脑缺血再灌注损伤机制.ppt

定义定义 脑缺血一定时间恢复血液供应后，其功能不但未能恢复，却出现了更加严重的脑机能障碍，称之为脑缺血再灌注损伤 脑缺血再灌注后n n急性局灶性脑缺血引起的缺血中心区以细胞坏死为主；脑缺血后5-7分钟内，细胞能量耗竭，细胞坏死。n n半暗带区域于再灌注数天后出现了迟发性神经元死亡。脑缺血再灌注损伤的病因机制脑缺血再灌注损伤的病因机制 n n脑缺血再灌注损伤与自由基的生成、细胞内钙超载、兴奋性氨基酸毒性、白细胞高度聚集和高能磷酸化合物的缺乏等有关。兴奋性氨基酸毒性兴奋性氨基酸毒性 n n兴奋性氨基酸毒性是指兴奋性氨基酸毒性是指EAAEAA受体活化而引起的神受体活化而引起的神经元死亡，是脑缺血性损伤的重要触发物和介导经元死亡，是脑缺血性损伤的重要触发物和介导物。物。EAAEAA可活化胞内信号转导通路，触发缺血后可活化胞内信号转导通路，触发缺血后致炎基因表达。致炎基因表达。CA1CA1区神经细胞分布着大量的区神经细胞分布着大量的EAAEAA受体，而抑制性氨基酸受体分布很小，这就受体，而抑制性氨基酸受体分布很小，这就为缺血后的兴奋性毒性提供了基础。另外，为缺血后的兴奋性毒性提供了基础。另外，CA1CA1区较区较CA3CA3区对缺血损伤敏感是由于其兴奋性氨基区对缺血损伤敏感是由于其兴奋性氨基酸受体的类型不同，酸受体的类型不同，CA1CA1区以区以NMDANMDA受体为主，受体为主，CA3CA3区以区以KAKA受体为主，而受体为主，而KAKA受体对缺血敏感性较受体对缺血敏感性较差，可能是造成差，可能是造成DNDDND发生的重要原因。发生的重要原因。炎症免疫机制 n n中枢神经系统可对各种损害产生完整的炎症反应。急性炎症反应在缺中枢神经系统可对各种损害产生完整的炎症反应。急性炎症反应在缺血再灌注损伤所引发的继发性脑损伤中起着关键作用。脑缺血再灌注血再灌注损伤所引发的继发性脑损伤中起着关键作用。脑缺血再灌注损伤时损伤时,氧自由基和其他信使激活炎性细胞因子和致炎症酶原引起趋氧自由基和其他信使激活炎性细胞因子和致炎症酶原引起趋化因子释放化因子释放,白细胞黏附分子白细胞黏附分子(选择蛋白、整合素、免疫球蛋白超基因选择蛋白、整合素、免疫球蛋白超基因家族等家族等)表达上调表达上调,从而中性粒细胞向微血管内皮细胞移动和黏附从而中性粒细胞向微血管内皮细胞移动和黏附,致致使中性粒细胞在缺血脑组织中浸润引起损伤。在脑缺血再灌注损伤中使中性粒细胞在缺血脑组织中浸润引起损伤。在脑缺血再灌注损伤中,中性粒细胞的活化和积聚在缺血再灌注损伤区神经元的损伤中扮演重中性粒细胞的活化和积聚在缺血再灌注损伤区神经元的损伤中扮演重要的角色。而且要的角色。而且,缺血后再灌注大大增加中性粒细胞在微血管中的积缺血后再灌注大大增加中性粒细胞在微血管中的积聚。实验研究表明中性粒细胞的活化和积聚发生在缺血再灌注损伤后聚。实验研究表明中性粒细胞的活化和积聚发生在缺血再灌注损伤后1h1h内内,24,2448h48h达高峰。中性粒细胞及红细胞、纤维蛋白沉积物、血小达高峰。中性粒细胞及红细胞、纤维蛋白沉积物、血小板的积聚能导致毛细血管的堵塞、渗漏及减少微血管血流板的积聚能导致毛细血管的堵塞、渗漏及减少微血管血流,甚至导致甚至导致缺血区域的血液停滞现象缺血区域的血液停滞现象,即所谓的再灌注后的即所谓的再灌注后的“无复流无复流”现象。聚现象。聚集的白细胞释放氧自由基、溶蛋白酶及细胞激动素等造成组织坏死集的白细胞释放氧自由基、溶蛋白酶及细胞激动素等造成组织坏死;当中性粒细胞迁移出血管浸润到缺血组织当中性粒细胞迁移出血管浸润到缺血组织,通过细胞因子通过细胞因子(肿瘤坏死因肿瘤坏死因子、白介素子、白介素-1-1等等)的释放的释放,还可直接导致细胞毒性损伤还可直接导致细胞毒性损伤血脑屏障破坏n n血脑屏障血脑屏障(blood-brainbarrier,BBB)(blood-brainbarrier,BBB)主要包括三层结主要包括三层结构构:脑血管内皮细胞、基底膜和星形细胞终足。血脑血管内皮细胞、基底膜和星形细胞终足。血管基底细胞依靠紧密连接构成一个连续密封的网管基底细胞依靠紧密连接构成一个连续密封的网状结构状结构,是大分子物质经内皮细胞间转运的屏障。是大分子物质经内皮细胞间转运的屏障。由星形细胞的足突组成的一层坚韧的胶质膜覆盖由星形细胞的足突组成的一层坚韧的胶质膜覆盖了脑毛细胞管周围了脑毛细胞管周围85%85%左右的表面积。星形细胞左右的表面积。星形细胞对于对于BBBBBB的完整性有诱导和维持的作用。基底膜的完整性有诱导和维持的作用。基底膜主要是由主要是由IVIV型胶原和纤连蛋白构成。它能起到支型胶原和纤连蛋白构成。它能起到支持作用持作用,防止由于静水压和渗透压改变引起血管变防止由于静水压和渗透压改变引起血管变形。脑缺血和再灌注时伴随炎性细胞因子、黏附形。脑缺血和再灌注时伴随炎性细胞因子、黏附分子的表达分子的表达,白细胞浸润并产生大量的蛋白水解酶白细胞浸润并产生大量的蛋白水解酶,特别是基质金属蛋白酶特别是基质金属蛋白酶(MMP)(MMP)、氧自由基和花生四、氧自由基和花生四烯酸代谢产物烯酸代谢产物,这是导致这是导致BBBBBB破坏的直接原因。破坏的直接原因。一氧化氮（一氧化氮（NO）n nNONO是一氧化氮合酶是一氧化氮合酶(NOS)(NOS)催化下生成的起维持和调节血管催化下生成的起维持和调节血管张力的一种自由基，其广泛分布于神经组织。张力的一种自由基，其广泛分布于神经组织。n nNONO脑保护方面的机制有：脑保护方面的机制有：作用于血管平滑肌，活化鸟作用于血管平滑肌，活化鸟氨酸环化酶产生氨酸环化酶产生GMPGMP，钙依赖性钾通道开放，产生舒张血，钙依赖性钾通道开放，产生舒张血管作用，抑制粘附分子发挥抗血小板凝聚和白细胞粘附功管作用，抑制粘附分子发挥抗血小板凝聚和白细胞粘附功能，使脑血流得以维持和改善。能，使脑血流得以维持和改善。通过巯基亚硝酸化及通过巯基亚硝酸化及NMDANMDA受体变构作用，限制受体变构作用，限制EAAEAA的细胞毒性作用。的细胞毒性作用。在一在一定条件下消除定条件下消除OHOH，中断自由基的链式反应。，中断自由基的链式反应。n nNONO毒性方面的机制有：毒性方面的机制有：与超氧阴离子形成过氧化亚硝与超氧阴离子形成过氧化亚硝酸酸(ONOO-)(ONOO-)，灭活线粒体，灭活线粒体MnSODMnSOD，促进大量自由基生成，促进大量自由基生成，介导氧化损伤。介导氧化损伤。抑制甘油酰抑制甘油酰-3-3-磷酸脱氢酶、肌酸激酶、磷酸脱氢酶、肌酸激酶、顺乌头酸酶、顺乌头酸酶、NADPH-NADPH-辅酶辅酶QQ和琥珀酸氧化还原酶等，减和琥珀酸氧化还原酶等，减弱氧化磷酸化过程从而阻止能量合成。还可抑制核糖核酸弱氧化磷酸化过程从而阻止能量合成。还可抑制核糖核酸还原酶，引发碱基脱氨导致还原酶，引发碱基脱氨导致DNADNA损伤，继之活化损伤，继之活化PARSPARS，使细胞能量耗竭而死亡。使细胞能量耗竭而死亡。介导细胞凋亡。介导细胞凋亡。线粒体功能障碍线粒体功能障碍 n n脑缺血再灌注后线粒体mRNA的表达紊乱可造成细胞能量产生进行性降低，ATP合成障碍，导致神经细胞死亡。再灌注早期免疫反应性减弱，其中在海马CA1区最明显。线粒体DNA编码13条氧化磷酸化所必需的多肽链及细胞色素氧化酶的3个亚基，因此线粒体DNA的表达紊乱可引起能量产生进行性衰竭，导致细胞死亡。Caspase-3半胱氨酸天冬氨酸蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶酶-3与脑缺血神经细胞损伤与脑缺血神经细胞损伤 n nCaspase-3Caspase-3属于属于IL-1IL-1转化酶家族。正常情况下，胞转化酶家族。正常情况下，胞质中的质中的Caspase-3Caspase-3以无活性的酶原形式存在，细胞以无活性的酶原形式存在，细胞凋亡信号的出现可导致凋亡信号的出现可导致Caspase-3Caspase-3的活化。的活化。Caspse-3Caspse-3的活化可能是由多个胞质蛋白酶所介导的，的活化可能是由多个胞质蛋白酶所介导的，Cyto Cyto C C、Apaf-1Apaf-1和和Bc1-2Bc1-2对其活化起重要调节作用。对其活化起重要调节作用。Caspase-3Caspase-3的底物包括聚二磷酸腺苷的底物包括聚二磷酸腺苷-核糖多聚酶核糖多聚酶(PARP)(PARP)、DNADNA依赖性蛋白激酶催化亚基依赖性蛋白激酶催化亚基DNA-DNA-PKCSPKCS、类固醇调节元件结合蛋白等。这些底物多、类固醇调节元件结合蛋白等。这些底物多数为细胞的功能蛋白质，参与数为细胞的功能蛋白质，参与DNADNA修复、修复、mRNAmRNA裂解、固醇合成和细胞骨架重建等，裂解、固醇合成和细胞骨架重建等，Caspase-3Caspase-3的的活化能使上述生理机能破坏，可能导致活化能使上述生理机能破坏，可能导致DNDDND的发的发生。生。神经胶质细胞神经胶质细胞n n神经胶质细胞（gliacyte）对神经元起支持、营养和保护等作用。目前认识到大脑在受到缺血、高热、放射照射等应激原刺激下，胶质细胞可出现iNOS、细胞因子、神经营养因子、内皮素以及其它多种因子的表达，这种表达受到内毒素和其它细胞因子的调节，其中iNOS和一些其它毒性细胞因子的表达可促进细胞凋亡，核因子核因子B n n核因子B 是指能与某些基因的增强子上B位点结合、启动相应基因转录、具有多向性调节的蛋白质分子。NF-B的活化过程主要通过其抑制物IB的降解来实现。NF-B调节的基因数量众多，它既能做为促凋亡又能做为抑凋亡的调节因子。目前，对于NF-B在脑缺血再灌注损伤中的作用仍然不是很清楚。（十一）（十一）热休克蛋白表达紊乱热休克蛋白表达紊乱n n热休克蛋白是在多种应激原的作用下生成的分子热休克蛋白是在多种应激原的作用下生成的分子量为量为7-200KD7-200KD的蛋白大家族，但研究的较多的是的蛋白大家族，但研究的较多的是HSP70HSP70，有报道称，有报道称CA1CA1区神经细胞能表达大量的区神经细胞能表达大量的Hsp70mRNAHsp70mRNA，而脑缺血再灌注后，而脑缺血再灌注后CA1CA1神经细胞神经细胞Hsp70Hsp70表达受到严重抑制。此外，表达受到严重抑制。此外，Hsp70Hsp70基因表达基因表达发生变化并不只出现在预处理之后，许多其它基发生变化并不只出现在预处理之后，许多其它基因的表达水平也相继发生变化。因的表达水平也相继发生变化。n n目前相继有证据发现脑缺血后目前相继有证据发现脑缺血后HSP60 HSP60、HSP10HSP10、HSP40HSP40、HSC70 HSC70、hsc70,hsp90,hsp105hsc70,hsp90,hsp105和和 trkB trkB均可均可被诱导产生。被诱导产生。（十二）（十二）基因活化基因活化 发生在再灌注4小时到 72小时,包括蛋白质合成，基因突变，促凋亡基因，抑凋亡基因和损伤反应基因变化，这些基因的相互作用最终决定了迟发性神经元死亡的发生。