浅论缺血性脑血管病中氧化损伤研究进展

1、浅论缺血性脑血管病中氧化损伤研究进展         【关键词】  脑缺血 ;氧化应激 ;活性氧族 ;细胞凋亡缺血性脑卒中是一种临床常见疾病，发病急，致残率、死亡率均较高。由于脑组织对缺氧极为敏感，且其含有大量铁及不饱和脂肪酸，缺血缺氧后，局部产生的氧化应激反应较为剧烈;另由于脑组织自身抗氧化酶缺乏，其抗氧化损伤能力较低。因此，在脑缺血发生后，氧化应激会导致脑组织严重损伤。此过程中，氧化应激反应及其产物，一方面直接破坏细胞蛋白质、脂类及DNA，造成细胞损伤及坏死;另一方面，也会通过多种途径细胞内凋亡信号通

2、路，导致细胞凋亡。近年来，针对脑缺血后氧化应激损伤的研究，主要集中在损伤机制的研究，包括直接损伤(坏死)及间接损伤(凋亡及其他途径)。本文就以上相关研究做综合回顾，并据此提出进一步的研究思路和假设。任何损伤最坏结果都是导致细胞死亡，从细胞的形态学和生物化学特性上可以把细胞死亡分为坏死和凋亡1。脑缺血发生凋亡和坏死取决于缺血持续时间和缺血程度，轻度缺血主要引起细胞凋亡，严重缺血主要引起细胞坏死。在缺血性脑损伤中，氧化应激不但可以直接损伤细胞，导致细胞坏死，它还可以通过介导线粒体途径、内质网途径及其他途径等间接导致细胞凋亡2,3。1 直接损伤(坏死)脑缺血导致线粒体过度产生氧自由基(oxygen

3、free radical OFR)，消耗了大量的内源性抗氧化剂。已经有研究证实这些活性氧簇(reactive oxygen species ROS)直接影响细胞内大分子物质如：脂质、蛋白、核酸等，使膜结构遭到破坏、蛋白降解、核酸主链断裂、透明质酸解聚、细胞崩解、细胞发生不可逆改变，最终导致神经元死亡。同时，线粒体应激导致Cyt C释放，能量衰竭进而ROS上调，引起神经元坏死。近年来，有研究者提出在脑缺血再灌中ROS的间接信号通路同样能引起细胞损伤和死亡。脑缺血发生时许多促氧化剂能参与氧化应激诱导的信号转递，并最终引起神经元坏死。根据氧化产物不同，促氧化酶可分为三类：(1)一氧化氮合酶(nitr

4、ic oxide synthase NOS)，产生NO;(2)环氧化酶 (Cycloxygenase COXs)、黄嘌呤脱氢酶、黄嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶，它们产生超氧负离子;(3)髓过氧化酶(myeloperoxidase MPO)和单胺氧化酶(monoamine oxidase MAO),它们产生次氯酸和H2O2。1.1 一氧化氮合酶(NOS)和NO NOS以精氨酸和O2为底物产生一氧化氮(NO)，中枢神经系统中存在三种亚型的NOS：神经元型NOS(nNOS)，发现于神经元;内皮型NOS(eNOS)，发现于血管内皮;诱导型NOS(iNOS)，发现于小胶质细胞/巨噬细胞、星型胶质细胞、内

5、皮细胞。目前的研究已证实nNOS和iNOS产生的NO与缺血性脑损伤有关，然而eNOS产生的NO因其舒张血管效果被认为具有神经保护作用。MCAO模型后的大鼠中脑微血管迅速表达的eNOS提示增加的eNOS表达可能通过增加半暗区脑血流量发挥脑保护作用。随着nNOS和eNOS基因敲除纯合子大鼠的研究进一步深入，nNOS基因敲除大鼠在永久和短暂局部脑缺血中均观察到损伤面积较普通大鼠明显降低。另外有报道显示在缺血的大脑中iNOS产生的NO能增强COX-2的活性，各促氧化酶之间可能存在相互作用。1.2 环氧化酶COX 环氧化酶(COX)是催化花生四烯酸(AA)和血栓素的限速酶，距有COX-1，COX-2两种

6、亚型，近年来发现脑缺血后COX-2在神经元脑血管内皮细胞和脑组织其他细胞中具有明显表达，研究发现MCAO引起局部脑缺血，COX-2 mRNA表达上调从而加重脑损伤，在梗塞边缘区可见浸润的嗜中性粒细胞、血管细胞和神经元中COX-2 表达，COX-2在皮层的表达具有较高选择性，体现在纹状体、海马及杏仁核。进一步的研究发现，COX-2 在神经组织中的表达可直接损伤神经元并可能引起组织损伤和脑水肿，而应用特异性COX-2抑制剂可显着减少梗死面积。1.3 髓过氧化物酶和单胺氧化酶 第三类中髓过氧化物酶(MOP)和单胺氧化酶(MAO)分别作为主要产生次氯酸和H2O2的氧化酶，髓过氧化物酶(myeloper

7、oxidase，MPO)又称过氧化物酶，是一种重要的含铁溶酶体，存在于髓系细胞(主要是中性粒细胞和单核细胞)的嗜苯胺蓝颗粒中，是髓细胞的特异性标志，随着研究的深入发现，特定情况下，MPO催化反应生成过量的氧化剂( HOCl、3-氯化酪氨酸、酪氨酰基、硝基酪氨酸等),超过局部抗氧化剂的防御反应时，就会导致氧化应激和氧化性组织损伤。2 间接损伤(凋亡)2.1 线粒体和氧化应激 越来越多的证据表明线粒体是氧化应激引起的细胞凋亡的重要靶点之一。线粒体是具有自我调节功能的ATP制造场所，提供机体所需的能量。在缺血再灌注时，发生线粒体功能失调，能量代谢障碍，由此而产生的各种线粒体相关蛋白通过直接或间接作用

8、于凋亡级联反应，对脑缺血后神经细胞的凋亡发挥作用。其中促进细胞凋亡的蛋白主要包括细胞色素C(Cytochrome C， Cyt C)、凋亡诱导因子(Apoptosis Inducing Factor AIF)、核酸内切酶G、第二个线粒体来源的凋亡蛋白酶激活因子(second mitochondrial - derived activator of caspase,Smac/DIABLO)。(1) Cyt C 线粒体释放Cyt C是细胞自我破坏的枢纽，Cyt C由核基因编码并翻译成Cyt C前体，在正常情况下不参与诱导凋亡的过程。当线粒体感知外界的刺激因素，如Ca2+ 、NO、缺血缺氧、活性氧物

9、质等可以通过促发线粒体渗透性转导孔(Mitochondrial permeability transition poreMPT)开放或Bcl-2家族蛋白途径，导致Cyt C从线粒体释放到胞浆中，从而激活半胱天冬酶- 9(caspase - 9)，而活化的caspase - 9进一步激活caspase - 3，caspase - 3激活其他一系列caspase家族成员最终引起DNA损伤，导致凋亡10。(2) AIF 早期研究认为，AIF释放入胞浆后可促进线粒体释放细胞色素C，使caspase-9激活，诱导凋亡级联反应。但有学者研究11发现，无caspase-9和Apaf21参与的情况下，AIF也

10、可诱导神经元凋亡。近年来发现，在线粒体释放的核酸内切酶G能够和AIF发生相互作用从而直接导致凋亡发生，短暂和永久缺血研究进一步证实核酸内切酶G易位到细胞核并伴随AIF直接进入细胞核内引起染色质边集和DNA裂解为大片段，导致非凋亡蛋白酶依赖性的细胞凋亡12。 (3) Smac/DIABLO Smac由核基因编码，正常情况下存在于线粒体膜间隙中，当发生氧化应激时线粒体将其释放到胞浆中，Smac通过抑制凋亡抑制蛋白(inhibitors of apoptosis protein，IAP)及提高caspase的活性，从而促进凋亡的发生13。近年来的研究也显示在MCAO模型中，脑缺血后半暗带区能检测到s

11、mac从线粒体分泌到胞浆，其水平上调并促进细胞凋亡 14。2.2 内质网(ER)与氧化应激 内质网是真核细胞中重要的细胞器，参与生理功能的维持，脑缺血再灌注时由于ROS 生成增加而清除减少导致细胞内氧化应激。内质网对氧化应激十分敏感，氧化应激导致内质网损伤，诱导神经元死亡，但目前机制仍不十分清楚。研究认为其可能机制是: (1)产生ROS 使得内质网膜脂质过氧化，导致内质网蛋白损伤。(2)NO 主要在内质网中产生，当NO 与过氧化物快速氧化产生过氧化亚硝酸，攻击氨酸残基导致硝基化，导致内质网应激(ERS)。(3)脑缺血产生NO，NO 又可诱导内质网Ca2+ 释放，进而造成内质网损伤。提前应用NO

12、 抑制剂可阻止内质网Ca2+ 释放，而且敲除诱导NO 生成基因后，小鼠对缺血损伤的敏感性也降低。也有人认为内质网本身就是缺氧的直接传感器15，氧化应激时，内质网中的电子传递使得新生内质网蛋白产生二硫键，缺氧导致蛋白折叠能力的降低，未折叠蛋白(unfolded protein response.UPR)产生后打乱了蛋白合成和处理的平衡，进一步引起内质网内未成熟蛋白的累积，最终导致细胞损伤。         3 展 望大量的实验证实氧化应激损伤在缺血性脑血管病中扮演了重要的反面角色，使得脑缺血后抗氧化治疗也将成为必不可

13、少。目前临床对抗氧化的研究已取得一定的进展，但一些结果在动物实验有效，在临床试验却未见明确疗效，鉴于氧化应激引起损伤具有多途径作用机制的特点，且损伤机制之间具有相互作用，因此寻找具有多途径抗损伤特点的抗氧化剂为临床治疗缺血性脑血管病提供了新的方向。【参考文献】  1 Majno G,Joris I.Apoptosis,oncosis,and necrosis.An overview of cell deathJ.Am J Pathol,995,146(1):3-15. Flynn RW,MacWalter RS,Doney AS.The cost of cerebral ischae

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