顏 玲

湖北民族學院醫(yī)學院(湖北 恩施 445000)

缺血性腦中風是目前嚴重威脅人類健康的疾病之一，其發(fā)病率及致死率均非常高，近年來關于腦缺血-再灌注損傷的研究取得了較大進展?，F(xiàn)從以下幾個方面對其病理機制的研究進行綜述。

1 興奮性氨基酸毒性作用及離子失衡

1.1 Ca2+超載的細胞毒作用細胞內Ca2+作為第二信使，在細胞的許多正常生理活動中發(fā)揮重要作用。在腦缺血性損傷時，Ca2+泵功能降低，同時線粒體、內質網(wǎng)儲Ca2+減少，Ca2+釋放增加，引起細胞內Ca2+超載，這在腦缺血神經(jīng)元損傷中起著關鍵作用，胞內的Ca2+超載可能是多因素綜合作用的結果，也是造成損傷的最后共同通路[1]。

胞內Ca2+濃度升高時，使鈣調蛋白(CaM)活化，進一步激活Ca2+/CaM依賴的蛋白激酶，促進5-羥色胺和去甲腎上腺素的釋放，引起腦血管攣縮、局部血流減少，加重缺血缺氧；同時也激活一些破壞性的鈣依賴性的降解酶，改變細胞代謝，影響細胞的結構與功能。此外，細胞內Ca2+超載還可通過以下途徑引起毒性作用：①腦缺血時Ca2+超載，可以激活磷脂酶C和A，使生物膜磷脂降解并產(chǎn)生自由基，破壞生物膜；同時磷脂降解產(chǎn)物花生四烯酸代謝生成前列腺素、白三烯和血小板激活因子等活性物質，導致局部白細胞浸潤和血管收縮，進一步加重腦缺血。②Ca2+濃度升高時激活一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)，生成大量的NO，增加對腦細胞的毒性作用。③腦血管中的平滑肌細胞Ca2+內流，發(fā)生血管攣縮，加重缺血缺氧；且Ca2+沉積可損害腦血管，引起血腦屏障受損，加重腦梗死。④腦缺血時，腦血管內皮細胞Ca2+超載可使內皮細胞間隙增大，血腦屏障通透性增高，產(chǎn)生血管源性腦水腫。⑤Ca2+與磷酸根形成磷酸鈣沉積于線粒體，影響呼吸，導致神經(jīng)細胞損傷及死亡。

1.2興奮性氨基酸毒性作用EAA是存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性神經(jīng)遞質，主要存在于神經(jīng)末梢的突觸囊泡，也可存在于各種神經(jīng)元胞體以及膠質細胞胞質，EAA過度興奮，可產(chǎn)生神經(jīng)毒性。EAA以谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)在腦內含量最高，與腦損傷有關的主要為Glu。

EAA(主要為Glu)增多的機制包括[2]：①腦組織缺血時，ATP減少， Na+/K+交換通道障礙，胞內的K+逸出，而Na+、Cl-和水積累，導致細胞腫脹，滲透性排出活性物質，如Glu、Asp、GABA等。②突觸前膜上存在高親和力Na+依賴的膜載體，在腦組織缺血時，該類膜載體功能障礙，使得胞外Glu水平升高。③在腦組織缺血的早期，如前所述Ca2+通道的激活也可導致Glu向胞外釋放。④腦組織缺血時，胞內Ca2+超載也可激活磷脂酶A2，損傷膜結構，使EAA順著濃度梯度擴散到細胞外。

目前已知EAA的受體包括兩大類，即離子型受體和代謝型受體，前者包括2-氨基-3-羥基-4-異噁唑丙酸(AMPA)、N-甲基-天門冬氨酸(NMDA)、使君子酸和海人藻酸(KA)受體，主要影響K+、Na+、Ca2+通道，其中NMDA受體是受配基調節(jié)的離子通道，對Ca2+具有通透性，該通道的開放和關閉還受到甘氨酸、Mg2+和Zn2+的調控，AMPA/KA受體通過膜的去極化開放Ca2+通道，導致細胞內Ca2+增加；而代謝型受體主要調控細胞內G蛋白偶聯(lián)的級聯(lián)反應，影響cAMP、肌醇脂質類信使系統(tǒng)[3]，過量EAA的釋放使其受體過度活化，導致神經(jīng)元受損。EAA造成的神經(jīng)毒性作用主要有兩個方面：①缺血后Glu首先活化與AMPA受體偶聯(lián)的Na+通道，引起Na+、Cl-和H2O內流，導致神經(jīng)細胞水腫。②胞內Na+增高使?jié){膜去極化，直接或間接啟動電壓依賴性Ca2+通道，IP3使細胞內的Ca2+釋放增加，導致胞內游離Ca2+超載，導致神經(jīng)元的變性及死亡。

1.3酸敏感離子通道介導的損傷腦缺血缺氧時，無氧糖酵解產(chǎn)生的乳酸和發(fā)生的代謝性酸中毒導致缺血區(qū)組織周圍的pH值下降，嚴重腦缺血或血糖過高時可導致缺血區(qū)組織周圍的pH值極大降低，酸中毒加重神經(jīng)細胞的損傷，并且受損程度和酸中毒密切相關，認為酸中毒是影響腦細胞存活的重要因素，是引起腦損傷的主要機制。最近研究發(fā)現(xiàn)酸中毒時活化了一種特殊的膜通道家族成員，即酸敏感離子通道(Acid-sensing ion channels,ASICs)，是一種Glu非依賴的神經(jīng)元損傷機制。(文獻依據(jù)？)

ASICs，一種在中樞和周圍神經(jīng)元中廣泛存在的特殊的配體門控通道，胞外pH值的下降能激活這些通道，已發(fā)現(xiàn)7個亞基，分別是：ASIC1a 、ASIC1b、ASIC1b2、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3 和ASIC4。目前認為，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛表達且與缺血性腦損傷密切相關的是ASIC1a與ASIC2a。ASIC1a對酸的敏感性較高且對Ca2+有較高的通透性，在非Glu依賴的缺血缺氧性神經(jīng)元損傷中發(fā)揮主要作用[4]。Xiong[5]等證實缺血缺氧合并酸中毒時(即缺血性酸中毒)，能顯著增強ASIC1a通道引起的毒性損傷。

2 自由基和NO的損傷作用

2.1自由基的損傷作用自由基包括氧自由基(Oxygen Free Radical，OFR)系列(超氧陰離子O2-、羥自由基·OH等)和脂質自由基系列，在腦缺血損傷中主要為超氧陰離子和H2O2。大腦組織具有豐富的不飽和脂肪酸，更容易被自由基過氧化反應，且抗氧化酶少，更容易受損。

實驗動物腦缺血的極早期，神經(jīng)元去極化，OFR急劇增多[6]，自由基的損傷效應是一種級聯(lián)反應，一旦發(fā)生，可導致一系列自由基中間產(chǎn)物形成，不斷和脂質反應，導致細胞損傷，其具體機制為：①引起膜脂質過氧化，使細胞膜及膜受體、膜蛋白酶、離子通道受損，對Na+、Ca2+以及大分子物質通透性增加，造成細胞水腫、細胞結構及功能受損，導致細胞死亡，同時再灌注時脂質修復酶被抑制。②影響蛋白質的合成，引起許多重要酶和受體的失活，如膜上的Na+泵、Ca2+泵、肌酸激酶、受體等；③使核酸鏈的斷裂、畸變，導致細胞正常功能受損(多為·OH所致)；④促使花生四稀酸單向轉化為血栓烷A2，誘導缺血半暗帶(ischemia penumbia，IP)區(qū)的血管痙攣、血小板聚集，梗死面積增加，加重損傷；⑤OFR產(chǎn)生過多，使EAA過度興奮，導致神經(jīng)毒性損傷；⑥還可以作用于許多其他分子，包括MAPK、NF-κB和幾種Caspases酶，誘導細胞死亡。此外，自由基誘導的細胞因子在再灌注損傷中也發(fā)揮著重要作用。

2.2一氧化氮的損傷作用研究表明，一氧化氮(NO)在腦缺血損傷中具有保護和毒性兩種作用，在腦缺血早期，NO具有保護作用，而缺血時間延長，進入再灌注期時，NO有毒性作用。NO的雙重作用除與自身復雜的理化、生物學特性有關外，NOS作為NO合成過程中的重要限速酶是決定其雙重作用的關鍵因素[7]，NO對神經(jīng)細胞的這兩種相反作用與其氧化還原兩種不同狀態(tài)有關。還原型的NO (NO-)主要通過產(chǎn)生大量自由基引起脂質過氧化反應，造成蛋白質、核酸、膜脂質的損傷及抑制線粒體呼吸的完成，此乃毒性作用；而氧化型的亞硝酸離子(NO+)能與NMDA受體結合，使NMDA受體疏基亞硝基化，下調該受體調控的Ca2+離子通道，阻止細胞內Ca2+超載所致的細胞毒性，同時防止NO+向NO-轉變，從而阻止了NO的神經(jīng)毒性，發(fā)揮保護作用。

腦缺血-再灌注時，Ca2+與CaM結合可活化神經(jīng)元內NOS(主要為氧化型)，從而使NO增多。NO在缺血再灌注損傷中的損傷機制主要為：①NO是體內的氣體信息分子，與特異性的受體結合，激活cGMP依賴的蛋白激酶，引起靶蛋白磷酸化，導致神經(jīng)細胞功能受損。②NO通過OFR(O2-)發(fā)揮損傷作用。過量NO能立即與O2-反應，生成強氧化劑硝基陰離子(ONOO-)等過氧化物，直接氧化脂質、DNA及蛋白質等造成嚴重的神經(jīng)細胞損傷。③NO作用于含鐵蛋白產(chǎn)生毒性作用，使含鐵酶失活，從而抑制線粒體呼吸，導致ATP生成減少，引起神經(jīng)元損傷。④腦缺血-再灌注時，Glu過量，NO可激活NMDA受體，Ca2+內流增加，進一步增加神經(jīng)毒性作用。⑤NO介導炎性反應，病理情況下大量NO具有炎性介質作用，可介導炎性細胞在缺血區(qū)浸潤。

腦缺血-再灌注或腦外傷時，OFR和NO可促使聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶-1(PARP-1)過度激活，會通過耗竭煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和能量缺乏而加重腦損害，因此PARP-1就無法修復損傷的細胞，從而引起腦細胞死亡。它們也能活化基質金屬蛋白酶(MMPs)，MMPs能降解細胞外基質的所有成分，如膠原成分和層粘蛋白、彈性蛋白及纖維蛋白，促進了基底膜的降解，使其完整性遭受破壞，血腦屏障通透性增加。

3 免疫炎癥反應與缺血再灌注損傷

腦缺血時會出現(xiàn)中性粒細胞浸潤、單核細胞增多、而淋巴細胞減少，在腦缺血-再灌注繼發(fā)的腦損傷中起著重要作用[8]。腦缺血-再灌注發(fā)生的炎癥反應是造成繼發(fā)性損傷的重要因素。因此，通過藥物等措施抑制腦缺血-再灌注過程中的炎癥反應[9]，可減輕腦組織損傷，保護或恢復腦組織功能。

3.1炎癥反應細胞在腦缺血損傷中起重要作用的炎癥細胞主要有中性粒細胞、星形膠質細胞、小膠質細胞及淋巴細胞等，認為炎癥細胞可釋放炎癥因子等加重腦損害，而炎癥細胞聚集，也可造成腦組織的進一步缺血缺氧。

腦缺血-再灌注損傷時，白細胞浸潤(主要是中性粒細胞)所致的炎性反應在腦損傷中起著重要作用，其作用機制包括：①白細胞與血管內皮細胞粘附，導致細胞間隙增大，血管通透性增加，從而損害血腦屏障，造成腦水腫。②腦組織缺血后，某些因素可激活血漿中的凝血因子，產(chǎn)生纖維蛋白，纖維蛋白積聚可使血管壁增厚、管腔狹窄。同時大量的白細胞、血小板、受損的內皮細胞以及纖維蛋白等粘附于微血管，造成毛細血管堵塞，降低血流供應，造成繼發(fā)性低灌注，甚至導致缺血區(qū)的血液停滯現(xiàn)象，即“無復流”現(xiàn)象。同時，纖維蛋白還可以使局灶性腦缺血后的血管通透性增加，損傷血腦屏障[10]。③局部浸潤的白細胞可釋放蛋白水解酶(如MMP)，導致腦損傷。同時也可以釋放趨化因子，加劇局部白細胞浸潤。④中性粒細胞活化，耗氧量增加，而組織再灌注后，血流恢復重新活得氧，活化的白細胞產(chǎn)生大量OFR，造成腦損傷。⑤腦損傷區(qū)壞死的白細胞脫顆?？梢葬尫糯罅康幕钚越橘|，增加血管通透性，且產(chǎn)生的OFR使脂質過氧化，加重腦水腫。

腦組織中含量最豐富的膠質細胞可以為神經(jīng)細胞提供營養(yǎng)，并調控突觸的活動[11]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的早期，星形膠質細胞參與調節(jié)細胞外的離子和神經(jīng)遞質、修復細胞外基質、營養(yǎng)神經(jīng)元等過程，可能主要起到保護作用[12]。

許多證據(jù)表明，小膠質細胞和淋巴細胞與腦缺血再灌注的炎癥反應密切相關。在腦梗塞急性期，小膠質細胞主要表現(xiàn)為毒性作用，而在后期及再灌注期可促進神經(jīng)再生或保護腦組織[12]。

3.2炎癥反應的細胞因子腦缺血時，IL-1增多，IL-1可能導致包括致熱，花生四烯酸釋放，NMDA受體介導的興奮毒性增強和NO的合成增加。已證實IL-1可引起中性粒細胞局部浸潤，促進粘附分子ICAM-1、ICAM-2和VCAM-1等在內皮細胞上的表達，加強白細胞與內皮細胞的粘附。Caso等在腦缺血-再灌注模型中發(fā)現(xiàn)，IL-1β與腦組織的損傷程度密切相關，在腦缺血急性期可加重腦組織損害，當阻斷IL-1β后，能明顯減少腦梗死范圍，保護腦組織[13]。

顱內IL-6主要表達于神經(jīng)元和星形膠質細胞，是重要的炎癥因子，正常情況下，IL-6對神經(jīng)元具有神經(jīng)營養(yǎng)和保護作用，而IL-6含量大量增加則可導致神經(jīng)元、膠質細胞及內皮細胞的損傷，說明發(fā)揮著營養(yǎng)和毒性的雙重作用。研究發(fā)現(xiàn)IL-6與腦組織缺血關系密切，腦缺血-再灌注24 h內，IL-6明顯增多，12 h達到峰值，促進ICAM-1的表達，引起炎癥反應，導致腦損傷。IL-6也有抗炎特性，由于它能夠誘導IL-1受體拮抗劑的合成，與抗缺血損傷有關。因此，目前還不清楚IL-6的對腦損傷的影響是有利還是不利。

實驗和臨床數(shù)據(jù)表明TNF-α與缺血性損傷的程度呈正相關，類似IL-1，TNF-α可誘導黏附分子的表達，引起中性粒細胞黏附聚集及活化，導致微血管灌注減少；同時TNF-α可誘導血管活性物質釋放，引起腦血管收縮，局部血流減少，加重缺血缺氧，并可增加毛細血管內皮細胞的通透性，加重血腦屏障受損程度，引起腦水腫，最終導致神經(jīng)細胞死亡[14]。

TGF-β對多種類型的細胞，包括小膠質細胞、星形細胞和神經(jīng)元都有生物學作用，涉及細胞生長、分化、炎癥和組織修復。在缺血性腦損傷中，TGF-β在數(shù)小時就增多，并長時間維持，可能有抗氧化、阻止細胞凋亡、調節(jié)炎性反應(減少中性粒細胞浸潤)、調節(jié)小膠質細胞和星形細胞反應的多種作用。

單核細胞化學趨化蛋白-1(MCP-1) 和IL-8在腦缺血-再灌注后的炎癥反應中的重要作用被關注。MCP-1主要促使內皮細胞表面的黏附分子表達增加，也有實驗證實IL-8參與白細胞的積聚，從而參與缺血性腦損傷，MCP-1、IL-8與抗體結合后可促進白細胞遷移，應用相應拮抗劑后可減少腦梗死范圍[15]。

3.3炎癥反應的相關受體內皮細胞-白細胞相互粘附需要某些粘附分子介導，這些粘附分子的表達往往需要細胞因子等成份刺激，如IL-1、TNF、IFN-γ、內毒素、補體成分等[9，15]。

新近發(fā)現(xiàn)的Toll樣受體(TLRs)是一類模式識別受體，其中TLR4已成為人類在各種疾病中研究的熱點。神經(jīng)元的退行性病變與TLR4信號轉導途徑有關，實驗觀察到TLR4基因缺失的C3H/HeJ小鼠的腦梗死面積和炎癥反應比對照組少，說明TLR4與腦缺血再灌注的炎癥反應有關，并發(fā)現(xiàn)在小鼠腦缺血-再灌注損傷中TLR4參與了炎癥反應的發(fā)生，同時還伴隨著細胞凋亡。

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