朱紫衣 李毓龍 李陽超 熊 杰

(1 四川省簡陽市人民醫(yī)院檢驗科，簡陽市 641400，電子郵箱:zhuziyi0908@163.com；2 西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院檢驗科，四川省成都市 610083)

【提要】 腦卒中是全球第三常見的死亡原因之一，也是致殘的主要原因。由于對缺血性腦卒中發(fā)生后的細胞和分子變化以及神經(jīng)元死亡原因的理解尚不完全，目前治療缺血性腦卒中的有效方法非常少。大量研究表明，急性缺血性腦卒中發(fā)生后快速增加的活性氧會迅速壓倒抗氧化防御，進而引發(fā)一系列病理生理事件，包括炎癥反應(yīng)、血腦屏障破壞、細胞凋亡和自噬等，最終導致神經(jīng)退行性變和神經(jīng)細胞死亡。因此，深入了解缺血性腦卒中氧化應(yīng)激的病理機制及相關(guān)的病理事件，對于抑制氧化應(yīng)激靶向治療缺血性腦卒中是至關(guān)重要的，故本文就氧化應(yīng)激在缺血性腦卒中中的作用進行綜述。

隨著發(fā)達國家人群預(yù)期壽命的持續(xù)增加，卒中已成為全球第三大常見死亡病因，卒中導致的殘疾給醫(yī)療保健系統(tǒng)帶來了巨大的財政負擔[1-2]。卒中包括出血性和缺血性兩類，以缺血性腦卒中最為常見，占所有病例的60%～70%[3]。目前缺血性腦卒中的有效治療方法僅限于溶栓。通過靜脈溶栓和血管內(nèi)取栓的方式及時恢復血液流動，可改善神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后。但溶栓的治療時間窗口短、標準嚴格以及禁忌證多，因此其僅對少數(shù)患者有效，大多數(shù)患者只能選擇其他的替代治療方法[4]。已有研究表明，氧化應(yīng)激及其相關(guān)的分子事件在缺血性腦卒中的病理進程中發(fā)揮重要作用[5]。腦缺血和缺血再灌注會誘導一系列的細胞反應(yīng)，產(chǎn)生過量的活性氧，從而引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)。高水平的活性氧不僅會產(chǎn)生許多直接損害，如脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)和DNA氧化，還會通過多種細胞信號傳導作用導致炎癥和細胞死亡途徑的啟動[6]。阻斷氧化應(yīng)激可能成為缺血性腦卒中治療的新靶點，因此本文就氧化應(yīng)激在缺血性腦卒中中的作用進行綜述。

1 缺血性腦卒中后氧化應(yīng)激發(fā)生機制

氧化應(yīng)激是指氧化劑和抗氧化劑之間的生理平衡被破壞，使得平衡偏向于氧化劑，從而對機體造成潛在損害的一種狀態(tài)。氧化應(yīng)激已被認為是多種疾病的重要損傷機制。缺血性腦卒中的病理生理是一個復雜的過程，腦卒中患者自由基及活性氧增加，同時抗氧化酶失活與保護性抗氧化劑活性水平下降，導致自然防御機制無法保護神經(jīng)元。氧化應(yīng)激及其相關(guān)的炎癥反應(yīng)、自噬、細胞凋亡等是參與神經(jīng)損傷的關(guān)鍵。在腦缺血性損傷時，病灶區(qū)血流量減少，氧分壓降低，二氧化碳分壓增高，導致組織酸中毒、生物能量不足、氧化應(yīng)激發(fā)生，進一步損傷腦部微血管及血腦屏障、激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞等[7-8]。在腦缺血時，機體氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡遭到破壞，大腦和免疫細胞產(chǎn)生活性氧，刺激內(nèi)皮細胞引起氧化應(yīng)激。同時，在缺血缺氧的幾分鐘內(nèi)，一系列復雜的分子級聯(lián)事件接踵而至，如神經(jīng)元去極化、Ca2+內(nèi)流增加、三磷酸腺苷消耗和興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸釋放，這些分子事件導致煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶信號激活和線粒體功能障礙，進一步加劇氧化應(yīng)激[9]。此時活性氧活性的增強不僅導致原發(fā)性血管損傷，還介導了諸多缺血性腦卒中的重要病理過程，包括：(1)直接引發(fā)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸的氧化損傷而導致細胞毒性；(2)引發(fā)與急性免疫反應(yīng)相關(guān)的炎癥反應(yīng)的發(fā)展；(3)引起神經(jīng)細胞凋亡；(4)激活自噬途徑；(5)損傷血腦屏障等；這些病理過程都可促進神經(jīng)退行性病變和細胞死亡[10-12]。

2 氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)，大腦缺血后會導致缺血區(qū)域的能量損失和細胞凋亡，繼而激活小膠質(zhì)細胞和星形細胞，導致中性粒細胞和巨噬細胞黏附聚集[13]。缺血損傷后4～6 h，細胞因子和趨化因子水平增高，促進細胞間黏附分子的表達，黏附因子水平不斷增高，在缺血后6～12 h達到高峰[14]。Rallidis等[15]的研究表明，急性缺血性腦卒中患者的可溶性細胞間黏附分子-1水平高于非心血管疾病患者，且急性缺血性腦卒中死亡患者的可溶性細胞間黏附分子-1水平明顯高于急性缺血性腦卒中存活者。Wu等[16]的臨床研究也證實可溶性細胞間黏附分子-1水平增加與腦微出血的存在和腦梗死出血性轉(zhuǎn)化風險增加有關(guān)。在腦缺血初期，一氧化氮合酶產(chǎn)生的一氧化氮能促進血管舒張、減少血小板聚集和白細胞黏附，對大腦發(fā)揮有益作用。然而隨著疾病發(fā)展，腦缺血后期一氧化氮與超氧化物相互作用形成具有強氧化性的活性氮，造成脫氧核糖核酸斷裂和脂質(zhì)過氧化，使氧化應(yīng)激加劇[17]。活性氧和抗氧化酶之間的氧化還原平衡遭到破壞后，機體會啟動級聯(lián)鏈式反應(yīng)，導致更多的活性氧積累。此外，一氧化氮還可抑制產(chǎn)三磷酸腺苷酶的活性和刺激促炎酶如環(huán)氧合酶2等進而損傷細胞[18]。炎癥細胞可以產(chǎn)生活性氧和活性氮，而活性氧和活性氮的增加又進一步激活炎癥細胞，進而形成惡性循環(huán)。研究表明，活性氧和活性氮主要通過激活核轉(zhuǎn)錄因子來介導小膠質(zhì)細胞、中性粒細胞和巨噬細胞的激活，進而釋放炎癥因子[19]。同時，腦缺血時星形膠質(zhì)細胞的表達增高也參與了小膠質(zhì)細胞的激活。激活的小膠質(zhì)細胞具有釋放促炎細胞因子(如腫瘤壞死因子α、白細胞介素1β和白細胞介素6)的潛力，并可促進其他潛在的細胞毒性分子(包括一氧化氮、活性氧和前列腺素等)的釋放[20]。

3 氧化應(yīng)激與血腦屏障破壞

血腦屏障為中樞神經(jīng)系統(tǒng)與神經(jīng)實質(zhì)的循環(huán)血液與細胞外液間提供了保護性選擇屏障。在發(fā)生缺血性腦卒中時，大腦和周圍的固有免疫細胞被招募到損傷部位，隨后特異性免疫系統(tǒng)的細胞也參與進來[21]。各種危險信號以及促炎細胞因子和趨化因子驅(qū)動初始反應(yīng)，緊密連接蛋白遭到破壞，內(nèi)皮細胞被激活，血腦屏障的緊密連接和完整性受到損害[22]。同時由于腦缺血時活性氧和活性氮產(chǎn)生過量，使內(nèi)皮細胞通透性增加。腦缺血時超氧化物水平增加，進一步導致過氧化氫產(chǎn)生增加。過氧化氫會誘導Occludin和閉合小帶蛋白-1易位再分布，促進咬合蛋白和肌動蛋白的表達，細胞旁間隙增大，最終引起血腦屏障胞旁通透性增加[23-24]。此外，由于中性粒細胞、星形膠質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞等活化，使基質(zhì)金屬蛋白酶釋放增加，基質(zhì)金屬蛋白酶可降解基底板中的膠原蛋白和層粘連蛋白，進一步破壞血管壁的完整性，這也是血腦屏障通透性增加的重要原因之一[25]。Ning等[26]發(fā)現(xiàn)，對于缺血性腦卒中患者，采用組織型纖溶酶原激活物溶栓可導致基質(zhì)金屬蛋白酶-9水平增加，促進缺血性卒中后出血性轉(zhuǎn)化。事實上血腦屏障的破壞是炎癥、細胞壞死、氧化應(yīng)激、組織降解酶產(chǎn)生等多種病理過程共同作用的結(jié)果[27]。血腦屏障的破壞為免疫細胞溶質(zhì)與水一起進入腦實質(zhì)創(chuàng)造了條件，從而導致間質(zhì)炎癥和腦水腫，進一步損害神經(jīng)組織。

4 氧化應(yīng)激與細胞凋亡

研究表明，部分凋亡信號通路會受到細胞氧化還原狀態(tài)的調(diào)節(jié)，特異性的活性氧，如H2O2或超氧化物是介導細胞凋亡的關(guān)鍵物質(zhì)[28]。腦缺血可觸發(fā)兩種凋亡通路：內(nèi)源性通路來源于線粒體，釋放細胞色素c和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-3的相關(guān)刺激；外源性途徑來源于細胞表面死亡受體的激活，刺激Caspase-8產(chǎn)生凋亡信號[29]。Caspase是參與凋亡信號轉(zhuǎn)導的關(guān)鍵分子，所有通路都匯聚于Caspase-3[30]。腦缺血和再灌注損傷時，過量的活性氧直接損傷線粒體，導致神經(jīng)元胞漿細胞色素c釋放增加，進而誘發(fā)細胞凋亡。細胞色素c與凋亡蛋白酶激活因子結(jié)合會進一步激活Caspase-9、Caspase-3[31]?；罨腃aspase-3可以裂解多種核DNA修復酶，導致核DNA損傷且無法修復，進而導致細胞凋亡。此外，腦卒中時活性氮過量生成，促進線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放，抑制重要的線粒體酶活性，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放使得細胞色素c和凋亡誘導因子釋放增加，凋亡誘導因子易位到細胞核，導致DNA斷裂和細胞死亡。已有研究報道，腦缺血損傷時半暗帶中半胱天冬酶蛋白被激活，抑制該蛋白對局灶性缺血損傷具有保護作用[32]。細胞凋亡的外源性途徑涉及死亡受體的參與，動物實驗表明，缺血后大鼠腦內(nèi)Fas、Fas配體和腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導配體表達上調(diào)，這種上調(diào)在腦缺血后12 h內(nèi)被觀察到，并在24～48 h達到高峰，這與神經(jīng)元細胞凋亡的時間進程相吻合[33]。這表明死亡受體在腦缺血后細胞凋亡中扮演著重要角色。

5 氧化應(yīng)激與細胞自噬

自噬是細胞吞噬自身細胞質(zhì)或細胞器的過程，是一種重要的蛋白降解途徑。自噬有助于清除受損的線粒體和氧化蛋白，在正常情況下活性氧誘導的自噬可以減少氧化應(yīng)激引起的損傷來保護細胞[34]。然而過度的自噬會破壞許多細胞質(zhì)和細胞器，引起細胞功能障礙，導致細胞自噬性死亡。近年來，自噬在缺血性腦卒中的作用受到關(guān)注。研究報道，被稱為自噬標志物的自噬調(diào)節(jié)因子Beclin1和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3的蛋白水平在腦缺血期間表達上調(diào)[35]。Qin等[35]通過構(gòu)建局灶性腦缺血大鼠模型探討自噬激活在細胞損傷中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦缺血時星形膠質(zhì)細胞自噬激活，自噬體、自噬溶酶體形成增多，缺血6 h后Beclin1水平增加，24 h 達到高峰，神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞Beclin1表達均上調(diào)。這些結(jié)果說明缺血誘導的自噬/溶酶體通路激活參與了星形膠質(zhì)細胞的缺血損傷。腦缺血再灌注后過度增加的活性氧可觸發(fā)細胞內(nèi)鈣超載，進而導致線粒體功能障礙和線粒體自噬。腦缺血時過度增加的活性氧可激活泛素蛋白體系統(tǒng)，從而降解B淋巴細胞瘤-2，導致Beclin1激活和自噬細胞死亡[36]。缺血再灌注過程中，活性氧破壞細胞器和胞質(zhì)蛋白，引起線粒體脂質(zhì)過氧化，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物可與特定的線粒體和自噬相關(guān)蛋白結(jié)合，以自噬細胞死亡的方式導致細胞功能障礙，同時脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物還可誘發(fā)溶酶體功能障礙和脂溶酶形成，導致自噬活性降低[37]。此外，自噬體靶向調(diào)節(jié)抗氧化酶(如H2O2酶和超氧化物歧化酶)，從而增加活性氧的產(chǎn)生，并形成一個導致細胞死亡的正自噬反饋通路，這些都加劇了缺血性腦卒中自噬的發(fā)生[38]。

6 結(jié) 語

缺血性腦卒中由于腦動脈阻塞引起腦動脈血液供應(yīng)突然中斷，進而導致大腦缺氧和活性氧積累。在恢復血流時，大腦氧化應(yīng)激可能進一步加劇，導致氧化劑的產(chǎn)生和抗氧化防御機制不平衡，從而引起細胞存活機制紊亂，最終導致神經(jīng)損傷[39]。因此靶向抑制氧化應(yīng)激已成為治療腦卒中的神經(jīng)保護的一種策略。近年來，通過補充外源性抗氧化劑以解毒過量的活性氧和直接抑制活性氧產(chǎn)生相關(guān)的酶，從而抑制氧化應(yīng)激介導的腦卒中損傷已取得一些進展。如采用維生素C、維生素E或羅布麻素等抗氧化劑抑制煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的活性，減少活性氧的產(chǎn)生；采用白藜蘆醇或N-乙酰半胱氨酸等清除活性氧。但目前這些抗氧化策略僅限于臨床前研究，還有待更多臨床試驗研究結(jié)果加以驗證。除了積極開展相關(guān)的研究，證實抗氧化劑在缺血性腦卒中的作用，深入了解腦卒中氧化應(yīng)激與其他關(guān)鍵病理過程的相互作用及分子機制，對于靶向抑制活性氧治療缺血性腦卒中也是大有裨益的。