缺血缺氧预适应及其机制研究
作者：谢静晖 吕国蔚
单位：首都医科大学神经生物学教研室
关键词：
首都医科大学学报990127
1 缺血缺氧预适应或耐受
预适应处理是1次或重复给予机体亚致死性的缺血缺氧刺激，并于随后一定时间的再灌注。实验证明，经预适应处理后，机体对缺血缺氧产生自身保护，即形成耐受[1～3]。
早在60年代，我国即报道小鼠在重复密闭缺氧后可以产生耐受，表现为在一定体积的密闭容器中以及在低压氧仓中存活时间延长[1]。Yong Liu等将大鼠颈总动脉夹闭3 min，经3 d再灌注后，再次夹闭同侧颈总动脉6、8、10 min，测定同侧海马CA1区神经元密度，对照组显著低于预适应组，提示预适应可以使神经组织对缺血产生自身保护[2]。Murry等在研究心肌缺血时发现，经过间断重复缺血的心肌再次缺血时，ATP未发生耗竭。闭塞冠脉5 min，经5 min再灌注后，再次闭塞冠脉5 min，经5 min再灌后，再闭塞40 min，发生心肌梗塞的面积为单纯闭塞40 min组的25%[3]。预适应还可以改善心律失常，减低缺血早期的能量代谢和促进功能恢复。上述现象亦可见于清醒的动物模型。
, 百拇医药
Kato等认为预适应的效果与间隔时间有关。如缺血间隔分别为5 min、1 h和6 h则损害加重，为1、2、4、7 d，则起到保护作用。
2 预适应机制探讨
2.1 腺苷机制
腺苷是一种在缺血缺氧时高能磷酸盐分解产生的内源性复合物，其参与预适应调节的机制称为腺苷假说。预适应中，腺苷释放显著增加，且5′-核苷酸酶活性升高。腺苷受体拮抗剂可以阻止预适应的形成；而腺苷A1受体激动剂可以缩小梗塞面积，减慢缺血早期的能量代谢，并有利于缺氧预适应后突触功能的恢复[4]。在前面提到的小鼠重复缺氧模型中，如预先注射腺苷A1受体的激动剂，可使小鼠在每次密闭缺氧及低压舱中存活时间延长，其拮抗剂则不利于耐受形成；经预适应的小鼠脑内腺苷含量显著升高，且受体活性亦提高[5]。
, 百拇医药
腺苷的作用是通过细胞信息传递实现的。腺苷受体与G蛋白耦联，激活腺苷受体可活化G蛋白，经磷脂酶C激活蛋白激酶C，蛋白激酶C从细胞液向细胞膜移位，参与预适应调节。Thornton等证明激动其他与G蛋白耦联的受体也可以调节预适应的形成[6]。Ytrehus等发现用百日咳毒素抑制G蛋白可以阻止预适应形成；并证明蛋白激酶C在预适应中是必须的，抑制蛋白激酶C可以阻止预适应形成。Speechly-Dick等证明在大鼠模型中蛋白激酶C参与预适应形成，而腺苷在大鼠模型中不作为预适应调节物，这提示蛋白激酶C可能作为预适应保护机制的最后因子[7]。
2.2 能量代谢与离子
预适应可降低细胞能量代谢及细胞内Ca2+的升高。在缺血缺氧损伤中，Ca2+起了不可忽视的作用。缺血缺氧时，细胞内Ca2+浓度可因受体激活或代谢失常而升高，Ca2+激活了“Ca依赖的细胞损伤过程”，不可逆地破坏细胞膜，而引起细胞的损伤。
, http://www.100md.com
预适应时代谢需求下降，表现为组织中ATP浓度下降速率及乳酸含量均小于无预适应组。乳酸含量低，则细胞内氢离子低，从而Na-H交换较少，细胞内钠离子升高的幅度较小，细胞内钠离子与细胞外钙离子交换的较少，细胞内钙离子升高相对较小。一方面限制细胞的破坏，另一方面钙离子作为调节代谢因子，限制其升高可使能量代谢降低。
在心肌中，细胞内钾离子浓度亦参与预适应调节。钾通道的开放可以引起钾电导增加，动作电位时程缩短，限制Ca2+内流和能量代谢。Gross等发现K-ATP通道阻滞剂可以消除预适应所起的保护，即对抗预适应使心肌梗塞面积缩小的作用。但Thornton等未能重复上述结果，并发现K-ATP通道的开启不能引起预适应[8]。而Yao等发现虽然K-ATP通道开启可以通过促进通道开放而保护心肌，但当减少剂量使之不能缩短动作电位时程时，仍能起到对心肌的保护作用[9]。
前述的“腺苷假说”，亦与此K-ATP通道有关。腺苷的保护作用是通过提前或加强K-ATP通道的开放而实现的。研究证实腺苷及其受体激动剂RPIA可起到抗缺血缺氧的作用；但同时给予K-ATP通道阻滞剂，这种保护作用消失[10]。
, 百拇医药
近来实验证实，抑制线粒体复合体Ⅰ、Ⅱ可以形成预适应，并可试用于提高机体的缺氧耐受能力[11]。
2.3 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
各种对机体有害的刺激，如高温、创伤、物理化学试剂等均可诱导机体产生HSP。实验证实HSP亦参与预适应。Kato等报道，对大鼠进行3 min缺血及3 d再灌注预适应，再给予6 min缺血试验，预适应组海马CA1区锥体细胞在3 min缺血后1、3、7 d可见HSP70的表达。缺血6 min 后1 d和3 d，2组均可见HSP70；但6 min缺血后2 h及7 d仅预适应组表达HSP70，且预适应组颗粒细胞和齿状回HSP明显升高。他们还发现，缺血预适应时有HSP27表达，主要见于胶质细胞，而HSP70仅见于神经细胞[12]。HSP70与HSP27的作用可能相互补充，HSP27间接起作用。HSP可以保持正常或部分变性蛋白的四级结构，协助大分子蛋白或肽从线粒体和内质网的跨膜转运，从而保护缺血的细胞。其保护作用主要在缺血期和缺血后早期，晚期的合成不能阻止细胞的死亡。
, 百拇医药
2.4 间质细胞
间质细胞在预适应中也有一定的作用。在沙田鼠脑缺血预适应模型中，Kato等发现在缺血后，海马CA1、CA3及齿状回均可见星状胶质细胞及小胶质细胞的积聚和激活。未经预适应的动物小胶质细胞激活明显，而星状胶质细胞改变不明显。经预适应的动物缺血后，星状胶质细胞明显激活，小胶质细胞活性低于未预适应组。这说明星形胶质细胞与小胶质细胞之间的平衡与缺血的结果之间有一定的关系[13]。
星形胶质细胞的作用是迅速再摄取和灭活突触间的神经递质(如兴奋性氨基酸、谷氨酸)，参与血脑屏障的构成，保持水电解质平衡，从而维持生理条件下局部的微环境。上述作用恰好可以对抗缺血时谷氨酸释放引起的兴奋毒性及水电解质平衡紊乱。另外，星形胶质细胞源生长因子，如神经生长因子和基础纤维生长因子，可以对抗小胶质细胞，保护受吞噬作用攻击的神经元，参与预适应保护。
, http://www.100md.com
2.5 预适应的分子生物学
近来，对缺血缺氧预适应机制的分子生物学有了进一步的研究。预适应可以诱导动物海马内jun相关免疫反应活性，提示即早基因(immediate early genes)参与预适应[14]。而用原位杂交方法，已发现预适应可以诱导海马CA1区c-jun基因的表达[15]。
预适应还可缓解缺血时IP3R1、NSE和beta-actin的mRNA水平的下降，可能也是其保护机制之一[16]。国外培养少突胶质细胞，在低氧下产生一种相对分子质量为27、具有耐缺氧作用的新物质，并称为hypoxin。如能提纯这种物质，并深入探讨其分子生物学特性，对抗缺氧的基础研究和临床实践都将有重要的意义。
总之，缺血缺氧预适应作为一种机体自身的保护机制，在临床抗缺血缺氧中是很有价值的，已有临床用于心肌梗塞治疗的报告。目前，在预适应机制方面仍有很多未知领域等待探索和解决；深入研究预适应机制并摸索其临床应用，对治疗心脑血管病是很有前途的。
, http://www.100md.com
参考文献
1 吕国蔚,史美棠,李凌,等.急性重复缺氧对小鼠缺氧耐受性的影响及其机制的初步探讨.中国病理生理学杂志,1992,8:425～428
2 You Liu, Hitoyuki Kato, Naoki Nakata, et al. Protection of rat hippocampus against ischaemic neuronal damage by pretreatment with sublethal ischaemia. Brain Res, 1994, 74: 998～1004
3 Kato H, Liu Y, Araki T, et al. Temporal profile of the effects of pretreatment with brief cerebral ischaemia on the neuronal damage following se-condary ischaemic insult in the gerbil: Cumulative damage and protective effects. Brain Res, 1991, 553:238～242
, 百拇医药
4 Purez Pinzun M A, Mumford P L, Rosenthal M, et al. Anoxic preconditioning in hippocampal slices: role of adenosine. Neuroscience, 1996, 75:3687～3694
5 张伟丽,吕国蔚.腺苷的中枢作用.生理科学进展, 1996, 27(4): 313～318
6 Thornton J D, Liu G S, Downey J M. Pretreatment with pertussis toxin blocks the protective effects of precontioning: Evidence for G-protein mechanism. J Mol Cell Cardiol, 1993, 25:311～320
7 Speechly-Dick M E, Mocanu M M, Yellon D M. Protein kinase C.Its role in ischaemic preconditioning in the rat.Circ Res, 1994,75: 586～590
, http://www.100md.com
8 Thornton J D, Thornton C S, Sterling D L, et al. Bolckade of ATP-sensitive putassiun channels increases infarct size but does not prevent preconditioning in rabbit hearts. Circ Res, 1993,72:44～49
9 Yao Z, Gross G J. Effects of KATP channel opener bimakalim on coronary blood flow, monophasic action potential duration,and infarct size in dogs. Circulation, 1994, 89:1769～1775
10 Van Winkle D M, Chien G L, Wolff R A, et al. Cardioprotection provided buy adenosine receptor activation is abolished by blockade of the KATP channel.Am J Physiol, 1994,266:H829～839
, 百拇医药
11 Riepe M W, Ludolph A C. Chemical preconditioning: A cytoprotective strategy. Mol Cell Biochem,1997,174:1～2,249～254
12 Kato H, Liu Y, Kogure K, et al. Induction of 27-kDa heat shock protein following cerebral ischaemia in a rat model of ischaemic tolerance. Brain Res, 1994,634:235～244
13 Kato H, Kogure K, Arake T, et al. Astroglial and microglial reactions in the Gerbil hippocampus with induced ischaemic tolerance. Brain Res, 1994,664:69～76
, http://www.100md.com
14 Kato H, Kogure K, Araki T, et al. Induction of jun-like immunoreactivity in astrocytes in gerbil hippocampus with ischemic tolerance. Neurosci Lett,1995,189:13～16
15 Sommer C, Gass P, Kiessling M. Selective c-jun expression in CA1 neurons of the gerbil hippocampus during and after acquisition of an ischemia-tolerant state. Brain Pathol,1995,5:135～144
16 Farwell W, Simonyi A, Scott H, et al. Effects of ischemic tolerance on mRNA levels of IP3R1, beta-actin, and neuron-specific enolase in hippocampal CA1 area of the gerbil brain. Neurochem Res,1998,23:539～542
收稿日期：1998-03-23, 百拇医药
单位：首都医科大学神经生物学教研室
关键词：
首都医科大学学报990127
1 缺血缺氧预适应或耐受
预适应处理是1次或重复给予机体亚致死性的缺血缺氧刺激，并于随后一定时间的再灌注。实验证明，经预适应处理后，机体对缺血缺氧产生自身保护，即形成耐受[1～3]。
早在60年代，我国即报道小鼠在重复密闭缺氧后可以产生耐受，表现为在一定体积的密闭容器中以及在低压氧仓中存活时间延长[1]。Yong Liu等将大鼠颈总动脉夹闭3 min，经3 d再灌注后，再次夹闭同侧颈总动脉6、8、10 min，测定同侧海马CA1区神经元密度，对照组显著低于预适应组，提示预适应可以使神经组织对缺血产生自身保护[2]。Murry等在研究心肌缺血时发现，经过间断重复缺血的心肌再次缺血时，ATP未发生耗竭。闭塞冠脉5 min，经5 min再灌注后，再次闭塞冠脉5 min，经5 min再灌后，再闭塞40 min，发生心肌梗塞的面积为单纯闭塞40 min组的25%[3]。预适应还可以改善心律失常，减低缺血早期的能量代谢和促进功能恢复。上述现象亦可见于清醒的动物模型。
, 百拇医药
Kato等认为预适应的效果与间隔时间有关。如缺血间隔分别为5 min、1 h和6 h则损害加重，为1、2、4、7 d，则起到保护作用。
2 预适应机制探讨
2.1 腺苷机制
腺苷是一种在缺血缺氧时高能磷酸盐分解产生的内源性复合物，其参与预适应调节的机制称为腺苷假说。预适应中，腺苷释放显著增加，且5′-核苷酸酶活性升高。腺苷受体拮抗剂可以阻止预适应的形成；而腺苷A1受体激动剂可以缩小梗塞面积，减慢缺血早期的能量代谢，并有利于缺氧预适应后突触功能的恢复[4]。在前面提到的小鼠重复缺氧模型中，如预先注射腺苷A1受体的激动剂，可使小鼠在每次密闭缺氧及低压舱中存活时间延长，其拮抗剂则不利于耐受形成；经预适应的小鼠脑内腺苷含量显著升高，且受体活性亦提高[5]。
, 百拇医药
腺苷的作用是通过细胞信息传递实现的。腺苷受体与G蛋白耦联，激活腺苷受体可活化G蛋白，经磷脂酶C激活蛋白激酶C，蛋白激酶C从细胞液向细胞膜移位，参与预适应调节。Thornton等证明激动其他与G蛋白耦联的受体也可以调节预适应的形成[6]。Ytrehus等发现用百日咳毒素抑制G蛋白可以阻止预适应形成；并证明蛋白激酶C在预适应中是必须的，抑制蛋白激酶C可以阻止预适应形成。Speechly-Dick等证明在大鼠模型中蛋白激酶C参与预适应形成，而腺苷在大鼠模型中不作为预适应调节物，这提示蛋白激酶C可能作为预适应保护机制的最后因子[7]。
2.2 能量代谢与离子
预适应可降低细胞能量代谢及细胞内Ca2+的升高。在缺血缺氧损伤中，Ca2+起了不可忽视的作用。缺血缺氧时，细胞内Ca2+浓度可因受体激活或代谢失常而升高，Ca2+激活了“Ca依赖的细胞损伤过程”，不可逆地破坏细胞膜，而引起细胞的损伤。
, http://www.100md.com
预适应时代谢需求下降，表现为组织中ATP浓度下降速率及乳酸含量均小于无预适应组。乳酸含量低，则细胞内氢离子低，从而Na-H交换较少，细胞内钠离子升高的幅度较小，细胞内钠离子与细胞外钙离子交换的较少，细胞内钙离子升高相对较小。一方面限制细胞的破坏，另一方面钙离子作为调节代谢因子，限制其升高可使能量代谢降低。
在心肌中，细胞内钾离子浓度亦参与预适应调节。钾通道的开放可以引起钾电导增加，动作电位时程缩短，限制Ca2+内流和能量代谢。Gross等发现K-ATP通道阻滞剂可以消除预适应所起的保护，即对抗预适应使心肌梗塞面积缩小的作用。但Thornton等未能重复上述结果，并发现K-ATP通道的开启不能引起预适应[8]。而Yao等发现虽然K-ATP通道开启可以通过促进通道开放而保护心肌，但当减少剂量使之不能缩短动作电位时程时，仍能起到对心肌的保护作用[9]。
前述的“腺苷假说”，亦与此K-ATP通道有关。腺苷的保护作用是通过提前或加强K-ATP通道的开放而实现的。研究证实腺苷及其受体激动剂RPIA可起到抗缺血缺氧的作用；但同时给予K-ATP通道阻滞剂，这种保护作用消失[10]。
, 百拇医药
近来实验证实，抑制线粒体复合体Ⅰ、Ⅱ可以形成预适应，并可试用于提高机体的缺氧耐受能力[11]。
2.3 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
各种对机体有害的刺激，如高温、创伤、物理化学试剂等均可诱导机体产生HSP。实验证实HSP亦参与预适应。Kato等报道，对大鼠进行3 min缺血及3 d再灌注预适应，再给予6 min缺血试验，预适应组海马CA1区锥体细胞在3 min缺血后1、3、7 d可见HSP70的表达。缺血6 min 后1 d和3 d，2组均可见HSP70；但6 min缺血后2 h及7 d仅预适应组表达HSP70，且预适应组颗粒细胞和齿状回HSP明显升高。他们还发现，缺血预适应时有HSP27表达，主要见于胶质细胞，而HSP70仅见于神经细胞[12]。HSP70与HSP27的作用可能相互补充，HSP27间接起作用。HSP可以保持正常或部分变性蛋白的四级结构，协助大分子蛋白或肽从线粒体和内质网的跨膜转运，从而保护缺血的细胞。其保护作用主要在缺血期和缺血后早期，晚期的合成不能阻止细胞的死亡。
, 百拇医药
2.4 间质细胞
间质细胞在预适应中也有一定的作用。在沙田鼠脑缺血预适应模型中，Kato等发现在缺血后，海马CA1、CA3及齿状回均可见星状胶质细胞及小胶质细胞的积聚和激活。未经预适应的动物小胶质细胞激活明显，而星状胶质细胞改变不明显。经预适应的动物缺血后，星状胶质细胞明显激活，小胶质细胞活性低于未预适应组。这说明星形胶质细胞与小胶质细胞之间的平衡与缺血的结果之间有一定的关系[13]。
星形胶质细胞的作用是迅速再摄取和灭活突触间的神经递质(如兴奋性氨基酸、谷氨酸)，参与血脑屏障的构成，保持水电解质平衡，从而维持生理条件下局部的微环境。上述作用恰好可以对抗缺血时谷氨酸释放引起的兴奋毒性及水电解质平衡紊乱。另外，星形胶质细胞源生长因子，如神经生长因子和基础纤维生长因子，可以对抗小胶质细胞，保护受吞噬作用攻击的神经元，参与预适应保护。
, http://www.100md.com
2.5 预适应的分子生物学
近来，对缺血缺氧预适应机制的分子生物学有了进一步的研究。预适应可以诱导动物海马内jun相关免疫反应活性，提示即早基因(immediate early genes)参与预适应[14]。而用原位杂交方法，已发现预适应可以诱导海马CA1区c-jun基因的表达[15]。
预适应还可缓解缺血时IP3R1、NSE和beta-actin的mRNA水平的下降，可能也是其保护机制之一[16]。国外培养少突胶质细胞，在低氧下产生一种相对分子质量为27、具有耐缺氧作用的新物质，并称为hypoxin。如能提纯这种物质，并深入探讨其分子生物学特性，对抗缺氧的基础研究和临床实践都将有重要的意义。
总之，缺血缺氧预适应作为一种机体自身的保护机制，在临床抗缺血缺氧中是很有价值的，已有临床用于心肌梗塞治疗的报告。目前，在预适应机制方面仍有很多未知领域等待探索和解决；深入研究预适应机制并摸索其临床应用，对治疗心脑血管病是很有前途的。
, http://www.100md.com
参考文献
1 吕国蔚,史美棠,李凌,等.急性重复缺氧对小鼠缺氧耐受性的影响及其机制的初步探讨.中国病理生理学杂志,1992,8:425～428
2 You Liu, Hitoyuki Kato, Naoki Nakata, et al. Protection of rat hippocampus against ischaemic neuronal damage by pretreatment with sublethal ischaemia. Brain Res, 1994, 74: 998～1004
3 Kato H, Liu Y, Araki T, et al. Temporal profile of the effects of pretreatment with brief cerebral ischaemia on the neuronal damage following se-condary ischaemic insult in the gerbil: Cumulative damage and protective effects. Brain Res, 1991, 553:238～242
, 百拇医药
4 Purez Pinzun M A, Mumford P L, Rosenthal M, et al. Anoxic preconditioning in hippocampal slices: role of adenosine. Neuroscience, 1996, 75:3687～3694
5 张伟丽,吕国蔚.腺苷的中枢作用.生理科学进展, 1996, 27(4): 313～318
6 Thornton J D, Liu G S, Downey J M. Pretreatment with pertussis toxin blocks the protective effects of precontioning: Evidence for G-protein mechanism. J Mol Cell Cardiol, 1993, 25:311～320
7 Speechly-Dick M E, Mocanu M M, Yellon D M. Protein kinase C.Its role in ischaemic preconditioning in the rat.Circ Res, 1994,75: 586～590
, http://www.100md.com
8 Thornton J D, Thornton C S, Sterling D L, et al. Bolckade of ATP-sensitive putassiun channels increases infarct size but does not prevent preconditioning in rabbit hearts. Circ Res, 1993,72:44～49
9 Yao Z, Gross G J. Effects of KATP channel opener bimakalim on coronary blood flow, monophasic action potential duration,and infarct size in dogs. Circulation, 1994, 89:1769～1775
10 Van Winkle D M, Chien G L, Wolff R A, et al. Cardioprotection provided buy adenosine receptor activation is abolished by blockade of the KATP channel.Am J Physiol, 1994,266:H829～839
, 百拇医药
11 Riepe M W, Ludolph A C. Chemical preconditioning: A cytoprotective strategy. Mol Cell Biochem,1997,174:1～2,249～254
12 Kato H, Liu Y, Kogure K, et al. Induction of 27-kDa heat shock protein following cerebral ischaemia in a rat model of ischaemic tolerance. Brain Res, 1994,634:235～244
13 Kato H, Kogure K, Arake T, et al. Astroglial and microglial reactions in the Gerbil hippocampus with induced ischaemic tolerance. Brain Res, 1994,664:69～76
, http://www.100md.com
14 Kato H, Kogure K, Araki T, et al. Induction of jun-like immunoreactivity in astrocytes in gerbil hippocampus with ischemic tolerance. Neurosci Lett,1995,189:13～16
15 Sommer C, Gass P, Kiessling M. Selective c-jun expression in CA1 neurons of the gerbil hippocampus during and after acquisition of an ischemia-tolerant state. Brain Pathol,1995,5:135～144
16 Farwell W, Simonyi A, Scott H, et al. Effects of ischemic tolerance on mRNA levels of IP3R1, beta-actin, and neuron-specific enolase in hippocampal CA1 area of the gerbil brain. Neurochem Res,1998,23:539～542
收稿日期：1998-03-23, 百拇医药