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编号:10274204
缺血性脑血管病神经元保护治疗研究现状
http://www.100md.com 《中华内科杂志》 1999年第10期
     作者:魏岗之

    单位:100053 北京,首都医科大学宣武医院神经内科

    关键词:

    中华内科杂志991032 任何全身或局部脑血流量下降至一定程度均会导致缺血性神经元损伤,其机制极为复杂,是一种迅速发展的神经化学变化。缺血后能量衰竭导致神经递质变化,兴奋性氨基酸(EAA)释放增加,细胞内钙失稳态,自由基生成,细胞酸中毒、水肿、凋亡基因激活等。上述环节互为因果,形成恶性循环,终至细胞不可逆性坏死。神经保护在细胞水平上起作用,旨在通过药物或其他治疗手段,阻断细胞坏死不同环节,增加细胞存活能力,以达到治疗目的。

    脑动脉闭塞以后,缺血区中心脑组织60分钟后坏死,其周边区通过侧支循环代偿。神经元代谢维持在细胞膜泵衰竭水平之上,电活动水平之下,膜结构尚未破坏。坏死、凋亡、电抑制与正常神经元在此区内交互杂存,多数神经元处于可逆生存状态称“半暗区”。如能即时恢复血液灌流,应用(EAA)及钙通道拮抗剂防止细胞内钙超载及膜去极化,或亚低温降低脑氧耗及能量需求等措施,有望使其逆转。动物实验证实3~4小时后血供仍不能改善,最终也将出现梗死。
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    缺血后可进行有效治疗的时间称为治疗时间窗,即缺血性级联反应特定的时段。一些关键的病理性代谢可被特定的药物干预,发挥其最佳疗效。一般又可以分为:“预防窗”即发病前给药以减轻发病后缺血性脑损伤的最佳时段。“再灌窗”是指溶栓治疗的有效时段,并与缺血部位及病变性质有关。1~3小时内最佳,原则上不应超过6小时。“细胞保护窗”是针对缺血后一系列病理代谢进行治疗的有效时间。保护窗远不如再灌注窗确切,这是因为缺血后神经元损伤不同机制其发生时间及其相互关系还远未阐明,是值得今后大力研究的课题。

    一、神经保护剂

    神经保护剂对治疗缺血性卒中具有良好前景,目前已有数类制剂正用于临床试验。

    1.钙通道拮抗剂:早期研究报告提示尼莫地平(L型二氢吡啶类钙拮抗剂)能减少卒中的死亡并改善预后,然而随后的报告未能肯定此结果。尼莫地平临床试验的荟萃分析表明,在卒中发病后12小时内使用有效,8小时内更好。目前正在进行大规模临床试验。
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    2.谷氨酸拮抗剂:当今研究最多的是修饰谷氨酸的药物。谷氨酸是中枢神经系统内常见的兴奋性神经递质,它在缺血时被大量释放,通过刺激几种类型的受体而兴奋突触后神经元,这些受体被激活后使Ca2+通过相关的膜通道内流。细胞内Ca2+浓度增加可激活酶类最终导致细胞破坏,阻断N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)谷氨酸受体可降低钙内流从而减轻神经元损伤。曾对一些阻断受体的小分子进行了广泛的临床前研究,其中有几种进行了临床试验。这些药物包括cerestat (CNS1102)、selfotel (CGS19755)及eliprodil。 已完成了对selfotel的Ⅰ期临床(剂量探索)和Ⅱ期临床试验(治疗方案开发)试验。然而Ⅲ期临床试验(主要疗效研究)却被 提前终止[1,2]。cerestat的Ⅱ期临床试验表明可能有一定疗效,并且无过多的副作用,已开始Ⅲ期临床试验。

    现有的NMDA阻滞剂均可不同程度的引起苯环已哌啶样副作用。虽然这些精神病样反应具有剂量依赖性并可以逆转,但确实可导致病人治疗上的困难[3]。此外,某些谷氨酸阻滞剂在中等剂量时会产生一种毒副作用,即在一些非缺血的特定脑组织中出现一过性神经元空泡变性。这种损害在大剂量时可变为永久性的。已经进行过临床试验评估的那些NMDA阻断剂,在试验剂量时尚未出现这种特异反应。这些药物尽管用于临床一直很困难而且价格昂贵,但在许多卒中动物模型中却能有效地减轻神经损伤,因此药厂和研究人员一直不肯放弃这一研究领域。
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    谷氨酸受体相当复杂,它可以在数个相关受体结合位点被修饰,这些位点也在Ca2+流入中枢神经细胞内起门控作用。除NMDA阻断剂外,能改变Ca2+进入神经元的其他种类的药物包括甘氨酸或α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异吡咯丙酸(AMPA)拮抗剂[4]。临床前试验表明阻断这些受体结合位点的药物可能具有神经保护作用。两种甘氨酸拮抗剂,ACEA1021和GV15026A已经在卒中病人进行了Ⅰ期临床试验。这两种药物的希望在于其副作用与NMDA拮抗剂不同,特别是苯环已哌啶样副作用和神经毒性作用可被减少或消除。

    3.谷氨酸释放抑制剂:突触前钠通道拮抗剂能抑制突触前谷氨酸释放,可能对卒中治疗有益,在缺血氧供不足时,Na+通道下调,以至细胞动作电位减少,相应对能量需求也下降,另外K+通道开放以维持细胞膜电位稳定,因而使神经元得到保护免遭死亡。有些抗癫痫药物包括苯妥英(phenytoin)、磷酸苯妥英(fos-phenytoin)均为Na+通道拮抗剂,能减少缺血神经元残余能量的需求,推迟缺氧后导致的细胞膜去极化,因而增加对缺氧的耐受,动物实验证实,在发病后30分钟及24.5小时给药可减少大鼠中动脉闭塞后梗死体积的40%及25%。磷酸苯妥因代谢后转变成苯妥因,且有极强的溶解性,曾用于急性卒中的Ⅲ期临床研究。数10年来苯妥英一直作为一线抗癫痫药,而其在缺血时对脑组织保护作用则似乎与其抗癫痫作用无关,其确切机制尚待研究。
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    拉莫三嗪及其衍生物BW619C89,其神经元保护作用与抑制突触前谷氨酸释放有关,并作用于突触前电压敏感性钠通道,选择剂量的Ⅱa期临床试验已经结束,而Ⅲ期随机对照临床试验正在进行之中。

    Lubeluzole: 为benzothiazole化合物,能防止细胞外谷氨酸浓度增高,使半暗区神经元兴奋性恢复正常并抑制谷氨酸诱发的与氧化氮有关神经毒性,动物实验能减少光化学引起的大鼠梗死容积,减少神经元损伤。Ⅱ期临床试验发现病死率在3个治疗组(安慰剂、低剂量、高剂量)分别为18%、6%及35%。高剂量组病死率高被解释为随机不够平衡,入选病例病情均比较严重,而低剂量组则较安全且病死率有减低(P=0.019)。从目前已进行的Ⅰ期至Ⅲ期临床试验提示有一定疗效,但至今尚无结论[5]

    阿片类拮抗剂,缺血时阿片类拮抗剂可能抑制谷氨酸释放,纳络酮能改善实验性脊髓损伤的恢复,因而支持激活阿片类受体可能造成神经损伤的假说。临床上小剂量纳络酮治疗缺血性卒中疗效不明显。最近钠美酚(nalmefin)是一种naltrexone exomethylene衍生物,用于急性卒中安全性实验已经结束。一个小样本安慰剂对照的Ⅱ期临床结果表明值得进一步进行临床试验。至于其神经保护作用的机制目前尚不清楚,有待继续深入探索。
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    4.抗氧化剂/自由基清除剂:缺血期间,脑组织血供不足发生一系列还原反应,在这种条件下,可由脂质产生许多高度反应性的氧自由基,如果这些自由基被释放,则可以进一步启动,释放更多的自由其反应链。由于这些过氧化物,过氧化氢及羟基根形成,导致脂膜过氧化损伤。氧自由基也是再灌注脑损伤的重要因素。然而卒中过程中是否都发生相当程度的自由基链反应尚未得到肯定证实。动物实验中发现一种脂质氧化抑制剂Tirizalad,它能减少严重梗死动物模型的梗死容积。STIPAS 111例急性卒中临床试验表明,用0.6、2.0及6.0 mg.kg-1.d-1剂量,患者耐受良好。值得一提的是对蛛网膜下腔出血患者,Tirizalad可减低病死率,使恢复良好的病例数增加,已经进行过两项采用不同剂量的Ⅲ期临床试验,由于中期治疗结果分析显示无效或疗效很低,因而试验被提前终止[4]。其他具有潜在作用的药物如超氧化歧化酶(SOD)、维生素E、谷胱甘肽[6]、Lazoroid、铁螯合剂及一种旋转捕获制剂phenyl-t-butgl-nitrone(PBN)均为抗氧化剂。SOD为一种超氧化物根的清除剂,大鼠缺血模型中证实有减少梗死容积功效。目前尚缺乏可靠的临床研究资料。
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    5.γ-氨基丁酸(GABA)增强剂/Clomethiazole:GABA是脑内主要的抑制性神经递质,几乎存在于所有的神经元,GABAA体起调控氯离子通道的作用,激活受体/离子通道复合体引起细胞膜过度极化。GABA含有三种亚型受体即α、β 与 γ,均与GABA结合,其中又以与α型结合更为紧密,主要生理作用是对兴奋性氨基酸递质谷氨酸起平衡作用。缺血后GABA立即从突触前终板释出,可能通过反馈机制于4小时后其合成减少,估计与缺血后GABA能抑制机制受损有关。而GABA受体激活后,能调节缺血后兴奋性氨基酸毒性导致的神经元死亡的连锁反应,沙土鼠双侧大脑缺血模型,使用GABA转氨酶抑制剂γ-Vingl-GABA,此物质能防止GABA消失,与对照组比较发现其能量代谢水平增高,提示能耗量减少。沙土鼠反复前脑缺 血模型,γ-Vingl-GABA对海马区有显著保护作用,一种GABA增强剂Muscimol也具有同样作用。Clomethiazole多年来临床用於抗癫痫及镇静目的。似乎通过与GABAA受体-Cl-通道调控的相互作用能增强GABA作用,而不直接作用于受体。也无GABA合成或释放作用,动物实验证实对缺血海马区神经元有保护作用,Ⅱ期临床试验证明其安全剂量为75 mg.kg-1.d-1。一项将入选1 350例发病12小时内急性卒中的Ⅲ期临床试验正在进行之中。
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    6.白细胞黏附抑制剂:缺血再灌注首先导致炎性介质表达:包括补体C5a、白细胞介素(IL)-1、IL-8、肿瘤坏死因子(INFα)、毒性氧化反应产物,NO降低,激活多核白细胞(PMN)及血管内皮细胞;前者通过白细胞黏附因子,后者通过内皮细胞黏附因子,二者产生间歇黏附及滚动,PMN的CD11/CD18与内皮细胞的内皮细胞黏附因子-1(ICAM-1)发生反应导致PMN与内皮细胞牢固粘连,在巨噬细胞所产生的血管外趋化因子[补体C5a、血小板激活因子(PAF)、IL-8]的作用下,PMN向血管外游走,游走过程中释放蛋白酶,氧化反应产物超氧自由基(O2-H2O2)等,从而导致组织损伤,此过程中PMN的聚积及其与内皮细胞粘连是引起缺血再灌损伤的重要原因,激活的PMN变形性下降,通过毛细血管能力降低,加之与内皮细胞黏附,最终堵塞毛细血管。另外缺血再灌注,毛细血管直径变小,内皮细胞肿胀,间质水肿,PMN通过更为困难,而局部微循环闭塞仍持续存在,形成无灌流现象加重脑损伤。因此缺血情况下如能防止PMN的激活与粘连的措施将会减轻再灌注损伤。最近实验室兔和大鼠模型研究表明,多种抗白细胞黏附的抗体可减轻脑缺血时的神经损伤。一项Enlimomab(一种ICAM抗体)的Ⅲ期临床试验已于近期完成,结果提示这种特异性抗体无效,可能的解释是治疗组中,入选病例合并感染病例过多所致。但是研究人员仍未放弃这方面的研究[7]
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    7.其他:胞二磷胆碱(cificoline)为另外一种具有稳定细胞膜特性的药物,其作用可能是多方面的,在一项Ⅱ期临床试验中很有前途,Ⅲ期临床试验正在进行。其他如碱性纤维母细胞生长因子,血清素增强剂等均在研究之中。

    总之,神经元保护制剂中多数药物都是基于动物实验的结果,我们有理由相信在未来的2~3年内,将会有一种或数种成功的神经保护药物用于临床。然而究竟哪一种药物会获得成功,目前尚难预测。同样一种药物的成功开发并不意味着会防碍针对其他不同机制的药物研究和开发,如同治疗帕金森病一样,从多巴胺替代治疗,受体激动剂到单胺氧化酶抑制剂等,临床工作者所期待的神经保护治疗的实际应用已为期不远了。

    二、动物实验对临床研究价值的评估[8,9]

    鼠脑与人类有很多相似之处,人脑各种神经元在鼠类均有其相对应的细胞。因而可能具有类似缺血损伤机制,可以从实验动物模型中获得有关的信息。特别是缺血再灌注治疗时间窗,无论在鼠类、猫、狗及灵长类都是3~4小时。迄今已有100种以上化合物在动物模型显示有神经元保护作用,然而目前在临床上治疗是否有效,尚无证据。这种实验室与临床结果之间的差距其可能的解释是:(1)卒中动物模型对预测临床疗效无益。(2)动物实验采用的治疗方案对临床无实用价值。(3)动物实验不成功,或是对实验结果解释错误。(4)临床试验在设计上存在不足。例如在开展溶栓治疗之前。临床治疗研究很少要求在动物实验所提示的时间窗内用药,以至治疗失败、同样神经元保护如Ca2+拮抗剂尼莫地平,早期的临床治疗研究远远超过了时间窗限定的范围。目前技术的进步,已经可以使卒中病人尽早入选临床试验,无疑将会提高并发现有效治疗的机率。在实验室控制条件下,动物模型不可能完全模拟人类缺血性卒中。从病变大小、部位、遗传因素以及临床存在多发大动脉硬化,危险因素包括高血压,糖尿病或抽烟等,均不能等同,正是由于这些差别,驱使研究人员在可控实验条件下进行,从而可以获得易于重复,具有统计学价值的可靠结论。另外实验动物不可避免需要麻醉,开颅及其他非模拟自然疾病的条件,显然也会构成对实验结果的影响,不能完全模拟人类的卒中过程,因而出现实验室与临床试验结果之间的差距。但是仍可以从诸多动物实验研究中得到以下的启示:
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    1.如果是针对缺血后神经递质释放主要是兴奋性谷氨酸及细胞内钙超载所启动的缺血脑损伤,因此神经保护治疗应该在缺血后尽早实施,尽管确实的治疗时间窗仍不十分清楚。动物实验证实大脑中动脉闭塞后1~2小时开始治疗,并不能有效地减少梗塞容积,因此在考虑临床试验设计时应对高危病人例如冠状动脉搭桥术、颈动脉内膜切除术,进行院前或预防性治疗性研究。

    2.如果治疗目标是针对缺血半暗区,其临床效果也可能是有限的,不会出现戏剧性的疗效,而且必需有足够的样本数,详细长期随访及其对结果进行正确的评价。

    3.联合治疗势在必行,至少在发病3小时内,如符合溶栓治疗标准,应该验证神经保护治疗与溶栓的联合疗效,单纯神经保护在此时间点之前治疗可能有益,并已付诸临床实施。然而动物研究以及临床经验均预示单纯神经保护治疗对延长治疗时间窗,其结果将是阴性或不能肯定,为了克服治疗实际应用中的困难,可以对高危患者进行预防性静点或院前联合用药,显然神经保护治疗也应该是多渠道的,针对不同的机制联合用药会较单一用药更好。
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    目前对动物模型中证明有效的药物,其作用机制并不完全明了,一种药物小分子只具有一种肯定药理作用的情况是相当少见的,通常还可能有其他作用。因此在简单化体外实验中,只能证实一种药物具有一种特定作用,而在人类复杂的体内环境中,那些在体外实验无法推测到的作用很可能就是其发挥作用的关键所在。例如一种药物能抑制某一特定受体,但同时又通过另外一种完全不同的机制降低中心局部体温,此时体外实验发现的是其受体抑制的特性,而推测不出其影响体温的作用,实际上其药效可能与其受体抑制作用完全无关。已知许多药物有多方面药理作用,但通常不知道究竟哪种作用对治疗最重要。有些情况下,一种药物发挥疗效可能是其复合功能相互作用的结果。

    总之目前有关脑保护领域的研究非常活跃,时至今日能在临床上行之有效的寥若晨星。目前正经历急性缺血性卒中治疗研究中激动人心的时刻,历经了多年治疗受挫研究失败之后,终于能将卒中作为一种内科急诊进行治疗了。神经保护治疗无疑是对广大神经科学工作者巨大挑战,能显著减轻卒中后脑损伤的脑保护治疗,是卒中患者多少年来曾经殷切期盼的前景,也是对全体从事脑卒中治疗的神经科学工作者的巨大希望和回报。
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    (收稿:1999-02-03 修回:1999-06-26), http://www.100md.com