遠隔缺血預處理腦保護作用的探究范文

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《腦與神經疾病雜志》2018年第3期

雖然目前對神經元細胞死亡的基本分子機制的研究已經取得進展，但隨后的臨床試驗得出的結論卻不容樂觀。許多神經保護劑在動物模型中有效，但在人體實驗上卻不成功［1］。研究表明僅有少數幾種神經保護劑被證明是臨床有效的。所以目前對于缺血性腦卒中的預防和治療已經逐漸成為國內外研究的新熱點，尤其是缺血性腦卒中遠隔缺血處理，是指給予再灌注組織或器官接受短期的非致死性缺血量干預，調動機體內源性保護機制來保證遠隔器官或組織抵抗更嚴重的缺血-再灌注損傷［2-3］。其中遠隔缺血預處理具有良好的耐受性、安全性、有效性和易行性［2-3］，更好地適合臨床應用的條件，有更廣闊的臨床應用前景。今將其概念、方法、作用機制進行闡述。

一、遠隔缺血預處理的概念、方法、早晚期保護

缺血預處理（ischemicpreconditioning，IPC）的概念在1986年由Murry等［4］首次被提出。IPC是一種通過短期的局部缺血的治療方法，以防止在同一組織或器官中隨后的更長時間的缺血［5］。早在1990年，神經元IPC的保護作用通過體內實驗也得以證實［6］。在缺血性卒中患者中也已經證實了IPC的保護作用，如臨床研究報道的缺血性腦卒中之前的短暫性腦缺血發作（transientischemicattack，TIA）可通過IPC緩解神經功能缺損癥狀并改善急性缺血性卒中患者的臨床預后［7］。遠隔缺血預處理（remoteischemicpreconditioning，RIPC）的概念被提出［5］，旨在通過一種器官的短暫的亞致死缺血刺激保護另一種器官免受長時間的缺血性損傷，目前RIPC已被證明可以在動物模型中的心肌和成年大腦缺血后起保護作用［8］。早在2002年，第一臨床相關的大型動物（豬）模型顯示RIPC通過后肢止血帶周期規律的閉塞后肢血管可以減少心肌梗死的面積，這一發現引起了研究人員后續臨床試驗的興趣。隨著大規模的動物及臨床試驗的開展，已經證明RIPC在動物和臨床研究中有效保護大腦免受缺血-再灌注損傷［9-10］。RIPC有兩種不同的保護時期：早期保護和延遲保護。RIPC對腦組織的保護作用通常在延遲保護時期發揮作用，但這兩種缺血保護的類型在腦和心臟中均已得到證實。眾所周知，早期保護與蛋白質合成無關，主要針對蛋白質翻譯后的修飾過程［11］，并且其保護性作用簡單、迅速，可以在預處理后立即被激活，一般持續約4h左右。延遲保護模式涉及新的蛋白質從頭合成過程以及相關基因的上調或下調的結果，一般在預處理刺激后24h起作用，可以持續48h至96h［12］。

二、RIPC的腦保護機制

RIPC最引人注目的是其從遠處作用到引起靶組織或器官產生保護性因子的能力。目前研究已經提出了RIPC的多種作用機制，包括神經元通路、體液通路、炎性反應和相關分子機制［13］。

1.神經元通路

神經元通路包括體感和自主神經系統和脊髓［14］。目前針對缺血性卒中的實驗也證實了神經元通路的存在。幾個實驗模型的證據表明，應用傳入神經阻滯劑可以有效減輕腦缺血大鼠RIPC的心臟保護作用［15］,這就表明了傳入神經參與其中。隨后通過不同的方法誘導大腦中動脈閉塞（middlecerebralarteryocclusion，MCAO）大鼠中的RIPC引起臨時缺血的兩項研究表明，RIPC的神經保護作用可被神經節阻滯劑消除［16］，證實了神經節在神經元通路整合中的重要性。進一步的研究證明，迷走神經節神經元在神經元通路的信號傳導中起重要作用。在家兔模型實驗中通過阻斷迷走神經、脊髓切除術或應用抑制劑可以消除RIPC誘導的心臟保護作用［17］。直接刺激遠隔組織或器官的感覺神經也可以產生類似RIPC誘導的心臟保護作用［18］。大鼠模型的研究表明，RIPC的循環因子由迷走神經的胃后分支支配的內臟器官產生并釋放到全身循環中［19］。在腦保護作用的相關研究中，通過切斷坐骨神經可以阻滯RIPC誘導的腦缺血耐受作用［20］。

2.體液通路

對于遠隔缺血預處理的作用機制，除已知的神經元通路外，還涉及多條相關體液遞質介導的體液通路。例如：熱休克蛋白、阿片樣物質、腺苷、緩激肽、兒茶酚胺、血紅素加氧酶、一氧化氮、腫瘤壞死因子α（tumornecrosisfactor-α，TNF-α）、血管緊張素和前列腺素等在預處理刺激后在缺血性損傷的遠端組織中起關鍵的保護作用［21-22］。在已知的家兔模型中通過輸全血或冠狀動脈流出物到另一只非預處理的家兔，其血液內的相關介質到達相應受體產生細胞內的連鎖反應并引發RIPC的保護作用［23］。

3.炎性反應

在RIPC后可以發現到炎癥反應被抑制的證據。目前已經證明在RIPC后細胞膜中的特異性黏附分子細胞間黏附分子-1（intercellularcelladhesionmolecule-1，ICAM-1）、P-選擇蛋白顯著減少。白細胞-內皮細胞相互作用受RIPC調節，并且在缺血區域內可以檢測到活化白細胞的數量減少［24］。此外，RIPC可以抑制循環白細胞中的促炎基因表達，這些基因與白細胞活化，細胞黏附和細胞內信號傳導相關［25］。研究表明RIPC對炎癥系統有直接的影響作用，從而防止缺血性損傷的加重。實驗表明預處理后心肌組織中的炎癥遞質（IL-6，IL-8，IL-10和TNF-α）以及熱休克蛋白-70（heatshockprotein-70，HSP-70）表達水平明顯上調［26-27］。然而在人體白細胞中，RIPC刺激物被發現可以抑制促炎基因轉錄，同時上調熱休克蛋白和鈣蛋白酶抑制蛋白表達［28］，其作用可持續到RIPC后10d。蛋白質組學分析表明在RIPC后的血漿中可以檢測血紅蛋白β鏈、纖維蛋白原β鏈上調節，從而參與保護作用［29］。低氧誘導型轉錄因子（hypoxiainduciblefactor，HIF）可對環境中氧的變化做出反應，并在適應缺血狀況方面發揮關鍵作用，它是由不穩定的α亞基和穩定的β亞基組成。目前的動物實驗已經表明，缺血時可形成HIF-1α，用以提供缺血保護作用［30］。在缺血情況下HIF依賴性基因的上調被認為是具有組織保護作用。低氧反應導致HIF觸發并積累，并進一步誘導超過100種基因的表達。基因表達其產物如紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）、轉鐵蛋白、血管內皮生長因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）和多種糖酵解酶可以促進缺血條件下的細胞存活。

4.分子機制

線粒體功能障礙被認為是缺血-再灌注損傷的主要原因。目前關于RIPC和IPC的作用機理的研究表明，數種蛋白激酶在缺血預處理期間被激活，并且靶向維持線粒體的功能，特別是抑制線粒體通透性轉換孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore，mPTP）的開放從而實現缺血-再灌注損傷的保護作用［31］。最初，亞致死性的缺血性損傷導致細胞ATP水平的暫時降低。已經證明在線粒體ATP合成酶被抑制的數分鐘后ATP/ADP的比值降低［32］。ATP的代謝物，如ADP，AMP和腺苷，可能會激活缺血耐受途徑。腺苷預處理在體內和體外研究中可以降低缺血性損傷［33］。ATP/ADP比值的降低也可以直接或間接激活線粒體腺苷三磷酸敏感鉀通道（K+ATP通道），這些通道在缺血耐受中起關鍵作用。缺血耐受的關鍵因素之一是位于肌膜和線粒體中的K+ATP通道的開放。K+ATP通道的活化參與了RIPC的保護作用［34］。同時有研究顯示K+ATP通道活化劑二氮嗪（diazoxide）可模擬預處理的保護作用，這些均表明了K+ATP通道在RIPC過程中起保護作用。緩激肽β2受體激活導致蛋白激酶（proteinkinaseCε，PKCε）活化。PKCε易位線粒體提高了線粒體K+ATP通道的活性從而發揮保護作用［35］。此外還有許多研究揭示了活化的阿片受體參與缺血-再灌注損傷組織的調節機制，表明內源性阿片樣物質可以對急性和慢性缺血起保護作用［36］。一氧化氮（nitricoxide，NO）除引起局部血管舒張外，還可能引發其他信號通路開放，并誘導肝血紅素加氧酶-1（hemeoxygenase-1，HO-1）的產生，它是一種具有抗炎作用的應激誘導蛋白［37］。硫化氫（hydrogensulfide，H2S）是由細胞在缺血條件下產生的代謝產物，與NO具有相似的性質，因此可能是RIPC保護作用機制相關的另一種可能的介質［34］。心臟和腎臟缺血模型的結果表明，絲裂激活蛋白激酶途徑也可能在預處理誘導的缺血保護中起到重要作用。此外2014年Cherry-Allen等［39］研究表明微小RNA-144（microRNA-144）的系統釋放在RIPC誘導的心臟保護中起關鍵作用，并且可能被認為是RIPC有效性的生物標志物［38］。

小結

RIPC對于中樞神經系統的保護作用的基礎和臨床研究，迄今為止也很有限，對其明確的保護機制尚不完全清楚。但是RIPC已經在健康成人中有著很好的運用［39］。此外，RIPC已經在局灶性腦缺血中展示出有良好的保護作用，作為一種在急性缺血性卒中臨床治療及預防的輔助工具，并且能夠降低腦組織中梗塞的再發風險［40］。雖然關于RIPC的保護作用機制涉及的主要腦結構尚未被確定，但是關于這個問題的研究被認為還是有價值的［17］。因為遠隔缺血預處理具有無創、簡便、安全性高、成本低等優勢，能夠很好地向臨床轉化，應用前景廣闊。但是RIPC還需要大量、多中心、隨機臨床試驗來確定其最佳治療方案，并進一步評估RIPC在人類缺血性損傷中的巨大潛在益處。

作者：白明；王麗華