缺血性腦卒中的分子機制研究進展(二)

缺血性腦卒中的分子機制研究進展

一、缺血性腦卒中的分子機制研究

腦卒中，又稱中風(fēng)，是一種突然起病的腦血液循環(huán)障礙性疾病。腦卒中分為缺血性腦卒中（IS）和出血性腦卒中（HS），其中缺血性腦卒中大約占所有腦卒中的80%，是指局部腦組織區(qū)域血液供應(yīng)障礙，導(dǎo)致腦組織缺血缺氧而發(fā)生病變壞死。缺血性腦卒中具有高發(fā)病率、高致殘率和高死亡率的特點，已成為人類健康的一大威脅。通過研究缺血性腦卒中的發(fā)病機制，可為臨床預(yù)防和治療該病提供有效的理論依據(jù)。

1.1缺血性腦卒中的病理機制

缺血性腦卒中發(fā)生后，由于大腦血流供應(yīng)中斷，引起能量代謝障礙和興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。能量代謝障礙①誘導(dǎo)誘導(dǎo)氧自由基的產(chǎn)生和線粒體功能損傷，從而導(dǎo)致細胞膜的完整性遭到破壞；②則導(dǎo)致離子泵功能障礙，使大量的Ca2+、Na+ 等離子內(nèi)流，誘導(dǎo)了大量酶及炎癥因子的產(chǎn)生，導(dǎo)致DNA斷裂和細胞骨架的破壞。大量的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)叢神經(jīng)軸突末端釋放后與相應(yīng)的受體作用而產(chǎn)生興奮性毒性。能量耗竭、Ca2+內(nèi)流、興奮性毒性以及炎癥反應(yīng)等機制共同導(dǎo)致了細胞凋亡。

    能量耗竭和酸中毒腦組織在缺血、缺氧狀態(tài)下，細胞的能量代謝轉(zhuǎn)為無氧酵解，使細胞出現(xiàn)能量耗竭。無氧酵解引起腦組織缺血性乳酸酸中毒，細胞Na+-K+ 泵功能損傷，K+ 大量外溢，同時Na+、Cl-及Ca2+大量流人細胞內(nèi)引起細胞損傷；缺血區(qū)乳酸堆積還可引起神經(jīng)膠質(zhì)和內(nèi)皮細胞的水腫和壞死，加重缺血性損害。

    細胞內(nèi)Ca2+ 超載細胞Ca2+ 超載可通過下述機制導(dǎo)致細胞死亡：①大量Ca2+沉積于線粒體，干擾氧化磷酸化，使能量產(chǎn)生障礙；②細胞內(nèi)Ca2+ 依賴性酶類過度激活可使神經(jīng)細胞骨架破壞；③激活磷脂酶，使膜磷脂降解，訩通過生成大量自由基加重細胞損害；訪可激活血小板，促進微血栓形成，在缺血區(qū)增加梗死范圍；④腦缺血時，腦血管平滑肌和內(nèi)皮細胞均有明顯的Ca2+ 超載。前者可致血管收縮、痙攣，血管阻力增加，延遲再灌流，從而腦梗死灶擴大；后者可致內(nèi)皮細胞收縮，血腦屏障通透性增高，產(chǎn)生血管源性腦水腫。

    興奮性氨基酸毒性作用中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的神經(jīng)遞質(zhì)是氨基酸類。興奮性毒性指腦缺血缺氧造成的能量代謝障礙直接抑制細胞質(zhì)膜上Na+-K+-ATP 酶活性，使胞外K+ 濃度顯著增高，神經(jīng)元去極化，興奮性氨基酸（EAA）在突觸間隙大量釋放，因而過度激活EAA受體，使突觸后神經(jīng)元過度興奮并最終死亡的病理過程。EAA通過下述兩種機制引起興奮性毒性：①α-氨基-3-羥基-5- 甲基-4-異惡唑丙酸（AMPA）受體和海人藻酸（KA）受體過度興奮引起神經(jīng)細胞急性滲透性腫脹，可在數(shù)小時內(nèi)發(fā)生，以Na+ 內(nèi)流，以及Cl-和H2O 被動內(nèi)流為特征；②N-甲基-D-天冬氨酸（NM DA）受體過度興奮所介導(dǎo)的神經(jīng)細胞遲發(fā)性損傷，可在數(shù)小時至數(shù)日發(fā)生，以持續(xù)的Ca2+內(nèi)流為特征。

    自由基損傷在急性腦缺血時，自由基產(chǎn)生和清除平衡狀態(tài)受到破壞而引起腦損傷。其機制為：①缺血腦細胞能量衰竭，谷氨酸、天門冬氨酸的增多，此時電壓依賴性鈣通道和NMDA 受體操縱的鈣通道開放，Ca2+ 大量內(nèi)流，使黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)化為黃嘌呤氧化酶，后者催化次黃嘌呤氧化為黃嘌呤并同時產(chǎn)生氧自由基；Ca2+大量內(nèi)流還可激活磷脂酶，造成血管內(nèi)皮細胞和腦細胞的膜磷脂降解，產(chǎn)生自由基；②三羧酸循環(huán)發(fā)生障礙，不能為電子傳遞鏈的細胞色素氧化酶提供足夠的電子將O2 還原成H2O，從而生成氧自由基。③NO增多并與氧自由基相互作用形成過氧亞硝基陰離子，進而分解為OH-和NO2-；④梗死灶內(nèi)游離血紅蛋白和鐵離子與存在于細胞內(nèi)的H2O2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生OH-和氧自由基。⑤缺血灶由于趨化因子增加，在血管內(nèi)皮表面吸附大量中性粒細胞和血小板，前者通過細胞色素系統(tǒng)和黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生氧自由基和H2O2，后者通過血小板活化因子引起細胞內(nèi)Ca2+濃度升高，促進自由基生成。

    1.2 炎癥反應(yīng)在腦缺血損傷過程中具有重要作用。

    在腦缺血損害發(fā)生后，炎癥細胞產(chǎn)生多種多效性細胞因子。在致炎細胞因子占主導(dǎo)地位時，加重腦缺血損害，在抗炎因子占主導(dǎo)時，對腦缺血產(chǎn)生保護作用。如白細胞介素1（IL-1）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）和單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）加重腦缺血損害，轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）對腦缺血有保護作用。IL-1是重要的炎性介質(zhì)之一，主要由巨噬細胞產(chǎn)生，具有致熱和介導(dǎo)炎癥的作用。腦缺血時，IL-1增多，花生四烯酸釋放，NMDA受體介導(dǎo)的興奮毒性增強和NO 的合成增加。在腦缺血急性期，IL-1β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。TNF-α主要由活化的單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，作用于血管內(nèi)皮細胞，①提高粘附分子的表達水平，引起中性粒細胞的粘附聚集及活化，導(dǎo)致微血管灌注減少；②誘導(dǎo)血管活性物質(zhì)如PG、IL-6 和IL-8等的釋放，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(nèi)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(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡。MCP-1 在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。MCP-1 對單核細胞具有趨化活性，使其胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高，超氧陰離子的產(chǎn)生和釋放，并釋放溶菌酶，上調(diào)單核細胞和巨噬細胞粘附分子的表達和細胞因子IL-1、IL-6的產(chǎn)生。

   1.3細胞凋亡細胞凋亡與缺血后神經(jīng)細胞生存環(huán)境發(fā)生變化。

包括興奮性氨基酸、自由基、一氧化氮、Ca2+等，以及一些誘導(dǎo)凋亡的基因過度表達有關(guān)。參與細胞凋亡的因子主要包括兩大類：Bcl-2 家族和Caspase家族，其他還有p53、NK、κb和凋亡因子等。Bcl-2是存在于B細胞淋巴瘤中的一類原癌基因，根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)可將其家族成員分為抗凋亡基因和促進凋亡基因。家族成員之間可形成同源或異源二聚體，而特定的二聚體可作為在細胞死亡信號通路上的分子開關(guān)，調(diào)控蛋白酶和核酸酶活性，雙向調(diào)節(jié)細胞凋亡。 Caspases是一組存在于細胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的蛋白酶，它們直接參與凋亡早期啟動，凋亡信號的傳遞以及凋亡晚期作用于一系列細胞骨架蛋白及細胞修復(fù)酶并導(dǎo)致其裂解，產(chǎn)生細胞皺縮、核分裂、DNA斷裂等凋亡特征現(xiàn)象，從而導(dǎo)致細胞凋亡。[02]