神經保護藥物對腦缺血致神經細胞興奮性中毒作用機制的研究
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【摘要】 腦卒中和神經退化性疾病的神經興奮性中毒是由細胞外谷氨酸鹽水平增加所致， 可導致鈣離子超載和線粒體功能障礙， 線粒體缺失可以導致能量供應的缺失或不足以及生成高濃度的氧化物， 這些現象是通過細胞壞死和凋亡機制導致細胞死亡的關鍵因素。
【關鍵詞】 腦缺血;神經興奮性中毒;內質網應激;線粒體功能障礙;腦神經藥物
DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2019.19.107
1 腦缺血致神經細胞興奮性中毒
神經細胞興奮性中毒在腦缺氧/缺血性損傷、神經退行性疾病， 如阿爾茨海默疾病和亨廷頓舞蹈癥以及帕金森疾病， 經常導致神經元死亡， 對腦組織造成不可逆性損傷。神經細胞興奮性中毒由腦組織在缺氧和（或）局部缺血條件下導致的神經遞質谷氨酸鹽大量釋放而引起， 氧氣水平和葡萄糖可用性降低引出神經元谷氨酸鹽釋放增加， 依次可導致神經元后突觸過度興奮， 可觸發促死腦細胞死亡級聯反應的進程。在腦細胞中， 谷氨酸鹽興奮性中毒與維持鈣離子動態平衡的失衡、線粒體功能障礙、高水平氧化物的生成（包括活性氧族、活性氮的生成）和線粒體膜電位的丟失具有相關性。由線粒體損傷所導致的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）水平降低能夠促進氧化物水平的增加， 同樣也能夠促進還原型輔酶Ⅱ（NADPH）氧化酶的激活和黃嘌呤氧化酶的激活。在嚴重的應激下， 線粒體跨膜電位的崩潰具有不可逆轉性。在這樣的環境之下， 可能發生線粒體通透性轉換孔開放導致凋亡。另外對于與能量喪失相關的災難性細胞死亡形式：壞死， 其他的細胞死亡信號關鍵通路包括由B淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）家族成員引起的和線粒體膜通透性轉換孔（MPTP）開放介導的凋亡以及其他的關鍵促死亡進程， 例如內質網應激。當前綜述中將研究通過來自于興奮性中毒缺氧/缺血和氧化物過量生成方面的應激促成細胞死亡發生的主要步驟。
在缺氧或缺血以及神經退行性疾病， 例如帕金森疾病或阿爾茨海默病中， 神經元死亡容易受到壓倒性離子應激和生物化學性應激影響， 從而誘導線粒體功能障礙和促進細胞死亡過程。在哺乳動物的神經系統中， 谷氨酸鹽為主要的興奮性神經遞質。谷氨酸鹽的過量釋放為這些疾病的一個共同關鍵特征。更為重要的是， 細胞外過量的谷氨酸鹽具有毒性可導致神經元死亡。高濃度的細胞外谷氨酸鹽可導致N-甲基天谷氨酸（N-methyl-D-aspartate， NMDA）受體和α-氨基-3羥基-5-甲基-4-異唑酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid， AMPA）離子型谷氨酸鹽受體的激活和親代謝性谷氨酸鹽受體的激活。谷氨酸鹽受體激活可促進鈣離子超載， 鈣離子超載反過來可激活鈣離子依賴性酶增加活性氧簇水平和活性氮水平， 并觸發細胞死亡的級聯反應。在促成細胞走向死亡的過程中， 谷氨酸興奮性中毒、鈣離子超載和線粒體跨膜電位瓦觸為2個非常關鍵的步驟[1， 2]。
2 神經保護藥物的分類
神經保護藥物可有效影響或阻斷/打破促死亡級聯反應的重要步驟。第一類藥物為核苷酸類藥物;第二類藥物為特殊氨基酸， 如牛磺酸等， 可恢復鈣離子的動態平衡并且抑制3條內質網應激途徑中的2條通路;第三類藥物為NMDA受體， 部分拮抗劑通過抑制內質網應激途徑而具有腦神經保護作用。
2. 1 核苷酸類藥物 ATP的形成在促進在腦缺血再灌注損傷期間的組織炎癥方面起強烈作用。腦缺血再灌注可導致ATP的釋放， ATP可以由壞死細胞泄露出或從凋亡的細胞或激活的炎癥細胞中釋放。當其在細胞外室積累到一定程度可以吸引吞噬細胞， 如在缺血再灌注期間激活NLRP3炎性體， 并且促進炎性細胞的趨化現象。核苷酸受體的ATP誘導性激活可以加強血管炎癥， 例如P2Y6炎性受體或在脊髓損傷后炎性P2X7受體。阻止ATP釋放或ATP受體信號的表達可減輕腦缺血再灌注損傷期間的無菌性炎癥。在I-R的動物模型中， 細胞外室的ATP可以由催化酶轉化為核苷腺苷刺激ATP分解為腺苷， 如利用腺苷三磷酸雙磷酸酶可以將ATP或磷酸腺苷（ADP）轉換為單磷酸腺苷（AMP）， 利用腺苷酸酶治療可以將AMP轉換為腺苷從而減輕組織損傷和無菌性炎癥。在腦缺血再灌注損傷的大鼠模型中的藥理學和基因研究已經表明通過腺苷受體傳達的信號有益， 例如通過腺苷激活在炎癥細胞上A2A受體或血管內皮Adora2b受體。心肌缺血再灌注損傷的大鼠模型研究表明選擇性Adora2b激動劑BAr60-6853可減輕心肌損傷。另外有研究表明Adora2b的激活可減輕鐮狀細胞病大鼠模型的I-R損傷[3]。Adora2A激動劑瑞加諾生（CVT-3146）由于其強大的擴血管特性被證實可以作為冠狀動脈擴張劑使用。最近研究表明腺苷信號途徑通過Adora2b受體誘導血紅蛋白s聚合， 促進紅細胞鐮狀變形、血管閉塞、溶血和器官損傷。
2. 2 ?；撬?牛磺酸通過抑制興奮性中毒， 鈣離子超載和氧化性應激以及內質網應激抑制的機制誘導保護作用。?；撬嵩谀X部、骨骼肌和心肌中為最主要的且含量較高的氨基酸， 并且已經被作為一項潛在的治療藥物在實驗動物模型中進行研究。在腦卒中、阿爾茨海默病、亨廷頓舞蹈癥幾種神經退行性疾病中， 牛磺酸負責促進幾項不同的細胞進程， 包括神經調節、神經傳遞和鈣離子依賴功能的調節， 并做為滲透物質起作用， 并維持保養細胞膜的結構完整性。牛磺酸也能夠做為一個神經保護性藥物通過對抗谷氨酸鹽毒性和過氧化氫誘導的細胞損傷起作用。最初其被認為是可保護細胞免受谷氨酸鹽所誘導的細胞內游離鈣離子增加導致的損傷， 隨后的研究表明牛磺酸通過L-P/Q和N型電壓門控鈣離子通道以及NMDA受體通道抑制谷氨酸鹽誘導性鈣離子內流[4]。
研究表明， ?；撬嵩诖罅康慕M織中可對抗氧化性應激具有保護作用。但?；撬岵荒軌蛑苯忧宄钚匝?， ?；撬峥梢曰謴蛻ぜ毎械膬仍葱钥寡趸锼剑?并且這項作用已經在幾項細胞類型包括神經元、血管平滑肌細胞和肝臟中被描述到。?；撬嵋材軌蛟谡＜毎猩险{抗氧化物防御能力。在Vohra和Hui所進行的一項研究中表明在未受應激的神經元中可提高超氧化物歧化酶水平谷胱甘肽過氧化物酶水平。牛磺酸能夠通過抑制細胞質鈣離子數量增加阻斷自由基的生成， 并且作為結果阻止線粒體功能障礙的發生。另外最近有研究描述牛磺酸的抗氧化物作用在一項即關于線粒體蛋白質潛在的正確翻譯和表達機制中涉及到這個關鍵氨基酸。這項功能的缺陷在某些疾病中被發現， 如線粒體肌性病、腦病、乳酸酸中毒以及中風樣發作， 腦卒中樣發作綜合征（MELAS）是一個由特殊的牛磺酸結合tRNA分子中特異性突變所導致的疾病。對于這項疾病的中心本質， ?；撬岬男枰顬殛P鍵， 因為突變的線粒體tRNAleu不能夠將鳥苷轉變為5-牛磺酸甲基尿苷。作為結果不健全的線粒體編碼蛋白翻譯隨后可引出ETC功能障礙和超氧化物生成。MELAS以一系列臨床癥狀包括神經疾病、肌肉疾病、心臟肌肉疾病、內分泌改變和視網膜病變做為表現[4]。 2. 3 部分性N-甲基-D-天冬氨酸NMDA受體拮抗藥物 研究表明DETC-MeSO部分阻斷谷氨酸鹽受體在腦卒中和神經退化性疾病的治療中有相當大的希望。DETC-MeSO為雙硫侖的代謝產物， 為部分性NMDA受體阻斷劑。DETC-MeSO選擇性和特異性阻斷NMDA受體并且證明具有保護作用， 可在原代大鼠神經元培養中對抗谷氨酸鹽興奮性中毒。
在小鼠體內， DETC-MeSO預處理可阻止乙醇誘導的點燃效應以及由NMDA或乙酸銨所誘導的發作， 所有這些反應都通過NMDA受體所介導。利用短暫性局灶腦缺血大鼠模型研究檢測DETC-MeSO關于梗死面積以及特異性內質網應激通路的作用發現， DETC-MeSO被發現通過逆轉由PERK通路構成所誘導的缺血可提供潛在的神經保護。不論在核心區域還是半缺血區域， 這項結果也暗示著在這項神經保護作用中IRE-1通路下游元件的抑制。通過比較發現經過DETC-MeSO處理后其對應的ATF-6通路內質網應激并沒有被激活。另外部分性NMDA受體拮抗劑美金剛的研究表明這個藥物能夠阻斷病理性NMDA受體通路同時維持生理功能。美金剛對于NMDA受體具有較低的親和力， 雖然根據它對NMDA受體具有選擇性。美金剛對于NMDA受體的低親和性出現源于藥物的快速離速率。當過量的離子通道開放發生時， 美金剛可通過阻斷NMDA受體相關性離子通道產生抑制作用。美金剛根據無競爭性的拮抗劑可以分成幾類， 在其中它的作用依賴于離子通道的激活。增多可以激活下游通路， 例如凋亡和3個直接的內質網應激通路[5， 6]。
大量的腦神經保護藥物研究表明， 腦神經保護藥物作用機制主要作用于抑制凋亡級聯反應和主要內質網應激通路， 與當前正在研究的中風和神經退化性疾病的治療策略有相似性， 通過對特殊信號機制的靶點起到抗腦缺血損傷的作用機制， 或者在促細胞凋亡的Caspase活化或CHOP活化中給予阻斷作用。該策略是今后腦神經保護作用研究機制的一個熱點和方向。
參考文獻
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[收稿日期：2018-11-15]
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