1,6-二磷酸果糖的脑保护作用研究进展(精)

1、1,6-二磷酸果糖的脑保护作用研究进展袁宝莉，宋晓红，李瑞林（西安交通大学第二医院儿科，陕西西安710004）摘 要 1,6- 二磷酸果糖是葡萄糖分解代谢的产物，近年来被广泛用于心、肾、肝、脑的缺 血性治疗。 该文综述了 1,6-二磷酸果糖的脑保护作用机制剂量范围及其应用，探讨对临床缺血性脑疾患的治疗意义。关键词 1,6- 二磷酸果糖；钙离子；缺血性脑损伤1,6-二磷酸果糖（ fructose-1 , 6- dip hosphate, FDP ； or fructose-1 ,6-bisphosphate , FBP ） 是葡萄糖分解代谢的中间产物，在体外经静脉注射后可广泛分布于心、肾、肝、脑

2、等器官。自上世纪 70 年代开始， FDP 就被广泛应用于心脏骤停、心肌梗死、心肌缺血及肾脏缺血等 的治疗上1，2 。但直到 80年代后期，研究人员才发现 FDP 可以通过血脑屏障被中枢神经系 统代谢，并且它对于脑功能的保护和恢复具有独特作用，于是学术界开始了对FDP 应用于脑血管疾病的实验性研究。这为目前尚未有特效治疗的缺血性脑损伤开拓了一条新思路。1. 1,6-二磷酸果糖的作用机制学术界对于 FDP 的脑保护作用机制一直存在三种假设。第一种由 Markov 等（1981 年） 提出，认为机体将摄入的 FDP 作为一种高能物质及糖酵解的调节剂，以此来加强无氧代谢；第二种由 Galzigna

3、等（1989 年）提出，认为 FDP 并未进入到细胞内发挥作用，它通过改变 离子流动包括氢离子（H+）流动来调节细胞内PH 值;第三种说法（1992 年）认为 FDP 通过鳌合血清中游离钙离子 （Ca2+）来减少进入细胞内的 Ca2+譬如 FDP 可以减少心肌组织 Ca2+摄入来减少游离 Ca2+；此外尚存在有其他一些假说，不一一详述。近年来学者们在上述假 说的基础上，运用体外细胞培养技术及其他高科技手段对FDP 的作用机制进行探索，已取得一定进展。1 .1 稳定细胞内 Ca2+，维持内环境稳定Ca2+内流是细胞破环的主要原因， FDP 通过减少由缺氧导致的神经元胞浆内的 Ca2+上 调来发挥

4、神经保护作用 3 。此作用依赖于细胞膜，确切的说是细胞膜所介导的神经保护信 号通路，该通路包含磷脂酶c,细胞内 Ca2+及蛋白激酶。FDP 激活磷脂酶 c 后活化该通路，通过维持细胞内 Ca2+处于较低水平，来保持细胞膜完整性并减少细胞死亡。FDP 通过磷脂酶 c，细胞内 Ca2+及蛋白激酶通路保护神经元免于损害的作用方式类似于诸如胰岛素样生长因子( insulirrlike growth factor ,IGF )、神经营养因子( neurotrophin-3 ， NF-3 )的作用方式。具体机制尚未完全明了，目前尚不能排除此通路所介导的延迟性神经 保护作用，抑或是通过改变离子通道活动性而影

5、响Ca2+内流的急性效应。FDP 是膜脂质水解的有力促进剂， 它作用于此通路的同时促进膜脂质水解， 但二者并不矛盾。 膜脂质水解产 物中的三磷酸肌醇( inositol triphosphate )和二酞甘油( diacylglycerol )作用于细胞内的 Ca2+库后，活化的几种蛋白激酶可以促进神经保护基因表达，借此来发挥神经保护的瀑布效应。FDP 减少由缺氧导致的神经元胞浆内Ca2+上调作用，与神经元的年龄、周围环境中葡萄糖的存在与否均无关系， 并且 FDP 通过稳定 Ca2+来维持内环境稳定的作用并非通过抑制 谷氨基酸受体而获得。 FDP 可以部分的与血清中游离Ca2+鳌合， 使得可利

6、用的 Ca2+减少从而减少缺氧时细胞内 Ca2+的摄入。但 FDP 稳定内环境的作用主要是通过磷脂酶c、细胞内Ca2+及蛋白激酶这一通路的， 鳌合仅占一小部分。 无论细胞外环境中的 Ca2+多少甚至没有， FDP都可以发挥其作用， 并不依赖于细胞外的 Ca2+。当然 FDP 稳定细胞内 Ca2+浓度的作 用或许也有抑制其他 Ca2+流入途径或释放途径的作用，尚需进一步研究。1 .2 调节代谢，保存三磷酸腺苷Farias 等(1990 年)曾提出， FDP 在缺氧状态下可以充当高能酵解底物， 当细胞摄入外 源性 FDP 后可以促进酵解、增强产能。但这种假说和最近的研究相悖，将同位素13C 标记的

7、 FDP 注入体内的研究表明缺氧或是正常脑组织的细胞内均没有明显FDP 代谢。 既然 FDP这种大分子化合物不能通过细胞膜，也不能在细胞内代谢，那就不能认为FDP 可以增强脑组织无氧代谢并增加三磷酸腺苷(ATP)含量。Izu mi 等 4 为了验证 FDP 是否可作为中枢神经系统的高能底物，在限糖状态下，给大鼠海马区予 FDP，发现 FDP 并不能保证海马 CAI 区锥体细胞的突触传递及形态完整，但却 能减轻神经元变性。进一步研究发现，FDP 可减轻 NMDA ( N-甲基-D 天冬氨酸)受体介导的神经元变性损伤，表明FDP 不是作为一个能量底物，而是另有保护机制。Kelleher 等( 19

8、95 年)曾在研究中发现星形胶质细胞缺氧时， FDP 可以下调葡萄糖代 谢和乳酸产生。乳酸是一个反映无氧代谢率的标志，而酵解是缺氧状态下ATP 产生的唯一通路。这些研究表明 FDP 保存 ATP 的作用部分是由于降低细胞代谢率。近期，Ro msi 等应用低体温循环抑制活猪模型，来研究 FDP 发挥脑保护作用的机制，制模 7 日后 FDP 组的成活率、行为功能及组织病理学均较对照组有明显改善。另外发现复 温后静脉血肌酸激酶同工酶及脑甘油水平均有明显下降，而脑内葡萄糖、 乳酸水平及丙酮酸水平均有增高，说明 FDP 对脑代谢有支持作用。以上结论并不相同，也可能是 同状态FDP 对于不的应急调节，尚需

9、要进一步探究。1 .3 减少有害物质合成，增加还原性物质含量脑缺氧缺血时一些兴奋性氨基酸， 如谷氨酸、 天冬氨基酸在脑脊液中浓度增高， 这是窒 息时轴突末梢兴奋性氨基酸大量释放的结果， 这种变化可能是造成神经元损伤、 导致脑细胞 凋亡的最主要环节。Cardenas 等6在试验中发现，FDP 可以减少约 40%的谷氨酸释放，并减少一氧化氮合酶（ NOS ）的合成。Vexle :等7亦发现 FDP 保护神经元免受缺氧及超氧 化物损伤主要依赖于保证细胞内高浓度的还原型谷胱甘肽（glutathione），而这一结果的产生又依赖于上调谷肤甘肤还原酶的活性来实现。2 1 ,6-二磷酸果糖在治疗脑损伤上的应

10、用2 .1 成熟脑 慢性脑低灌注损伤通过两种途径来影响脑代谢:一是输送到神经元的葡萄糖减少导致能量代谢障碍而形成脑损害。钠-钾泵（Na+-K+-ATP）依赖于无氧酵解及氧化磷酸化产能进行工作， 该泵对于维持细胞内离子浓度、 神经元活动、 递质合成及轴突运输的正常工作起了很 大作用。在低灌注情况下， 由于能量不足该泵不能正常工作， 细胞功能就会受损。 除此之外， 持续缺血造成的脑内低糖可以抑制无氧酵解限速酶磷酸果糖激酶的活性，从而下调无氧酵 解。二是形成具有细胞毒性的氧自由基。 后者被普遍认为在脑缺血后神经元变性及死亡中起 了重要作用，尤其对于成年鼠。国内龙洁等（2002 年）在实验中将 FDP

11、 应用于成年大鼠暂时性大脑中动脉闭塞可明显减少梗塞区面积，并改善预后。Torre 等8制作双侧颈总动脉结扎的脑损伤成年大鼠模型后，实验组动物均表现有严重的空间视觉功能障碍，这种功能障碍与海马 CAI 区细胞色素氧化酶活性降低有关。之后给 予 FDP 联用二甲基亚矾（自由基清除剂） 7 日后，有 54%的动物其空间视觉功能恢复到正 常，但停药后上述症状又重新出现。FDP 不仅对于缺氧或缺血的大脑功能起保护作用，Yang 等9还发现 FDP 对亚急性一氧化碳（CO）中毒有很好的脑保护作用，它可以减轻亚急性CO 中毒后导致的单胺氧化酶活性降低，并阻止海马神经元延迟性死亡。2 .2 未成熟脑 未成熟脑

12、与成熟脑相比，无论是在结构功能上还是在易感性上均表现有一定的特殊性。Fe rriero（ 1988 年）曾发现未成熟脑在缺血状态下，纹状体及皮层区广泛分布着尼克酰胺 腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶 d（ NADPH-d ）。近年来人们又发现 2-5 日龄未成熟脑对于缺氧 的敏感性远远大于成熟脑， 损伤机制与少突胶质细胞的分化成熟度及易感性有关。 并且未成 熟脑与成熟脑在治病因素作用下的细胞死亡方式亦有不同。鉴于此，近年来研究者对 FDP 在未成熟脑上的应用进行了一系列的研究与摸索。Fujii 等10对 13 只胎龄 124 天的小绵羊脐带进行短暂结扎后分次给予FDP,总量为 500mg，未能观察到

13、FDP 对海马区神经元的保护作用。由于先前一些资料曾报道完全结扎脐带 时，FDP 在胎羊体内浓度是上升的，一旦解除结扎浓度会迅速下降至正常11。分析原因可能系去除脐带结扎后 FDP 通过胎盘流失，致使胎羊体内 FDP 浓度急剧下降，未及时发挥保 护作用。机体缺氧后会有反映体内信号及变化的基因的表达，Hasega wa 等12发现 FDP 预处理会降低未成熟脑。 C-fos,hsp70 的表达，改善机体对有害刺激的反应，从而发挥脑保护作用。Sola 等（1996 年）应用传统缺氧缺血性脑病模型已证实FDP 可以减轻脑组织损伤程度，且可降低损伤后 24 小时内血清 Ca2+浓度。兴奋毒性级联反应可

14、以导致脑损伤和脑瘫， 为明确 FDP 在未成熟脑兴奋毒性的脑保护 作用， Rogid。等13模仿人类围产期白质囊性及凝固性坏死建立新生小鼠脑损伤模型，经腹 腔应用 FDP 发现皮层损伤面积分别减少了 40%-80 % 。上述研究进一步扩展了 FDP 在未成熟脑损伤中的应用，目前学术界尚倾向于认为 FDP 对未成熟脑的保护作用是值得肯定的，但对其作用的有效剂量及应用方式应进一步研究探 讨。31 ,6-二磷酸果糖的剂量及安全性FDP 的作用效力与其剂量有一定相关性，也与应用时间有一定关系。在缺血损害前给予 100-300 mg/ kg 的剂量通常可以起到保护作用，但如果是在缺血后给予FDP,那么成

15、年大鼠通常需要 350-600 mg/ kg 的剂量；对于未成年脑而言 250 mg/ kg 的剂量通常起不到保护 作用。Sola等（1996 年）在对 7 日龄大鼠缺氧缺血性脑病模型应用500 mg/ kg 的剂量产生了好的疗效， 仅有 6%的 FDP 组表现有严重的脑损伤， 而对照组有 47%发生了严重的脑损伤。Gregory 等（ 1989 年）发现培养的星形胶质细胞缺氧对 FDP 的有效保护浓度为 0.5-3 mmol/L ；给药途径不同，血药浓度不同，则中枢效应也不同。虽然在一定范围内应用剂量 越大，血药浓度也会越高，但 FDP 的血浆半衰期很短，仅 10-15 分钟；给猪的静脉注射

16、 75100 mg/ kg 的 FDP,其血药浓度为0.6-4.5 m mol/ L。腹腔给药简便易行，然而血药浓度更难估 计，因此对于确定对中枢神经系统有保护作用的有效血药浓度还需进一步探索。4展 望无论是对于成熟脑和未成熟脑4,还是对缺氧和其他原因造成的脑损害, FDP 在动物实验中都表现出其独特的脑保护作用:改善脑缺血状态，保护脑组织功能，提高存活率。但将其应用于临床缺血性脑损伤病例尤其是新生儿病例尚未有报道。 FDP 调节脑代谢率，节 约 ATP ，防止细胞内 Ca2+上升的独特作用将会有很大的应用价值与潜力，值得研究开发。 参考文献1Takeuchi K, Can D H ，Frie

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22、e stressJ.Brain Res,2003，960( 1-2):90-98.实验中都表现出其独特的脑保护作用:改善脑缺血状态，保护脑组织功能，提高存活率。但8 Torre J C ， Nelson N ， Sutherland R J, et al. Reversal of ischemicinduced chronic memorydysfunction in aging rats with a free radical scavenger glycolytic intermediatecombinationJ.Brain Res,1998 ,779 ( 1-2) :285-288.9

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