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脑缺血耐受机制的研究进展

来源:九壹网
维普资讯 http://www.cqvip.com 634 安徽医学2008年第29卷第5期 ・综 述・ 脑缺血耐受机制的研究进展 王昌林综述朱幼玲审校 预先给动物轻微、短时而不至于引起神经元死亡的脑缺血 刺激,可提高脑组织对后续较严重缺血(损伤性缺血)的耐受能 力,此现象称为脑缺血耐受(brain ischemic tolerance,BIT)。预 先给予的脑缺血刺激称为脑缺血预处理(cerebral ischemic 兔的基底节区和海马区增加明显,大脑皮质区也有所增加,证 实3一硝基丙酸诱导产生的缺血耐受与EPO的表达增加有关, 得出相同的结论,即促红细胞生成素是一种神经保护因子,对 局灶性和全脑梗死均有保护作用 J。促红细胞生成素保护作 用的机制可能与减少一氧化氮介导的氧自由基的形成、减轻兴 奋性氨基酸的毒性作用、抑制神经元凋亡、抗炎,促进血管形成 recondictioning,CIP)。1990年日本学者首次在蒙古沙鼠前脑缺 血模型中观察到此现象…。这一现象的发现为研究动物机体 内源性抗缺血缺氧损害的保护机制提供了新的思路,因此倍受 关注。近年来众多学者建立了很多动物模型,从不同角度对此 现象进行了较为深入的研究,并取得了一定的进展。本文就近 年来有关脑缺血耐受相关机制的研究进展作如下综述。 一等有关。Bemaudin_4 研究了低氧诱导脑缺血耐受及其机制,发 现大鼠急性缺氧后0.5小时,鼠脑即有脑源性促红细胞生成素 的表达,并对随后发生的脑缺血产生耐受性。Ruscher等 在 细胞水平也证明了促红细胞生成素在脑缺血耐受中的作用,并 发现EPO诱导的保护作用可以被可溶性促红细胞生成素受体 抗体或促红细胞生成素抗体阻断,并且和星形胶质细胞的激活 密切相关。因此,有理由认为,促红细胞生成素可能是脑缺血 耐受的一种内源性介质。 二、细胞信号传导通路 、脑源性促红细胞生成素的作用 促红细胞生成素(EPO)作为一种造血因子,主要来源于胎 儿的肝脏和成年人的肾脏,能够刺激骨髓中红系祖细胞的增殖 与分化,是合成红细胞的主要刺激因子。Nagai等研究表明,原 代培养的神经元和星形胶质细胞都可以生成促红细胞生成素, 当培养环境处于低氧浓度时,神经元和星形胶质细胞EPOmR— NA的聚集超过20倍至100倍,并且促红细胞生成素的生成也 近年来以受体激活为起点、胞内信号转导通路为主线,构 成预处理保护机制研究的重点。目前对丝裂素活化蛋白激酶 同时增加。Amy等 研究表明外源性促红细胞生成素对体外 培养神经元缺氧具有保护作用。国内学者也用20 mg ̄(kg・d) 的3一硝基丙酸预处理兔的模型,结果发现促红细胞生成素在 家族(MAPK)成员之一的C—jun氨基末端激酶通路的研究提 示其在脑缺血性神经元凋亡中发挥重要作用 .7_,MAPK是一 丝/苏氨酸蛋白激酶家族,由ERK、C—jun和p38组成,每一成 作者单位:230061 合肥市第一人民医院(安徽医科大学第三附属医院)神经内科 的需要,设计出的多个实验,涉及免疫学各方面的理论,并将实 性,营造活泼轻松的学习氛围,以成功实现教学相长,为学生今 验与临床相联系。如抗原抗体结合出现的凝集现象,我们让学 后的临床实践和医学研究打下了良好的免疫学基础。 生自己指尖采血,完成血型鉴定;检测T细胞表面抗原的E花结 实验中,学生同样是自己独立完成抽血、离心、染色和镜检等多 个步骤的操作。因为每个学生做的是自己的样本,所以都表现 1金伯泉,朱出了极高的兴趣性,他们往往积极地多途径地查阅资料,以求更 灯向同学展示临床相关疾病和免疫学进展,这样学生的知识也 参考文献 勇,张新海.硕士研究生《医学免疫学》教学初 探.中国免疫学杂志,2000,16(8):452~453 学杂志,2002,22(2):73~78 深入地了解相关的知识。在进行实验操作的同时,我t"r ̄N用幻 2陈慰峰.免疫学在生命科学和医学发展中的作用.上海免疫 更加立体化。而在理论课的教学中,可适当用多媒体动画演示 3杨静,毛立群,牛秀珑.医学免疫学教学法初探.山西医科大 实验内容,边理论,边实践,互相穿插,强调知识问的内在联系, 学生则更易理解和记忆。 学学报:基础医学教育版,2004,6(6):571~572 4谭海珠,杨棉华.PBL教学模式在医学教育中的应用.医学教 育,2005,(5):48~50 作为高校的教师,几年来,我们适应高校素质教育和培养高 堂教学模式,以提高教学质量,并加强对学生在知识、能力和素 质三方面的培养,了解学生的需求,充分调动学生的学习积极 质量人才的要求,在医学免疫学教学中,注重加强改革传统的课 5裴竹英.多媒体技术在现代教学中的积极作用.山西医科大 学学报,2003,5:82 (2007-03—15收稿 2007-06—18修回) 维普资讯 http://www.cqvip.com 安徽医学2008年第29卷第5期 635 员都各自形成独立的信号通路及网络,介导胞外信号引起核反 应信息传递的汇聚功能。JNK激活通过对转录因子C—Jun/ AP21、ATF22、Elk21等磷酸化促进基因的表达及新蛋白质的合 成,新生蛋白质可能作用于细胞凋亡途径的某一环节而促进细 胞凋亡。国内学者研究发现5 min脑缺血使对缺血敏感的海马 CA1区凋亡神经元增加、pJNK表达水平增加。IP可明显减少 海马CA1区凋亡神经元数目,有明确的脑保护效应,与国外文 献报道在脑缺血预处理Sprague—Dawhey鼠海马区ERK1/2磷 现神经元的缺血耐受不仅依赖自身HSPs的表达,还能被邻近 的神经胶质细胞表达的HSPs所补充。Chiueh等 通过实验 推测上述现象的可能机制是短暂缺血后的神经细胞通过cGMP 信号转导途径诱导胞质内的HSP70、Trxl和Bcl一2的表达,其 中HSP70在脑缺血耐受诱导阶段起着重要作用。 五、核因子KB及Bcl一2表达 核转录因子(nuclear factorKB,NF—KB)是一种多向性转录 调节蛋白,一方面可参与炎性反应的调节,另一方面与许多细 酸化持续存在至少3天的结果一致 。脑缺血诱发神经元表 胞保护性基因表达的调控有关。Rosenzwig等 在鼠类实验中 达多种即早基因。作为JNK通路直接底物之一的转录因子 c2jun能被脑缺血、低氧及多种化学物质激活而在神经组织特 异性地表达Jun蛋白,进一步发挥其调控效应 。JNK通路激 活参与沙土鼠海马CA1区缺血性神经元的凋亡,缺血预处理可 通过抑制CA1区JNK磷酸化、减少Jun蛋白表达而保护海马细 胞和功能。抑制JNK通路激活可发挥预处理相似的保护作用。 三、TNF一仅和iNOS的表达 脑缺血缺氧后,脑组织内TNF一仅和iNOS表达上调 ,产 生了大量具有神经毒性的NO、过氧化亚硝酸盐(ONOO一)及其 自由基,损伤细胞膜和线粒体呼吸酶,导致神经元死亡及脑组 织损伤。TNF一仅是一种主要的免疫调节剂和促炎细胞因子, 参与了与细胞损伤有关的iNOS的诱导表达。体内NO的含量 及生物学作用完全依赖于NOS的活性。iNOS也是一重要的炎 症介质,多在免疫应答和神经损伤后才表达。越来越多的证据 表明,iNOS参加了脑缺血损伤,利用选择性iNOS抑制剂如氨基 胍可减少脑缺血模型动物的神经病理生理症状。p38丝裂原活 化蛋白激酶的命名缘于其克隆编码是由360个氨基酸组成的 38KD的蛋白,是MAPK家族的重要成员。其主要作用是参与 胞内信号传递,介导炎症反应、应激活凋亡。最近研究表明,给 予p38MAPK抑制剂可减少脑组织内TNF— 和iNOS表达,从 而减少脑梗死体积 。这些也在一定程度上说明炎症免疫反 应参与了脑梗死所致的脑组织损伤,而TNF一仅和iNOS是启动 脑梗死后炎症免疫反应的重要介质。因此,我们有理由推测缺 血预处理通过抑制脑组织TNF一仅和iNOS的表达,减轻脑梗死 后的炎症免疫损伤,最终诱导脑缺血耐受。 四、热休克蛋白的作用 Blancom等 认为脑缺血耐受的神经保护分子机制可能 包含两个阶段:第一个阶段是神经元内固有的细胞信号转导机 制,首先进行蛋白翻译后修饰与新蛋白表达准备阶段,第二个 阶段是应激反应和应激蛋白的激活,其中热休克蛋白70 (HSP70)在脑缺血耐受中起重要作用。热休克蛋白(Heat Shock Proteins,HSPs)是机体细胞在受到高温、缺血、缺氧、重金 属盐、病毒感染等病理刺激下产生的一组蛋白质,按分子量 不同可分为三个家族HSP90,HSP70和小分子量HSP家族。 HSP70家族包括68,70,72,73,75,78KD的HSP.,是一类最保 守、最重要的HSPs。很早就有人发现在脑缺血预处理过程能 增加HSPs的表达,而Brown IR.等 也证实了在哺乳类动物脑 缺血预处理时突触丰富的区域HSPs的表达明显过度,而且发 发现:予脂多糖预处理的小鼠在随后的持续缺血过程中体内肿 瘤坏死因子一仅(TNF一仅)明显下降而活性TNF~R1(s TNF— R1)水平明显增加,后者能减少持续脑缺血时TNF一仅介导的 脑损伤。国内学者田代实等¨钊建立大鼠血管闭塞的全脑缺血 耐受模型,将实验动物随机分为4组,用凝胶电泳迁移率改变 分析法检测NFKB的活性,免疫组化技术检测细胞问黏附分子 2l(ICAM21)和Bc122的表达。结果发现I/R中NF—KB被 激活,IP可抑制其激活,可逆转DTI'CIP对I/R中NFKB的抑 制效应;IP+I/R组与I/R组相比,神经元计数明显增高, ICAM一1的表达降低,Bcl一2的表达增加;给予DTFC处理后, IP的神经保护作用明显减弱,IPDTI'C+I/R组与I/R组 ICAM一1和Bcl一2的表达无显著性差异。据此推测IP的神经 保护效应依赖于NFKB的激活,可能部分通过上调Bcl一2的表 达,同时抑制I/R中NFKB的活性而减少ICAM一1的产生发挥 作用。郝玉曼等 预缺血10min后3 d制作大脑中动脉缺血2 h再灌注22 h模型发现,预缺血组梗死体积较单纯缺血再灌注 组明显缩小,神经元损伤也较轻,且缺血侧NF—xB表达水平也 明显低于后者。他们用相同的模型还发现,预缺血组TNF— o ̄mRNA表达明显低于单纯缺血再灌注组,提示预缺血可能阻 断了IxB激酶的活化,通过减少IxB磷酸化,进而抑制NF—xB 的激活,从而下调细胞因子、Mn—SOD和iNOS等靶基因的转录 诱导脑缺血耐受。 六、代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors, mGluRs) 代谢型谷氨酸受体是脑内广泛存在的、与G蛋白偶联的膜 受体,根据氨基酸的序列相似性、信号转导机制及激动剂的选 择性不同,可将mGluRs分为2组,并经研究证实,I、Ⅱ组均参 与脑缺血预处理的保护机制。国内学者将51只永久凝闭椎动 脉的sD大鼠随机分为假手术组、CIP组、仅一甲基一(4一四唑 基一苯)甘氨酸(MTPG)+CIP组、损伤性缺血组和MTPG+CIP +损伤性缺血组5组。结果发现NOS的活性于3min的CIP后 再灌注6h时开始升高,为(155.0±33.5)nkat/g,24 h达高峰, (202.0 4-37.2)nkat/g,72 h降至假手术组水平,为(123.8 4-27. 5)nkat/g。应用MTPG后可见,NOS的活性受到明显抑制,较单 纯CIP组明显减低(P<0.05)。据此推测MTPG能阻断CIP引 起的NOS的表达增加,同时又能阻断CIP抗后续损伤性缺血的 作用,提示一氧化氮途径参与脑缺血耐受诱导过程中mGLURs 的作用“ 。 维普资讯 http://www.cqvip.com 636 安徽医学2008年第29卷第5期 七、原癌基因 6 Chang L,Karin M.Mammalian MAP kinase signalling cas— 原癌基因是近年来生命科学的一项重大发现,目前对原癌 基因的研究已远远超出了肿瘤学的领域,已经发现脑缺血时伴 有的原癌基因异常表达,如c—fos基因家族、jun基因家族等。 cades.Nature,2001,410(1):37~40 7 Wang YQ,Li J,Cao H,et a1.The expression and role of ERK and JNK in cerebral ischemic preconditioning in Gerbil.Chin 其中在众多原癌基因中与脑缺血有关的研究最多的就是c—f0s 基因家族。其中在众多原癌基因中与脑缺血有关的研究中最 多的就是c—los基因家族。原癌基因c—fos的表达具有双重 Pharmacol,2005,22(3):337~340 8 Choi JS,Kim HY,Cha JH,et a1.Ischemic preconditioning—in— duced activation of ERK1/2 in the rat hippocampus.Neurosci 效应,它既参与神经细胞DNA损伤与修复,包括细胞周期调 控、对受损神经细胞有保护作用,又介导和诱导细胞凋亡。而c Letters,2006,409(3):187~91 9 B Miao,X.H Yin,D.S,et a1.Neuroprotective effects of precon— —f0s表达发挥哪种效应,可能取决于细胞所处的内外环境、c~ f0s表达的数量及未发现的决定因素。Kamme等在研究低温对 脑保护时发现,低温可影响c—fos的表达,并能干扰脑缺血后 神经细胞凋亡。 八、DNA修复蛋白 脑缺血再灌注诱导DNA损伤并激发的DNA修复活动,多 功能DNA修复蛋白Ku70/86,可以连接到破裂的DNA末端, 激发DNA修复途径。研究 表明Ku70/86的表达时间及部 位与海马CA1区耐受一致,提高Ku70/86的表达可能在缺血 耐受中起重要作用,其具体机制尚在研究之中。 综上所述,脑缺血耐受实际上是外界刺激激活机体的内源 性保护过程,目前对其形成的具体机制还不完全清楚。Steiger Ⅲ等设想,如果能以化学预处理来发明安全的化学药物治疗和 预防缺血性脑血管病以及侵袭性脑手术前的处理会使研究脑 缺血耐受为新的脑保护药物的开发提供了理论依据 …。我们 有理由相信,随着分子生物学的不断发展和完善以及对细胞信 号转导的更深入研究,脑缺血耐受机制的阐明会给缺血性脑血 管病的预防和治疗提供了崭新思路。 参考文献 1 Kitagawa K,Matsumoto M,Masafumi T,et a1.Ischemic toler— ance phenomenon found in tile brain、Brain Res,1990,528(3): 21~24 2 Amy D,Sinor E,David A,et a1.Erythropoietin protects cul— tured cortical neurons,but not astroglia,from hypoxia and AM— PA toxicity.Neurosci Lett,2000,290(3):213~215 3 Chu K,Lee ST,Sinn D et a1.Pharmacological Induction of Is— chemic tolerance by GlutamateTr_ansporter一1 upregulation. Stroke,2007,38(1):177~82 4 Bernaudin M,Nedelec AS,Divoux D,et a1.Normobanc hypoxia induces tolerance to focal permanent cerebral ischemia in associ— ation with an increased expression of hypoxia—inducible f actor 一1 and its target genes,erythro poietin and VEGF,in the a duh mouse brain.J Cereb Blood Flow Metab,2002,22(4):393~ 403 5 Ruscher K,Freyer D,Karsch M,et a1.Erythropoietin is a paraserine mediator of ischemic tolerance in the brain:evidence from in vitro mode1.J Neumsei,2002,22(23):10291~10301 ditioning ischemia on ischemic brain injury through down——reg-- ulating activation of JNK1/2 via N——methyl——D—‘aspartate re-- cep tor—mediated Aktl activation.J Biol Chem,2005,280( 23):1693~1699 10 Ezqur ME,Vzldez SR,Seltzer AM.Inflammatory responses of the substantia nigra after acute hypoxia in neonatal rats Expefi— mentM Neurol,2006,197,(2):391~398 11 Chun Shu Piao,Han PL,Kim JB,et a1.Administration of the p38 MAPK inhibitor SB203580 affords brain protection with a wide therapeutic window against focal ischemic insult.J Neu— rosci Research,2003,73(4)537~544 12 Chiueh C,Andoh T,Chock B,et a1.Induction of thioredoxin and mitochondfal survival proteins mediates preconditioning— induced cardioprotection、Ann N Y Acad Sci,2005,1042:4031 ~8 13 Brown IR、Heat shock proteins and protection of the nervous system、Ann NY Acad Sci,2007,113~147~158 14 Rosenzweig HL,Minami M,Holly L,et al、Endotoxin precon— ditioning protects against the cytotoxic effects of TNFalpha after stroke:a novel role for TNFalpha in LPS—ischemic tolerance. J Cereb Blood Flow Metab,2007,1107:1663~74 l5田代实,王光海.核因子KB在大鼠脑缺血耐受中的作用及 其对细胞问黏附分子一1和Bcl一2表达的影响.中风与神 经疾病杂志2004,03:150~210 16郝玉曼,罗祖明.核因子2KB(NF—KB)在大鼠局灶性脑 缺血耐受产生中的意义.脑与神经疾病杂志,2003,11: 257~260 17冯荣芳;李文斌、一氧化氮参与脑缺血耐受过程中Ⅱ组代 谢型谷氨酸受体的作用.中国临床康复,2005,:107~109 18 Sugawara T,Noshita N,et a1.Neuronal expression of the DNA repair protein Ku70 after ischemic preconditioning corresponds to tolerance to global cerebral ischemia.Stroke,2001;32:2388 ~93 19 Steiger HJ,Hanggi D.Ischaemic preconditioning of the brain, mechanisms and applications.Acta Neurochir(Wien)、2007; 149(1):1~10 (2007—12-03收稿 2008—03—15修回) 

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