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远隔缺血预处理脑保护作用的探究

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《脑与神经疾病杂志》2018年第3期

虽然目前对神经元细胞死亡的基本分子机制的研究已经取得进展,但随后的临床试验得出的结论却不容乐观。许多神经保护剂在动物模型中有效,但在人体实验上却不成功[1]。研究表明仅有少数几种神经保护剂被证明是临床有效的。所以目前对于缺血性脑卒中的预防和治疗已经逐渐成为国内外研究的新热点,尤其是缺血性脑卒中远隔缺血处理,是指给予再灌注组织或器官接受短期的非致死性缺血量干预,调动机体内源性保护机制来保证远隔器官或组织抵抗更严重的缺血-再灌注损伤[2-3]。其中远隔缺血预处理具有良好的耐受性、2018注册送白菜网站性、有效性和易行性[2-3],更好地适合临床应用的条件,有更广阔的临床应用前景。今将其概念、方法、作用机制进行阐述。

一、远隔缺血预处理的概念、方法、早晚期保护

缺血预处理(ischemicpreconditioning,IPC)的概念在1986年由Murry等[4]首次被提出。IPC是一种通过短期的局部缺血的治疗方法,以防止在同一组织或器官中随后的更长时间的缺血[5]。早在1990年,神经元IPC的保护作用通过体内实验也得以证实[6]。在缺血性卒中患者中也已经证实了IPC的保护作用,如临床研究报道的缺血性脑卒中之前的短暂性脑缺血发作(transientischemicattack,TIA)可通过IPC缓解神经功能缺损症状并改善急性缺血性卒中患者的临床预后[7]。远隔缺血预处理(remoteischemicpreconditioning,RIPC)的概念被提出[5],旨在通过一种器官的短暂的亚致死缺血刺激保护另一种器官免受长时间的缺血性损伤,目前RIPC已被证明可以在动物模型中的心肌和成年大脑缺血后起保护作用[8]。早在2002年,第一临床相关的大型动物(猪)模型显示RIPC通过后肢止血带周期规律的闭塞后肢血管可以减少心肌梗死的面积,这一发现引起了研究人员后续临床试验的兴趣。随着大规模的动物及临床试验的开展,已经证明RIPC在动物和临床研究中有效保护大脑免受缺血-再灌注损伤[9-10]。RIPC有两种不同的保护时期:早期保护和延迟保护。RIPC对脑组织的保护作用通常在延迟保护时期发挥作用,但这两种缺血保护的类型在脑和心脏中均已得到证实。众所周知,早期保护与蛋白质合成无关,主要针对蛋白质翻译后的修饰过程[11],并且其保护性作用简单、迅速,可以在预处理后立即被激活,一般持续约4h左右。延迟保护送体验机无需申请涉及新的蛋白质从头合成过程以及相关基因的上调或下调的结果,一般在预处理刺激后24h起作用,可以持续48h至96h[12]。

二、RIPC的脑保护机制

RIPC最引人注目的是其从远处作用到引起靶组织或器官产生保护性因子的能力。目前研究已经提出了RIPC的多种作用机制,包括神经元通路、体液通路、炎性反应和相关分子机制[13]。

1.神经元通路

神经元通路包括体感和自主神经系统和脊髓[14]。目前针对缺血性卒中的实验也证实了神经元通路的存在。几个实验模型的证据表明,应用传入神经阻滞剂可以有效减轻脑缺血大鼠RIPC的心脏保护作用[15],这就表明了传入神经参与其中。随后通过不同的方法诱导大脑中动脉闭塞(middlecerebralarteryocclusion,MCAO)大鼠中的RIPC引起临时缺血的两项研究表明,RIPC的神经保护作用可被神经节阻滞剂消除[16],证实了神经节在神经元通路整合中的重要性。进一步的研究证明,迷走神经节神经元在神经元通路的信号传导中起重要作用。在家兔模型实验中通过阻断迷走神经、脊髓切除术或应用抑制剂可以消除RIPC诱导的心脏保护作用[17]。直接刺激远隔组织或器官的感觉神经也可以产生类似RIPC诱导的心脏保护作用[18]。大鼠模型的研究表明,RIPC的循环因子由迷走神经的胃后分支支配的内脏器官产生并释放到全身循环中[19]。在脑保护作用的相关研究中,通过切断坐骨神经可以阻滞RIPC诱导的脑缺血耐受作用[20]。

2.体液通路

对于远隔缺血预处理的作用机制,除已知的神经元通路外,还涉及多条相关体液递质介导的体液通路。例如:热休克蛋白、阿片样物质、腺苷、缓激肽、儿茶酚胺、血红素加氧酶、一氧化氮、肿瘤坏死因子α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)、血管紧张素和前列腺素等在预处理刺激后在缺血性损伤的远端组织中起关键的保护作用[21-22]。在已知的家兔模型中通过输全血或冠状动脉流出物到另一只非预处理的家兔,其血液内的相关介质到达相应受体产生细胞内的连锁反应并引发RIPC的保护作用[23]。

3.炎性反应

在RIPC后可以发现到炎症反应被抑制的证据。目前已经证明在RIPC后细胞膜中的特异性黏附分子细胞间黏附分子-1(intercellularcelladhesionmolecule-1,ICAM-1)、P-选择蛋白显著减少。白细胞-内皮细胞相互作用受RIPC调节,并且在缺血区域内可以检测到活化白细胞的数量减少[24]。此外,RIPC可以抑制循环白细胞中的促炎基因表达,这些基因与白细胞活化,细胞黏附和细胞内信号传导相关[25]。研究表明RIPC对炎症系统有直接的影响作用,从而防止缺血性损伤的加重。实验表明预处理后心肌组织中的炎症递质(IL-6,IL-8,IL-10和TNF-α)以及热休克蛋白-70(heatshockprotein-70,HSP-70)表达水平明显上调[26-27]。然而在人体白细胞中,RIPC刺激物被发现可以抑制促炎基因转录,同时上调热休克蛋白和钙蛋白酶抑制蛋白表达[28],其作用可持续到RIPC后10d。蛋白质组学分析表明在RIPC后的血浆中可以检测血红蛋白β链、纤维蛋白原β链上调节,从而参与保护作用[29]。低氧诱导型转录因子(hypoxiainduciblefactor,HIF)可对环境中氧的变化做出反应,并在适应缺血状况方面发挥关键作用,它是由不稳定的α亚基和稳定的β亚基组成。目前的动物实验已经表明,缺血时可形成HIF-1α,用以提供缺血保护作用[30]。在缺血情况下HIF依赖性基因的上调被认为是具有组织保护作用。低氧反应导致HIF触发并积累,并进一步诱导超过100种基因的表达。基因表达其产物如红细胞生成素(erythropoietin,EPO)、转铁蛋白、血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)和多种糖酵解酶可以促进缺血条件下的细胞存活。

4.分子机制

线粒体功能障碍被认为是缺血-再灌注损伤的主要原因。目前关于RIPC和IPC的作用机理的研究表明,数种蛋白激酶在缺血预处理期间被激活,并且靶向维持线粒体的功能,特别是抑制线粒体通透性转换孔(mitochondrialpermeabilitytransitionpore,mPTP)的开放从而实现缺血-再灌注损伤的保护作用[31]。最初,亚致死性的缺血性损伤导致细胞ATP水平的暂时降低。已经证明在线粒体ATP合成酶被抑制的数分钟后ATP/ADP的比值降低[32]。ATP的代谢物,如ADP,AMP和腺苷,可能会激活缺血耐受途径。腺苷预处理在体内和体外研究中可以降低缺血性损伤[33]。ATP/ADP比值的降低也可以直接或间接激活线粒体腺苷三磷酸敏感钾通道(K+ATP通道),这些通道在缺血耐受中起关键作用。缺血耐受的关键因素之一是位于肌膜和线粒体中的K+ATP通道的开放。K+ATP通道的活化参与了RIPC的保护作用[34]。同时有研究显示K+ATP通道活化剂二氮嗪(diazoxide)可模拟预处理的保护作用,这些均表明了K+ATP通道在RIPC过程中起保护作用。缓激肽β2受体激活导致蛋白激酶(proteinkinaseCε,PKCε)活化。PKCε易位线粒体提高了线粒体K+ATP通道的活性从而发挥保护作用[35]。此外还有许多研究揭示了活化的阿片受体参与缺血-再灌注损伤组织的调节机制,表明内源性阿片样物质可以对急性和慢性缺血起保护作用[36]。一氧化氮(nitricoxide,NO)除引起局部血管舒张外,还可能引发其他信号通路开放,并诱导肝血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)的产生,它是一种具有抗炎作用的应激诱导蛋白[37]。硫化氢(hydrogensulfide,H2S)是由细胞在缺血条件下产生的代谢产物,与NO具有相似的性质,因此可能是RIPC保护作用机制相关的另一种可能的介质[34]。心脏和肾脏缺血模型的结果表明,丝裂激活蛋白激酶途径也可能在预处理诱导的缺血保护中起到重要作用。此外2014年Cherry-Allen等[39]研究表明微小RNA-144(microRNA-144)的系统释放在RIPC诱导的心脏保护中起关键作用,并且可能被认为是RIPC有效性的生物标志物[38]。

小结

RIPC对于中枢神经系统的保护作用的基础和临床研究,迄今为止也很有限,对其明确的保护机制尚不完全清楚。但是RIPC已经在健康成人中有着很好的运用[39]。此外,RIPC已经在局灶性脑缺血中展示出有良好的保护作用,作为一种在急性缺血性卒中临床治疗及预防的辅助工具,并且能够降低脑组织中梗塞的再发风险[40]。虽然关于RIPC的保护作用机制涉及的主要脑结构尚未被确定,但是关于这个问题的研究被认为还是有价值的[17]。因为远隔缺血预处理具有无创、简便、2018注册送白菜网站性高、成本低等优势,能够很好地向临床转化,应用前景广阔。但是RIPC还需要大量、多中心、随机临床试验来确定其最佳治疗方案,并进一步评估RIPC在人类缺血性损伤中的巨大潜在益处。

作者:白明;王丽华

脑与神经疾病杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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