慢性腦缺血

慢性腦缺血是指各種原因引發的長期腦血流灌注不足，在血管性痴呆（Vascular dementia VD）、Bins wanger病，老年性痴呆（Alzheimer's disease AD）等多種神經系統疾病的發生髮展過程起著重要的作用。慢性腦缺血後的病理損傷機制及神經保護機制複雜，目前正處於研究階段，針對慢性腦缺血的各種病理損傷機制，可以選擇性的套用各種藥物進行實驗性治療。本文主要綜述慢性腦缺血的病理損傷機制的研究進展。

基本介紹

• 西醫學名：慢性腦缺血
• 主要症狀：痴呆，腦梗死
• 主要病因：腦動脈硬化等
• 傳染性：無傳染性

誘發原因

慢性腦缺血是指各種原因引發的長期腦血流灌注不足，在VD、Bins wanger病、AD等多種神經系統疾病的發生髮展過程起著重要的作用。其中血管性痴呆（VD）是由於動脈硬化、腦梗塞等各種腦血管疾病導致以認知功能障礙為主要表現的慢性智慧型損傷綜合徵，國外普遍認為是繼Alzheimer's disease （AD）之後第二大最常見的痴呆類型。慢性腦缺血也能增加AD的發病風險、加重AD疾病的進展。因此，越來越多的研究者利用慢性腦缺血模型進行血VD和AD的研究。自1992年de la Torre建立雙側頸總動脈結紮的慢性腦缺血動物模型以來，在慢性腦缺血相關的病理損傷機制方面取得了很大的進步。本文主要從組織形態學、神經細胞凋亡、神經遞質以及神經膠質細胞的變化等方面就慢性腦缺血的病理損傷機制研究進展加以綜述。

實驗動物模型

1.1 2VO模型

慢性腦缺血2VO 模型最早是由De la Torre等人建立，該模型使用永久性結紮大鼠雙側頸總動脈，造成慢性前腦的低灌注狀態，從而製備慢性腦缺血的動物模型。2VO模型已經成為目前研究慢性腦缺血最常用的模型，它在研究慢性腦缺血後的白質損傷、海馬區神經元變性以及學習和記憶功能障礙、神經信號傳遞障礙等方面都起了重要的作用。同時，該模型也可用於老齡化和Alzheimer's病的研究。

1.2 頸部動靜脈瘺模型

根據頸部動脈與靜脈的吻合方式不同，分別建立了動靜脈遠端的端端吻合模型和動靜脈端側吻合模型，但由於端端吻合模型容易造成的顱內靜脈竇高壓，因此迅速被端側吻合模型替代。Hai J等人利用端側吻合模型對慢性腦缺血後的VEGF表達及血管再生等方面進行了研究，但該模型手術操作過程較複雜，實際套用價值有待進一步的研究。

1.3 微線圈模型

利用小鼠後交通動脈發育不完整的特點，用微線圈纏繞小鼠的頸總動脈，造成一定程度的血流減少，形成慢性腦缺血，實驗中使用的微線圈直徑一般為0.16～0.22mm。Shibata等人利用該模型觀察了慢性腦缺血後小膠質細胞和星形膠質細胞的激活的改變。該模型與2VO模型相比，對皮質的損傷較輕，對視通路的影響也較小，但該模型的白質損傷要在缺血後14w才出現。目前關於該模型的研究報導較少，其套用價值也有待進一步評價。

1.4 rUCCAO模型

rUCCAO為右側頸總動脈結紮模型，是在2VO模型上發展起來的一種新型實驗動物模型，由Yoshizaki 等人提出，該模型也套用了小鼠後交通動脈發育不良這一特性，通過結紮右側頸總動脈造成同側的大腦半球慢性缺血。該模型在研究慢性腦缺血後炎症反應、認知障礙以及腦白質損傷方面具有一定的套用價值，對闡明血管性痴呆尤其是皮質下缺血性痴呆的病理機制有一定的作用。同時，該模型死亡率較低，血流量減低較明顯，同時對慢性腦缺血後的研究炎症反應和抗炎反應的變化等方面都有一定的價值。

1.5、2VO合併其它慢性疾病模型

在臨床中，患者的病情一般是很複雜的，多數患者常常表現出慢性腦缺血合併有其它慢性疾病，比如高血壓、糖尿病、高脂血症等慢性疾病。因此，許多研究者在2VO慢性腦缺血模型的基礎上，結合其它慢性疾病模型進行共同研究。楊玉鴻、程瑩瑩等人使用慢性腦缺血合併高脂血症的動物模型對血管內皮生長因子（VEGF）等相關生化改變進行了研究。Masumura等人套用自發性高血壓合併慢性腦缺血的動物模型，比較了高血壓與正常血壓後慢性腦缺血少突膠質細胞的改變。慢性腦缺血合併其它慢性疾病模型更接近於臨床實踐，因此，在臨床套用研究中的價值將會更大。

病理損傷機制

2.1 組織形態學改變與慢性腦缺血

慢性腦缺血時，最容易受累的部位是腦白質，而白質損傷最明顯的表現為白質疏鬆、神經膠質細胞增生以及海馬區的神經纖維脫損傷和髓鞘改變，這些變化在缺血早期就能表現出來。慢性腦缺血後，毛細血管和血腦屏障（BBB）表現出不同程度的損傷，主要表現為毛細血管周細胞的退行性改變，血管床基底膜增厚以及大量的膠原纖維沉積等。Wu等人利用動靜脈瘺模型對慢性腦缺血後的超微結構的變化進行了研究，並將慢性腦缺血分為三期：急性期（3d）、亞急性期（3w）和慢性期（3個月），通過電鏡觀察顯示急性期超微結構無明顯的變化，亞急性期毛細血管周圍的星形膠質細胞足突出現輕度的空泡狀變性，而在慢性期則出現明顯的空泡狀變性。

Shin等人通過通過檢測claudin-3的免疫活性對慢性腦缺血後血腦屏障的破壞程度進行了研究，claudin-3為一種維持血腦屏障（BBB）緊密連線完整性以及對BBB通透性其主要作用的蛋白質。通過研究發現，在慢性腦缺血2w後，BBB結構被破壞、通透性增加，但claudin-3的免疫活性卻增加，並且這種變化一直持續到缺血6w以後，因此，claudin-3表達的上調與BBB的破壞有關。但血腦屏障破壞與claudin-3表達之間的調節機制仍需要進一步的研究。

2.2 神經膠質細胞與慢性腦缺血

神經膠質細胞（Neuroglial cell）是神經系統的間質細胞，在中樞神經系統中起著重要的作用，它們不僅對神經元起到支持營養作用，還參與了大腦內信息的轉導及傳遞，調節神經遞質的分泌及攝取，維持腦內環境的平衡等多種作用。CNS內的膠質細胞包括星形膠質細胞（Astrocyte， AS）、少突膠質細胞（Oligodendrocyte，OLG）和小膠質細胞（Microglialcel， lMG）等。不同的膠質細胞在中樞神經系統內發揮著不同的功能，在慢性腦缺血後的損傷和修復中起著不同的作用。

星形膠質細胞的激活在慢性腦缺血後的神經退行性改變及海馬區神經元損傷等方面起著很重要的作用。在研究星形膠質細胞的激活過程中，常選擇膠質纖維酸蛋白（GFAP）、S100B蛋白、Nestin 蛋白的表達以及谷氨酸代謝等指標來進行研究。其中S100B是一種鈣結合蛋白，主要在星形膠質細胞中表達，起著調節蛋白磷酸化、構成細胞骨架以及調節轉錄因子的作用[24]。Schmidt-Kastner等人選擇GFAP和 Nestin 蛋白作為觀察指標，發現在慢性腦缺血1w後，在新大腦皮質上出現瀰漫的GFAP和Nestin表達增加。Vicente等人通過檢測GFAP、S100B水平和谷氨酸合成酶活性等指標進行研究發現，在慢性腦缺血10w後，海馬區的S100B，和GFAP水平明顯升高，海馬區谷氨酸攝取和谷氨酸合成酶活性也明顯降低，因此證明了星形膠質細胞的激活在慢性腦缺血後的神經退行性改變及認知功能障礙方面起著重要的作用。

慢性腦缺血後，小膠質細胞的激活與白質的損傷的程度也表現出一定得相關性，小膠質細胞激活能加重白質的損傷，其主要機制是通過激活活性氧簇（ROS）如超氧自由基、羥自由基、NO等，以及激活促炎症反應因子如TNF-α等方式，促進神經細胞凋亡加重白質損傷。Farkas等人研究發現慢性腦缺血後，MMP-2、MHC-I/II以及促炎反應因子染色陽性的細胞增加，因此，小膠質細胞能夠通過產生促炎症反應因子誘發延遲的神經損傷，此外小膠質細胞還能參與清除壞死組織和促進神經再生的作用。

少突膠質細胞是一種形成髓鞘的細胞，慢性腦缺血後，會出現一定程度的少突膠質細胞的損傷。研究發現，在慢性腦缺血7d後，出現少突膠質細胞損傷、DNA斷裂、Caspase凋亡通路激活、Caspase-3 mRNA的表達增加，同時膠質細胞中參與凋亡信號有關的分子如TNF-α、Bax 蛋白表達都有上調，同時這些改變也進一步加重了白質的損傷以及少突膠質細胞的凋亡。

2.3 神經遞質變化與慢性腦缺血

中樞膽鹼能系統的變化在慢性腦缺血腦損傷的發展過程發揮著很重要的作用，膽鹼能神經元功能障礙是導致認知功能受損害的形態學基礎，膽鹼能系統功能障礙也是引起紋狀體神經細胞損傷一個主要的原因。慢性腦缺血後中樞膽鹼能系統功能障礙主要表現為：乙醯膽鹼轉移酶（Chat）活性減低、乙醯膽鹼水平下降、M型ACh-R的結合力下降以及M型膽鹼能受體的mRNA表達降低等。

慢性腦缺血後，中樞的單胺能神經系統和谷氨酸能系統也發生一系列的變化。Tanaka等人研究發現在慢性腦缺血後有一過性可逆的中樞單胺能神經遞質的變化，去甲腎上腺素水平只在第1w有升高，5-羥色胺能遞質水平在急性期（1到3周）的升高，慢性期（6w後）卻出現逆轉，因此，推測慢性腦缺血之後的3w內出現的神經遞質的變化可以作為慢性腦缺血治療的靶點，進行干預性治療研究。但關於這些神經遞質的變化對慢性腦缺血後的神經損傷的作用機制不十分明確，他們在慢性腦缺血中的作用有待進一步研究。

此外，還有研究者發現在慢性腦缺血後組胺及其受體也發生了變化。在慢性腦缺血後組胺的mRNA表達下降，推測其原因可能為：（1）中樞神經系統內海馬對缺血缺氧最敏感，慢性腦缺血後必然降低其營養代謝，使H4受體的表達減弱；（2）慢性腦缺血後海馬內組胺量減少，能結合到組胺的H4受體量下降，通過反饋機制調控受體的表達下降；（3）中樞神經系統內其它生化改變影響了H4受體的基因表達調控，使其表達減少。但組胺的改變在慢性腦缺血後神經損傷中的確切機制及作用也有待進一步的研究。

2.4 神經細胞凋亡與慢性腦缺血

神經細胞凋亡與多種神經系統變性疾病相關。在慢性腦缺血中，神經細胞的凋亡在神經損傷方面同樣起著重要的作用。慢性腦缺血能誘導椎體神經元細胞凋亡，在缺血後2～27w出現細胞核濃縮、染色體片段化以及DNA斷裂以及椎體神經元細胞的減少，推測其主要原因為慢性腦缺血急性期時出現的谷氨酸細胞毒性作用以及持續性的神經元去極化所誘導。王守春等人通過套用流式細胞術研究發現，在慢性腦缺血1w後，額葉、海馬細胞凋亡率分別為8.18%、21.92%，在缺血後2w時紋狀體區細胞凋亡率達最高為9.22%，均明顯高於對照組的，以後均逐漸下降。通過TUNEL染色也發現額葉、海馬及尾狀核神經細胞凋亡明顯高於對照組。

通過對凋亡分子水平的研究也發現凋亡在慢性腦缺血神經損傷方面起著重要的作用。Bcl-2基因是抗細胞凋亡基因中的代表基因，線上粒體介導的神經細胞凋亡通路中發揮重要作用：Bcl-2可能是通過抑制谷胱甘肽的外泄及封閉Bax形成孔道的活性，降低胞內的氧化還原電位，並使一些小分子不能自由通透，能調節線粒體膜對一些凋亡蛋白前體的通透性，從而保護細胞，它在中樞神經系統中作為一種有效的抑制神經元凋亡和壞死的因子，可促進神經元的存活以及突觸的再生。實驗研究發現在慢性腦缺血後，Bcl-2蛋白的表達明顯增加。此外，慢性腦缺血後，少突膠質細胞凋亡引起Caspase凋亡通路激活、Caspase-3 mRNA的表達增加，這些改變導致白質的損傷以及少突膠質細胞的凋亡。

2.5、Aβ與慢性腦缺血

β澱粉樣肽（Aβ）在神經細胞外沉積是AD疾病發生的觸發因素，在AD的發生和發展過程中起著重要的作用。Aβ主要由澱粉樣前體蛋白（APP）通過兩種酶的作用產生，一種為β位點APP清除酶，另一種為γ分泌酶。β澱粉樣前體蛋白清除酶（BACE1）是一種水解APP生成的Aβ的β分泌酶，β分泌酶的活性則主要取決於BACE1的水平，因此，BACE1在Aβ的生成方面起著很重要的作用。

Wakita等人[16]通過檢測β/A4澱粉樣前體蛋白（APP）和嗜鉻粒蛋白A（CgA）的水平來檢測軸突的損傷程度，研究發現在缺血後的1到30d內，APP、CgA和EP染色陽性的神經纖維逐漸增加，而腦皮質的改變不明顯。因此證明了在慢性腦缺血時，白質是對缺血較敏感的區域，同時在慢性腦缺血後，APP表達增加。但Cai等人[40]研究發現，慢性腦缺血後海馬區BACE1和Aβ水平增加，其增加的程度與認知障礙損傷程度呈相關性，但APP卻沒有明顯的增加。Aβ的增加主要歸因於BACE1的上調，但是慢性腦缺血後Aβ清除障礙是否為導致Aβ沉積的原因、慢性腦缺血後加重AD的發病機制以及慢性腦缺血後APP的變化等問題也有待進一步的深入研究。

2.6 自由基形成、氧化應激與慢性腦缺血

自由基通過活性氧簇（ROS）在各種神經系統疾病的病理改變以及疾病的進展方面起著重要的作用[41]，許多促氧化酶和抗氧化酶在氧化應激誘導的信號傳導和損傷中也起著重要的作用[42]。Tanaka等人[43]在研究慢性腦缺血後的氧化應激和氧化還原反應過程中，將慢性腦缺血分為兩個階段：第1天到6周為急性期，第6周以後為慢性期。急性期的氧化還原反應主要與神經細胞損傷和遲發的膽鹼能系統功能障礙有關，而神經細胞功能障礙主要與亞硝酸鹽和硝酸鹽（NOx）濃度升高所致，中樞膽鹼能系統功能障礙則是由於GSH濃度降低所致。

Tanaka等人還發現在慢性腦缺血1d後，NOx的濃度和誘導型NO的mRNA表達開始上升，誘導型NO合酶（iNOS酶）的活性升高。推測NOx濃度升高可能為星形膠質細胞和小膠質細胞的激活導致iNO mRNA表達增加所致。iNOS具有破壞血管內皮，激活缺血區域的神經膠質細胞的作用。在慢性腦缺血第1天以及6w之後，紋狀體的超氧化物歧化酶（SOD）活性都有降低，Tanaka等人認為第1天出現的SOD活性降低為亞硝酸鹽產生過程中消耗了大量的過氧化物所致，而6w後出現的第二次SOD活性降低是由於氧化應激作用消耗了超氧化物所致。自由基形成和氧化應激在慢性腦缺血中的作用機制較複雜，目前的研究尚未完全闡明自由基對慢性腦缺血後的神經損傷機制，對於氧化應激及在慢性腦缺血後的認知功能障礙方面的機制也不完全清楚，這些都有待進一步的研究。

研究現狀

慢性腦缺血在血管性痴呆、Binswanger病，老年性痴呆等多種神經系統疾病的發生髮展過程起著重要的作用。關於慢性腦缺血後神經損傷相關的病理生理研究報導較多，在慢性腦缺血後的組織形態學變化、神經遞質的改變、神經膠質細胞變化、Aβ的變化以及自由基和氧化應激反應等方面的變化的相關研究取得了較好的進展，但對於慢性腦缺血病理損傷機制尚不完全清楚，仍需進一步的深入研究。同時，深入的進行慢性腦缺血的各種病例損傷機制的研究，將為實驗性的使用各種藥物針對各種機制進行慢性腦缺血的干預治療提供研究基礎，也能為臨床抗慢性腦缺血的治療研究提供新的研究平台。