6-二磷酸果糖保护脑缺血的研究进展.doc

2001年第10卷第12期1,6-二磷酸果糖保护脑缺血的研究进展曾凡新，董志，陈友香（重庆医科大学药理教研室，重庆400016）摘 要综述了1, 6-二磷酸果糖对脑缺血的保护作用及其作用机制的研究进展。关键词 1,6-二磷酸果糖；脑缺血；能量代谢；氧自由基；兴奋性氨基酸 1,6-二磷酸果糖（Fructose-1,6-Disphosphate, FDP）为一种重要的细胞内代谢产物，能直接调节很多代谢途径，尤其对于能量代谢和某些酶活性可发挥重要的调节作用。FDP对不同原因引起的多种组织器官缺血缺氧损伤都有保护和治疗作用，已成功用于临床治疗心肌缺血、肾缺血、肢体缺血等。近年来FDP用于脑缺血治疗的研究报道日渐增多，现就FDP保护脑缺血的研究进展作以下综述。1. FDP的生化与药理作用 健康志愿者静脉注射250mg/kg FDP后，5min内血浆药物浓度可达770mg / L，半衰期约10 - 15min，在血浆中与红细胞膜结合，经磷酸酯酶水解为无机磷和果糖。由于FDP分子带有较多的负电荷，曾一度认为外源性应用FDP不能通过细胞膜，但是后来的研究否定了这一观点。Hardin CD等2在猪颈总动脉片段中，以磁共振分光技术研究了给予1,6-13C二磷酸果糖后，其在细胞内的代谢变化，发现1,6-13C二磷酸果糖在正常氧供和缺氧情况下都可被猪颈总动脉代谢，同时产生大量3-13C乳酸，且缺氧时比正常氧供时3-13C乳酸的产生量更多，20mmo1 / L FDP还能明显增强猪颈总动脉等长力（isometric force）的维持。Ehringer WD 2也发现，FDP可呈剂量依赖性被动扩散入人工双层膜和内皮细胞，并认为其跨膜扩散可能是干扰了双层膜的结构所致。 进入细胞的FDP通过以下几种途径对糖代谢发挥广泛的调节作用：激活糖代谢中的限速酶如磷酸果糖激酶（PFK）、丙酮酸激酶，促进糖酵解，增加糖利用3；抑制丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸激酶，阻止糖异生，使丙酮酸进入糖酵解途径（EMP）；抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶，阻止磷酸戊糖途径，使6-磷酸葡萄糖进入糖酵解途径，产生更多ATP。FDP除了调节糖代谢外，还可对脂肪代谢、核普酸和氨基酸代谢产生影响，但其调节机制不清。2. FDP保护脑缺血的实验研究Kariman K最早（1982年）发现FDP对脑功能有保护和恢复作用。以后，Farias LA4将FDP用于兔脑缺血的研究，发现FDP可使脑缺血兔存活率明显增高，脑组织神经元坏死区明显缩小，脑电活性恢复明显快于对照组。同期，Trimarchi GR5报道了FDP可降低脑缺血一再灌注沙土鼠的死亡率，促进脑组织多巴胺生物合成，保护海马CAI区锥体细胞。Kuluz J W等6以结扎大鼠大脑中动脉制备脑缺血模型,2h后再灌注，再灌注前l0min给予FDP, 3d后处死大鼠，测脑梗塞体积，结果与对照组相比，350mg/kg FDP使大鼠大脑皮层和皮层下梗塞体积分别减小了46%和36%。最近Trimarchi GR等5又研究了FDP对微球诱导的大鼠脑缺血模型的作用，发现333 mg/kg FDP可显著改善脑缺血大鼠的整体行为（gross behavior,提高其走棒试验（beam walking test）评分，并减轻血脑屏障的功能损害。还有研究证实8 FDP还能促进老龄大鼠脑缺血所致的空间记忆功能障碍的恢复。上述实验从不同动物、不同脑缺血模型、不同衡量指标证实了FDP确实对缺血脑组织有保护作用。曾有作者报道FDP对新生小猪缺血缺氧所致的中枢神经系统损害无保护作用9-11，但同样是新生动物，FDP却对新生大鼠缺血缺氧性脑损害有明显的保护作用12 因此这种差异很可能是由于新生小猪特殊的生理解剖特点所造成。3 .FDP保护脑缺血的临床研究 周法根等13将92例经临床和影像学检查证实的脑卒中患者随机分为对照组和给药组，对照组给予清开灵针剂30m1加入5%葡萄糖注射液500m1中静脉滴注，给药组在上述用药基础上加用FDP 1g，静脉滴注，每日1次，连续20d。结果神经功能缺损程度改善对照组为5.28，11.65，治疗组为9. 53，12. 27；总有效率对照组为43.5%，治疗组为86.9%，差异有极显著意义（p0）1999年王松等14将180例脑梗塞患者随机分为两组，对照组85例予以脉络宁注射液20m1静脉滴注，每日1次，治疗组95例在此基础上加用FDP 10g静脉滴注，每日1次，疗程均为15d。结果总有效率治疗组为73.7%，对照组为58.8%，两组疗效差异显著。以FDP治疗新生儿缺氧缺血性脑病（HIE）后的结果也表明，FDP治疗HIE疗效肯定，并能改善患儿预后，降低后遗症的发生率。4. FDP保护脑缺血的作用机制研究脑组织是人体代谢最活跃的组织，脑缺血后如果血供不能及时得以恢复，数分钟内即可造成不可逆的脑功能损害。脑缺血后脑细胞能量代谢障碍，细胞内钙离子（Ca2+）超载、兴奋性氨基酸大量释放、一氧化氮和氧自由基过度生成等，都可以从不同侧面加重脑组织的损伤。FDP保护脑缺血的作用可通过以上多种机制而发挥。4.1 维持脑细胞能量代谢Espanol MT等15以磁共振分光术研究了FDP对缺氧诱导的新生鼠皮质脑片代谢改变的影响，发现缺氧可引起细胞内三磷酸腺苷（ATP）含量明显减少，乳酸含量显著增高，pH值降至6.4左右，而FDP预处理组未检测到ATP含量降低，乳酸也无明显增高，形态学改变甚微，但对胞内pH无明显影响，表明FDP确能维持缺氧后脑细胞的能量代谢。脑缺血缺氧后外源性FDP可能通过两种途径影响细胞能量代谢： FDP可作为糖酵解的中间产物直接进入EMP途径，比从葡萄糖开始的酵解途径多生成1倍ATP，但并不会使乳酸生成增多； FDP作为代谢调节因子，直接激活因细胞内pH升高而钝化的PFK及丙酮酸激酶等，使糖酵解途径能顺利进行。4.2 稳定细胞内Ca2+脑缺血后细胞内Ca2+超载被认为是神经元迟发性死亡的“最后共同通路”。 Bickler PE等16以大鼠皮质脑片为实验模型，研究了FDP对缺氧状态下脑片细胞内Ca2+和ATP的影响，暴露于低氧状态或10umo1/L氰化钠中的脑片细胞内Ca2+持续升高，ATP含量下降，3.5 mmol / L浓度的FDP可阻止胞内Ca2+的增高和ATP的耗竭。我室前期的研究工作也发现，FDP可呈剂量依赖性阻止脑缺血大鼠突触体内Ca2+；的升高。 FDP阻止缺血缺氧后脑细胞内Ca2+；升高的机理，可能在于其对缺血缺氧后脑细胞能量代谢状态的改善，这一力一面可减少因ATP水平下降所致膜除极化引起电压依赖性Ca2+内流；另一力一面又可为Ca2+ -Mg2+-ATP酶提供能量，将流入胞内Ca2+泵出胞外或泵入胞内Ca2+库。由于FDP还可减少神经元兴奋性氨基酸的释放（如后述），因而也减少了Ca2+的受体调控性入胞量。此外，不排除FDP通过其他机制阻止胞内Ca2+；升高的可能，如与游离Ca2+鳌合，或直接作用于膜上Ca2+通道而影响Ca2+入胞。4.3 减少氧自由基生成脑缺血后尤其在再灌注期，氧自由基的大量产生对神经元的损伤起了推波助澜的作用。已有较多研究证实，FDP可减轻心肌缺血后氧自由基引起的损伤。有研究者以FDP治疗了67例脑梗塞患者，对治疗前后患者血清中脂质过氧化产物（LPO）和超氧化物歧化酶（SOD）水平进行了对比，发现脑梗塞患者血清中LPO明显升高，SOD明显降低，FDP治疗后LPO显著降低，SOD显著升高。我室以前的研究也表明，FDP可使局灶性脑缺血大鼠脑组织丙二醛含量显著降低。现在认为，FDP减少氧自由基生成主要通过以下两条途径实现：FDP抑制ATP降解，减少了黄嘌呤和次黄嘌呤的生成，同时FDP稳定细胞内Ca2+使Ca2+内流引起的黄嘌呤氧化系统激活减少，于是使自黄嘌呤氧化系统产生的氧自由基大大减少； FDP抑制缺血一再灌注时6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性，阻止磷酸戊糖途径，抑制呼吸爆发（respiratory burst）而减少氧自由基的生成。4.4 减轻兴奋性氨基酸（EAA）的细胞毒性脑缺血引起神经元突触前膜除极化，兴奋性氨基酸释放增加，同时由于能量缺乏，兴奋性氨基酸的再摄取机制受抑，造成细胞外液兴奋性氨基酸的大量积聚，产生严重的细胞毒作用。已有研究表明，FDP可通过稳定神经元膜，稳定细胞内Ca2+而减少缺血缺氧后谷氨酸的释放17。另一方面，星形细胞作为一种重要的脑实质细胞，含有丰富的谷氨酸转运体和谷氨酞胺合成酶，在谷氨酸的转运和转化中发挥着相当重要的作用。FDP可显著保护缺氧对星形细胞的损害18, 19，并使缺氧时星形细胞对谷氨酸的摄取增加，谷氨酞胺合成酶的活性增强20。由此可见，FDP不但抑制脑缺血缺氧后谷氨酸的释放，还促进星形细胞对谷氨酸的转运和转化，因而可明显减轻缺血后EAA的细胞毒性作用。4.5 抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达NO作为一气态小分子，在中枢神经系统中参与的生理和病理过程，近年来引起了人们的广泛关注。脑缺血可激活生理状况下不表达的iNOS，特别在再灌注期，iNOS的大量激活，致NO产生急剧增加，是引起迟发性神经元损伤的又一重要因素。Cardenas A等21将FDP与遭受氧糖剥夺的大鼠前脑薄片共孵，发现FDP可明显抑制氧糖剥夺脑片iNOS活性的增高，并显著降低iNOS蛋白的含量，因此，FDP抑制缺血缺氧后iNOS的表达，致NO的生成减少，可能也是其脑保护作用机制之一。4.6 保护脑血管内皮细胞脑血管内皮细胞衬贴于血管内壁腔面，是构成血脑屏障的第一道屏障，内皮细胞还含有丰富的内皮型一氧化氮合酶（eNOS，由eNOS诱导合成的NO可通过内皮细胞扩散至周围平滑肌细胞中，激活鸟普酸环化酶（GC），使cGMP升高，引起平滑肌舒张，因此，脑血管内皮细胞在维持脑组织血供中也起着很重要的作用。缺血缺氧致内皮细胞损伤后，不但破坏了血脑屏障的完整性，致毒性物质入脑损伤脑组织，内皮细胞还分泌内皮素（ET）和促凝血因子，使脑血管收缩和促进血栓形成，从而进一步加重缺血缺氧性脑损伤。研究发现，内皮细胞在缺氧和再给氧期间细胞膜微粘度呈进行性下降，51铬释放率呈进行性升高。FDP可使内皮细胞膜微粘度和51铬释放率在缺氧再给氧期间基本保持稳定。Gobbel GT等22也证实，FDP可保护缺氧对培养脑微血管内皮细胞的损害，并减少其ATP消耗，而NMDA受体拮抗剂MK-801则无此作用。FDP这种保护血管内皮细胞的作用无疑也有利于其保护缺血脑组织。4.7其它除了以上论及的机制之外，FDP还可能通过稳定红细胞膜、促进血红蛋白向缺血组织释放氧以及抑制血小板激活23等机制，发挥其保护缺血脑组织的作用。另有研究报道24 FDP还具有抗炎作用，是否这种抗炎作用也参与了FDP对脑缺血的保护，尚有待进一步研究证实。5 FDP的毒性和副作用 急性毒性试验表明，以0.4g/（kg min）和0.6g/（ kg min）的滴速静脉滴注时，大鼠和兔的致死剂量分别为5.0g/kg和5.8g/kg,以100mg/kg和200mg / kg剂量的FDP分别给活兔输注30d，也未见有形态和功能力一面的改变。Vexler 25以出生7d的大鼠研究了FDP的毒性，FDP治疗新生大鼠缺血缺氧性脑损伤的有效剂量为500mg/kg，而实验中用药剂量增至4000mg / kg时，也不会对实验动物造成任何损伤，这表明FDP有很好的安全性。 在临床应用FDP治疗缺血性心脏疾病的过程中，报道最常见的副作用是引起输液部位的脉管疼痛，减慢滴速（5m1/min）可明显减轻症状。有报道FDP可引起过敏反应，个别甚至出现过敏性休克，在临床应用中应引起重视。6展望综上所述，FDP作为一种重要的细胞内代谢产物，外源性应用在动物试验和临床试验中均已证实了其对脑缺血良好的保护和治疗作用。在缺血性心脏疾病的治疗中，FDP因其疗效显著、副作用小而倍受临床医生青睐。相信随着FDP保护脑缺血研究的进一步深入，FDP在治疗缺血性脑血管病中将会有广阔的应用前景。参考文献：1 Hardin CD. 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