氧自由基与缺血性卒中

　　作者：王志平,孙红斌　　作者单位：646000 四川，泸州医学院;四川省人民医院

　　【摘要】最近研究发现缺血性卒中可导致过量氧自由基的产生，从而导致大脑神经元损伤，引起神经功能的缺损。因此，阻止脑缺血自由基的产生对缺血后的神经功能保护十分重要。本文就氧自由基在缺血性卒中中的产生，可能造成的损伤及其如何干预作一综述。

　　【关键词】 氧自由基,缺血性卒中,干预

　　氧自由基(Oxygen Free Radical,OFR)是存在于细胞内由有氧代谢产生的一类活性基团。包括超氧阴离子，羟自由基，一氧化氮自由基，脂质过氧化物自由基等。由于其含有不稳定的氧原子，故有较活跃的化学活性，也叫活性氧簇(Reactive Oxygen Species, ROS)。近年基础医学和生命科学领域研究结果表明，缺血性卒中后会产生大量的ROS，从而造成神经元的损伤及神经功能缺损。因此,如何防止缺血性卒中后ROS的产生以及ROS对神经元的损伤便成为目前研究的热点，并获得了许多有意义的研究成果。

　　1 氧自由基的产生

　　在正常情况下，脑细胞内氧自由基的产生与清除保持动态平衡，是因为在脑细胞内存在着非常强的氧自由基防御系统，包括超氧化物歧化酶( superoxide dismutase, SOD) ，过氧化氢酶( catalase, CAT)，谷胱甘肽( glutathione hormone, GSH) ，细胞色素氧化酶等内源性抗氧化系统，可以与细胞有氧代谢产生的ROS有机的结合，将ROS转化为对细胞无害的物质，起到保护脑细胞结构和功能作用。由于脑是机体内有氧代谢最活跃的器官之一，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 ，在正常情况下，通过上述酶系统的作用ROS 能被有效的清除，在缺血性卒中发生时，ROS的产生远远超过自身内源性抗氧化系统的清除能力，同时由于缺血缺氧的存在，这样的清除作用也会减弱，导致了过量的氧自由基的产生。其产生的途径主要有以下几条。

　　1.1 一氧化氮合酶(NOS)途径

　　NOS广泛存在于各种细胞中, 有内皮细胞型(eNOS)脑神经元型(nNOS)和诱生型(iNOS) 三种生化型 。NOS可催化L-精氨酸和分子氧反应生成一氧化氮自由基(NO)。在缺血性卒中发生的过程中，nNOS和iNOS催化产生的NO则能与氧离子反应生成氧亚硝酸盐(ONOO-)，后者不稳定，质子化生成过氧化硝酸(ONOOH)，再分解生成OH-和NO2，具有神经毒性，损伤神经元细胞。张新勇等[1]研究发现大鼠脑缺血再灌注后神经细胞nNOS表达增强, iNOS的表达显著升高,使NO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一。

　　1.2 黄嘌呤-黄嘌呤化酶系统

　　在缺血性卒中发生后，由于脑组织缺氧，氧化磷酸化过程减弱，ATP生成减少，能量代谢障碍，造成ATP代谢产物次黄嘌呤堆积，同时由于细胞内钙离子浓度升高激活蛋白水解酶，使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶，再灌流时，由于有大量的氧分子，可使次黄嘌呤催化为黄嘌呤进一步转化为尿酸，此反应过程中可产生大量的氧离子和羟自由基，这一途径是缺血性卒过程中产生氧自由基的主要途径。

　　1.3 其他一些途径

　　(1)脑缺血后，细胞内钙离子增加，激活磷脂酶A2，可使膜磷脂降解为花生四烯酸，在环氧酶的作用下，花生四烯酸可降解为PGE2,PGH2 ,PGG2的同时产生大量的O2-。(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。(3)体三羧酸循环发生障碍,ATP 生成减少,使SOD 合成障碍,活性降低,大量ROS不能被及时清除; 过量的ROS极易与脑组织中的脂质发生过氧化反应产生丙二醛(MDA) ，有临床实验研究表明，急性缺血性脑卒中患者血清SOD 活性下降 ，MDA含量比健康人血清中MDA 升高[2]，间接的反应了缺血性卒中会导致过量的氧自由基的产生。

　　2 过量氧自由基对神经元的损伤

　　缺血性卒中发生后，氧自由基的生成增多或机体对氧自由基清除能力减弱,使ROS家族在体内或细胞内蓄积，过量生成的自由基便成为诱发神经元损伤的一种主要因素[3]主要表现在以下几个方面。

　　2.1 氧自由基的直接损伤

　　(1)核酸的损伤：ROS与多聚核苷酸也有很高的亲和力，DNA双螺旋外侧的碱基对自由基非常敏感, DNA受氧化攻击后会使DNA的双链断裂、核苷酸剔除和核苷酸碱基的各种修饰。DNA虽有多种的修复功能,但修复后的突变率仍会升高,也有可能出现永久性的不可逆破坏[4]。(2)蛋白质的破坏:脑组织内大量的蛋白质分子都是自由基的敏感型受体，自由基与其结合后能使氨基酸残基发生突变,蛋白多肽链随之断裂、聚合或交联,蛋白质空间结构改变,生物学活性丧失[5] 。(3)细胞膜受损：由于ROS对细胞膜中的磷脂有很高的亲和力，因此细胞膜易受ROS的攻击引起脂质过氧化反应，使脑细胞损伤加重,微血管通透性改变,细胞外Ca+ 超载,线粒体破坏,离子泵衰褐，引起神经元细胞的损伤[6]。

　　2.2 氧自由基的间接损伤

　　(1)细胞信号系统：氧自由基可以作用于大量的分子目标，包括细胞外信号调控的蛋白激酶、有丝分裂激活蛋白激酶(MAPK)、NF-κB和几种caspases。大量的氧自由基作为间接细胞信使可诱导前列腺素、肿瘤坏死因子( TNF) 等细胞因子的释放，最终导致脑细胞代谢的紊乱和细胞的坏死。氧自由基产生过多，使兴奋性氨基酸(E A A)释放增加及重摄取受阻，导致神经毒性损伤。(2)引起细胞凋亡：凋亡是细胞的程序性死亡，是按细胞的固有基因程序进行的一种生理现象。当体内有过量的氧自由基时，就会启动脂质过氧化，产生大量的脂质过氧化物,在导致内源性抗氧化系统的清除能力受损之后，可以触发神经元的凋亡[7] 。ROS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。氧自由基所引起的细胞DNA氧化性损伤也可以促进细胞凋亡。He等也通过制作脑缺血动物模型观察到夹闭双侧颈总动脉后，大鼠皮质和海马的神经元会发生缺失和核浓缩等凋亡样改变，同时皮质中凋亡相关蛋白(BAX,P53)的表达上调[8]。在缺血缺氧等特定条件下会释放细胞色素C，白细胞介素-1和凋亡诱导因子等介导细胞凋亡的分子，经过级联反应激活白细胞介素-1，从而导致细胞凋亡。这可能与缺血性卒中的后期继发性损伤有一定的关系，有待临床研究进一步证实。

　　3 氧自由基干预的研究进展

　　随着自由基医学的迅速发展,已从分子水平上提示氧自由基连锁反应是缺血性卒中的核心病理环节之一。抗自由基治疗可减少缺血性卒中的损伤,改善神经功能。不少学者作了许多探索,取得了一定进展。

　　3.1 维生素类

　　(1)维生素E是脂溶性维生素,既能附着在膜上,又能进入细胞, 能有效地清除体内活性氧类(ROS) 的化合物对细胞膜的氧化损伤有很好的拮抗作用[9-10] 。 (2)维生素C是在谷胱甘肽还原酶的作用下,促使氧化型谷胱甘肽还原为还原型, 能保持巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态,从而达到抗氧化作用。(3)β-胡萝卜素,它是维生素A的前体物质, 可破坏活性氧而抑制自由基的反应, 使保护脂质不受破坏，从而防止或抑制脂质过氧化损伤。

　　3.2 新型自由基清除剂

　　依达拉奉是由日本首次用于治疗缺血性卒中，他是一种新型的捕获羟自由基的活性抗氧化剂,能通过抑制缺血性卒中后多核白细胞及脑细胞所释放的超氧阴离子O2- ,清除自由基、抑制脂质过氧化,从而保护血管内皮细胞和神经元细胞，对缺血性脑损伤发挥在重要的神经保护作用[11- 12]。已有临床试验研究证明应用依达拉奉治能够有效保护神经元，改善患者的预后[13]。但是也有研究证明依达拉奉治疗时间窗短，应用受到限制[14]。

　　3.3 中药制剂的自由基清除剂

　　近年来的研究表明,一些中药可减轻氧自由基对缺血性卒中后脑组织的损伤，起到保护神经元的作用：(1)胥显民等[15]研究表明,补阳还五汤能显著提高SOD 的活性, 降低组织丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量,抑制体内LPO (L ip id peroxide)生成,从而减轻氧自由基介导的脂质过氧化反应。(2)王秀琴[16]等研究发现益脑灵胶囊对局灶性大鼠脑缺血再灌注损伤有保护作用,能提高SOD的活性,降低黄嘌呤氧化酶活性和MDA的含量。(3)刘畅等[17]研究表明丹参注射液可减少自由基的生成,对神经细胞的氧化损伤具有保护作用。丹参作为自由基清除剂可能通过促进缺氧缺血后脑神经细胞氧化还原因子- 1 (Ref-1)蛋白的表达从而抑制了细胞凋亡[18]。

　　3.4 其他自由基清除剂

　　包括:微量元素,如Se、Cu、Mn和Ge等;有大量抗氧化有效成分,对能够清除自由基，起到抗氧化的作用。也有研究通过增加内源性抗氧化物质(谷胱甘肽)来抑制ROS的产生[11]。

　　4 氧自由基干预的研究展望

　　鉴于氧自由基在缺血性卒中后神经元损伤中起重要的作用，抗氧化成为缺血性卒中治疗的一个重要靶点，从氧自由基的角度出发,应积极采用早期预防、减少自由基的产生,清除过多的自由基,防止氧自由基对脑细胞的破坏和损伤。已有动物实验证实一些化学制剂在缺血性卒中的急性期有清除氧自由基保护神经元的作用[19]在临床的实际应用中也证实有效，但由于自由基活性很高，半衰期短，故临床上研究一种作用时间窗更宽，作用机制更广的抗氧化剂会为缺血性卒中的治疗开辟一片新的天地。

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