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1、脑缺血-再灌注损伤的研究进展温州医学院药学院药理学教研室陈醒言 n脑血管病是临床常见病、多发病，是目前公认的死亡率较高的病种之一,是首位致残因素。其发病率、病死率及致残率有逐年上升的趋势，其中缺血性脑血管病占绝大部分。n缺血性脑血管病尤其脑缺血后的再灌注损伤，危害极大。缺血再灌注损伤是指各种原因造成的组织血液灌注量减少使细胞发生缺血性损伤的组织恢复血液再灌注后，部分细胞功能代谢障碍及结构破坏反而加重的现象。n对脑血管病发病机制的探讨，以及如何更好地对其进行治疗和康复，一直是我们努力探求的问题。n近年来随着神经影像学、神经遗传学、神经分子生物学、血管内介入治疗、新药研制等的迅猛发展，随着脑血管病
2、治疗模式观念的转变和微创治疗的引入，使我们对脑血管病诊断、治疗以及康复的认识有了进一步拓展。 一. 缺血性脑血管病：A. 短暂性脑缺血发作 (transient ischemic attack,TIA)B. 脑梗塞(cerebral infarction) （脑血栓,cerebral thrombosis） (脑栓塞,cerebral embolism)脑血管病临床上可分为 二.出血性脑血管疾病：A.脑出血(cerebralhemorrhage)非外伤性脑实质内的出血，多发于高血压，脑动脉硬化，起病急，病情严重，死亡率高。B.蛛网膜下腔出血subarachnoidhemorrage,SAH，主
3、要为脑底或脑表面血管破裂，血液流入蛛网膜下腔，引起剧烈头痛和脑膜刺激症。n脑卒中是脑部血液供应障碍引起的脑血管病,也称为中风,脑部动脉血管的粥样硬化是致病的主要原因。n脑卒中的发病率，死亡率和致残率都很高，我国城乡脑卒中年发病率约为120-180/10万，年死亡率约为60-120/10万。n目前脑血管病已成为我国最主要的病死原因之一脑缺血的危险因素： 能导致脑血管病发生的因素为脑血管病危险因素，现有的流行病学调查资料表明,高血压、心脏病、糖尿病和高脂血症等是脑血管病的主要危险因素,而年龄、性别、种族、高盐、肥胖、炎症、血液流变学异常、吸烟、嗜酒、口服避孕药、精神紧张等都被列为脑血管病的相关危险
4、因素。 n 目前研究还证实，遗传因素在脑血管病的发病中起重要作用,故有人将高血压家族史、卒中家族史也列为危险因素，已阐明，脑血管病是遗传因素和环境因素共同作用而引起的一种临床综合征。 n 脑血管病遗传方式的遗传学特征基本上可分为两大类:一类是对有卒中症状遗传性的研究(即单基因卒中);单基因卒中在青年中多见,是由于单基因的缺陷导致心脏栓子、大动脉病变、血液学异常、线粒体异常、离子通道异常以及结缔组织异常等,从而引起卒中。 n 另一类是对卒中本身的遗传学特征的研究（即多基因病变）。因为引起脑血管病的高血压、高脂血症、糖尿病等危险因素,其发生同样有遗传因素参与,同时另有一些基因还直接参与了脑血管病的
5、形成,这样在脑血管病的每一步病理过程中都可能存在遗传的影响, 符合多基因遗传的特点。多基因卒中在中老年中多见。n当脑血流量减少到15-20ml/100g/min, 脑功能出现障碍，此时的脑血流值称为功能损伤性脑缺血阈值。只要增加脑血流量，脑功能仍可恢复。其损伤是可逆的。n如脑血流量继续减少到10-12ml/100g/min 细胞膜的离子泵受损，细胞内外离子平衡遭破坏，就会引起细胞水肿，死亡等一系列不可逆性损伤。此时的脑血流阈值称为形态损害性缺血阈值。 缺血性脑血管疾病的病理生理n脑的不同部位对缺血的耐受能力是不一样的：如海马CA1区，新皮层第3,5,6层神经元和小脑浦肯野细胞对缺血缺氧特别敏感
6、，称为选择性缺血易损细胞。n局部脑缺血区可分为中心区和周边区n周边区的血流量往往介于功能性损伤和形态损害性缺血阈值之间，称为缺血半暗带（ischemic penumbra)脑缺血半暗带理论n半暗区仍可从非阻塞血管得到部分血液供应，神经细胞仅功能受损，其形态结构尚完整，只要增加该区血流，就可恢复其功能，此外治疗药物也能随血流进入半暗区，发挥治疗作用，因此在治疗和恢复神经系统功能上半暗带有重要意义。脑缺血-再灌注损伤： 缺血后脑组织的供氧中断，神经细胞随即出现能量耗竭、糖酵解引发乳酸堆积、细胞内外的离子稳态遭破坏、神经介质的异常释放、一氧化氮和兴奋性氨基酸的毒性作用以及再灌流后氧自由基对脑细胞的进
7、一步损害。这些病理、生化改变一环扣一环倾泻而至，形成瀑布效应，对脑的损害是多环节的。 离子稳态遭破坏兴奋性氨基酸的神经毒作用自由基的生成与损伤炎症反应和细胞因子的作用NO对缺血性脑损伤的双重作用细胞凋亡基因的激活脑缺血再灌注损伤的机制：Ca2+稳态被破坏n脑缺血后，能量生成匮乏，钙泵功能失调，线粒体损伤，细胞膜去极化，大量的Gu释放，激活NMDA受体，导致Ca2+内流，激活Ca2+依赖性蛋白酶，诱导细胞死亡。n激活NOS，进而产生自由基，损伤线粒体，激活中性蛋白酶（calpain）破坏细胞骨架。n激活磷脂酶A2和磷脂酶C，使膜磷脂降解，产生大量游离脂肪酸和AA，后者进而产生TXA2、白三烯，加
8、重细胞损害。n脑血管平滑肌，内皮细胞CA2+内流增加，前者可致血管痉挛，延迟再灌使梗死灶扩大；后者可致内皮细胞收缩，内皮间隙扩大，血脑屏障破坏，产生血管源性水肿。 兴奋性氨基酸n兴奋性氨基酸(ExcitativeAminoAcid,EAA)在缺血再灌注引起的神经元死亡中起到重要的作用n最近研究表明：缺血期间谷氨酸的释放至少有三种方式：1、缺血早期是Ca2+依赖的突触释放2、兴奋性氨基酸转运体的逆转运3、容量依赖性通道的激活n兴奋性毒性作用：主要包括两个方面：缺血后Glu首先激活与AMPA受体偶联的Na+通道，引起Na+内流，导致细胞毒性脑水肿；细胞内Na+增高使浆膜去极化进而开启电压依赖性Ca
9、2+通道，同时谷Glu激活NMDA受体门控Ca2+通道，以及IP3使细胞内内质网（Ca2+库）贮存的Ca2+释放增加，导致细胞内游离Ca2+超载，激发一系列瀑布样病理生理过程，进一步导致神经元的死亡。n脑缺血发生后NO立即迅速短暂升高515min达高峰,60min下降到原有水平.在MCAO后10-20min全脑NOS的活性增高,持续性局部脑缺血后数小时至数天内, NO继发性增高。nNO对脑缺血有双重作用：nNO能激活鸟苷酸环化酶使cGMP增多，扩张血管，改善脑缺血损伤。nNO可通过与超氧阴离子生成过氧亚硝酸根离子，损伤细胞膜，降低ATP酶活性，产生神经毒性。一氧化氮（nitric oxide，
10、NO）n早期增加NO通过NO/cGMP途径扩张脑血管，增加脑血流量，抗血小板聚集，对脑起保护作用,是生物体内存在的一种自我保护机制；n而缺血后期由炎症细胞，吞噬细胞诱导产生大量iNOS由此产生的NO的过度释放则起着细胞毒性作用，导致DNA损伤，引起细胞死亡及启动细胞凋亡一氧化氮神经毒性作用机制1.通过超氧自由基起细胞毒性作用2.使各种含铁-硫的酶失活(线粒体中的泛醌氧化还原酶,琥珀酸氧化还原酶,顺乌头酸氧化还原酶等均为含有Fe-S中心的蛋白质,NO极易与Fe结合形成Fe-NO,使之失活,抑制线粒体呼吸.3.引起蛋白质的ADP-核糖化4.引起DA大量释放而引起神经毒作用 自由基（free rad
11、icals，FR）n人体内的自由基主要有超氧阴离子（O2-）、羟自由基（OH-）、一氧化氮自由基（NO）、烷自由基、烷氧基和烷过氧基、脂质过氧化物自由基等。n脑缺血再灌注时，线粒体氧化磷酸化脱偶联，产生大量自由基。大量自由基与脂质、蛋白质、及核酸发生反应，引起一系列过氧化损伤，如破坏细胞膜结构、干扰和抑制蛋白质的合成，导致许多重要酶系的失活，Na+泵、Ca2+泵、谷氨酸释放等造成细胞死亡。免疫炎症反应n以往认为，脑是免疫特许器官，缺乏对损伤产生炎症反应的能力，但近年随着分子生物学和分子免疫学的发展，发现白细胞浸润所致的炎性反应在脑缺血再灌注损伤的发生、发展中起重要作用。脑缺血再灌注损伤时，氧自
12、由基等信使激活炎性细胞因子，使白细胞和血管内皮细胞表面的黏附分子表达上调，中性粒细胞向微血管内皮细胞移动和黏附，致使中性粒细胞在缺血脑组织中浸润引起损伤。细胞凋亡（apoptosis）n细胞凋亡是维持机体内环境稳定、由基因调控的细胞自主动有序的死亡，是机体代谢的主动过程，它涉及到一系列基因的激活、表达和调控。细胞凋亡的调控基因包括了BCL、 CED、 ICE（IL-1）及P53等.n脑缺血后出现的能量耗竭、乳酸堆积、一氧化氮和兴奋性氨基酸的毒性作用以及再灌流后氧自由基的增加，都是激活细胞凋亡调控基因的不利因素，其结果是加快了细胞正常死亡的进程其他n热休克蛋白 HSP70的过度表达能保护神经细胞
13、，其机制可能是HSP能抑制caspase的活化和NF-B。脑缺血后HSP32能持续表达产生抗氧化应激作用。n细胞因子 脑缺血/缺氧刺激炎症因子的基因表达， NF-B、PAF、TNF-、IL-1、内皮细胞粘附分子大量表达，脑部炎症反应十分明显。n补体 可通过多种途径导致脑损害n多巴胺 多巴胺及其代谢产物均具有神经损伤作用n脑缺血再灌注损伤是一个复杂的病理过程,包括缺血期的原发性损伤和再灌注期的继发性损伤,其始动因素是脑组织缺血缺氧,但再灌注后所造成的损伤不仅于此,更与自由基损伤、细胞内Ca2 + 超载、白细胞积聚、炎性细胞因子的损伤、兴奋性氨基酸的神经毒性作用、缺血区的代谢障碍以及水电解质紊乱、
14、基因表达异常等因素有关。而且,这些因素或环节互为因果或相互影响,最终导致神经细胞损伤、凋亡、坏死及脑水肿。其中,自由基连锁反应是脑缺血再灌注损伤的核心环节,而钙超载则可能是导致神经元死亡的最后通路。脑缺血再灌注损伤的治疗研究 目前临床应用的药物种类繁多，但疗效并不令人满意。主要治疗策略有以下几种： 抗炎症治疗 自由基清除剂 兴奋性氨基酸受体拮抗剂 离子通道阻断剂 选择性脑血管扩张药 五、 脑保护剂 六、基因治疗 二、抗凝治疗三、抗血小板药四、降低脑水肿和颅内压药 一、溶栓n急性期的治疗首先应尽早恢复缺血区的血液供应，使脑血流达到缺血阈值以上，阻止缺血性损害的发展。改善缺血区的血供可以保护缺血半
15、暗带，使梗死区不致扩大，以利于神经功能的代偿和康复。 早期溶栓治疗仍受到临床关注，它是疏通血管、缩小梗死灶、减轻脑水肿最有效的治疗方法之一，溶栓治疗重要的一点是严格掌握好治疗时间窗（发病6小时以内），严格掌握好适应证，即CT片上无低密度灶和出血灶患者、无出血倾向、无手术、抗凝和血凝异常的病史。 目前临床使用的溶栓药物有以下几种：链激酶（SK）、尿激酶（UK）、组织型纤溶酶原激活剂（tPA）和重组组织型纤溶酶原激活物（rtPA）、甲氧苯甲酰化纤维蛋白溶酶原-链激酶激活剂复合物（APSAC）、重组单链尿激酶型纤溶酶原激活物（rscuPA）。 链激酶是溶血性链球菌产生的一种酶，分子量45000-48
16、000，半衰期30分钟，不增加激活纤溶酶原，首先与纤溶酶原结合形成复合物，再激活纤溶酶原。特点：引起短暂高纤溶酶血症，耗竭血中a2抗纤溶酶对血块选择性差，易引起出血对人体有抗原性目前国内外已少用链激酶（SK）n1951年由Wiuiams发现n由人尿或人肾培养物制得的一种丝氨酸蛋白酶，由二条多肽链组成，对纤维蛋白原为非选择性，可直接活化纤维蛋白溶解酶原，使纤溶原中的精氨酸560-颉氨酸561的肽键断裂转变为纤溶酶，产生纤溶作用。n半衰期16分钟尿激酶（Urokinase,UK）n是一种单链丝氨酸蛋白酶，又称前尿激酶（pro-UK)n分子量：1000道尔顿n正常存在人尿液和血液中，现可用基因重组技术产生n特点：溶栓活性较强对纤维蛋白有特异亲和力，能在局部有效地使纤溶酶原转化为纤溶酶，溶解纤维蛋白较少产生纤溶状态 无抗原性，价格昂贵单链尿激酶型纤溶酶原激活剂-scu-PA（沙芦普酶）组织型纤溶酶原激活剂(t-PA) 对血液循环中纤维蛋白原的降解作用弱，与血栓上的纤维蛋白结合力较强，对血栓的纤溶活性强，出血副反应较少。临床应用的是通过重组技术生产的rt-PA,即阿替普酶（Alteplase)对
