脑缺血氧化应激损伤及中药拮抗作用研究进展(1)
摘要：氧化应激(oxidative stress，0S)是缺血性脑血管疾病重要病理反应过程。缺血性脑损伤后，活性氧自由基(oxygenflee radical，OFR)增加，通过坏死或凋亡的方式引起细胞死亡，还介导线粒体逢径、核转录因子信号转导间接导致细胞凋亡。近年来中药抗氧化应激的作用日益受到重视，有关这方面的研究也日益深入。 关键词：氧化应激；脑血管病：自由基 中图分类号：R285.5
文献标识码：A 文章编号：1673-7717(2007)12-2509-03
脑血管疾病是危害人类生命与健康的常见病和多发病，是人类三大死亡原因之一。随着当今社会的老龄化，脑血管发病率不断增高，在联合国世界卫生组织调查的57个国家中死于脑血管病者占11.3%，其中40个国家脑血管病占死因前3位，而缺血性脑血管病占很大的比例。缺血性脑损伤的病理过程极为复杂，其发病机制涉及脑组织能量代谢紊乱、兴奋性氨基酸毒性、自由基损伤、炎症反应等多环节。近些年来，氧化应激学说在缺血性脑血管疾病中的作用倍受关注。因此研究氧化应激在缺血性脑血管疾病的作用，阐明其发生机制、调节机制，对寻找临床疗效更好的药物，采取有效的防治措施有着重要意义。
, http://www.100md.com
1.氧化应激
1970年Paniker等首次提出氧化应激的概念。目前把能导致化学或代谢来源的活性氧(如O2、H2O2等)及相关产物产生的这一系列的细胞内或外状态，称为“氧化应激(oxidative stress，OS)”。生理条件下，这些自由基调节细胞分裂及机体免疫力，参与药物的降解、杀灭细菌。活性氧(reactive oxygen species，ROS)是有氧代谢的产物，具有强氧化性，是吞噬细胞消灭入侵微生物的重要武器。当ROS的产生超过生物体的抗氧化防御能力时将导致氧化应激反应的产生。研究表明，ROS参与抵制外来物质的入侵，也充当内部生物学过程的调节因子，包括信号转导、转录或程序性细胞死亡。细胞内存在许多信号系统，这些信号系统依赖复杂的激酶级联、蛋白酶级联和(或)第二信使调节胞浆及核蛋白质，这些蛋白质再激活转录因子AP-1及核因子KB(nuclear factor-kB，NF-kB)等，调节细胞的生长和(或)凋亡。
, http://www.100md.com
2.脑组织对氧化应激的易感性
脑是机体代谢率最高的器官，且大部分为有氧代谢获得能量。在缺血时，特别是再灌注时，自由基的产生远远超过自身内源性抗氧化系统的清除能力。研究表明脑组织可能对氧化应激尤为易感。神经元是非再生细胞，ROS对脑组织产生的任何损伤将随着时间而蓄积。①脑组织虽然只占体重的2%，但却消耗总氧量的1/5并高频率地实现大量的ATP循环。据估计细胞消耗的氧大约5%被还原成ROS，因此脑组织与其他耗氧较少的组织相比可能产生相对多的ROS。②兴奋性神经递质如谷氨酸(Glu)的释放，在突触后神经元诱导级联反应，导致ROS的形成，这能导致神经系统局部损伤；脑缺血时，Glu大量释放的同时，其摄取受阻，细胞间液中大量谷氨酸的堆积，钙离子大量内流，引起神经细胞的肿胀、死亡。③在多巴胺能神经末稍，通过单胺氧化酶催化的多巴胺氧化过程中释放的ROS，可能增加脑组织氧化应激反应。④研究表明NO参与了CNS中神经元缺血、缺氧性损害过程。脑缺血时NO含量的改变与一氧化氮合酶(nitric oxide species，NOS)的表达有关。NOS广泛分布于脑组织，NOS有两种生化型：原生型(constitutive，eNOS)和诱生型(inducible，NOS)。eNOS的活性依赖于ca2+2/CaM，引起NO短暂释放，生物效应以细胞间信息传递为主；iNOS不依赖于Ca2+/CaM，能引起长时间NO释放，以细胞毒性作用为主。张新勇等研究发现大鼠脑缺血再灌注后神经细胞iNOS表达增强，iNOS的表达显著升高，使NOR形成增加，可能是介导脑缺血再灌注后神经细胞凋亡的机制之下。
, http://www.100md.com
3.脑缺血后氧化应激损伤机制
3.1自由基直接损害机制 ①细胞膜损害：脂质氧化使细胞膜中的多价不饱和脂肪酸脱落；胆固醇丧失消除自由基的“清道夫”作用，膜磷脂分解，与碳水化合物结合，生物膜结构破坏，细胞崩解。②细胞器损害：自由基与酶类的共价键结合使之失活，从而损害线粒体的氧化磷酸化过程，线粒体微粒变性，能量代谢受阻。与核酸结合，使其主链断裂，透明质酸解聚，细胞死亡。
3.2氧化应激的信号转导 在缺血性脑损伤中，氧化应激不但可以直接损伤细胞，导致细胞坏死，它还可以通过介导线粒体途径、核转录因子信号转导等间接导致细胞凋亡。
①线粒体在脑缺血导致的氧化应激中的作用：有证据表明线粒体是氧化应激引起的细胞凋亡的重要通路。氧化应激可引起线粒体通透性转变孔(Mitcchondrionp erne8bili-tyt ransitionp ore，m PIP)的开放，导致许多前凋亡蛋白如细胞色素C、黄素蛋白凋亡诱导因子、核酸内切酶G等释放到细胞质中形成凋亡小体，继而激活caspmSes级联效应，最终导致程序性细胞死亡。实验证明，缺氧导致的大鼠海马锥体神经元自由基的大量产生可以被线粒体复合I阻滞剂鱼藤酮所阻断，这表明线粒体是自由基产生的主要来源。而应用线粒体钙阻滞剂只能减少部分自由基的产生。相反，应用线粒体通透性转变阻滞剂CsA完全阻滞了自由基的产生和钙的积累，并且防止了神经内膜的破坏。证明缺血后自由基在锥体神经元的产生与线粒体孔通透性改变相关。自由基可通过线粒体依赖途径，导致细胞凋亡。
, http://www.100md.com
最新的研究发现，由线粒体产生的O2是主要的细胞毒性物，超氧化物歧化酶SOD2过表达的大鼠可以减轻这种损伤。用含正常5倍cu-Zn SOD活性的SOD转基因鼠制作脑缺血再灌注模型并与野生鼠比较，发现转基因鼠海马CAI区、皮质、纹状体和丘脑受损神经元明显比野生鼠少。
②转录因子在脑缺血导致的氧化应激中的作用：氧化应激产生的活性氧还可以调节转录因子的活性，在细胞凋亡的信号转导中起到重要作用。1999年Dalton等证实细胞氧化还原状态由转移因子特别是核因子NF-KB的激活来调节。核转录因子NF-KB在正常细胞中与其抑制蛋白(I-KB)结合而处于失活状态，ROS可促进蛋白激酶C(PKC)的激活，活化的PKC磷酸化I-kB，导致后者与NF-kB解离，并使NF-kB活化。在SOD1过表达大鼠的脑缺血模型中，NF-kB活性明显降低。表明NF-kB参与了缺血后的氧化应激损伤。NF-kB在氧化应激中的作用，, 百拇医药(张春霞 胡利民 康立源 刘利萍 郭 虹)
文献标识码：A 文章编号：1673-7717(2007)12-2509-03
脑血管疾病是危害人类生命与健康的常见病和多发病，是人类三大死亡原因之一。随着当今社会的老龄化，脑血管发病率不断增高，在联合国世界卫生组织调查的57个国家中死于脑血管病者占11.3%，其中40个国家脑血管病占死因前3位，而缺血性脑血管病占很大的比例。缺血性脑损伤的病理过程极为复杂，其发病机制涉及脑组织能量代谢紊乱、兴奋性氨基酸毒性、自由基损伤、炎症反应等多环节。近些年来，氧化应激学说在缺血性脑血管疾病中的作用倍受关注。因此研究氧化应激在缺血性脑血管疾病的作用，阐明其发生机制、调节机制，对寻找临床疗效更好的药物，采取有效的防治措施有着重要意义。
, http://www.100md.com
1.氧化应激
1970年Paniker等首次提出氧化应激的概念。目前把能导致化学或代谢来源的活性氧(如O2、H2O2等)及相关产物产生的这一系列的细胞内或外状态，称为“氧化应激(oxidative stress，OS)”。生理条件下，这些自由基调节细胞分裂及机体免疫力，参与药物的降解、杀灭细菌。活性氧(reactive oxygen species，ROS)是有氧代谢的产物，具有强氧化性，是吞噬细胞消灭入侵微生物的重要武器。当ROS的产生超过生物体的抗氧化防御能力时将导致氧化应激反应的产生。研究表明，ROS参与抵制外来物质的入侵，也充当内部生物学过程的调节因子，包括信号转导、转录或程序性细胞死亡。细胞内存在许多信号系统，这些信号系统依赖复杂的激酶级联、蛋白酶级联和(或)第二信使调节胞浆及核蛋白质，这些蛋白质再激活转录因子AP-1及核因子KB(nuclear factor-kB，NF-kB)等，调节细胞的生长和(或)凋亡。
, http://www.100md.com
2.脑组织对氧化应激的易感性
脑是机体代谢率最高的器官，且大部分为有氧代谢获得能量。在缺血时，特别是再灌注时，自由基的产生远远超过自身内源性抗氧化系统的清除能力。研究表明脑组织可能对氧化应激尤为易感。神经元是非再生细胞，ROS对脑组织产生的任何损伤将随着时间而蓄积。①脑组织虽然只占体重的2%，但却消耗总氧量的1/5并高频率地实现大量的ATP循环。据估计细胞消耗的氧大约5%被还原成ROS，因此脑组织与其他耗氧较少的组织相比可能产生相对多的ROS。②兴奋性神经递质如谷氨酸(Glu)的释放，在突触后神经元诱导级联反应，导致ROS的形成，这能导致神经系统局部损伤；脑缺血时，Glu大量释放的同时，其摄取受阻，细胞间液中大量谷氨酸的堆积，钙离子大量内流，引起神经细胞的肿胀、死亡。③在多巴胺能神经末稍，通过单胺氧化酶催化的多巴胺氧化过程中释放的ROS，可能增加脑组织氧化应激反应。④研究表明NO参与了CNS中神经元缺血、缺氧性损害过程。脑缺血时NO含量的改变与一氧化氮合酶(nitric oxide species，NOS)的表达有关。NOS广泛分布于脑组织，NOS有两种生化型：原生型(constitutive，eNOS)和诱生型(inducible，NOS)。eNOS的活性依赖于ca2+2/CaM，引起NO短暂释放，生物效应以细胞间信息传递为主；iNOS不依赖于Ca2+/CaM，能引起长时间NO释放，以细胞毒性作用为主。张新勇等研究发现大鼠脑缺血再灌注后神经细胞iNOS表达增强，iNOS的表达显著升高，使NOR形成增加，可能是介导脑缺血再灌注后神经细胞凋亡的机制之下。
, http://www.100md.com
3.脑缺血后氧化应激损伤机制
3.1自由基直接损害机制 ①细胞膜损害：脂质氧化使细胞膜中的多价不饱和脂肪酸脱落；胆固醇丧失消除自由基的“清道夫”作用，膜磷脂分解，与碳水化合物结合，生物膜结构破坏，细胞崩解。②细胞器损害：自由基与酶类的共价键结合使之失活，从而损害线粒体的氧化磷酸化过程，线粒体微粒变性，能量代谢受阻。与核酸结合，使其主链断裂，透明质酸解聚，细胞死亡。
3.2氧化应激的信号转导 在缺血性脑损伤中，氧化应激不但可以直接损伤细胞，导致细胞坏死，它还可以通过介导线粒体途径、核转录因子信号转导等间接导致细胞凋亡。
①线粒体在脑缺血导致的氧化应激中的作用：有证据表明线粒体是氧化应激引起的细胞凋亡的重要通路。氧化应激可引起线粒体通透性转变孔(Mitcchondrionp erne8bili-tyt ransitionp ore，m PIP)的开放，导致许多前凋亡蛋白如细胞色素C、黄素蛋白凋亡诱导因子、核酸内切酶G等释放到细胞质中形成凋亡小体，继而激活caspmSes级联效应，最终导致程序性细胞死亡。实验证明，缺氧导致的大鼠海马锥体神经元自由基的大量产生可以被线粒体复合I阻滞剂鱼藤酮所阻断，这表明线粒体是自由基产生的主要来源。而应用线粒体钙阻滞剂只能减少部分自由基的产生。相反，应用线粒体通透性转变阻滞剂CsA完全阻滞了自由基的产生和钙的积累，并且防止了神经内膜的破坏。证明缺血后自由基在锥体神经元的产生与线粒体孔通透性改变相关。自由基可通过线粒体依赖途径，导致细胞凋亡。
, http://www.100md.com
最新的研究发现，由线粒体产生的O2是主要的细胞毒性物，超氧化物歧化酶SOD2过表达的大鼠可以减轻这种损伤。用含正常5倍cu-Zn SOD活性的SOD转基因鼠制作脑缺血再灌注模型并与野生鼠比较，发现转基因鼠海马CAI区、皮质、纹状体和丘脑受损神经元明显比野生鼠少。
②转录因子在脑缺血导致的氧化应激中的作用：氧化应激产生的活性氧还可以调节转录因子的活性，在细胞凋亡的信号转导中起到重要作用。1999年Dalton等证实细胞氧化还原状态由转移因子特别是核因子NF-KB的激活来调节。核转录因子NF-KB在正常细胞中与其抑制蛋白(I-KB)结合而处于失活状态，ROS可促进蛋白激酶C(PKC)的激活，活化的PKC磷酸化I-kB，导致后者与NF-kB解离，并使NF-kB活化。在SOD1过表达大鼠的脑缺血模型中，NF-kB活性明显降低。表明NF-kB参与了缺血后的氧化应激损伤。NF-kB在氧化应激中的作用，, 百拇医药(张春霞 胡利民 康立源 刘利萍 郭 虹)
参见：首页 > 医疗版 > 疾病专题 > 神经内科 > 脑血管病 > 短暂性脑缺血发作