胡昔權(quán)

（中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院康復(fù)科，廣東廣州 510630）

中國是全世界腦卒中發(fā)病率最高的國家之一。以腦梗死為代表的缺血性卒中占全部卒中的75%～80%。早期靜脈溶栓及血管內(nèi)治療因受時間窗及救治條件的限制，僅使小部分患者受益。神經(jīng)保護藥物也未能在腦梗死恢復(fù)期的治療中顯示出明確療效。卒中存活患者中70%～80%遺留有不同程度的神經(jīng)功能障礙，包括運動障礙、言語障礙、認(rèn)知障礙、吞咽障礙等，嚴(yán)重影響患者的日常生活活動能力，給個人、社會及家庭帶來沉重的負擔(dān)。因此，卒中患者的康復(fù)治療非常重要。

運動訓(xùn)練是腦卒中康復(fù)治療的主要手段。我們及他人的研究均證實，運動訓(xùn)練可以促進腦卒中后神經(jīng)功能的恢復(fù)［1-9］，其機制普遍認(rèn)為與神經(jīng)可塑性有關(guān)，但運動訓(xùn)練促進腦卒中后神經(jīng)可塑性的具體機制尚未完全明確，運動訓(xùn)練的作用可能與以下因素有關(guān)：運動訓(xùn)練減少腦梗死動物的梗死體積，減輕腦水腫［1］；引起血流動力學(xué)變化，改善腦部血供，促進血管新生，修復(fù)血腦屏障［9-10］；增加腦內(nèi)神經(jīng)營養(yǎng)因子生成，促進突觸超微結(jié)構(gòu)的修復(fù)，促進神經(jīng)細胞新生或突觸重塑［2-4，6，11］；抑制神經(jīng)炎癥，改善梗死周圍區(qū)微環(huán)境，減少神經(jīng)細胞死亡［1-2］。本課題組對缺血性腦卒中后運動訓(xùn)練開始的時機及強度進行了研究，并采用最適的運動訓(xùn)練方案，進行了系列機制研究。現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外研究，對運動訓(xùn)練促進腦卒中后神經(jīng)可塑性的機制進行綜述。

1 運動訓(xùn)練改善腦卒中后神經(jīng)功能障礙的干預(yù)方案

目前研究顯示，運動訓(xùn)練對腦卒中后神經(jīng)功能的改善作用與其介入的時機和強度有關(guān)［1，12-17］。有研究表明，相對于缺血后1 周開始運動訓(xùn)練，缺血后24 h 開始運動訓(xùn)練的腦梗死大鼠其梗死體積更小，神經(jīng)功能的改善更明顯［14］。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，大鼠腦梗死后24 h開始的超早期運動訓(xùn)練會擴大梗死體積，可能加重腦損傷，大鼠腦梗死后7 d開始運動訓(xùn)練的效果更好［15］。一項國際多中心的超早期康復(fù)臨床試驗（a very early rehabilitation trail，AVERT）結(jié)果表明［18-19］，卒中后24 h 內(nèi)開始的超早期運動訓(xùn)練的有效性和安全性并未優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的康復(fù)護理，考慮到超早期康復(fù)治療對于醫(yī)療資源的需求及醫(yī)療風(fēng)險，其在臨床推廣應(yīng)用仍存在困難［18，20］。因此，腦卒中后運動訓(xùn)練介入的最佳時機，仍存在爭議；另一方面，運動訓(xùn)練的強度也影響腦卒中后功能的恢復(fù)［20］。

本課題組在動物實驗中，建立了大腦中動脈閉塞模型，并設(shè)置了4 個運動訓(xùn)練組分別在腦梗死后24 h、48 h、72 h 及96 h 開始訓(xùn)練，運動訓(xùn)練采用中等強度，比較不同介入時間的運動訓(xùn)練對腦梗死后神經(jīng)功能、梗死體積、神經(jīng)炎癥、神經(jīng)細胞死亡及新生的影響，發(fā)現(xiàn)24 h開始的超早期中等強度運動訓(xùn)練不利于腦梗后神經(jīng)功能的恢復(fù)，其機制可能與增加神經(jīng)炎癥及神經(jīng)細胞死亡有關(guān)［1］。腦梗死后48 h、72 h及96 h開始中等強度的運動訓(xùn)練，有利于腦梗死后神經(jīng)功能的恢復(fù)。在確定運動訓(xùn)練介入時機后，我們采用低、中、高三種強度的運動訓(xùn)練方案，在腦梗死后48 h 開始介入，比較發(fā)現(xiàn)48 h 開始的高強度運動訓(xùn)練不利于腦梗死后神經(jīng)功能的恢復(fù)［1］。

考慮到臨床上，長期臥床對于患者可能存在的損害，如增加墜積性肺炎、下肢深靜脈血栓形成、肌萎縮等風(fēng)險，在卒中患者病情穩(wěn)定后，盡早開始的運動訓(xùn)練更有利于患者的功能恢復(fù)［21-22］。因此，腦卒中后應(yīng)結(jié)合患者的臨床情況，病情穩(wěn)定后，早期開始運動訓(xùn)練有利于腦梗死后神經(jīng)功能的恢復(fù)，訓(xùn)練強度及訓(xùn)練持續(xù)時間應(yīng)逐漸增加，并結(jié)合患者的臨床情況進行調(diào)整。

2 運動訓(xùn)練促進腦卒中后神經(jīng)可塑性的機制研究

腦梗死發(fā)生后，梗死中心區(qū)的腦血流量急劇減少，神經(jīng)細胞發(fā)生不可逆性的壞死［1］。腦梗死后，壞死周圍的腦組織腦血流量介于電衰竭和膜衰竭閾值之間，稱為缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）［23］。目前，缺血半暗帶已成為缺血性卒中急性期治療的重要靶點，臨床上一系列的搶救措施主要針對于缺血半暗帶［24-25］。我們及他人的研究發(fā)現(xiàn)［1-3，9，11］，運動訓(xùn)練促進腦梗死后神經(jīng)功能恢復(fù)與其調(diào)節(jié)缺血半暗帶區(qū)神經(jīng)細胞營養(yǎng)因子分泌、神經(jīng)炎癥反應(yīng)，減少神經(jīng)細胞死亡，促進神經(jīng)細胞新生等作用有關(guān)。

2.1 運動訓(xùn)練減少腦卒中后神經(jīng)細胞死亡

腦缺血引起的神經(jīng)細胞死亡是導(dǎo)致腦梗死后神經(jīng)功能障礙主要的病理機制［2，26-28］，壞死和凋亡是腦缺血后神經(jīng)細胞兩種主要的死亡方式［1，29］，近來研究報道，神經(jīng)細胞自噬、焦亡、鐵死亡同樣參與腦缺血后神經(jīng)細胞的死亡［26-28］，目前也被廣泛關(guān)注。

自噬（autophagy）是細胞將細胞內(nèi)長壽命的蛋白和細胞器運送至溶酶體降解和回收利用的途徑［26］。自噬的發(fā)生經(jīng)歷以下過程，一個雙層或多層膜結(jié)構(gòu)非選擇性地包裹細胞質(zhì)內(nèi)的大量蛋白和細胞器，形成自噬體或自噬囊泡；進而自噬體的外膜與溶酶體膜結(jié)合形成自噬溶酶體；最終通過溶酶體水解酶的作用，自噬溶酶體的內(nèi)膜和包裹的細胞質(zhì)成分被分解并重新利用［26］。自噬在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用尚不明確，目前的研究認(rèn)為腦缺血導(dǎo)致腦內(nèi)自噬體聚集，過量的自噬促使細胞發(fā)生一系列病理改變進而引起細胞死亡，減少自噬可以減少神經(jīng)細胞死亡［26］。我們的研究發(fā)現(xiàn)，運動訓(xùn)練可以通過減少自噬體聚積，減少神經(jīng)細胞凋亡和壞死，改善腦梗死大鼠的神經(jīng)功能［1-2］。

此外，焦亡（pyroptosis）和鐵死亡（ferroptosis）也參與腦缺血后神經(jīng)細胞的死亡［27-28］。焦亡是一種炎癥性程序性死亡，細胞焦亡可釋放大量的炎癥因子，進一步激發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，加重損傷［28］。鐵死亡則主要表現(xiàn)為線粒體膜密度增加、線粒體嵴減少或消失、細胞內(nèi)鐵離子過多以及脂質(zhì)過氧化，因這種細胞死亡方式需要鐵離子的存在，故稱為細胞鐵死亡［27］。已有研究發(fā)現(xiàn)，抑制神經(jīng)細胞焦亡或鐵死亡可以促進腦梗死后神經(jīng)功能的恢復(fù)［27-28］，然而，細胞焦亡和鐵死亡［30］在運動訓(xùn)練改善腦梗死后神經(jīng)功能中的作用尚缺乏研究，有望成為未來運動訓(xùn)練促進腦梗死后神經(jīng)可塑性機制研究的新領(lǐng)域。

2.2 運動訓(xùn)練抑制腦卒中后的神經(jīng)炎癥

神經(jīng)炎癥是腦卒中腦內(nèi)重要的病理表現(xiàn)［30］，在腦卒中急性期時可加重腦組織損傷，在卒中恢復(fù)期則影響腦組織的修復(fù)［30］。缺血再灌注導(dǎo)致梗死周圍區(qū)促炎因子IL-1α、IL-1β、TNF-α 等表達增加，導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡，加重腦損傷［1，31-33］。神經(jīng)炎癥過程包括小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的激活［34］，炎癥介質(zhì)、細胞毒性物質(zhì)和活性氧類等（如一氧化氮、細胞因子和趨化因子等）的釋放［35］，以及包括嗜中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞、T 細胞等在內(nèi)的外周免疫細胞的滲透和浸潤［36］。其中小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞是大腦固有免疫系統(tǒng)的主要組分［37-38］，在神經(jīng)炎癥的調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用［1］。

小膠質(zhì)細胞既有神經(jīng)毒性作用，又有神經(jīng)保護功能［39-40］。目前研究發(fā)現(xiàn)，激活的小膠質(zhì)細胞可表現(xiàn)出兩種不同的功能表型，即經(jīng)典激活型和選擇激活型，又被稱為M1 型和M2 型［41］。M1 型小膠質(zhì)細胞可釋放神經(jīng)毒性物質(zhì)募集外周炎癥細胞至損傷區(qū)域，進一步增加炎癥反應(yīng)；M2型小膠質(zhì)細胞則通過釋放抗炎因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子等，發(fā)揮神經(jīng)保護作用［41］。除小膠質(zhì)細胞外，星形膠質(zhì)細胞也參與神經(jīng)炎癥的形成，目前已有報道星形膠質(zhì)細胞同樣存在兩種激活表型，即A1 型（神經(jīng)毒性作用）和A2 型（神經(jīng)保護作用）［42］。A1 型可釋放促炎因子、趨化因子和神經(jīng)毒性物質(zhì)，募集小膠質(zhì)細胞及外周炎癥細胞，誘導(dǎo)神經(jīng)細胞死亡；A2 型可釋放抗炎因子、細胞因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子，并與小膠質(zhì)細胞協(xié)同吞噬髓鞘碎片，促進腦損傷修復(fù)［42-43］。

我們及他人的研究證實，運動訓(xùn)練可抑制腦損傷后促炎因子表達，增加抗炎因子表達［1，39，44-46］。運動訓(xùn)練對于腦損傷后炎癥因子表達的調(diào)節(jié)作用與其對小膠質(zhì)細胞及星形膠質(zhì)細胞的調(diào)控有關(guān)［39，46］。運動訓(xùn)練可以參與調(diào)控小膠質(zhì)細胞內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄［47］。在急性應(yīng)激狀態(tài)下，運動訓(xùn)練可促進BDNF基因的轉(zhuǎn)錄［48］，通過促進CREB結(jié)合蛋白（cy‐clic adenosine monophosphate-responsive element binding protein CREB-binding protein，CBP）磷酸化而抑制小膠質(zhì)細胞的激活；運動訓(xùn)練通過Sir‐tuin-1（SIRT1）增加轉(zhuǎn)錄共激活劑過氧物酶PGC-1alpha 的表達從而抑制炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，增加LPS 刺激條件下小膠質(zhì)細胞吞噬相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，同時上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Nrf2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2），抑制小膠質(zhì)細胞炎癥反應(yīng)［47］。運動訓(xùn)練可調(diào)節(jié)AD 小鼠腦內(nèi)星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)，促進腦源性生長因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和PSD-95 的表達［49］。然而，目前對于運動訓(xùn)練對腦卒中后神經(jīng)膠質(zhì)的調(diào)控機制尚未完全明確，有待進一步深入研究。

2.3 運動訓(xùn)練促進腦卒中后神經(jīng)新生

神經(jīng)再生是腦卒中后神經(jīng)功能恢復(fù)的重要機制，神經(jīng)干細胞的發(fā)現(xiàn)為腦損傷后神經(jīng)再生提供了可靠的依據(jù)。神經(jīng)干細胞（neural stem cells，NSCs）主要具有能夠分裂增殖并且保持細胞的干性、能向神經(jīng)組織多細胞系分化、損傷或疾病可以刺激其分化等特征［50］，這些特征為其應(yīng)用于腦損傷的修復(fù)提供了理論基礎(chǔ)。

目前采用NSCs 修復(fù)腦損傷主要有兩種策略：內(nèi)源性NSCs 激活和外源性NSCs 移植。腦缺血可促進內(nèi)源性NSCs 的增殖、遷移及分化［51-52］。研究發(fā)現(xiàn)，全腦缺血再灌注1 至2 周后，海馬齒狀回（dentategyrus，DG）區(qū)的NSCs 較正常時候多了12倍［51］。腦梗死大鼠同側(cè)腦室室管膜下區(qū)（subven‐tricular zone，SVZ）的NSCs 增殖并遷移到梗死灶周圍，在大腦皮層缺血灶周圍也能檢測到新生的NSCs［52］。但進一步研究發(fā)現(xiàn)，腦梗死后新生的神經(jīng)元前體細胞總數(shù)的80%在6周內(nèi)死亡，只有0.2%的新生細胞最終分化成為成熟的神經(jīng)元細胞，至90 d 時幾乎已觀察不到分化而來的新生神經(jīng)細胞［53］。腦缺血激活的內(nèi)源性NSCs 因增殖、遷移受限，且多分化為膠質(zhì)細胞，僅極少數(shù)分化為功能性神經(jīng)元，其神經(jīng)修復(fù)作用有限。然而，外源性干細胞移植雖可以提供充足的干細胞，但其移植后的分化同樣受限。

因此，探究促進內(nèi)源性NSCs 增殖、遷移，并分化為有功能的神經(jīng)細胞，或促進外源性干細胞分化為有功能的神經(jīng)元，將是應(yīng)用干細胞修復(fù)腦損傷未來研究的方向。有研究發(fā)現(xiàn)，運動訓(xùn)練可以促進內(nèi)源性NSCs 的增殖。我們的研究發(fā)現(xiàn)，運動訓(xùn)練可以促進腦梗死大鼠側(cè)腦室室管膜下區(qū)（subventricu‐lar zone，SVZ）內(nèi)源性NSCs 的增殖、遷移和分化，SDF-1a ∕CXCR4 信號通路參與了運動訓(xùn)練調(diào)控腦梗死大鼠SVZ 區(qū)域內(nèi)源性NSCs 的增殖和遷移，而對分化無明顯影響［6］。人尿源性iPSC 誘導(dǎo)分化的神經(jīng)干細胞在腦卒中大鼠腦內(nèi)生存分化并改善大鼠神經(jīng)功能［54］。

3 總結(jié)與展望

本文通過結(jié)合國內(nèi)外及本課題組的系列研究，闡述了運動訓(xùn)練促進腦卒中后神經(jīng)功能恢復(fù)的作用，探討了運動訓(xùn)練最適的開始時機及訓(xùn)練強度，并系統(tǒng)綜述了運動訓(xùn)練促進腦卒中后神經(jīng)可塑性機制的研究進展。

目前對于腦卒中后損傷及恢復(fù)機制的研究雖較多，然而其機制仍遠未明確。運動訓(xùn)練作為卒中后常用的干預(yù)手段，其療效已被認(rèn)可，但其機制仍有待研究。未來需要更深入、系統(tǒng)地對腦卒中的康復(fù)機制及運動訓(xùn)練促進卒中后神經(jīng)可塑性的機制進行研究，以期為腦卒中康復(fù)的機制提供堅實的理論基礎(chǔ)。