錢 達(dá),蔣傳路,蔡金全
(1蘇州大學(xué)附屬常熟市第一人民醫(yī)院,江蘇常熟215500;2哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科,黑龍江哈爾濱150001)
蛛網(wǎng)膜下腔出血(subaraclmoid hemorrhage,SAH)是一種死亡率較高的疾病,12.4%的患者在到達(dá)醫(yī)院之前就發(fā)生猝死[1]。這些死亡的患者大多數(shù)是由于最初的出血和出血后早期腦損傷(early brain injury,EBI)沒有得到有效的治療。最初的出血造成的EBI及由血管痙攣引起的遲發(fā)性缺血造成神經(jīng)功能缺失是那些順利到達(dá)醫(yī)院的幸存者高死亡率和高致殘率的主要原因[2]。雖然過去幾十年許多藥物已經(jīng)被用于治療腦血管痙攣,但即使血管痙攣被逆轉(zhuǎn),其結(jié)果也沒有得到改善。基于這些原因,EBI被認(rèn)為是未來研究的主要目標(biāo),也是防治血管痙攣癥狀的主要因素,這是因?yàn)镋BI可能是腦血管痙攣后缺血損傷的易感因素。SAH后EBI即SAH后72 h出現(xiàn)的全腦損傷。
研究[1-2]表明細(xì)胞凋亡參與 SAH 后 EBI的病理生理過程。因此,抗細(xì)胞凋亡治療是SAH后EBI一種可行的治療方法。本文主要探討蛛網(wǎng)膜下腔出血早期腦損傷與神經(jīng)元凋亡機(jī)制之間的關(guān)系。
大多數(shù)關(guān)于SAH后EBI的研究資料都來自通過血管內(nèi)穿刺建立的動物模型,這種模型的高死亡率和急性生理改變與臨床疾病極為符合。在SAH動物模型中,顱內(nèi)壓(intracranial pressure,ICP)迅速上升到40 mmHg,然后又下降至15~25 mmHg這一平臺,然而,腦灌注壓卻從75 mmHg下降至35~45 mmHg,腦血流量也在SAH后下降了20%~30%,之后這些過程再慢慢恢復(fù)。有趣的是,當(dāng)SAH后腦血流量下降了40%時,超過60 min死亡率幾乎是100%,而下降小于40%的死亡率只有19%[3]。
研究[4]表明,廣泛的腦缺血、微循環(huán)缺血及下腔血腫的毒性等都參與了SAH后EBI細(xì)胞凋亡的相關(guān)機(jī)制。我們在皮層、皮層下及海馬區(qū)用TUNEL都檢測到凋亡細(xì)胞,這一結(jié)果可能與依賴于顱內(nèi)壓升高的廣泛缺血相關(guān)。SAH后血液迅速擴(kuò)散至整個蛛網(wǎng)膜下腔,整個大腦皮層被薄層的血腫覆蓋。血液中的血紅蛋白被神經(jīng)元細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞代謝,通過脂質(zhì)過氧化物作用釋放含鐵離子誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。因此蛛網(wǎng)膜下腔血腫被認(rèn)為與細(xì)胞損傷、氧化應(yīng)激反應(yīng)相關(guān),并造成腦皮質(zhì)進(jìn)一步的細(xì)胞凋亡[5]。
有報道[6]表明,在SAH后EBI中神經(jīng)元和內(nèi)皮細(xì)胞都發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞凋亡,這兩種細(xì)胞都與腦水腫相關(guān)聯(lián)。本文主要是針對神經(jīng)元細(xì)胞凋亡中的主要作用途徑,包括內(nèi)在途徑和外在途徑,參考國內(nèi)外有關(guān)方面的研究進(jìn)展作一綜述。
細(xì)胞凋亡的內(nèi)在途徑,即線粒體途徑,這一途徑首先增加線粒體外膜的通透性,由Bcl?2家族介導(dǎo)的過程。細(xì)胞膜通透性的改變導(dǎo)致線粒體內(nèi)包括細(xì)胞色素c等蛋白質(zhì)的流出。細(xì)胞色素c是從線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中,并與介導(dǎo)凋亡蛋白酶相互作用,活化細(xì)胞因子?1,形成凋亡小體,從而導(dǎo)致 Caspase?9活化。Caspase?9是細(xì)胞色素c依賴途徑的起始因子,能夠活化 Caspase?3,從而使 DNA 損傷。 Caspase?3是細(xì)胞凋亡效應(yīng)器之一,研究[7-8]發(fā)現(xiàn),在 SAH 后的海馬區(qū)和皮層中Caspase?3產(chǎn)物增多。
在腦缺血中一些蛋白激酶可能參與線粒體蛋白直接反應(yīng),這些物質(zhì)主要集中在 Bad、Bax、Bal?2、Bcl?xL等凋亡蛋白前體及抗凋亡蛋白的磷酸化作用。蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)和 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen?activated protein kinase, MAPK)在 SAH后EBI被研究得最多。Akt是屬于絲/蘇蛋白激酶,傳導(dǎo)下游PI3K的主要抗細(xì)胞凋亡蛋白,并介導(dǎo)信號級聯(lián)放大反應(yīng)?;罨睦野彼峒っ甘荏w與GTP連接蛋白受體通過PI3K激活A(yù)kt,活化的Akt能夠調(diào)節(jié)Bax、Bad、糖原合成酶?3、細(xì)胞凋亡信號調(diào)節(jié)蛋白激酶?1以及Caspase?9等抑制細(xì)胞凋亡底物。此外,Akt顯示能夠提高cAMP對環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件蛋白(cAMP?reponse element binding protein, CREB)磷酸化作用的應(yīng)答和誘導(dǎo)Bcl?2的反應(yīng)。Akt活化的下降參與神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的過程,Akt活化作用是阻止Caspase依賴的細(xì)胞凋亡途徑的主要因素[9]。
近來研究[9-10]表明,Akt可能參與 SAH 后 EBI的病理機(jī)制,這一結(jié)論主要是通過應(yīng)用PI3K抑制物阻止Akt的磷酸化作用,使DNA損傷增加。另外通過抗氧化酶SOD1的高表達(dá)使Akt活化,能夠減輕SAH造成EBI。SAH后Akt的磷酸化作用發(fā)生的時間點(diǎn)取決于腦組織分區(qū),在腦皮層中Akt迅速發(fā)生磷酸化,而在海馬區(qū)則在24 h后才發(fā)生磷酸化。因此,SAH后EBI可能腦皮層的損傷最嚴(yán)重,這也表明Akt的磷酸化可能與腦組織的破壞程度有關(guān)。
MAPK在SAH后EBI具有重要的作用。MAPK包含細(xì)胞外的信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal?regu?lated kinase,ERK)、JNK 和 P38,在特定的一些腦缺血壞死細(xì)胞殘留物中都含有這些物質(zhì)。這些激酶被各種不同應(yīng)激源活化,包括血管內(nèi)皮生長因子(vas?cular endothelial growth factor, VEGR)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎癥因子。在SAH的實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭?,這些激酶的磷酸化會導(dǎo)致腦水腫、持續(xù)性高顱壓以及高死亡率[11]。因此,ERK的活化是對生長因子和分化因子的應(yīng)答,但ERK的活化是具有保護(hù)性的或者是腦缺血神經(jīng)元決定因素尚有爭議。相反的,JNK和P38的活化是炎癥因子和細(xì)胞應(yīng)激的應(yīng)答,這些物質(zhì)在SAH后的腦脊液和腦動脈高表達(dá)。JNK磷酸化成C?JNK,它能夠通過誘導(dǎo)凋亡前物 Bcl?2家族、Hrk/DP5、Bim 和 Fas上調(diào)細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)。在SAH反應(yīng)物中JNK磷酸化和C?JNK均增加,在小鼠SAH模型的皮層和海馬區(qū) C?JNK Mrna 表達(dá)上調(diào)。 P38 通過 TNF?α 和 IL?1β活化,并與細(xì)胞死亡相關(guān)。通過Bcl?2抑制P38的活化表明P38可能參與細(xì)胞凋亡途徑[12]。
內(nèi)源性非Caspase依賴途徑是由線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子(核酸內(nèi)切酶 G和 Bcl?2和腺病毒E1B19KDa交互蛋白)發(fā)生的。細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor, AIF)被研究的最多,它通常是位于線粒體膜間隙中,受某些物質(zhì)刺激轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核中,誘導(dǎo)大量的DNA降解和細(xì)胞凋亡,這一過程并不依賴Caspase。在腦缺血實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭袌蟮?,?xì)胞核中AIF數(shù)量的上調(diào)可能是多聚合酶觸發(fā)的[13-14]。關(guān)于SAH后EBI中AIF的表達(dá)并沒有許多的報道,且AIF的哪些部分表達(dá)增多也并不清楚。
維持氧化物(ROS)和抗氧化應(yīng)激反應(yīng)物的平衡至關(guān)重要,像超氧離子、H2O2、-OH這些氧化物通常處于較低的水平,其信號傳導(dǎo)通路具有重要作用。它們通常受體內(nèi)的抗氧化物調(diào)節(jié),包括SOD、谷胱甘肽氧化物酶、谷胱甘肽和過氧化氫酶等。氧化物的過量產(chǎn)生或者抗氧化物反應(yīng)低下會造成氧化反應(yīng)損傷組織[15]。氧化應(yīng)激在SAH后EBI的病理生理過程能夠發(fā)揮重要作用。不管是動物模型或人SAH中都發(fā)現(xiàn)線粒體解體、血紅蛋白釋放羥自由基以及內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)的解體[16]。在SAH后1 h內(nèi)即可發(fā)現(xiàn)超氧化物的表達(dá),隨后出現(xiàn)SOD的高表達(dá)來抑制其產(chǎn)生并減少SAH后的細(xì)胞損傷,這是通過Akt的活化使SOD的高表達(dá)來減弱氧化應(yīng)激反應(yīng),以此減輕SAH后的 EBI。
在細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)中P53是抑癌基因,在對細(xì)胞損傷的應(yīng)答中,P53能夠上調(diào)凋亡前分子(Bax和Bid)和下調(diào)抗凋亡分子(Bcl?2 和存活素)[17]。 P53在缺血損傷中表達(dá)上調(diào),并誘導(dǎo)線粒體損傷和Caspase的活化。 據(jù)報道[17-18],在 SAH 中 P53 是神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的主要因素。P53在SAH后的24~72 h就出現(xiàn)表達(dá)上升,p53的抑制物能夠減輕腦水腫和神經(jīng)元細(xì)胞死亡。
在細(xì)胞表面能夠找到凋亡受體,它參與外在細(xì)胞凋亡途徑[19]。在腦缺血中這些受體配體Fas、TNF的表達(dá)上調(diào)。這些受體能夠活化Caspase?8或Caspase?10,然后直接使Caspase?3活化,并造成Bid/Bax的活化,誘導(dǎo)細(xì)胞色素c的釋放。此外,在腦缺血后轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生了活化,使Fas配體的表達(dá)增加,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[19-20]。 但是,關(guān)于 EBI與凋亡受體或配體的確切相互作用關(guān)系我們了解的并不是很多,所以需要更多深入的研究來探討這一關(guān)系。
過去有許多研究已經(jīng)證明腦缺血中的細(xì)胞凋亡機(jī)制,然而關(guān)于凋亡與SAH關(guān)系的研究卻很少,尤其關(guān)于EBI。研究SAH與其他細(xì)胞凋亡機(jī)制(包括自噬機(jī)制和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激)將為我們研究EBI提供新的理論。目前關(guān)于SAH后EBI的研究是有限的,未來的研究需要為EBI提出確切的機(jī)制??偠灾?,細(xì)胞凋亡可能在SAH后EBI起著重要的作用。對細(xì)胞凋亡的進(jìn)一步的研究可能會促進(jìn)新的理論發(fā)展,并改善SAH患者的預(yù)后。