亚低温的脑保护作用机制研究进展

1、亚低温的脑保护作用机制研究进展【关键词】 亚低温 1987年Busto等1首次提出了全身亚低温(3235) 具有脑保护作用后，各种动物实验及临床试验均证实其能减轻脑损伤后病理损害的程度，促进神经功能恢复，其保护作用的机制研究也由生化、代谢水平逐渐深入至分子基因水平，本文就其作用机制研究进展综述如下。1 降低脑组织的氧耗量和代谢，改善细胞能量代谢，减少乳酸生成，减轻酸中毒众所周知，脑部能量供应以葡萄糖为主，有研究发现亚低温对颅脑损伤后葡萄糖代谢有影响：(1)抑制伤后高血糖反应。颅脑损伤后糖代谢紊乱的主要因素是因下丘脑-垂体直接、间接损伤及机体应激反应所致的儿茶酚胺增加2，以及可能与血液中胰岛素、

2、细胞膜胰岛素受体结合活性下降3，存在胰高血糖素不同程度升高等因素有关4。临床研究发现，亚低温治疗可抑制垂体前叶激素分泌峰值5，有利于抑制颅脑损伤后儿茶酚胺剧烈波动6;可降低皮质醇含量，但对胰岛素、生长激素却没有影响，这说明亚低温可能抑制胰岛素抵抗，避免了伤后血糖急剧升高。(2) 减少糖酵解。Hayashi 等7认为，颅脑损伤后脑组织温度的急剧升高是其最初病理生理改变之一，而局部脑组织温度升高必然使脑组织能量需求增加，脑氧供与氧耗出现不平衡致糖酵解增加，从而使乳酸生成增加，出现代谢性酸中毒，引起一系列继发性脑损害。亚低温治疗有利于降低脑组织温度，抑制脑组织高代谢状态，降低颅脑损伤后脑组织的氧耗量

3、，改善氧供与氧耗间的不平衡，减少乳酸生成，有利于减轻伤后继发性脑损害。2 抑制自由基清除剂的消耗和脂质过氧化反应生理情况下，人体内自由基与自由基清除剂处于平衡状态，脑缺血后平衡被打破，由于缺氧产生的自由基，包括超氧阴离子、羟自由基以及过氧化氢等，对脑细胞的损伤主要是通过攻击脑细胞生物膜上的多价不饱和脂肪酸，以链式反应产生大量的LPO和醛类产物而实现的，LPO又进一步造成生物膜的氧化损伤，同时醛类产物对细胞中的蛋白质、核酸及间质中的透明质酸等又有广泛的损伤作用，结果导致脑细胞结构破坏和功能丧失。王祥瑞等8研究发现亚低温状态能增加SOD含量、减少LPO水平，缓解缺血再灌注期间的氧自由基所介导的脂质

4、过氧化反应。SOD具有强大的抗氧化作用和减少自由基的产生并中断氧自由基的连锁反应，从而减轻了自由基对细胞的攻击破坏，起到保护缺血区神经元的作用。3 抑制复苏后脑组织中PAF含量的异常增加近年来对脑缺血损害的病理生理研究表明，在脑缺血时神经细胞钙离子通道异常开放，细胞外液中钙离子大量进入细胞内，使胞浆内游离钙浓度异常增高，产生严重的钙超载，诱发一系列病理反应，促发和加剧脑继发性损害，严重影响神经细胞的结构和功能改变，并可最终导致神经细胞的死亡。神经细胞钙超载可有效地激活磷脂酶A2，进一步促使PAF、LTs(Leukotrienes)、PGs(Prostaglandin)等介质的异常释放。PAF的

5、过度生成及异常释放可通过下述机制引起脑损害：(1)对神经元： PAF 可诱导细胞分化，增加神经细胞内钙离子浓度，扰乱细胞膜功能;(2)趋化和激活多形核白细胞，使其释放活性因子，启动和加重炎症反应；(3)聚集和激活血小板，促使其合成和释放血管活性物质如组织胺、血清素、血栓烷A和白三烯等，可引起血管栓塞或使血管通透性增加引起和加重脑水肿；(4)收缩脑血管、降低脑灌注；(5)直接或间接地激活凝血-纤溶机制；(6)抑制心肺功能。所有上述作用相互影响、互相促进，从而形成恶性循环，加重脑损害9，10。有研究发现，心跳骤停致脑缺血复苏后实验动物血清及脑脊液中PAF含量显著高于缺血前正常水平(P0.01)，表

6、明PAF在缺血性脑损害中可能起重要作用;同时还显示，心跳骤停复苏后亚低温实验组动物脑脊液中PAF 含量显著低于常温对照组(P0.01)，表明在心跳骤停致脑缺血后于复苏期间即行选择性头部亚低温治疗可有效抑制缺血再灌注脑组织中PAF 含量的异常增加，有助于打断由上述钙离子超载引发的脑缺血损害的恶性循环，起到较好的脑保护作用。4 抑制一氧化氮合成酶的活性，减少一氧化氮的合成，降低其介导的氨基酸类兴奋性神经递质的神经毒性作用有关文献表明，一氧化氮和氧自由基反应产生的过氧化亚硝基阴离子及其降解产物均有非常大的毒性，NO具有有益作用及神经毒性二重性11，12。NO 在脑缺血中不仅具有潜在的有益作用，包括维

7、持脑血流、抑制血小板聚集、粘附和抑制NMDAR，从而减少Ca2+内流，而且nNOS 来源的NO介导Glu 的兴奋毒性，iNOS则参与凋亡发生机制12。黄志刚等13研究发现颅脑损伤急性期内的血清NO含量明显升高，应用亚低温治疗后NO 含量下降，与对照组相比较差异有显著性(P0.01) 。结果提示NO含量增高对脑缺血患者是一个极其不利的因素，这与NO介导Glu的兴奋毒性和细胞凋亡机制发生有关。氨基酸类兴奋性神经递质在缺血再灌注脑损害中具有重要作用，很多研究表明，局部脑缺血期间或再灌注期间脑内神经元间隙中谷氨酸(Glu) 浓度明显增高，并且这一现象与神经元病理损伤密切相关，目前认为，脑缺血期间ATP

8、 迅速耗竭导致神经细胞膜去极化引起Glu 等的大量释放，神经元间隙中浓度增高的Glu 主要通过2种受体发挥其神经毒性作用14，15 : 一是激活NMDA 受体后启动膜上Ca2+通道，Ca2+内流增加，使神经元内Ca2+超载，而后者被认为是缺血再灌注脑损害病理生理过程的共同途径;二是激活AMPA受体后开放膜上Na+通道，促进Na+内流，神经元内Na+浓度增高，发生细胞内水肿，神经元损伤。但正常状态下神经元内外Glu 浓度差的维持主要依赖神经元和胶质细胞膜上Glu载体高效率摄取机制16，脑缺血再灌注可能破坏该机制，导致载体对Glu的摄取功能减弱，致使神经细胞外Glu浓度升高。因此，亚低温可能促进神

9、经细胞膜功能恢复从而促进神经元对Glu 的再摄取，降低其细胞间隙Glu的浓度，也可能通过抑制脑内Glu 的释放或促进其再摄取以减轻其兴奋性神经毒性，从而起到脑保护作用。5 抑制细胞凋亡，使神经元坏死减少 bcl-2是一种凋亡抑制基因，其蛋白Bcl-2主要在幸存细胞中表达，bcl-2具有抗过氧化、抗兴奋性氨基酸毒性和抑制钙离子内流作用，表达增强可增强细胞抵抗缺血性损害及存活的能力;Bax是该家族另一成员，具有拮抗Bcl-2、促进细胞凋亡功能。董瑞国等17观察到33全身亚低温并持续4h，对缺血性锥体细胞损害有较好的保护作用，增强Bcl-2 蛋白的表达，延长其表达持续时间，而减弱Bax表达，同时缩短

10、其表达持续时间。有研究证明Bcl-2 可抑制由生长因子、葡萄糖及血清缺乏，离子钙增多，细胞膜过氧化和自由基增多等因素引起的中枢神经细胞死亡; bcl-2 基因缺乏鼠，脑缺血后梗死体积增大、神经功能缺损增加且与基因缺乏程度相关18，而转基因方法使细胞Bcl-2 蛋白表达增加在体外及体内均可保护神经元免受多种有害因素引起的损害或减轻损害19。表明低温的保护作用与bcl-2表达增加有关;此研究结果与以前Zhang等20研究的低温能增强Bcl-2 在全脑缺血后海马区的表达及低温明显增强缺血半暗带区Bcl-2 蛋白的表达结果相符； 与Babu21报道低温组Bax 表达减低一致，Gbson ME等观察到b

11、ax 缺乏鼠脑缺血缺氧后海马区受损的细胞明显减少22。6 亚低温对脑缺血后蛋白表达的影响高凌云等23研究发现，脑缺血后亚低温可加快c-fos蛋白的表达，提示了c-fos作为细胞核的第三信使，可能通过启动和调控某些具有特殊功能意义的靶基因如强啡肽、神经营养因子、神经生长因子和胶质纤维酸性蛋白的表达，并通过最终的表达产物发挥对缺血损伤的保护修复，促进再生和再塑功能。提示我们亚低温影响蛋白质合成及基因表达的机制可能是:(1)低温可刺激即早期基因表达为蛋白，在早期使c-fos、c-jun 表达增强，这些基因的表达产物（即早期蛋白）可进一步在转录水平激活一些重要的后期基因如bcl-2，提高了细胞对缺血的

12、耐受力，避免细胞的死亡。(2)脑缺血时，虽然缺血组织中蛋白质的合成受到抑制，但仍可选择性合成一些保护性蛋白。亚低温可能选择性的保存合成避免细胞死亡的蛋白质如c-fos蛋白和Bcl-2蛋白。(3)亚低温可能通过减轻脑缺血，阻断或降低缺血诱导的蛋白激酶C和钙调素依赖蛋白激酶(CaM K) 的活性下降，从而对蛋白质合成环节如转录翻译和合成加以影响，如增加Bcl-2的表达使神经元坏死减少。随着基础与临床研究的不断深入，人们认识到缺血后脑组织经历了能量代谢障碍、兴奋性氨基酸的释放、细胞凋亡、酶及蛋白功能改变等一系列损伤级联事件，各事件的发生发展过程中均涉及到不同基因的表达。亚低温脑保护作用的机制，可能涉

13、及到损伤级联中的各个事件，从各个环节影响基因表达以及转录因子的活性。在基因水平上更加全面的加深和明确对亚低温脑保护机制的认识，必将有助于亚低温更有效地发挥脑保护作用，减低可能的副作用，为脑损伤提供一种简便易行、疗效确切的治疗手段。【参考文献】1 Busto R，Dietrich WD，Globus MY，et al. Small differences in intraischemic brain temperature critically determine the extent of ischemic neuronal injury. J Cereb Blood Flow Metab，1

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