李青青 范倩倩 左慧颖 邵翠杰

1.滨州医学院，山东烟台 264000；2.滨州医学院附属医院医学研究中心，山东滨州 256600

我国卒中患者总人数占世界首位[1-2]，其中80%是缺血性脑卒中。现阶段国内外脑血管病诊治指南一致推荐的治疗急性缺血性脑卒中最有效的药物治疗是超早期内（＜4.5 h）给予重组组织型纤溶酶原激活剂（rt-PA）静脉溶栓，我国相关课题研究表明在发病6 h内给予患者国产尿激酶100～150万 U静脉溶栓对急性缺血性脑卒中的治疗效果显著且相对安全[3]。尽管如此，能在此时间窗内接受治疗的患者较少且血流恢复后，由于氧自由基增多、细胞内钙离子超负荷、炎症因子释放增加、线粒体损伤等机制会进一步加重神经元凋亡，即脑缺血再灌注损伤。脑缺血/再灌注损伤会加重患者的临床症状，导致预后不良，研究其潜在机制就变得更为重要。本文就脑缺血/再灌注损伤病理生理机制做一综述，意在为缺血性脑卒中患者的治疗提供理论依据，并为临床基础研究及可能的预防策略开拓新思路。

1 氧化应激与脑缺血再灌注损伤

氧化应激（OS）是氧自由基产生与清除失衡导致大量氧化中间产物在体内堆积并产生负面作用。OS存在于多种病理生理机制，其中就包括缺血再灌注。脑组织氧化代谢率和多聚不饱和脂肪酸的含量较高、抗氧化酶活性较低，导致神经元更易受氧化损伤。每一种类型的卒中自由基都增加。活性氧（ROS）在中枢神经系统中主要由星形胶质细胞和小胶质细胞产生。还原型烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶产生大部分的超氧阴离子，是脑缺血氧化应激的主要驱动因素。此外，超氧阴离子还可以通过黄嘌呤氧化酶（XO）产生。在缺血性脑卒中过程中，ROS的生成分为三个阶段[4]。第一阶段：呼吸抑制后18～20 min，能量耗竭引起乳酸堆积，氢离子（H+）浓度增加，超氧阴离子向过氧化氢（H2O2）的转化增加；缺氧线粒体膜去极化，呼吸链解偶联，中间产物积累并与氧气相互作用产生ROS。第二阶段：氧糖剥离后的25～35 min，三磷酸腺苷（ATP）耗尽导致XO积累并激活，超氧阴离子产生并从线粒体呼吸链泄露，形成H2O2成为羟自由基（OH）的来源。第三阶段：再灌注阶段，组织含氧量增加，是造成氧化损伤的最重要阶段。此外，缺血可以增加金属离子的可获得性，脑组织富含铁，且脑脊液不能集合释放出来的铁离子。高浓度的铁导致一氧化氮（NO）合成增加，过氧亚硝酸生成，随后转化成羟基自由基和其他ROS。各种途径生成的ROS通过两种途径激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）导致细胞凋亡。内源性途径：细胞内钙离子（Ca2+）积聚诱导Bcl-2基因相互作用域Bid裂解为截短的Bid（tBid）与Bad-Box等促凋亡蛋白相互作用[5]；外源性途径：肿瘤坏死因子（TNF）家族配体与细胞表面凋亡受体结合[6]。两种途径共同通路：线粒体通透性转换孔打开，细胞色素C释放，最终激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（caspase-3）导致细胞凋亡[7]。除了上述两种途径，ROS还可能通过激活P53和丝裂原活化蛋白激酶、抑制磷酸肌醇三磷酸激酶-丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶（PI3K/Akt）通路、激活靶蛋白（如ROS敏感的凋亡信号调节激酶1）诱导神经细胞凋亡[8]。Genistein还可以氧化膜脂质、蛋白酶失活、染色体（DNA）链断裂导致细胞成分氧化导致神经元直接损伤。

2 神经炎症反应与脑缺血/再灌注损伤

在动物模型和卒中患者中，脑缺血后的炎症反应的特点包括驻留细胞（主要是微胶质细胞）的快速激活、循环中的炎症细胞的渗透，其中小胶质细胞是炎症开始的标志。以上效应细胞通过释放炎症因子、阻塞微血管、导致局部脑组织水肿引发自身及周围组织损伤[9]。在缺血性脑卒中的急性期（几分钟到几小时），损伤组织迅速释放ROS和促炎介质（细胞因子和趋化因子）。这些介质诱导脑内皮细胞和白细胞上黏附分子的表达，从而促进循环中白细胞的黏附和跨内皮细胞迁移[10]。神经胶质细胞是缺血性脑卒中后引发炎症反应的关键因素之一[11-12]。小胶质细胞是大脑中潴留的巨噬细胞，可通过其突起检测周围受损细胞嘌呤能和离子梯度的变化，脑卒中后几分钟，缺血核心及半暗带区域的小胶质细胞通过其受体检测危险相关分子模式（DAMPS）和高迁移组蛋白B1（HMGB1），这种受体-配体连接激活了核转录因子κB（NF-κB）通路，也激活小胶质细胞，TNF、白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6）的表达增加[13]，加剧星形胶质细胞和内皮细胞的激活。脑缺血后几小时到几周，星形胶质细胞是另一个关键角色[14]。一方面，基质金属蛋白酶破坏星形胶质细胞与血管内皮细胞之间的紧密连接，导致血脑屏障破坏，另一方面，星形胶质细胞的活化会导致炎症因子的合成增加，细胞因子通过破坏的血脑屏障或脑脊液引流系统进入体循环。随着趋化因子的分泌，包括中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞在内的外周血白细胞通过内皮细胞迁移穿过被破坏的血脑屏障侵入脑内，在脑缺血区域释放促炎因子。中性粒细胞最先侵入缺血组织，通过脱颗粒促进白细胞募集、释放细胞因子和趋化因子引起更广泛的常驻细胞激活和白细胞渗透，进一步放大脑部炎症反应，直接造成神经元死亡、脑水肿、出血转化。其次在脑微血管大量聚集的白细胞会阻塞微血管，诱发血栓形成，出现“无复流”现象，阻断再灌注血流，进一步加重损伤。

3 兴奋性氨基酸毒性与脑缺血/再灌注损伤

谷氨酸（Glu）是中枢神经系统含量最高、分布最广、作用最强的兴奋性氨基酸（EAA）。脑内合成谷氨酸的途径有4条，只有被谷氨酰胺酶水解生成的谷氨酸发挥神经递质作用。正常生理情况下，神经冲动传到突触末端，位于突触末端的囊泡释放谷氨酸至突触间隙，传递神经冲动，发挥生理作用，同时也触发神经胶质细胞膜上的谷氨酸转运体摄取谷氨酸。神经胶质细胞将谷氨酸转变成谷氨酰胺，再经谷氨酰胺酶脱氨生成谷氨酸，即神经元与神经胶质细胞之间的谷氨酸-谷氨酰胺循环。在缺血、缺氧的状态下，谷氨酸摄取和释放失衡，浓度异常，出现兴奋性氨基酸毒性，可通过以下机制使神经元损伤[15]：①与天冬门氨酸（NMDA）、离子谷氨酸（AMPA）受体结合神经元持续去极化，Ga2+积聚，出现细胞肿胀、线粒体功能障碍、脑血管痉挛、血管源性脑水肿；②阻碍三羧酸循环，使ATP的生成减少；③促进NO等自由基生成增多，加重氧化损伤；④钠离子（Na+）大量流入细胞，导致细胞水肿以及继发性EAA释放增多，加剧Ca2+超载[16]。

4 血脑屏障（BBB）破坏与脑缺血/再灌注损伤

血脑屏障是血浆与脑细胞之间及血浆和脑脊液之间的屏障，主要成分包括脑微血管内皮细胞、星形胶质细胞、基底膜构成。紧密连接结构存在于相邻血管内皮之间。在脑缺血/再灌注损伤中，血脑屏障的损伤主要与以下机制有关：①炎症因子：缺血、缺氧状态下，中性粒细胞和星形胶质细胞分泌以白细胞介素-1β（IL-1β）、IL-6、TNF-α为主要成分的炎症因子，诱导白细胞黏附、聚集、跨内皮细胞迁移，直接损伤血脑屏障；②基质金属蛋白酶（MMPs）：MMPs在Ca2+存在时其活性最大。MMPs在正常生理情况下在组织中不表达或微量表达。脑缺血时，神经元、神经胶质细胞、中性粒细胞均可表达MMPs，MMPs与MMPs抑制剂（TIMPs）平衡失调。其中明胶酶A（MMP-2）和明胶酶B（MMP-9）可降解血脑屏障基底膜以及紧密连接，导致血脑屏障通透性增加，加重脑水肿[17-19]。③水通道蛋白4（AQP4）：AQP4是哺乳动物中枢神经系统的渗透压感受器，主要的生理功能为介导水分子跨膜转运、钾离子（K+）缓冲、维持体液和渗透压平衡、调节血脑屏障成熟、调节脑脊液形成等。有研究表明，在小鼠脑缺血再灌注损伤模型中，AQP4的表达增加，缺血区域血管内皮细胞及胶质细胞肿胀，血脑屏障被破坏，出现脑水肿[20]。④氧化应激：氧自由基会氧化细胞膜脂质、蛋白质，直接损伤星形胶质细胞、血管内皮细胞，出现血脑屏障损伤。

5 钙超载与脑缺血/再灌注损伤

钙超载即各种原因引起的细胞内钙含量超负荷，并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象，严重者可造成细胞死亡。在脑缺血/再灌注损伤中，细胞膜上Na+-Ca2+交换体功能障碍[16，21]、钙泵功能障碍、细胞内钙库释放Ca2+、细胞外Ca2+内流、线粒体功能障碍摄入钙减少等机制均可导致钙超载。钙超载主要通过以下几种方式造成神经元损伤[22-24]：①与钙离子与钙调蛋白结合形成复合物，使5-羟色胺、去甲肾上腺、花生四烯酸素等血管收缩因子释放增加，血管继发性痉挛收缩，加重缺血、缺氧损害。②黄嘌呤脱氢酶在钙依赖性蛋白酶的作用下转变为黄嘌呤氧化酶，活性氧生成增加。③激活磷脂酶A和C，通过环加氧酶和脂加氧酶，使花生四烯酸等游离脂肪酸合成增加，细胞骨架被破坏，导致细胞水肿[25]。④胞浆内高浓度的Ca2+使线粒体摄取Ca2+增加，线粒体内磷酸钙沉积，ATP生成减少，线粒体功能障碍，膜电位丧失，离子浓度紊乱，线粒体自由基生成增多。⑤激活多种钙依赖降解酶。磷脂酶激活使细胞膜及细胞器膜结构受损；蛋白酶和核酸内切酶激活引起细胞骨架和核酸分解。⑥促使兴奋性氨基酸生成增多。

综上所述，脑缺血/再灌注损伤与氧自由基、炎症反应、兴奋性氨基酸毒性、血脑屏障、钙超载等多种病理生理机制有关。各种途径相互联系、彼此促进，形成恶性循环。充分认识脑缺血再灌注损伤的病理生理机制有助于阐明药物具体的作用机制，为临床用药提供理论依据。目前关于内质网损伤参与脑缺血再灌注损伤的研究较少，未来可聚焦如此，探讨内质网在脑缺血再灌注损伤中的作用机制，开发相关靶向药物，为脑缺血/再灌注的药物治疗带来新思路。