马正良缺氧缺血性脑损伤的分子机制研究进展课件

缺氧缺血性脑损伤的分子机制 研 究 进 展,徐州医学院附属医院麻醉科 马正良 曾因明,缺氧缺血性脑病 （Hypoxic-ischemic encephalopathy),是威胁围产期新生儿生命及导致神 经后遗症的严重疾病 本文将近年有关新生儿HIE发病机制的临床和动物实验研究综述如下,一、能量代谢障碍, 最近研究发现，脑缺血缺氧后能量耗竭 不仅发生在缺血缺氧的早期，而且发生 在12小时后，因此这种能量代谢障碍是 双相的，也许这就是发生延迟性神经元 死亡或凋亡的主要原因。,一、能量代谢障碍, Aito等在动物实验中发现,在大鼠皮层 神经细胞培养基上，使用中等剂量的氧 化剂过氧化氢一小时后孵化，脑细胞内 ATP在短期内急剧下降致对照组的49%， 在用氧化剂后12小时恢复到91%，但在 24小时后,ATP的水平又降低至61%。,二、兴奋性氨基酸（EAA）及其受体的作用, 兴奋性氨基酸（Excitory amino acid, EAA)及其受体在HIE发病中起重要作用 通过激活NMDA受体，使钙通道开放， 促使钙离子的大量内流；激活非NMDA 受体，使Na+内流增加，加重细胞水肿,二、兴奋性氨基酸（EAA）及其受体的作用, Groenendaal等使用质子核磁共振波谱技 术监测发生严重窒息的新生儿脑组织中 谷氨酸盐的含量，结果发现患儿在生命 的初期均表现为基底节部位谷氨酸盐含 量明显增高。,二、兴奋性氨基酸（EAA）及其受体的作用,NMDA受体是谷氨酸受体的一种主要亚 型，广泛分布于中枢神经系统，以大脑 皮质、小脑、海马和纹状体最多，脑干 及下丘脑较少。 由于未成熟脑含有更多的NMDA受体， 而且对EAA更敏感，所以更易因NMDA受体毒性作用而造成脑的严重伤害。,二、兴奋性氨基酸（EAA）及其受体的作用,Follett等研究也发现，在出生7天大鼠使用非NMDA受体兴奋剂AMPA时，白质及少突胶质细胞易受损害，但当使用非NMDA受体拮抗剂6-nitro-7-sulfamoy- lbenzo (f) quinoxaline - 2,3-dione,NBQX）白质及少突胶质细胞受损明显减轻，这也从一个侧面证明兴奋性氨基酸及其受体在HIE中的作用。,三、钙离子毒性,ATP不足，使钠、钾泵功能障碍，导致电压敏感性钙通道开放，钙泵失活使细胞内钙离子排出障碍，终使细胞内钙超载，进而又可介导兴奋性神经递质释放，后者兴奋NMDA受体进一步使受体门控钙通道开放。,三、钙离子毒性,Frantseva等通过研究海马椎体神经元细胞内钙动力学变化时发现：在缺血所致的细胞内自由基产生减少、线粒体功能障碍的同时，用线粒体钙指示剂测定线粒体内钙浓度表明，线粒体内钙离子明显积聚。,四、自由基损伤,自由基产生过多造成脑缺血再灌注损伤 的机制已为众所周知，其在HIE中的作用也同样重要。,四、自由基损伤,自由基对新生儿时期脑组织更易造成选择性的损害作用: 未成熟的神经系统自由基清除能力不够，如谷胱甘肽过氧化物酶的活性较低，不能维持中枢神经系统中有足够谷胱甘肽储存； 与成熟脑相比，未成熟脑中含有较多的自由Fe。因此，当由于保护机制不力而导致细胞内H202增加时，可与自由Fe发生反应，产生较多的OH，造成神经细胞的损害。,四、自由基损伤,Kiyotake：在使用自由基清除剂MCI-186（3-methyl-1-phenyl- 2-pyrazolin-5-one）治疗HIE的新生大鼠时发现，当腹腔注射MCI-186 3mg/kg、6mg/kg、9mg/kg后动物脑损害程度明显低于对照组，而且呈剂量相关性。,五、一氧化氮（Nitric oxide）,在脑缺血或缺氧再灌注损伤中，NO的神经毒性作用已经临床和动物实验证实，在缺血缺氧后一定时期，实验动物或患儿血中和脑脊液中NO的含量明显增加。,五、一氧化氮（Nitric oxide）,Ergenekon：因窒息所致的17例HIE的新生儿中，在窒息发生后的2472h内，患儿血和脑脊液中NO的浓度和新生儿HIE的病情严重程度成正比。,五、一氧化氮（Nitric oxide）,Zubrow：当预先使用NOS 抑制剂N-nitro- L- arginine (NNLA)，新生猪大脑皮层神经元上Bax蛋白的基因表达明显少于单纯低氧组，与常氧组相似；而且神经元细胞核DNA裂解的程度也明显小于单纯低氧组，表明NO参与了细胞凋亡和对DNA的裂解过程。,六、炎性细胞及炎性细胞因子,在新生大鼠发生缺氧缺血损害短期内可见中性粒细胞、活化的巨噬细胞和小神经胶质细胞的聚集以及多种炎性细胞因子如白介素（IL-1）和肿瘤坏死因子（TNF-）基因表达及活性的增加，而且这些变化程度高低与脑损害的程度密切相关。,六、炎性细胞及炎性细胞因子,但当中性粒细胞缺乏或使用某些炎症细胞因子抑制剂如IL-1受体拮抗剂或血小板活化因子（PAF）受体拮抗剂如已酮可可碱(Pentoxifylline)则可产生神经保护作用，明显减轻脑损害程度。,七、缺氧缺血诱导即早基因(IEG)及热休克蛋白(HSP)的表达,在新生鼠HIE的模型上，海马神经组织在缺血缺氧早期发现有c-fos基因的表达增加，而且提示可能与随之的海马神经细胞凋亡有关。 但也有研究显示,新生大鼠虽然在缺血缺氧后出现c-fos基因的表达增加,但是并无发现随后的Fos蛋白表达增加,而这种Fos蛋白的产生减少并未减轻神经细胞的死亡,七、缺氧缺血诱导即早基因(IEG)及热休克蛋白(HSP)的表达,有研究表明新生大鼠脑缺氧缺血后可出现HSP的局部表达增加，在缺氧缺血后2h,即观察到HSP70mRNA出现明显表达,48h达高峰,并在72h内维持较高水平。虽然HSP对HIE的确切作用及机理尚不清楚，但HSP的表达对保护神经细胞具有重要意义。,八、细胞凋亡,有动物实验结果显示，缺氧缺血后受损区域脑组织不但存在凋亡的细胞形态学特征及生化特征，而且存在凋亡相关基因如bax，c-fos，c-jun，c-myc等的表达。,八、细胞凋亡,将抗凋亡基因bcl-2及bcl-xl转染到细胞后，细胞抗缺氧缺血能力明显增加，均支持凋亡机制参与了缺氧缺血性细胞损伤的发生,八、细胞凋亡,Edwards：对重度窒息死亡新生儿和死