缺氧,、缺血與遲發(fā)性神經(jīng)元死亡
丁艷潔 蔣 犁綜述 湯云珍審校
南京鐵道醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系兒科研究室（210009）
摘要 腦缺氧缺血（HIE）后的細(xì)胞損傷發(fā)生于兩個階段，即早期的組織梗死與晚期的遲發(fā)性神經(jīng)元死亡,。目前認(rèn)為遲發(fā)性神經(jīng)元死亡是通過凋亡途徑發(fā)生的。本文介紹了遲發(fā)性神經(jīng)元死亡的機(jī)制,，凋亡與壞死的區(qū)別及腦缺氧,、缺血后神經(jīng)元凋亡的證據(jù)。
關(guān)鍵詞 腦缺氧 腦缺血 腦損傷 吞噬作用
圍產(chǎn)期窒息被認(rèn)為是造成永久性神經(jīng)損傷的重要原因之一,。腦缺氧缺血（HIE）后的損傷,，過去一真認(rèn)為是由急性能量衰竭造成的細(xì)胞壞分子死導(dǎo)致的，包括神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞的死亡,。一般于缺血后一天內(nèi)發(fā)生,，三天時達(dá)到高峰[1]，但長期以來不能解釋為什么在腦缺血復(fù)蘇一段時間后,，病情反而進(jìn)一步加重,。例如在新生兒產(chǎn)時窒息造成的短暫缺血缺氧（HI）損傷后，復(fù)蘇后短時間內(nèi)相對正常,，而于數(shù)小時后出現(xiàn)遲發(fā)性腦損傷的表現(xiàn)[2],。
遲發(fā)性神經(jīng)元死亡
動物實驗發(fā)現(xiàn)，HI后的細(xì)胞死亡可發(fā)生在兩個不同的階段[1],。第一階段在HI過程中,，急性能量衰竭導(dǎo)致細(xì)胞外離子平衡失調(diào)，細(xì)胞內(nèi)鈉鈣積聚,，細(xì)胞水腫,，嚴(yán)重者導(dǎo)致細(xì)胞破裂。此外,，興奮時氨基酸與自由基等因素可加重?fù)p傷,。這一階段的細(xì)胞死亡涉及神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞。第二階段的細(xì)胞死亡通常發(fā)生于數(shù)小時之后，僅涉及神經(jīng)元,，即選擇性神經(jīng)元損傷,。因其發(fā)生的時間延后，稱為遲發(fā)性神經(jīng)元死亡[1,，3],。盡管能量耗竭、離子失平衡等造成第一階段細(xì)胞死亡原因同樣可作用于第二階段,，但這些機(jī)制均不能很好解釋為什么會有這種延遲現(xiàn)象,。并且，動物實驗發(fā)現(xiàn)HI后的細(xì)胞死亡方式?jīng)Q定于損傷的嚴(yán)重程度,，短暫損傷后發(fā)生遲發(fā)性選擇神經(jīng)元死亡,，通常發(fā)生于缺血敏區(qū)——海馬CA1區(qū)神經(jīng)元；而嚴(yán)重?fù)p傷迅速導(dǎo)致梗死,，包括神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞的死亡[1,，4]。這些均提示HI后的損傷是通過兩種不同的途徑產(chǎn)生的,，而遲發(fā)性神經(jīng)元損傷的機(jī)制用傳統(tǒng)的壞死的觀點無法解釋,。
遲發(fā)性神經(jīng)元死亡的機(jī)制——凋亡
為探討遲發(fā)性神經(jīng)的死亡的可能機(jī)制，進(jìn)行了大量的實驗研究,，提出了一系列假說[5,，7]，包括興奮性氨基酸毒性,，蛋白合成受抑,，熱休克蛋白表達(dá)受阻，脂肪酸與自由基（包括一氧化氮),，能量代謝與腦循環(huán)衰竭和線粒體DNA表達(dá)受阻等多種學(xué)說,，但均未能很好地解釋這一現(xiàn)象。近年來凋亡的新生兒腦內(nèi)可觀察到細(xì)胞凋亡的特征：核固縮,、染色質(zhì)聚集但胞膜完整,。提示凋亡參與了短暫HI后的神經(jīng)元損傷。
目前的研究證明,，缺血后腦組織通過兩種途徑發(fā)生損傷,；壞死（necrosis）與凋亡（apoptosis）。而遲發(fā)性神經(jīng)元損傷的機(jī)制為凋亡[1,，3,，4，9,，10],。
腦缺血的嚴(yán)重程度,、持續(xù)時間決定了腦組織是通過壞死還是凋亡途徑發(fā)生損傷[1，4],。成年鼠大腦中動脈結(jié)扎造成的局部缺血模型中,，缺血90分鐘產(chǎn)生梗死,，其面積1天后達(dá)到最大，這一迅速發(fā)生的組織破壞主要是通過壞死造成的,。缺血30分鐘，1天內(nèi)不能觀察到梗死,，但在第3天可觀察到小梗死灶,，第2周時,，梗死灶面積與缺血90分鐘所致者等大,，這一遲發(fā)性損傷的機(jī)制是凋亡而不是壞死[4]。在未成年動物HI模型中也觀察到同樣兩種損傷機(jī)制,。
凋亡與壞死
凋亡是1972年由Kerr等人提出。凋亡在正常發(fā)育過程發(fā)揮作用,，在生理情況下也稱“程序性細(xì)胞死亡（PCD）”。近年來發(fā)現(xiàn)凋亡與某些病理狀況有關(guān),，過度抑制或過度增強(qiáng)均可導(dǎo)致疾病,。
凋亡是在某些弱或亞致死量刺激下，誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生核酸內(nèi)切酶,，將DNA在核糖體間切割成180-200bp大小片段,，電泳后顯示“DNA梯帶（DNA片段）”,，而細(xì)胞器未受破壞,。形態(tài)學(xué)上可見染色質(zhì)固縮,、邊集,，細(xì)胞質(zhì)收縮。相當(dāng)長一段時間內(nèi)可見胞膜完整,，而后形成細(xì)胞吞噬,，即凋亡小體。整個過程為一主動過程,，需能量,，有時需mRNA與蛋白質(zhì)合成，無炎癥反應(yīng),。
而壞死是在嚴(yán)重?fù)p傷下發(fā)生,。能量衰竭后，細(xì)胞內(nèi)外離子平衡無法維持,，細(xì)胞腫脹,，細(xì)胞器破壞，染色質(zhì)隨機(jī)降解,，電泳顯示“DNA拖影（DNA smear）”,。最后膜破壞，內(nèi)容物釋出,，引發(fā)炎癥反應(yīng),。其過程為被動非顛倒過程，不需能量[11],。
目前用于檢測調(diào)亡的方法主要有4種：（1）凋亡形態(tài)學(xué)特點,；（2）原位末端標(biāo)記陽性；（3）電泳時呈現(xiàn)“DNA片段”,；（4）流式細(xì)胞儀定量檢測,。
腦缺氧缺血后凋亡的證據(jù)
目前于成年[12，13],、未成年大鼠[1,，9]、小鼠[10],、沙鼠[12]和新生豬[14]等多種動物HI模型上及細(xì)胞培養(yǎng)的HI模型[15]中均檢測到凋亡的證據(jù),。
未成年大鼠（21天）HI模型中，溫和性（15分鐘）損傷后,，用原位標(biāo)記技術(shù)檢測DNA片段[1],。于缺血后3天，在海馬CA1-2錐體細(xì)胞,，皮質(zhì)3-5層細(xì)胞,，紋狀體神經(jīng)元檢測到DNA片段[1]。海馬區(qū)DNA提取物電泳后顯示DNA片段,，長度為180bp左右,，同時在這些區(qū)域可觀察凋亡形態(tài)學(xué)改變,。嚴(yán)重（60分鐘）損傷后，24小時內(nèi)發(fā)生廣泛壞死,。與選擇性神經(jīng)元損傷相比,，其DNA為隨機(jī)降解（24小時）。電泳顯示DNA smear,直到3天后才可檢出片段,。
新生鼠（7天）在HI之后,，用原位標(biāo)記技術(shù)可在結(jié)扎側(cè)皮質(zhì)、海馬,、紋狀體,、丘腦檢出DNA片段，并且延長缺氧的時間,，標(biāo)記陽性的細(xì)胞數(shù)目增加[9],。新生豬在HI之后發(fā)生遲發(fā)性神經(jīng)元死亡，可檢測到大量神經(jīng)元凋亡,，且程度與損傷的嚴(yán)重程度有關(guān)[14]。
其他動物模型中,，均可在發(fā)生遲發(fā)性神經(jīng)元損害的區(qū)域（尤其是海馬CAI區(qū)）,，檢測到DNA片段，電泳顯示DNA片段,，同時可觀察到凋亡形態(tài)改變[3,，10，12,，13,，15]。流式細(xì)胞儀檢測顯示缺血區(qū)皮質(zhì)完整細(xì)胞中DNA降解,，出現(xiàn)低于G0/G1期DNA含量的“亞G1”期細(xì)胞,，形成Ap峰——凋亡峰。用蛋白合成抑制劑[13]（如放線菌酮）和N-甲基-D天冬氨酸（NMDA）受體拮抗劑[16]（如 felbamate）可減輕遲發(fā)性神經(jīng)元損傷的程度,。
并且,，在HI損傷的動物模型之中，可以檢測到一系列凋亡相關(guān)基因的表達(dá)（mRNA和/或蛋白質(zhì)）如Fas家族[17],、ICE家族（白細(xì)胞介素-1β轉(zhuǎn)化酶基因家族）[18],、bcl家族[19，20],、 fos及jun家族[20],。另外，Linnik 等人于鼠缺血性損傷前,，用攜帶抗凋亡基因（bcl-2）的單純皰疹病毒-1進(jìn)行皮質(zhì)內(nèi)注射,，結(jié)果顯示注射部位的組織存活率較鄰近組織明顯升高[17],。而另一實驗證明達(dá)表bcl-2的轉(zhuǎn)基因小鼠局部缺血后梗死面積明顯減小[18]，這些均提示凋亡參與了HIE后的細(xì)胞損傷,。
總之,，短暫HI后腦組織發(fā)生遲發(fā)性神經(jīng)元死亡，而凋亡是其發(fā)生的可能抑制,。進(jìn)一步的研究明確了HIE與凋亡之間的關(guān)系,，為今后新生兒HIE的治療，特別是遲發(fā)性損傷的治療開辟了新的途徑,。
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