缺氧,、缺血與遲發(fā)性神經元死亡
丁艷潔 蔣 犁綜述 湯云珍審校
南京鐵道醫(yī)學院臨床醫(yī)學系兒科研究室（210009）
摘要 腦缺氧缺血（HIE）后的細胞損傷發(fā)生于兩個階段，即早期的組織梗死與晚期的遲發(fā)性神經元死亡,。目前認為遲發(fā)性神經元死亡是通過凋亡途徑發(fā)生的,。本文介紹了遲發(fā)性神經元死亡的機制，凋亡與壞死的區(qū)別及腦缺氧,、缺血后神經元凋亡的證據(jù),。
關鍵詞 腦缺氧 腦缺血 腦損傷 吞噬作用
圍產期窒息被認為是造成永久性神經損傷的重要原因之一。腦缺氧缺血（HIE）后的損傷,，過去一真認為是由急性能量衰竭造成的細胞壞分子死導致的,，包括神經元與膠質細胞的死亡。一般于缺血后一天內發(fā)生,，三天時達到高峰[1],，但長期以來不能解釋為什么在腦缺血復蘇一段時間后，病情反而進一步加重,。例如在新生兒產時窒息造成的短暫缺血缺氧（HI）損傷后,，復蘇后短時間內相對正常，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)性神經元死亡
動物實驗發(fā)現(xiàn),，HI后的細胞死亡可發(fā)生在兩個不同的階段[1]。第一階段在HI過程中,，急性能量衰竭導致細胞外離子平衡失調,，細胞內鈉鈣積聚，細胞水腫,，嚴重者導致細胞破裂,。此外，興奮時氨基酸與自由基等因素可加重損傷,。這一階段的細胞死亡涉及神經元與膠質細胞,。第二階段的細胞死亡通常發(fā)生于數(shù)小時之后，僅涉及神經元,，即選擇性神經元損傷,。因其發(fā)生的時間延后，稱為遲發(fā)性神經元死亡[1,，3],。盡管能量耗竭、離子失平衡等造成第一階段細胞死亡原因同樣可作用于第二階段,，但這些機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后的細胞死亡方式決定于損傷的嚴重程度，短暫損傷后發(fā)生遲發(fā)性選擇神經元死亡,，通常發(fā)生于缺血敏區(qū)——海馬CA1區(qū)神經元,；而嚴重損傷迅速導致梗死，包括神經元與膠質細胞的死亡[1,，4],。這些均提示HI后的損傷是通過兩種不同的途徑產生的,，而遲發(fā)性神經元損傷的機制用傳統(tǒng)的壞死的觀點無法解釋,。
遲發(fā)性神經元死亡的機制——凋亡
為探討遲發(fā)性神經的死亡的可能機制，進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表達受阻等多種學說,，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可觀察到細胞凋亡的特征：核固縮,、染色質聚集但胞膜完整,。提示凋亡參與了短暫HI后的神經元損傷。
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)性神經元損傷的機制為凋亡[1,，3,，4，9,，10],。
腦缺血的嚴重程度、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扎造成的局部缺血模型中,，缺血90分鐘產生梗死,，其面積1天后達到最大，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“程序性細胞死亡（PCD）”,。近年來發(fā)現(xiàn)凋亡與某些病理狀況有關,，過度抑制或過度增強均可導致疾病。
凋亡是在某些弱或亞致死量刺激下,，誘發(fā)細胞產生核酸內切酶,，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）”,，而細胞器未受破壞,。形態(tài)學上可見染色質固縮、邊集,，細胞質收縮,。相當長一段時間內可見胞膜完整，而后形成細胞吞噬,，即凋亡小體,。整個過程為一主動過程，需能量,，有時需mRNA與蛋白質合成,，無炎癥反應。
而壞死是在嚴重損傷下發(fā)生,。能量衰竭后,，細胞內外離子平衡無法維持，細胞腫脹,，細胞器破壞,，染色質隨機降解，電泳顯示“DNA拖影（DNA smear）”,。最后膜破壞,，內容物釋出，引發(fā)炎癥反應,。其過程為被動非顛倒過程,，不需能量[11]。
目前用于檢測調亡的方法主要有4種：（1）凋亡形態(tài)學特點,；（2）原位末端標記陽性,；（3）電泳時呈現(xiàn)“DNA片段”,；（4）流式細胞儀定量檢測。
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,，用原位標記技術檢測DNA片段[1]。于缺血后3天,，在海馬CA1-2錐體細胞,，皮質3-5層細胞,，紋狀體神經元檢測到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)學改變,。嚴重（60分鐘）損傷后，24小時內發(fā)生廣泛壞死,。與選擇性神經元損傷相比,，其DNA為隨機降解（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,，用原位標記技術可在結扎側皮質、海馬,、紋狀體,、丘腦檢出DNA片段，并且延長缺氧的時間,，標記陽性的細胞數(shù)目增加[9],。新生豬在HI之后發(fā)生遲發(fā)性神經元死亡，可檢測到大量神經元凋亡,，且程度與損傷的嚴重程度有關[14],。
其他動物模型中，均可在發(fā)生遲發(fā)性神經元損害的區(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],。流式細胞儀檢測顯示缺血區(qū)皮質完整細胞中DNA降解,，出現(xiàn)低于G0/G1期DNA含量的“亞G1”期細胞，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基因的表達（mRNA和/或蛋白質）如Fas家族[17],、ICE家族（白細胞介素-1β轉化酶基因家族）[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進行皮質內注射，結果顯示注射部位的組織存活率較鄰近組織明顯升高[17],。而另一實驗證明達表bcl-2的轉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后的細胞損傷。
總之,，短暫HI后腦組織發(fā)生遲發(fā)性神經元死亡,，而凋亡是其發(fā)生的可能抑制。進一步的研究明確了HIE與凋亡之間的關系,，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。
參考文獻
1.Beilharz EJ,Williams CE.Dragunow M,et al.Brain Res Mol Brain Res,1995;29(1):1-14
2. Azzopardin D,Wyatt JS,Cady EB,et al.Pediatr Res,1989;25(5):445-451
3.Nitatori T,Sato N,Waguri S,et al.J Neurosci,1995;15(2):1001-1011
4.Hu C,Hu R,Csernansky CA,et al. Cereb Blood Flow Metab,1996;16(2):195-201
5.Abe K,Aoki M,Kawagoe J,et al.Stroke,1995;26(8):1478-1489
6.Small DL,Buchan AM.J Cardiothorac Vasc Anesth,1996;10(1):139-146
7.Mehmet H,Edwards AD.Arch Dis Child,1996;75(2):F73-75
8.Yue X,Mehmet H,Squier MV,et al.Pediatr Res,1995;37(3):387A
9.Hill IE,Macmanus JP,Rasquinha I,et al.Brain Res,1995;676(2):398-403
10.Guegan C,Boutin H,Boudry C,et al.C R Acad Sci Ⅲ,，1996,；319（10）：879-885
11.Akins PT,Liu PK,Hsu CY.Stroke,1996;27(9):1682-1687
12.Li Y,Chopp M,Jiang N,et al.Brain Res Mol Brain Res,1995;28(1):164-168
13.Matthew D,Linnik MD,Zobrist RH,et al.Stroke,1993;24(12):2002-2009
14.Mechmet H,Yue X,Squier MV,et al.Neurosci Lett,1994;181(1/2):121-125
15.Rosenbaum DM,Michaelson M,Batter DK,et al.Ann Neural,1996;36:864-870
16.Wasterlain CG,Adams LM,Wichmann JK,et al.Stroke,1996;27(7):1236-1240
17.Kiessling M,Gass P.Brain Pathol,1994;4(1):77-83
18.Bhat RV,Dirocco R,Marcy VR,et al. J Neurosci,1996;16(13):4116-4154
19.Gillardon F,Lenz C,Waschke KF,et al.Brain Res Mol Brain Res ,1996;40(2):254-260
20.Asahi M,Hoshimaru M,Uermura Y,et al.J Cereb Blood Flow Metab,1997;17(1):11-18
