細胞的生成引起機體固有免疫應答，外周的白細胞刺激大腦實質后激活小膠質細胞和星形膠質細胞，其中小膠質細胞轉化成巨噬細胞，吞噬壞死的細胞并產生大量的炎癥因子和炎癥介質如IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-10和TGF-β，這樣炎癥反應持續(xù)發(fā)生，對細胞及缺血組織損傷加?。辉俟嘧⒑?，血液中的中性粒細胞、炎癥趨化因子等進入缺血區(qū)域后炎癥細胞會分泌多種炎癥相關介質[17]，如 TNF-α、IL、核因子 -κB（NF-κB），引發(fā)強烈的炎癥反應；Ca2+超載和EAA過度釋放導致細胞大量凋亡，進而又促進炎癥介質的釋放，炎癥級聯(lián)反應不斷發(fā)展。TNF-α是一種多效細胞因子，參與血腦屏障、炎癥反應、血栓形成以及與腦損傷相關的血管變化，其主要生理作用是促炎癥反應發(fā)生和調節(jié)自身免疫。腦缺血再灌注后炎癥級聯(lián)反應破壞了神經細胞、內皮細胞和膠質細胞之間的信號傳遞，腦損傷程度進一步惡化。

9 血腦屏障破壞與腦水腫

血腦屏障（blood brain barrier，BBB）主要由腦微血管內皮系統(tǒng)的毛細血管內皮細胞、細胞間緊密連接、基底膜、周細胞及膠質細胞足突共同組成，調控血液和腦組織液之間的物質交換過程，保障大腦內環(huán)境不受外界干擾，維持穩(wěn)態(tài)平衡。BBB穩(wěn)態(tài)失衡會加速腦血管病發(fā)生和發(fā)展，其中通透性的改變是引起B(yǎng)BB損傷的一個最關鍵原因。缺血早期細胞內Na+增多，胞外水分內流促進腦水腫的形成；缺血區(qū)域神經細胞刺激并激活炎癥相關細胞，炎癥細胞因子和潛在的細胞毒素物質過量生成會破壞內皮細胞的緊密連接，進一步介導BBB和細胞外基質的破壞，導致BBB通透性增加；一系列炎癥反應誘發(fā)大量細胞黏附分子生成并釋放，進而介導中性粒細胞向缺血區(qū)域聚集并浸潤損傷內皮細胞，導致血管通透性增加，使腦組織水腫加重[18-19]，最終導致微循環(huán)障礙；氧化應激引發(fā)的脂質過氧化會嚴重損傷細胞膜結構，加重BBB的受損；此外，血腦屏障相關的蛋白和膠原的降解還受基質金屬蛋白酶（MMPS）家族調控，BBB的完整性破壞會引發(fā)血管源性腦水腫[20-21]。在腦缺血再灌注時，炎癥反應、氧化應激、內皮細胞受損和BBB的損傷有著密切的關系。據文獻報道[22]，川皮苷（nobiletin，NOB）可能是通過激活 Akt/ CREB信號通路刺激 p-Akt、p-CREB、BDNF、Bcl-2和緊密連接蛋白-5（claudin-5）表達增加來改善BBB的通透性，并介導缺血后神經細胞保護作用。

10 細胞凋亡

腦缺血損傷的最關鍵環(huán)節(jié)是細胞凋亡，且發(fā)揮著重要作用。在各種類型的腦缺血過程中細胞凋亡都是神經元細胞死亡的重要形式。腦卒中導致細胞死亡的主要機制如下：當腦細胞處于缺乏充足的氧氣和必要的營養(yǎng)物質時，缺血區(qū)域腦細胞表面 TRPM7通道的激活，會引發(fā)系列嚴重連鎖反應。TRPM7通道受高濃度自由基正反饋調節(jié)，缺血區(qū)自由基水平持續(xù)增加，最終誘發(fā)細胞死亡。干預TRPM7通道相關的連鎖反應可有效延長缺乏必須營養(yǎng)物質供應下腦細胞的存活時間[23]。此外，熱休克蛋白70（HSP70）可抑制 NF-κB活化，抑制誘導iNOS轉錄生成而減少TNF-α的生成，過多的TNF-α可促進線粒體功能紊亂從而加速缺血區(qū)域細胞凋亡[24]。神經細胞死亡伴隨 IL-4、TNF-α、COX 等過量生成[25]，說明炎癥參與在腦缺血再灌注損傷全部過程。

11 結語

腦卒中主要分為2大類，即缺血性腦卒中和出血性腦卒中。臨床實踐表明約80%的患者為缺血性腦卒中，而其首要治療方案是盡快恢復缺血組織的腦血流，減輕因缺血帶來的損傷。缺血性腦卒中的損傷機制極其復雜。腦缺血后，局部腦組織氧化磷酸化障礙，導致腦內的能量中間體ATP生成急劇減少。首先ATP依賴性的Na-K泵激活引起細胞內的Na+外流，細胞外Ca2+內流；滲透壓作用使水大量流入細胞，最終導致細胞毒性腦組織水腫。隨著時間的延長，腦內神經元因缺乏能量供應而大量死亡并伴有大量自由基、EAA（主要是Glu）生成，繼而引發(fā)固有免疫反應。NMDA和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸（AMPA）受體上結合大量 Glu后促進鈣內流，誘導線粒體上的鈣依賴蛋白酶、磷脂酶（主要是磷脂酶C和磷脂酶A2）和NOS等激活，線粒體膜的通透性發(fā)生改變；大量氧自由基生成會引發(fā)一系列自由基連鎖反應，包括膜脂質過氧化，最終導致細胞死亡或凋亡?；罨蟮男∧z質細胞轉化成巨噬細胞，不僅能夠吞噬大量壞死細胞，還會產生多種炎癥因子使細胞損傷加重。再灌注后腦血流恢復挽救部分瀕臨死亡的神經元細胞，同時因為BBB受損，血液中的大量炎性細胞因子、H+、Ca2+大量透過屏障損害腦內穩(wěn)態(tài)，進一步加劇腦損傷，加重神經元死亡。造成神經元損傷的主要原因是氧化應激、細胞凋亡[26]。缺血性腦卒中是一個多因素、多細胞介導的病理損傷過程，目前對于損傷的機制及治療的研究，著重于神經元保護方面的相關藥物。

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