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脑缺血后大脑神经再生中神经保护剂的作用

2020-09-12 699 上传者：管理员

关键词：
神经保护剂
神经再生
神经系统
脑缺血
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脑缺血损害是脑卒中最常见的形式,具有高发病率、高病死率、高致残率及高复发率等特点。欧洲每年有35万人因心脏突然骤停而发生脑卒中[1],北京急性脑卒中男性和女性发生率年平均增长幅度分别为4.5%和4.2%[2]。脑缺血后一方面要抑制神经元的过度凋亡,维持细胞的正常数量,另一方面也需要激活和加速内源性的神经干细胞增殖和分化,产生更多的新生神经元替代凋亡的神经元。在中枢神经系统发育的过程中,神经发生主要存在两个区域[3,4]侧脑室的室管膜下层(SVZ)和海马齿状回的颗粒下层(SGZ)。脑缺血后SVZ和SGZ区神经再生能力大大增加,且受损皮层和嗅球本身也能产生新生神经元。脑缺血后这种通过神经元替代的自我修复方式可促进某种程度的恢复,但是内源性神经干细胞神经再生能力有限,产生的新生神经元数量难以完全替代丢失的细胞。例如在局灶性脑缺血(MCAO)模型中,新生的神经元只能替代纹状体0.2%凋亡神经元[5]。因此增加适当的外界干预才能加强内源性神经干细胞及它们的子代的增殖、存活和神经元的成熟,以达到治疗目的。神经保护剂能提高神经元对脑缺血的耐受性,全方面、多层次延缓神经元的死亡、减少脑组织的损害和改善神经功能缺损,最终促进患者的功能恢复,目前神经保护剂用于缺血性脑血管疾病、神经系统退行性病变疾病及其他相关疾病的治疗。

1、依达拉奉

依达拉奉是一种新型氧自由基清除剂,能跨过血脑屏障,与许多自由基相互作用而降低活性氧的产生,主要治疗急性脑梗死患者。在MCAO动物模型中,注射依达拉奉可通过抑制低氧诱导因子(HIF)-1α信号通路和血管内皮生长因子(VEGF)蛋白水平的表达而减少脑梗死面积,降低神经功能缺损评分,但与此同时脑缺血侧SVZ区神经祖细胞和细胞增殖的数目下降[6]。Kikuta等[7]报道体内、外接受依达拉奉治疗均可促进海马SGZ区受损神经元的增殖和分裂,这可能是因为依达拉奉在消除氧化应激的同时,也诱导了脑源性神经营养因子(BDNF)的产生[8]。颅放射治疗后引起的氧化应激损害了海马的神经发生,这可能与认识功能障碍有一定联系,给予依达拉奉干预后可避免SGZ区神经元走向坏死,除此之外,还可提高空间学习记忆能力[9]。Lei等[10]报道在大鼠全脑缺血之前30min和术后给予依达拉奉,可通过保护海马的神经干细胞(NSCs)免于凋亡而促进神经再生,其机制可能是通过减少活性氧的产生和抑制脑缺血后HIF-1α和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3蛋白的表达。依达拉奉也能通过作用于Notch-1信号通路,抑制小胶质细胞的激活而对缺血脑组织发挥保护作用[11]。

2、神经营养因子(NT)

NT由特殊蛋白质和肽类组成,由相关组织和星形胶质细胞产生,在神经元的生长、发育、生存和分化过程中发挥重要作用。可通过突触后、突触前然后入胞与特定受体相结合,产生生理功能。NT可促进损伤神经元轴突芽生,调节突触可塑性,促进神经血管内皮细胞的增殖和分化,最后修复神经元,恢复神经元的生理功能。由于NT属于大分子物质,很难通过血脑屏障到达大脑,因此目前的研究主要是通过侧脑室或者脑实质注射给药。BDNF是一种调制突出可塑性和神经再生的促存活信号分子,广泛分布在中枢神经系统。亚皮层缺血性脑卒中后,注射BDNF可增加受损白质的少突胶质细胞发生、髓鞘的重形成、纤维的连接[12]。在大鼠MCAO模型中发现新皮质第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层的BDNF出现在缺血区域,营养小胶质细胞和巨噬细胞[13]。联合安帕金治疗局灶性老年小鼠可实现最大的功能恢复,其可能是通过蛋白激酶B(AKT)-糖原合成酶激酶(GSK)3-环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)信号通路发挥作用[14]。神经生长因子(NGF)可增加MCAO后巢蛋白(Nestin)的表达,并可促进Nestin分化成神经元与胶质细胞[15]。生菜配糖体B可通过上调NGF和NT-3的表达而在MCAO中发挥神经保护作用[16],NT联合VEGF治疗兔MCAO再灌注6h可显著保护神经元,改善神经功能评分[17]。睫状NT可改善脑缺血大鼠神经功能缺损体征,促进髓鞘再生[18]。

3、神经节苷脂

神经节苷脂是神经细胞膜的组成成分,在神经元的发生、生长、分化及轴浆运输中起着非常重要的作用。神经元损伤后,神经节苷脂可促进缺血区域及其毗邻部位的神经再生、轴突生长和突触重建。在缺氧缺血诱导的新生大鼠白质损伤区域给予神经节苷脂单唾液酸四己糖神经节苷脂(GM1)治疗后,神经行为功能损害明显降低[19],这可能是因为神经节苷脂GM1加强了神经束蛋白155与脂质筏的联系,稳定侧区复合物的结构和阻止大脑髓鞘的损伤[20]。赵伟佳等[21]报道神经节苷脂GM1能减少脑梗死面积,促进脑缺血部位Nestin的表达,在由糖尿病加重的缺血性神经元损害中,GM1可通过抑制细胞外信号调节激酶(ERK1/2)的磷酸化而减轻CA3区和扣带回皮质的神经元损害[22]。

4、托吡酯(TPM)

TPM是被美国食品与药品监督局批准的用于治疗迁移性头痛和小儿癫痫的药物。可能的作用机制涉及:阻断Na+通道而抑制放电的持续性;通过阻断谷氨酸受体和调控Ca2+离子通道而抑制兴奋性谷氨酸神经递质;通过GABA-A受体位点的作用而提高GABA介导的神经抑制作用。近年研究表明低氧缺血性脑损害后,短期内正确的使用TPM可产生明显的神经保护作用,表现为缩小脑梗死体积,改善神经功能,而长期使用或者过剂量使用则能对脑和认知功能造成新的伤害[23]。因此什么浓度能在治疗脑缺血中发挥最佳作用呢?Clark等[24]报道,浓度为0.0～16.8μg/ml的TPM在缺氧缺血诱导的朗伊凡氏大鼠幼崽脑缺血模型中发挥神经保护作用,作用机制可能是通过降低Caspase-3蛋白的表达和B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)相关X蛋白(BAX)/Bcl-2的比率、增强GABA能信号和抑制胶质细胞发生[25]。

5、促红细胞生成素(EPO)

EPO是由肝脏和肾分泌的一种激素样物质,含有唾液酸的酸性糖蛋白,能促进红细胞的生成。EPO首先被用来治疗各种病因引起的贫血,例如常规血液透析终末期肾病。有趣的是,科研人员发现EPO具有多效性,如抗缺血和抗凋亡、促进新血管的形成、内皮祖细胞的迁移及促进血管再生[26,27]。在一项随机的、前瞻性的,以安慰剂作为对照的临床试验中发现:急性缺血脑卒中后,给予患者EPO治疗可明显改善长期神经功能结果,提高预后[28]。采用EPO预处理MCAO大鼠,结果EPO能通过降低脑内炎性因子表达和血糖水平的平衡而减少脑缺血再灌注损害[29],也能促进热休克蛋白(HSP27)和VEGF的表达而抑制缺血侧大脑皮质神经元的凋亡[30]。Zhou等[31]报道EPO增加磷酸化缝隙连接蛋白(p-Cx)43的表达而保护神经血管单元,从而改善间隙连接细胞间通讯(GJIC),减少神经毒性物质的释放。经主动脉弓和左锁骨下十字钳闭制作短暂的脊髓缺血模型,然后给予EPO治疗,结果表明EPO可明显保存好后肢功能和较完整的细胞结构,这可能与EPO激活了CREB信号通路有关[32]。

综上,脑缺血后的神经再生过程涉及多因素和机制,而神经保护剂可通过全方面,多层次发挥神经保护作用,同时我们也看到随着对神经保护剂的药理作用深入研究,这也将为其在脑缺血疾病中的广泛应用提供扎实的理论基础。

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贺旭,王伟,汤艳,申燕伟,赵宏.神经保护剂在脑缺血后大脑神经再生中的作用[J].中国老年学杂志,2020,40(17):3787-3790.

基金:湖南省自然科学基金青年课题(2018JJ3517);湖南省教育厅优秀青年课题(16B269);益阳市科技局应用基础项目(2017YR02).