脑缺血后神经细胞药物保护的研究进展

脑缺血后神经细胞药物保护的研究进展蒲传强中国人民解放军总医院神经内科缺血性脑血管病最核心的问题是神经细胞损害引起的神经功能障碍。因此，在治疗缺血性脑血管病的最重要任务是保护和恢复神经细胞的功能。众所周知，缺血后的神经细胞损害病理机制主要包括神经细胞自身损害机制和神经细胞与其周围的损伤级联反应过程。前者主要是包括：①钙离子超载，即大量的钙离子内流，使神经细胞内钙离子过多。②兴奋性氨基酸的大量释放，对神经细胞产生极其毒性作用。③自由基产生过多，直接损害神经细胞。后者主要是指发生脑梗死后，出现的兴奋性神经毒作用、梗死周围去极化、炎症反应和引发的程序性死亡。因此，对神经细胞的保护性治疗是一种综合性的方法过程，而不是单一的手段。在进行神经细胞的保护性治疗过程中，应该选择多角度多层次的综合方法。近20年来，人们从分子生物学、病理学、生理学、生化学、药理学等角度进行脑血管病的发病机制、病理过程及治疗的研究，探讨了许多从理论上可行的治疗方法及手段，尤其是在动物实验性治疗研究方面均有明显的效果，部分在临床方面也有了可喜的结果。本文主要介绍脑缺血后神经细胞损害的相关机制以及其相关的保护性药物。一.单胺类神经介质紊乱的调节剂（一）单胺类神经介质与脑缺血单胺类神经介质包括肾上腺素（Ad）、去甲肾上腺素（NE）、多巴胺（DA）、5－羟色胺（5－HT）及组胺。脑缺血时脑细胞外液DA、NE和5－HT迅速升高，而后伴随DA和5－HT的下降，其代谢产物3，4-二羟苯乙酸（DOPAC）、高香草酸（HVA）和5-羟吲哚乙酸（5－HIAA）浓度升高。脑缺血时后，细胞外的单胺类介质蓄积，而从十几个方面引起损害。（二）单胺类介质的调节剂苯丙胺可在康复期增加去甲肾上腺素能神经末梢去甲肾上腺素、多巴胺和5－羟色胺的释放，而促进脑卒中恢复剂。D-苯丙胺通过促进新皮质的发芽和突触形成而改善缺血后的记忆障碍。动物实验证实有些单胺类介质有利于神经细胞的保护，但至今仍未试用其治疗脑缺血，其原因是此类药物在治疗的同时产生明显的副作用，如血压升高、兴奋状态等。二.神经肽类物质的调节中枢神经系统约有50余种神经肽类物质，有些具有神经介质或神经调制物质的作用，其中与缺血性脑血管病相关的有血管活性肠肽（VIP）P物质内皮素（ET）生长抑素（somatostatin，SS）降钙素基因相关肽、神经肽Y、神经降压素肽、心钠素、精氨酸加压素、阿片肽类等。三.钙离子拮抗剂（一）钙离子与脑缺血在正常生理条件下，钙离子在神经细胞的生化过程和生物电现象方面起着重要的作用。尽管如此，神经细胞内钙离子的浓度也不宜过高，否则出现异常的病理过程。在正常情况下，神经细胞外的钙离子浓度（＜0.1μM）比细胞内的浓度（＞1.0mM）高1万倍。缺血细胞内钙离子升高的原因有：①ATP耗竭，使钠离子内流增加，神经细胞膜去极化，VOC开放，结果钙离子进入细胞内增加。②细胞内贮存的钙离子释放。③由于兴奋性氨基酸、乙酰胆碱、肾上腺素等释放，使得钙离子通过ROC进入细胞内。④因能量耗竭，钙离子泵功能障碍，使细胞转出钙离子的能力下降。神经细胞内的钙离子积聚并通过以下过程加速细胞的死亡：①钙离子过多沉积于线粒体内，使氧化磷酸化电子传递脱偶联，ATP能量产生锐减，离子泵失效，最后导致跨膜离子流和膜电位的消失。②中性蛋白酶活性被激活，使神经细胞骨架破坏，致神经细胞死亡。③游离钙离子增多，激活细胞内钙离子依赖的磷脂A2及磷脂酶C，使细胞膜磷脂降解，引起花生四稀酸大量释放，继而增加前列腺素、自由基等合成；这些活性物质加速细胞的死亡和微血管的损害。④过多的钙离子还可以促进血管的痉挛，加重缺血范围，使更多的神经细胞死亡。因此，在理论上阻止过多钙离子的产生可能防止神经细胞死亡。（二）钙离子拮抗剂主要分为选择性钙离子通道阻滞剂和非选择性钙离子通道阻滞剂。前者包括维拉帕米类（如维拉帕米、噻帕米）、硝苯地平类（如尼卡地平、尼莫地平）和地尔硫卓类（如地尔硫卓）；后者包括哌嗪类（如氟桂利嗪）、普尼拉明类（如芬地林）和其他类（如吗多明）。钙离子拮抗剂主要是作用血管平滑肌，以扩张血管达到降低血压和改善血液循环的作用。但部分的钙离子拮抗剂还有对抗病变细胞内的钙离子过高的作用，如尼膜地平就是主要的代表性药物。尼膜地平是选择性电压敏感性钙离子通道阻滞剂中的硝苯地平类药物，也是二氢吡啶类；其是1，4二氢吡啶衍生物，为第二代钙离子通道阻滞剂。尼膜地平具有较高的脂溶性，极易通过血脑障碍，其选择性与L型钙离子通道结合。尼膜地平对神经细胞的保护作用有4个途径：①直接作用于神经细胞，选择性抑制神经细胞的去极化时所产生的钙离过量内流，并与钙离子耦联兴奋性氨基酸NMDA受体结合，抑制EAA的毒性作用。②对神经细胞的异常代谢的许多酶类可产生抑制作用，可清楚有毒代谢产物，如NO、丙二醛、自由基等。③还对神经介质如多巴胺、5-羟色胺，和神经调剂物如神经节P物质的合成与释放都有抑制作用。④作用于血管臂平滑肌，抑制脑缺血细胞去极化时的钾离子外流，解除钙离子内流所致的平滑肌细胞收缩和血管痉挛，从而改善脑循环。另外，其他的钙离子通道拮抗剂，如SB201823和SB206284；特异性N-型通道阻滞剂，如蜗牛毒素和SNX-111；Q-型通道拮抗剂，如SNX-230；以及P-型通道拮抗剂，如蝙蝠葛苏林碱均对缺血后神经细胞有一定的保护作用。四.自由基清除剂（一）自由基与脑缺血自由基是外层轨道含有一个或多个不配对电子的分子离子、原子和原子团的总称。由氧诱发的自由基称氧自由基，如H2O2（过氧化氢）、O2（超氧阴离子）、OH（羟自由基）和NO（一氧化氮）。由氧自由基与多聚不饱和脂肪酸生成的中间代谢产物属于脂自由基，如L.（烷自由基）、LO.（烷氧基）及L00.（烷过氧基）。氧自由基是众多自由基的前体物质。在脑缺血的病理情况下，活性氧产生过多，自由基生成，呈链式过氧化反应，可进一步扩散和放大。细胞膜磷脂中多聚不饱和脂肪酸和脂肪酸的不饱和双键，极易受到氧自由基的攻击，导致脂质过氧化反应，激起自由基链锁和增殖反应，形成一系列的脂质自由基及其降解产物丙二醛。这些脂质自由基将进一步引起膜的流动性降低，通透性增高，线粒体肿胀，溶酶体损坏及释放，自由基损伤比单纯脑缺血损伤更加严重。（二）自由基清除剂由于自由基损伤在急性脑血管病，尤其是脑缺血中起重要作用，因此研究和应用有效的清除自由基的药物，是脑保护的重要环节之一。自由基清除剂主要有：①SOD：可将超氧基（O2）歧化为H2O2。②甘露醇：能血中的携带羟自由基并通过利尿作用将其排出。③维生素E：其有6个方面的作用。④维生素C：通过4个方面清除自由基。⑤其他如梯利拉扎、7-硝基吲唑和1（2-三氟甲苯基）、依布硒啉（ebseklen）、U74006G-1、U74006F-10、U74500A-1、U74500A-10、二甲基硫脲等药物五.兴奋性氨基酸拮抗剂（一）兴奋性氨基酸与脑缺血在正常脑组织中，存在许多氨基酸，具有神经介质作用的氨基酸可分为兴奋性氨基酸（exitatoryaminoacids，EAA）和抑制性氨基酸（inhibitoryaminoacids，IAA）。EAA包括谷氨酸、天门冬氨酸（aspartate，Asp）、海人藻氨酸、喹啉酸等，与缺血性脑损伤有关的EAA主要为谷氨酸。在生理状态下，EAA参与了中枢神经系统的突触传递、发育过程中突触间的联系和功能变化。但在脑缺血等病理情况下谷氨酸的暴发性释放，过度刺激受体，则引起兴奋毒性的病理作用。（二）兴奋性氨基酸拮抗剂由于神经元过度释放Glu引起的兴奋毒性作用在脑缺血损伤中起重要作用，因此应用EAA受体拮抗剂治疗缺血性卒中有临床意义，且已进入临床实验阶段。NMDA-R拮抗剂可拮抗EAA与突触后膜的受体结合，阻断了钙内流而发挥神经保护作用。兴奋性氨基酸拮抗剂有NMDA受体竞争性拮抗剂、NMDA受体非竞争性拮抗剂、KA和AMPA受体拮抗剂、谷氨酸释放抑制剂、甘氨酸位点拮抗剂、多胺位点拮抗剂等。一般来讲，脑缺血后NMDA受体拮抗剂应用越早效果越好。不同EAA受体拮抗剂，在EAA受体上的作用位点不同，对神经细胞损伤的保护作用也不同，不同类型的EAA拮抗剂还可产生叠加效应。六.GABA制剂（一）GABA与脑缺血众所周知，由于兴奋性氨基酸可加剧脑缺血的损伤，为此，应用兴奋性氨基酸拮抗剂可减轻神经细胞的损害。但是，后来人们发现并非完全如此，甚至出现相反的结果。这是因为在脑缺血时，与兴奋性氨基酸相对应的抑制性氨基酸也发生变化，即其含量下降。此时，即使应用兴奋性氨基酸拮抗剂，但因抑制性氨基酸下降不能被纠正，也照样不能阻止脑缺血的加重过程。γ-氨基丁酸（γ-aminobutyricacid，GABA）是脑内最重要的抑制性氨基酸递质，其具有突触后抑制作用，可通过突触后膜超级化，以减少离子内流，降低细胞代谢及氧消耗等机制使突触后神经元处于保护性抑制状态，并可通过突触前抑制减少谷氨酸的释放，从而减少低灌注区的神经细胞死亡。（二）GABA与神经细胞保护作用GABA的神经保护作用主要体现在其抗谷氨酸毒性作用以及其他的作用，如：①GABAA受体与氯通道偶联，受体激动时打开氯通道，产生快抑制性突触后电位。②GABAB受体与钾通道偶联，激动后钾通道开放，产生慢抑制性突触后电位。③GABAB受体还与钙通道偶联，通过一种百日咳毒素敏感的G蛋白介导，阻滞钙通道，减少Ca2+内流，同时也减少了谷氨酸的释放。④其降低细胞代谢率和氧耗量，使神经细胞处于保护性抑制状态。⑤GABA能神经元对缺血性损伤具有耐受性，因此推测GABA能提高其他神经细胞对缺血性损伤的耐受性。⑥GABA的激动剂可直接扩张血管，增加脑血流量。神经细胞保护作用的GABA制剂有GABA摄取抑制剂、GABAB受体激动剂、GABA调节因子等。七.腺苷（一）腺苷与脑缺血在正常情况下，腺苷（adenosine，AD）主要存在于神经细胞外液中。腺苷产生的途径有内源性和外源性。正常的神经细胞外液的腺苷主要来源于内源性；而缺血时则主要来源于外源性。腺苷的作用主要是通过位于细胞膜表面受体而发挥的。腺苷抑制脑缺血损害后内源性神经递质的释放和神经元激活就是通过A1受体实现的。而A2受体存在于脑血管平滑肌及内皮细胞上并界导腺苷的血管作用，如扩张血管、抑制炎性细胞及血小板的凝聚和减轻炎性细胞自由基介导的血管内皮细胞损害。脑缺血后，由于ATP的代谢，神经细胞外液的腺苷浓度升高150倍；同时三种类型的腺苷受体明显减少或失敏，使之与G蛋白偶联减少；所以其增高的浓度对神经细胞的保护作用不起明显的效果。（二）腺苷的神经细胞保护作用保护神经细胞的腺苷制剂有A1受体选择性激动剂、腺苷A2受体激动剂、腺苷再摄取抑制剂及其他腺苷受体激动剂。八.1，6-二磷酸果糖1，6-二磷酸果（fructose-1，6-diphosphate，FDP）是葡萄糖分解过程中的一个中间产物，其通过以下机制起到保护神经细胞的作用：①增加神经细胞无氧代谢的ATP含量。②抑制氧自由基的产生。③稳定细胞膜的作用。目前，FDP已经广泛应用于心肌梗死和脑血管病，尤其是缺血性脑血管病，有一定的效果。九.神经节苷脂神经节苷脂（gangliosides，GLS）是一类含唾液酸的结构复杂的膜糖脂，其分子皆由一个疏水的神经酰胺部分和一个亲水的唾液酸寡糖基团组成，因此，其既有水溶性和脂溶性两特点。GLS为神经细胞膜的主要成分，其对神经细胞的分化、生长、轴浆转运及再生修复起着重要作用。GLS至今已分理出并鉴定出70余种，其中最主要的是单唾液酸四已糖神经节苷脂，也称神经节苷脂GM1（简称GM1）。当脑缺血时，神经细胞膜受到破坏，神经细胞膜上的内源性GLS也发生破坏，使神经细胞的功能完整性受到损害而丧失功能。目前使用的GLS药物为GM1，其主要的药理作用为抗兴奋性氨基酸的毒性作用，增强脑组织中的神经营养因子作用，保护神经细胞膜上的钠、钾ATP酶和锰ATP酶活性，限制脑缺血后的环加氧酶和脂质加氧酶代谢水平的提高，调节神经细胞内外的离子平衡，提高多巴胺能和胆碱能功能，以调节神经递质功能。