杜守云 楊榮紅 李國(guó)棟 王緒山 陸榮柱 蔡增林

(1.灌云縣人民醫(yī)院 江蘇·連云港 222200； 2.江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院 江蘇·鎮(zhèn)江 212013；3.南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州科技城醫(yī)院 江蘇·蘇州 215153）

1 概述

線粒體的凋亡和壞死途徑是腦缺血中腦組織損傷的主要原因，缺血性中風(fēng)會(huì)引起氧化應(yīng)激和線粒體腫脹，從而導(dǎo)致Na+/K+泵功能障礙以及細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)破壞。中風(fēng)后，腦組織中的氧化應(yīng)激會(huì)立即刺激線粒體ROS的產(chǎn)生和胞質(zhì)NADPH的產(chǎn)生，從而破壞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等細(xì)胞大分子，這些過高的細(xì)胞內(nèi)ROS水平在幾種神經(jīng)退行性疾病中也顯示出它們的病理生理效應(yīng)。缺血性中風(fēng)的亞硝化應(yīng)激也觸發(fā)蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和線粒體成分聚集，從而導(dǎo)致多種神經(jīng)退行性疾病，衰老甚至癌癥。

低氧誘導(dǎo)因子（HIF）是氧調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子，在低氧感測(cè)和適應(yīng)中起重要作用。它們作為對(duì)缺氧水平的反應(yīng)至關(guān)重要的效應(yīng)器，HIF-1的表達(dá)以及線粒體ROS的生成可由缺血性氧化應(yīng)激而上調(diào)。在缺氧狀態(tài)下，HIF-1可以通過線粒體中復(fù)合物III積累從而升高ROS水平，其機(jī)制是脯氨酰羥化酶（PHD）酶催化位點(diǎn)中非血紅素鐵的氧化失活，HIF-1在神經(jīng)元細(xì)胞中的蓄積具有保護(hù)作用，而內(nèi)皮HIF-1的誘導(dǎo)與血腦屏障（BBB）的破壞有關(guān)。重要的是，缺氧驅(qū)動(dòng)的ROS激活NF-kB和其他轉(zhuǎn)錄因子，例如NRF2，它們?cè)谡{(diào)節(jié)抗氧化劑防御相關(guān)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄中起著至關(guān)重要的作用。 ROS還可以激活MAPK途徑，導(dǎo)致VEGF表達(dá)增加，VEGF及其受體VEGF-R1和R2的表達(dá)增加也歸因于ROS對(duì)HIF-1的激活，并且在提高細(xì)胞存活率中具有基本作用。ROS還激活其他細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，包括MAPK、NF-kB和MMP的上游。

2 腦缺血中涉及的信號(hào)通路

2.1 ROS信號(hào)通路

低水平的ROS在正常的生理信號(hào)和代謝途徑中起重要作用，但是在腦缺血后，會(huì)發(fā)生多種有害過程，例如氧化產(chǎn)物的過量生產(chǎn)，解毒系統(tǒng)失活和抗氧化劑的消耗，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙。此外，由于興奮性毒性引起的鈣和ROS的積累破壞了腦組織的天然抗氧化防御能力，各種基因表達(dá)也通過基于各種信號(hào)通路的轉(zhuǎn)錄因子的參與而被調(diào)節(jié)。所有這些事件均協(xié)同作用，破壞細(xì)胞蛋白、脂質(zhì)和DNA，從而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并通過壞死、凋亡或兩者兼而有之途徑來誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，并且還通過改變靶分子的功能、損害器官的功能而導(dǎo)致許多病理。

2.2 HIF-1信號(hào)通路

HIF-1，一種二聚體蛋白復(fù)合物，與缺氧時(shí)的血管生成有關(guān)。在缺血狀態(tài)下，HIF-1發(fā)揮雙重作用，這取決于其靶蛋白在某些特定類型的腦細(xì)胞中的各種功能。它具有兩個(gè)亞基：HIF-1和HIF-1，后者對(duì)氧張力情況不敏感，并且以本構(gòu)關(guān)系表達(dá)。HIF-1是連續(xù)合成的，在正常的細(xì)胞氧張力下會(huì)降解。在缺氧情況下，HIF-1降解受到抑制，因此，它迅速積累并與缺氧反應(yīng)元件（HRE）結(jié)合，從而激活其靶基因，在局部缺血的大腦中具有神經(jīng)保護(hù)作用。在缺血性腦缺氧區(qū)域，HIF-1是通過誘導(dǎo)多種糖酵解酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來協(xié)調(diào)從有氧代謝到無氧代謝的主要基因。HIF-1調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3（GLUT3）的表達(dá)，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3是神經(jīng)元中葡萄糖的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。

HIF-1在腦缺血中的表達(dá)與細(xì)胞ROS水平相關(guān)，但是，最近的研究表明，ROS水平升高導(dǎo)致HIF-1表達(dá)降低，當(dāng)然也有其他研究表明其沒有作用。在缺氧條件下，線粒體復(fù)合物III產(chǎn)生穩(wěn)定HIF-1的ROS，但是在細(xì)胞質(zhì)中，ROS可能源自NADPH氧化酶，在缺氧條件下，ROS對(duì)HIF-1表達(dá)的影響比缺氧更為重要。ROS和HIF-1在腦缺血中關(guān)系的復(fù)雜性主要?dú)w因于線粒體 O2代謝產(chǎn)生的ROS種類繁多，以及它們的生物學(xué)特性如化學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)性、特異性和半衰期[1]。

2.3 CK2信號(hào)傳導(dǎo)通路

酪蛋白激酶2（CK2）是一種重要的致癌激酶，在腦缺血中ROS的形成中起關(guān)鍵作用，它通過Rec1調(diào)節(jié)抑制NADPH氧化酶（NOX）作為神經(jīng)保護(hù)劑，從大鼠局灶性缺血的觀察表明，抑制缺血區(qū)域中的CK2會(huì)導(dǎo)致PARP-1積累，從而導(dǎo)致線粒體釋放細(xì)胞色素C和AIF，從而激活一系列凋亡事件。最近的報(bào)道還顯示 CK2直接磷酸化JAK以及STAT3,促進(jìn)SOD2轉(zhuǎn)錄以降低ROS。此外，CK2通過磷酸化激活HIF-1和NF-kB，以生產(chǎn)VEGF和其他血管生成蛋白以及從缺氧狀態(tài)改變所需的其他血管生成蛋白。

2.4 EGFR信號(hào)通路

許多報(bào)道描述了在缺血和再灌注條件下EGFR通路的過度激活，其中通過磷酸化作用的EGFR反式激活導(dǎo)致AKT激活，AKT通過調(diào)節(jié)forkhead轉(zhuǎn)錄因子（FKHR）和糖原合酶激酶3（GSK3）從而在神經(jīng)保護(hù)中發(fā)揮最重要的作用。BAD或caspase-9或其他凋亡成分有助于避免細(xì)胞凋亡。也有報(bào)道說，由缺血性ROS激活的AKT為低溫調(diào)節(jié)ROS的產(chǎn)生提供了低溫條件，AKT抑制Raf使ERK1/2在缺血狀態(tài)下被激活，但在再灌注時(shí)情況相反。

2.5 TGF-信號(hào)通路

TGF-是在腦缺血中高表達(dá)的細(xì)胞因子介導(dǎo)的因子之一，它主要調(diào)節(jié)凋亡蛋白（Bad）和抗凋亡蛋白（Bcl-2，Bclx1）的表達(dá)，還通過反激活ERK1/2而與MAPK通路發(fā)生交叉對(duì)話進(jìn)行神經(jīng)保護(hù)。最近的研究表明，TGF-1通過上調(diào)1型纖溶酶原激活物抑制劑（PAI-1）使神經(jīng)元免于興奮性毒性，從而消除了t-PA增強(qiáng)的NMDA誘導(dǎo)的缺血性神經(jīng)元死亡。

2.6 NF-kB信號(hào)通路

NF-kB通路在腦缺血中起重要作用，ROS激活的NF-kB 調(diào)節(jié) Bim 和 Noxa、TNF、IL-1，IL-6、iNOS、ICAM-1 和MMP9、胞質(zhì)磷脂酶A2、COX-2和微粒體前列腺素E合酶1，它也可以直接調(diào)節(jié)HIF-1，所有這些下游因素都可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、細(xì)胞損傷或者以復(fù)雜的方式促進(jìn)細(xì)胞存活。

2.7 鈣信號(hào)通路

腦缺血中另一個(gè)最重要的途徑是鈣信號(hào)傳導(dǎo)，通常Ca2+信號(hào)通過扮演次級(jí)信使的作用于細(xì)胞間的通訊和生存，但Ca2+在缺血區(qū)域的超載會(huì)導(dǎo)致鈣蛋白酶介導(dǎo)的鈉鈣交換劑（NCX）的抑制以及caspase和Ca2+依賴的核酸內(nèi)切酶激活導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，它還通過鈣調(diào)蛋白-NOS途徑有助于一氧化氮（NO）的產(chǎn)生，過量的NO可能與其他ROS結(jié)合生成過氧亞硝酸鹽（ONOO-），對(duì)蛋白質(zhì)、膜脂質(zhì)和DNA造成損害。

3 腦缺血的治療進(jìn)展

3.1 基于抗氧化和降低ROS的治療策略

在正常的腦組織中，在生理過程中會(huì)不斷產(chǎn)生ROS，然而這些可以通過抗氧化劑攜帶的內(nèi)源防御機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)。缺血性損傷后，自由基的生成迅速增多，并在內(nèi)源性抗氧化劑系統(tǒng)中引起氧化還原不平衡。在這種情況下，降解系統(tǒng)抑制，氧化劑過量生產(chǎn)，缺血后ROS水平的增加會(huì)引起明顯的氧化激，并導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，因而自由基成為重要的治療靶標(biāo)，許多研究集中在評(píng)估抗氧化劑的修復(fù)作用上。抗氧化劑通過三種主要途徑起作用：（1）抑制自由基產(chǎn)生；（2）清除所產(chǎn)生的自由基；（3）加速自由基的降解，聚焦于內(nèi)源性抗氧化劑的上調(diào)或外源性抗氧化劑的應(yīng)用。

3.1.1 抑制自由基產(chǎn)生

在這種方法中，疾病狀態(tài)下ROS產(chǎn)生的主要來源是某些引起ROS產(chǎn)生特定酶的抑制劑。缺血再灌注損傷中ROS產(chǎn)生的一個(gè)基本來源是NADPH氧化酶（NOXs）,在腦卒中的嚙齒類動(dòng)物模型中，再灌注前使用抑制NADPH氧化酶復(fù)合物的抑制劑載脂蛋白Apocynin已顯示缺血面積的減少。

黃嘌呤氧化酶（XO）是與氧化還原信號(hào)通路相關(guān)的另一種蛋白質(zhì)，并且是缺血損傷過程中ROS的重要來源。抑制 XO是治療缺血的另一種潛在的方法。別嘌醇是一種通常使用的XO抑制劑，可降低尿酸水平并降低超氧陰離子水平，這種藥物的初步試驗(yàn)很有希望，與安慰劑相比，在用別嘌呤醇治療的患者中，可以改善血管炎性指數(shù)。

3.1.2 清除產(chǎn)生的自由基

盡管臨床前的臨床試驗(yàn)令人大失所望，但某些化合物能夠清除缺血性中風(fēng)中產(chǎn)生的自由基。在Tirilazad的臨床試驗(yàn)中，在局灶性缺血之前對(duì)660名患者給藥，顯示出最大的療效，但從缺血發(fā)作后的給藥時(shí)間中觀察到的效果下降。另一種有前途的藥物是NXY-059，但在4000名患者的臨床試驗(yàn)中未能顯示出臨床療效。從不同的報(bào)道中可以明顯看出，NXY-pre059具有神經(jīng)保護(hù)作用，可在嚙齒動(dòng)物和非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物的不同中風(fēng)模型中引起神經(jīng)功能恢復(fù)。依達(dá)拉奉（Radicava）是另一種自由基清除劑，被日本臨床醫(yī)生廣泛用于治療梗塞。依達(dá)拉奉的療效尚不清楚，但是已知它可以清除過氧化物、羥基和超氧化物自由基。

3.1.3 促進(jìn)自由基降解

抗氧化劑超氧化物歧化酶（SOD）水平的升高與病灶進(jìn)展中的ROS有關(guān)可以通過針對(duì)SOD來降低氧化應(yīng)激。SOD的整體功效是由其將O2-轉(zhuǎn)化為反應(yīng)性較低的H2O2的催化活性而引起的。顯然，過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）有助于消除H2O2的副產(chǎn)物。當(dāng)腺病毒載體過表達(dá)CAT并用PEP-1-CAT融合蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)證明其具有神經(jīng)保護(hù)能力時(shí)，可以看出CAT對(duì)缺血性損傷的體外療效。

Ebselen是谷胱甘肽過氧化物酶樣活性的抑制劑，可與ONOO-反應(yīng)并隨后清除它。另一種新的抗氧化劑方法是在缺血后或缺血期間吸入氣體，在短暫腦局部缺血模型中，使用吸入氫氣來選擇性還原羥基自由基會(huì)產(chǎn)生有益的效果。除此之外，在多項(xiàng)研究中已證明常壓氧氣（NBO）可減少局灶性缺血的嚙齒動(dòng)物模型中的梗塞體積和神經(jīng)功能缺損。此外，在嚙齒類動(dòng)物缺血性損傷后，采用NBO和乙醇的聯(lián)合療法被證明具有神經(jīng)保護(hù)作用。

治療缺血性損傷的另一種方法是誘導(dǎo)天然細(xì)胞保護(hù)分子NO，它是由內(nèi)皮NO合酶（eNOS）、誘導(dǎo)型NO合酶（iNOS）或神經(jīng)元NO合酶（nNOS）產(chǎn)生的血管活性分子。它是一種短暫的，高反應(yīng)性的中間體，因其在生理和病理狀態(tài)下對(duì)腦血管循環(huán)的貢獻(xiàn)而受到關(guān)注。從最近的一項(xiàng)研究中可以明顯看出，在嚙齒動(dòng)物中風(fēng)模型中，吸入NO可以顯著減少缺血性腦損傷并改善神經(jīng)功能。氣態(tài)處理有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗梢钥焖贊B透生物膜并擴(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)、線粒體和細(xì)胞核中[1]。

Lubeluzole可通過抑制谷氨酸介導(dǎo)的一氧化氮合酶途徑而導(dǎo)致 NO含量降低，并隨后在缺氧細(xì)胞中產(chǎn)生ONOO-，但一項(xiàng)針對(duì)超過1700例患者的大型臨床研究在魯貝盧唑組或安慰劑組之間未觀察到明顯的差異。因此，現(xiàn)在仍需要尋找一種更為顯著的治療方式。

3.2 再灌注療法

當(dāng)缺血期間缺氧后血液供應(yīng)返回組織時(shí)，就會(huì)發(fā)生再灌注損傷。在局部缺血期間由于血液的阻塞而缺乏氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)減少，在這種狀況下，循環(huán)的恢復(fù)會(huì)導(dǎo)致炎癥和氧化損傷，并誘發(fā)氧化應(yīng)激。盡管再灌注對(duì)于保護(hù)腦組織至關(guān)重要，但也會(huì)導(dǎo)致繼發(fā)性損傷，通常會(huì)導(dǎo)致癲癇發(fā)作。腦再灌注綜合征表現(xiàn)為同側(cè)頭痛、對(duì)側(cè)神經(jīng)功能缺損、腦出血（ICH）的三聯(lián)征和癲癇發(fā)作。癥狀的出現(xiàn)可能是從恢復(fù)血流后立即開始直到恢復(fù)后的一個(gè)月。與未接受急性治療的患者相比，接受靜脈內(nèi)纖溶酶原激活劑再灌注治療和動(dòng)脈內(nèi)治療的急性中風(fēng)患者發(fā)生癲癇的風(fēng)險(xiǎn)更大。

4 總結(jié)

總之，本綜述說明了我們目前對(duì)腦缺血性中風(fēng)的認(rèn)識(shí)，其原因在與線粒體功能障礙有關(guān)的多種信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的參與，包括由ROS誘導(dǎo)的HIF1、NF-B、Stat3和其他信號(hào)通路，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)腦缺血下ROS的產(chǎn)生。從分子的角度來看，轉(zhuǎn)錄因子HIF1、Stat3和NF-kB在這種情況下可被視為主要調(diào)控因子。阿司匹林和鏈激酶抑制劑等聯(lián)合治療策略可能會(huì)產(chǎn)生不良后果，因此應(yīng)在臨床前使用適應(yīng)仔細(xì)研究，抗血小板藥物具有通過多種機(jī)制降低血小板活性的能力，它們的生物學(xué)活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出血小板，包括對(duì)全身其他細(xì)胞的影響。急性腦缺血的治療取決于對(duì)這些藥物對(duì)腦血管和腦實(shí)質(zhì)內(nèi)，特別是對(duì)腦血流、血腦屏障和神經(jīng)元細(xì)胞活性的清楚了解，以尋找最有益的藥物將使腦缺血中的腦損傷降至最低。