丙泊酚对缺血性脑损伤脑保护作用机制的研究进展

黄 蕊 刘志刚

武汉大学人民医院麻醉科，湖北武汉 430060

缺血性脑损伤（ischemic brain injury，IBI）是世界范围内致死和致残的主要原因之一，目前其治疗方法有限。发生IBI 时脑损伤的程度由原发损伤的严重程度和继发损伤级联反应的强度决定，常不可逆。目前，尽快对缺血闭塞血管进行再灌注是IBI 患者的标准治疗方法，但再灌注可能会加剧脑损伤即缺血再灌注损伤（IRI），致神经元及脑血管功能障碍，威胁IBI 患者生存[1]。有报道称丙泊酚具有神经保护和抗神经炎症反应的作用，其在多种体内和体外脑损伤模型中显示出对缺血脑组织神经元的保护作用[2]。现就丙泊酚在IBI 中的作用进行综述。

1 丙泊酚概述

丙泊酚通过激活中枢抑制性神经递质γ 氨基丁酸发挥镇静催眠作用，是临床上常见的全身静脉麻醉药，因其起效迅速、代谢快且术后恶心呕吐发生率低的特点而广泛应用于全身麻醉的诱导和维持，以及短小日间手术的麻醉和重症监护室患者的镇静中。近年来，有研究指出丙泊酚除具有镇静催眠作用外，还对全身各组织器官具有保护作用。丙泊酚可保护星形胶质细胞免受氧化应激，并激活星形胶质细胞介导的神经元保护[3]；在脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤模型中，丙泊酚可减轻其肺泡壁破裂、肺水肿和中性粒细胞浸润[4]；在糖尿病心肌细胞缺氧复氧模型中，使用丙泊酚后处理可减轻心肌损伤[5]；丙泊酚可调控miR-290-5p/CCL-2 通路改善脓毒血症诱导的肾损伤[6]。丙泊酚通过不同机制在受损组织器官中发挥保护作用，使用丙泊酚改善各组织器官功能的机制成为近年研究热点。

2 IBI

2.1 IBI 概述

IBI 多由血栓栓塞大脑主动脉或其分支血管或大脑血管结构异常引起。血栓阻塞血管引起组织缺血缺氧能量丧失，致一系列缺血级联反应，引起组织不可逆损伤，缺血期间机体的功能与代谢异常取决于闭塞的动脉，而闭塞的动脉又决定缺血区域的大小。此外，颅内压增高、脑内低灌注、疼痛刺激或手术相关损伤可导致脑水肿、脑卒中等疾病引起继发性IBI[7]。

2.2 IBI 病理生理

2.2.1 炎症反应 炎症反应是IBI 的重要病理生理机制之一，在IBI 损伤早期，受损神经元细胞刺激促炎免疫反应，活化的小胶质细胞产生白细胞介素（IL）-1、肿瘤坏死因子（TNF）-α 等细胞因子，导致促炎和抗炎细胞因子之间的平衡受损，引起脑实质和外周免疫系统炎症反应，介导继发性神经元死亡。乙酰化的高迁移率族蛋白从免疫细胞释放到细胞外空间，激活Toll 样受体4（TLR4）信号介导的炎症反应[8-9]。此外，脑缺血时血脑屏障被破坏，脑血管通透性增加，血液成分外渗进入大脑，脑细胞代谢障碍引起炎性因子表达量上调，炎性因子破坏血管壁，进一步导致脑血流量减少，使脑组织缺血加重[10-11]。

2.2.2 氧化应激 氧化应激是IBI 病理过程的一部分。在缺血条件下，相比其他器官，大脑因其抗氧化能力低、耗氧量高和多不饱和脂肪酸水平较高而更容易受活性氧的影响。Zhao 等[12]研究显示，使用活性氧清除剂EUK-134 后可减轻大鼠IBI，且使用活性氧抑制剂R（+）PPX 时，缺血大鼠再灌注后6 h 脑梗死面积明显减小。缺血性酸中毒激活还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸磷酸氧化酶-2，诱导神经元氧自由基产生[13]。提示氧化应激作用在IBI 中发挥重要作用。

2.2.3 钙超载 钙超载在脑缺血及再灌注后持续的神经元死亡中起关键作用，神经元和神经胶质发生去极化并释放大量谷氨酸，导致谷氨酸受体尤其是N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体受到过度刺激，缺血引起NMDA 受体水平升高，致缺血后早期大量钙内流[14]。此外，细胞内钙离子过量会导致线粒体基质钙超载，影响线粒体功能，致ATP 生成减少而活性氧释放增加从而进一步加重脑损伤[15]。

2.2.4 细胞凋亡 凋亡在急性脑缺血后的神经元死亡中发挥重要作用，脑缺血后能量缺失致神经元内钙超载、氧自由基产生、兴奋性谷氨酸聚集等引起线粒体损伤，又是引起凋亡的关键分子事件。脑缺血引起缺血脑半球凋亡相关蛋白表达改变，如半胱天冬蛋白酶（caspase）-3 水平增加、抗凋亡亚家族成员Bcl-2 表达降低、促凋亡成员Bcl-2 相关x 蛋白Bax 水平升高等，促进凋亡[16-17]。小胶质细胞和星形胶质细胞可清除破碎的凋亡细胞，使IBI 时神经元丢失减少并可减小梗死体积[18]。

3 丙泊酚对IBI 发挥脑保护作用的可能机制

丙泊酚可通过减少脑血流、降低颅内压和脑代谢率来保护缺血大脑，其保护作用与其抗炎作用和抗氧化应激等特性相关，此外，丙泊酚还被证明可以很好地调节凋亡蛋白，抑制凋亡，使梗死周围区域神经元存活。

3.1 抗炎作用

3.1.1 PI3K/Akt 通路 磷酸肌醇3 激酶（PI3K）是一类脂质激酶，磷酸化的PI3K 激活其下游蛋白丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶（Akt）发挥作用，PI3K/Akt 通路调控包括凋亡、转录、翻译在内的多种细胞过程，并广泛参与到正常细胞的生理及肿瘤的病理过程中[19]。PI3K/Akt通路也是神经元的重要生存途径，其在IBI 及其他创伤性脑损伤中均起到促进神经元存活的关键作用[20]。在使用丙泊酚处理的大鼠IBI 模型中，大鼠脑水肿程度减轻，脑梗死面积减小，且炎性因子TNF-α、IL-1β 等表达下降，磷酸化Akt 的表达上调。而使用Akt 抑制剂LY294002 后，丙泊酚的抗炎作用和上调Akt 表达的作用均被抑制[21]。在蛛网膜下腔出血及其引起的早期脑损伤中，丙泊酚可通过PI3K/Akt 通路抑制炎症反应，显著改善血脑屏障通透性、神经功能障碍、脑水肿等从而对神经元发挥保护作用[20]。PI3K/Akt 通路具有神经保护作用，丙泊酚可激活PI3K/Akt 通路从而改善脑损伤。

3.1.2 TLR4/核转录因子（NF）-κB 通路 TLR4 主要在中枢神经系统的小胶质细胞中表达，其在多种小胶质细胞介导的促炎反应中发挥重要作用，如果TLR4 通路被错误激活或信号不可控地放大，会对神经系统产生不利影响，而TLR4 基因敲除小鼠在各种脑梗死模型中均表现出改善的神经和/或行为结果[9]。TLR4 激活后活化其下游NF-κB 参与多种促炎基因的转录，使用丙泊酚处理后可抑制TLR4 通路的激活及促炎因子产生，且丙泊酚在预处理和后处理中均可抑制NF-κB 的活性[2]。在使用小胶质细胞缺氧复氧的脑损伤模型中发现，使用丙泊酚预处理可显著减轻小胶质细胞损伤，并抑制TLR4、NF-κB 表达上调从而发挥神经保护作用[22]。丙泊酚对TLR4/NF-κB 通路的抑制作用可能会成为治疗IBI 的有效靶点。

3.1.3 其他抗炎作用 丙泊酚在多种脑损伤模型的神经炎症反应中显示出神经保护作用。内源性非编码RNA 分子miR-155 是中枢神经系统损伤的重要治疗靶点，在大脑中动脉阻塞的小鼠脑缺血模型中，miR-155 的表达上调了25 倍，而使用丙泊酚处理后显著抑制了miR-155 的表达，进而减弱了炎性因子TNF-α、IL-6 的表达[23]。此外，丙泊酚可通过抑制NOD 样受体蛋白3 炎性小体激活和促炎性细胞因子成熟来减轻炎症反应和脑损伤[24]。

因此，使用丙泊酚作为抗炎治疗手段以期减少脑缺血期间炎症反应对神经元的破坏作用，改善神经功能是一种可行的治疗干预政策。

3.2 抗氧化应激

丙泊酚可通过多方面发挥抗氧化作用。首先，结构上丙泊酚与维生素E 相似，可通过与自由基反应形成苯氧基而起到抗氧化作用[25]。其次，IBI 期间产生大量氧自由基，内源性抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）可通过清除自由基来保护细胞免受活性氧损伤。在急性脑缺血模型中SOD 表达下调，而丙泊酚可通过增强不同亚型的SOD 活性减轻脊髓在缺血再灌注中的损伤[26]。另外，丙泊酚可抑制过氧化氢诱导的活性氧产生，并且削弱其对SOD 和谷胱甘肽的抑制作用[27]，谷胱甘肽除具有整合解毒作用外，也有抗氧化作用。近期研究显示[28]，中枢神经系统中含量丰富的可溶性单体α 突触核蛋白可特异性地参与调节氧化磷酸化和线粒体功能，其低聚物增加了神经元的氧化应激水平，急性脑缺血时α 突触核蛋白聚集，加剧神经元损伤。丙泊酚可通过减轻脑缺血后α 突触核蛋白原纤维水平，在脑缺血早期减弱缺血诱导的α 突触核蛋白聚集。由此看出，丙泊酚可在脑缺血时通过抗氧化应激从而发挥脑保护作用。

3.3 抑制钙超载

细胞内钙离子是参与神经元生理各个方面的一种重要信号分子，但钙离子过量会促使神经细胞过度释放兴奋性递质产生兴奋性毒性，致神经功能障碍。在Li 等[1]研究中发现，丙泊酚可通过钙调神经磷酸酶/FKBP 12.6-RyR/钙超载通路保护海马神经元，钙调神经磷酸酶（CaN）通过影响FK506 结合蛋白12.6（FKBP 12.6）调节钙离子通道RyR，使细胞内钙离子浓度发生变化。当受到特殊刺激时，CaN 活性上调促使RyR 通道开放致钙超载，丙泊酚可降低缺氧复氧海马神经元中CaN 活性，使FKBP 12.6 与RyR 分离，关闭钙离子通道进而降低细胞内钙超载。

3.4 抗凋亡作用

有报道称，大剂量丙泊酚后处理可显著减少凋亡细胞数量，减小脑梗死面积，并可通过减弱过氧化氢诱导的凋亡因子caspase 3、8、9、12 活性，上调Bcl-2/Bax比值发挥抗凋亡作用[27,29]。在使用原代海马细胞高糖缺氧复氧处理的IRI 模型中，丙泊酚降低细胞色素C和线粒体分裂蛋白Fsi 1 的表达抑制凋亡[30]。在Li 等[1]研究中，丙泊酚在缺血再灌注模型中保护海马神经元免受损伤的另一条通路为RhoA/Lats1/YAP/Bcl-2 通路，YAP 对丙泊酚保护海马神经元免受凋亡损伤有重要作用，丙泊酚通过使YAP 去磷酸化和促进YAP核转位激活YAP，进而活化其下游抗凋亡成员Bcl-2，同时活化的YAP 作为一种转录协同激活剂促进干细胞自我更新从而抑制细胞凋亡。

IBI 由于局部脑血流的突然持续中断使大脑处于缺血缺氧状态，进而出现神经功能障碍等脑组织损伤甚至坏死。丙泊酚作为一种常用的静脉麻醉剂，除具有镇静催眠作用外，其对IBI 还具有神经保护作用。丙泊酚究竟通过何种机制发挥脑保护作用及丙泊酚的用量、使用丙泊酚的时间窗需要进一步探究，但其抗炎、抗氧化、抑制凋亡等作用有望成为治疗IBI 的靶点。