脑缺血性耐受的神经保护机制

杜依婷 孙凤艳（通讯作者）

（复旦大学上海医学院神经生物学系 上海 200000）

1.前言

脑卒中（cerebral stroke）亦称为脑血管意外，是由脑血流障碍引起细胞死亡的一组疾病，它是全球第二大死亡原因，包括缺血性卒中和出血性卒中。缺血性脑卒中一直是学者研究重点，但有效的治疗方法仍比较少，缺血性耐受的发现为未来的治疗发展奠定基础。

当大脑受到低氧或缺血时，脑内脑内产生神经保护性反应，从而保证大脑再次受到同样伤害时可以减轻或免遭神经元的死亡。大脑的这些反应过程被称为“缺血性耐受”（ischemic tolerance，IT）或“缺血性预条件”（ischemic preconditioning，IP）[1]。耐受和预条件一词在1960 年被定义提出，自日本学者Kitagawa 发现短暂的全局性脑缺血对缺血引起的沙鼠海马CA1 区椎体神经元损伤有明显保护作用，目前IT/IP 已成为国内外脑缺血研究的热点。

近年来，缺血性脑卒中已在脑损伤修复基础研究与药物治疗临床研究方面取得较大进展，但在脑损伤后IT/IP 形成的内源性保护机制方面仍有许多未知之谜等待探索[2]，本文综述了近年来参与IT/IP 形成的脑内内源性保护机制。

2.抗兴奋性神经毒作用

兴奋性毒性主要是由于谷氨酸释放过量导致突触后谷氨酸受体过度激活，从而引发下游级联反应，最终导致神经元功能障碍和变性。提高神经细胞的抗兴奋性神经毒作用，多发生在脑缺血缺氧的早期数十分钟内，其机制主要与GABA、腺苷受体、ATP 依赖K+通道开放有关。

2.1 GABA

抑制性氨基酸类神经递质（GABA）的受体主要有离子型GABAA受体和代谢型GABAB 受体。在成人大脑中，GABA 主要通过激活突触后末端GABAA 受体导致氯离子大量涌入以及神经元细胞膜快速超极化。有研究表明在卒中发作前期，内源性GABA 增加可激活GABAA受体，抑制了细胞去极化以及谷氨酸的释放。Hui[3]等揭示了在修复阶段GABA 信号的增加，增强了小鼠大脑可塑性功能恢复。

2.2 腺苷

腺苷（Adenosine）是一种抑制调节脑内活动的内源性核苷。当大脑处于脑卒中缺血缺氧等应激状态下，三磷酸腺苷（ATP）大量外流，代谢释放腺苷。腺苷通过激活突触前A1 受体，减轻胞内游离Ca2+超载。有研究表明减少细胞外Ca2+可以增加腺苷的释放，并通过A1 受体介导的膜电位超极化控制神经活动。腺苷还能通过激活突触后A1 受体，开放ATP 依赖的K+通道，抑制细胞膜去极化增加抗兴奋性神经毒作用。有研究表明A1 受体介导的参麦注射液可以缩小脑梗塞体积，对大鼠脑损伤有神经保护作用。腺苷还具能扩张血管和促进血栓溶解的作用，Fuentes[4]等采用放射性配体结合研究和受体对接实验表明激动A2 受体能够抑制血小板凝集。腺苷主要受腺苷激酶（ADK）的调控，ADK是一种通过磷酸化AMP 去除腺苷的酶。近年来，利用ADK 缺乏症的脑内细胞移植释放腺苷，开发了新的治疗策略。

3.抗炎症和抗调亡反应

脑缺血释放抗炎因子和抗凋亡因子，这些因子协调神经细胞消炎及抗凋亡，并向神经恢复和再生过渡。提高神经细胞的抗炎症和抗凋亡反应通常发生在缺血损伤数小时内，其机制主要与IL、HIF、Bcl-2 家族蛋白、EPO 等有关。

3.1 白细胞介素

白细胞介素（IL）是作用于多种细胞的一类细胞因子。Th2细胞可通过分泌IL-4、IL-10、IL-13 等，激活B 细胞，促其合成免疫球蛋白，抑制Th1 细胞分化以及巨噬细胞和小胶质细胞的活化，发挥抗炎保护作用。有研究报道IT/IP 处理可使CA1 区锥体层IL-4、IL-13 表达持续增加，与脑缺血神经保护密切相关。Cruz[5]等研究表明Copolymer-1能够刺激脑内IL-10的表达上调，从而保护神经并诱导神经发生。

3.2 HIF-1

缺氧诱导因子-1（HIF-1）是一种在缺氧条件下稳定表达的转录激活因子。在脑缺血/缺氧时，HIF-1α 表达上调，可诱导下游靶基因的表达，如诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、血管内皮生长因子（VEGF）、促红细胞生成素（EPO）、葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）和糖酵解酶等，它与其靶基因共同参与了缺血/缺氧预处理的神经保护机制。有研究通过测定HIF-1α 的mRNA 后发现其在IP 中起关键作用，调节全身炎症反应起到降低梗塞面积，改善神经功能。Lu[6]等研究表明预缺氧通过HIF-1α/beclin1 调控的自噬来保护SH-SY5Y 细胞不受氧糖剥夺再灌注的影响。

3.3 EPO

促红细胞生成素（EPO）是一种促进红细胞生成的生长因子，血液循环中90%EPO 来自于肾脏，与成年人和新生儿脑卒中神经保护密切相关。有研究发现EPO激活了核因子红细胞相关因子2（Nrf2），该因子调控了抗氧化、抗炎和细胞保护相关基因。Komnig[7]等对比高、低剂量EPO 治疗法后发现低剂量EPO 刺激PI3K/Akt 通路，使Faim2 表达上调，起到神经保护作用。此外，远程肾脏预处理可以通过释放EPO、激活KATP 通道，防止海马缺血/再灌注损伤。

3.4 Bcl-2 家族蛋白

B 淋巴细胞瘤-2 基因（Bcl-2）通过控制线粒体外膜通透性，是研究细胞凋亡中最重要的癌基因之一。目前研究较多的Bcl-2 蛋白家族可分为抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-x 等以及促凋亡基因Bax 等[8]。已有多篇研究表明缺氧预处理可通过提高Bcl-2水平，降低Bax，防止神经细胞凋亡。线粒体活性氧损伤（ROS）是细胞死亡重要信号，Du[9]等发现Bcl-2 调节线粒体代谢产生较少ROS，延缓细胞周期。

4.脑自身修复和再生能力

提高脑的自身修复能力和再生能力多发生在脑缺血损伤后的数天乃至数周内。该过程内大量生产促神经生长因子，神经胶质细胞大量活化与增殖，神经前体细胞分化形成新的神经元，并促进新生神经元的进一步成熟，以修复缺血损伤脑区。

4.1 星形胶质细胞

星形胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的胶质细胞，它能够释放多种神经递质受体、通道和转运体。脑卒中自身修复阶段，胶质瘢痕虽会阻碍轴突生长，但越来越多研究证明星胶细胞促进脑修复的功能。Hirayama[10]等研究表明脑缺血性耐受（IT）依赖于星形胶质细胞，通过上调P2X7 受体表达，激活增加HIF-1α，有效诱导IT 的产生。反应性星形胶质细胞被分为两种类型，神经毒性A1 和保护性A2，A2 型星形胶质细胞可能参与缺血性耐受的形成。对星形胶质细胞进行IP 治疗时，同样可以使神经元产生缺血耐受，星胶细胞产生的乳酸可能是一种神经保护剂，保护神经元免受致命的缺血损伤。目前有些研究表明星形胶质细胞吞噬作用在脑卒中后的脑功能调节中具有重要作用，但对作用机制、产生的后续反应仍有许多未知。

4.2 神经前体细胞

神经前体细胞（NPC）是诱导多能干细胞分化的产物，它可以进一步分化为多种类型的神经细胞，如神经元细胞、胶质细胞等。Wang 等研究发现神经前体细胞和内皮前体细胞通过激活主要依赖VEGF 和BDNF 旁分泌的PI3K/Akt 通路，协同保护脑免受缺氧损伤。脑缺血诱导后，脑室下区源性的神经前体细胞增殖并迁移至脑卒中病灶，促进神经元存活和脑重构。鉴于这些作用，成人NPC 已经成功地从SVZ 中分离、培养和移植，以促进缺血后神经恢复。

5.展望

目前，已发现IT/IP 对脑、心、肾等脏器均有保护作用，越来越多的机制研究为临床上预防与治疗缺血性脑血管病提供了更多思路。预处理刺激的最佳持续时间、频率和强度可能因疾病而异，因此需要进行广泛的人体试验，但在人体身上直接进行缺血预处理仍是比较危险的。临床上，用易于控制剂量、安全可靠的药物预处理代替IP，达到神经保护作用，应更为合理。