老年缺血性腦損傷的分子機(jī)制

張 琳 郭 軍 (南京醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心，江蘇 南京 210029)

衰老是加劇缺血性腦損傷的危險因素之一，它增加缺血性腦損傷的易感性，增強(qiáng)缺血后損傷效應(yīng)，減弱缺血后損傷修復(fù)能力，使老齡缺血性腦損傷發(fā)病率、致殘率、死亡率均明顯增高。衰老時機(jī)體的重要表現(xiàn)有能量代謝異常，形態(tài)學(xué)變化及蛋白變化，主要包括線粒體ATP生成減少，自由基生成增多及損害加重，神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控紊亂，神經(jīng)元突觸前間隙減小，樹突缺失以及體內(nèi)蛋白水平和功能的失調(diào)等的一系列變化。對衰老伴隨的蛋白水平和功能失調(diào)的研究有利于從分子水平認(rèn)識老齡腦缺血的發(fā)病機(jī)制，并為防治缺血性腦損傷提供理論和實驗依據(jù)。本文就老齡蛋白水平和功能的失調(diào)，探討了老齡缺血性腦損傷的分子機(jī)制。

1 老齡缺血性腦損傷與血漿蛋白變化

1.1 低密度脂蛋白(LDL)與老齡血管堵塞 LDL是富含膽固醇的脂蛋白，由極低密度脂蛋白(VLDL)轉(zhuǎn)變而來，是轉(zhuǎn)運(yùn)肝合成的內(nèi)源性膽固醇的主要形式。研究表明，衰老伴隨的LDL的濃度升高可致血管堵塞，增加腦缺血的易感性〔1〕。血漿LDL濃度隨衰老升高，主要因為LDL的降解減少。衰老時，轉(zhuǎn)化為膽汁酸的膽固醇減少，致使LDL清除率降低，血漿LDL的濃度升高;此外肝臟合成膽固醇的量因膽汁酸減少而降低，也使LDL受體表達(dá)減少，從而與該受體特異性結(jié)合而降解的LDL減少，進(jìn)一步促進(jìn)血漿LDL濃度升高〔2〕。同時，LDL誘導(dǎo)大血管動脈粥樣硬化，也是腦缺血的重要誘因〔3〕。LDL包含許多大小、密度不等的粒子，其中小密低密度脂蛋白(sd-LDL)易穿過血管壁與內(nèi)膜蛋白多糖形成LDL蛋白多糖復(fù)合體。LDL蛋白多糖復(fù)合體對氧化有高度敏感性，易形成氧化型LDL(oxLDL)。oxLDL可被清道夫受體識別結(jié)合而吞噬，形成泡沫細(xì)胞，導(dǎo)致動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化斑塊導(dǎo)致的血管狹窄、堵塞可引發(fā)腦缺血〔4〕。

1.2 內(nèi)皮素-1(ET-1)與老齡血管收縮及腦血流減少 ET-1作為一種內(nèi)皮源性血管收縮蛋白〔5〕，可以通過平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮上的ETA和ETB受體直接作用于腦動脈，使腦動脈收縮，減少腦血流量，誘導(dǎo)腦缺血的發(fā)生〔6，7〕。ET-1縮血管活性的增強(qiáng)也是老齡缺血性腦損傷高發(fā)的重要因素。①ET-1的濃度升高與氧化應(yīng)激有關(guān)。經(jīng)證明ET-1的表達(dá)與氧化應(yīng)激的標(biāo)志物硝基酪氨酸的量成正比，活性氧簇(如過氧化氫，oxLDL)也可增加ET-1的合成。因此ET-1的濃度可因衰老過程中的氧化應(yīng)激的增加而增加〔8，9〕。②ET-1與其受體結(jié)合后使血管的持續(xù)收縮是由蛋白激酶C激活的，衰老可誘導(dǎo)Ca2+依賴性蛋白激酶C增多。這說明衰老可通過蛋白激酶C誘導(dǎo)ET-1的縮血管活性增強(qiáng)〔10〕。

2 老齡缺血性腦損傷與神經(jīng)元蛋白變化

2.1 谷氨酸受體與鈣信號改變 谷氨酸可以激活多種突觸后離子通道，其中最主要的是對Ca2+通透性高的NMDA型谷氨酸通道，以及對Ca2+通透性低的AMPA型谷氨酸通道〔11〕。

腦缺血時，大量的Ca2+內(nèi)流引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+超負(fù)荷，繼發(fā)引起一系列的反應(yīng)，如氧化應(yīng)激，線粒體功能障礙，血腦屏障的通透性改變，炎癥反應(yīng)，過量的Ca2+還可以導(dǎo)致氧自由基的大量生成和磷酸酯酶，蛋白酶，內(nèi)切核酸酶的活化，最終導(dǎo)致腦缺血損傷〔12，13〕。

2.1.1 腦缺血時NMDA受體(NMDARs)轉(zhuǎn)錄下降 NMDARs是離子型電壓依賴型谷氨酸通道，主要是Ca2+內(nèi)流的通道〔12〕。它對神經(jīng)系統(tǒng)的毒性主要是由腦損傷后細(xì)胞外的Ca2+大量內(nèi)流引起的。腦缺血時機(jī)體NMDARs數(shù)量下降，其目的是通過下調(diào)NMDARs的數(shù)量來減少Ca2+內(nèi)流，從而保護(hù)神經(jīng)元。老齡NMDARs的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)能力下降可能是加重老齡缺血性腦損傷的原因之一。這可能是衰老能使體內(nèi)對腦缺血再灌注的應(yīng)答強(qiáng)度下降造成的。有實驗表明:在腦缺血損傷后使用消炎藥(美洛昔康)，腦部分區(qū)域內(nèi)炎性標(biāo)志物mRNA減少的同時由缺血再灌注引起的NMDARs下調(diào)也被阻斷，因此推測炎癥參與缺血再灌注引起的NMDARs mRNA水平的調(diào)節(jié)〔14〕。衰老時的氧化應(yīng)激使小膠質(zhì)細(xì)胞退化，即小膠質(zhì)細(xì)胞缺失或小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)功能下降，因此老齡缺血再灌注時小膠質(zhì)細(xì)胞的應(yīng)答下降，產(chǎn)生的炎性標(biāo)志物減少，阻斷了缺血再灌注引起的NMDARs的下降，使老齡NMDARs在缺血再灌注時任有高水平的表達(dá)〔15，16〕，Ca2+內(nèi)流多，神經(jīng)元損傷更嚴(yán)重。

2.1.2 腦缺血時AMPA受體(AMPARs)GluR2亞基表達(dá)下降

有功能的AMPARs是同質(zhì)或異質(zhì)低聚體的集合，這些低聚體分別是由GluR1，GluR2，GluR3和GluR4四種亞基經(jīng)不同方式組合而成的，分布在腦的各個區(qū)域。AMPARs的Ca2+/Zn2+通透性與其是否表達(dá)GluR2亞基有關(guān)〔11〕:有GluR2亞基表達(dá)的AMPARs的Ca2+/Zn2+通透性低，相反沒有GluR2亞基表達(dá)的AMPARs有Ca2+/Zn2+通過〔17〕。研究證明腦缺血誘導(dǎo) GluR2亞基在腦中某些區(qū)域(如海馬CA1區(qū))表達(dá)減少，增加Ca2+/Zn2+內(nèi)流，損傷神經(jīng)元。在衰老過程中，海馬的GluR2亞基轉(zhuǎn)錄水平的下降是因為衰老抑制了GluR2亞基轉(zhuǎn)錄的激活，或加速GluR2亞基mRNAs降解，使GluR2亞基轉(zhuǎn)錄減少或轉(zhuǎn)錄驟停;炎癥反應(yīng)對GluR2亞基轉(zhuǎn)錄的影響與NMDARs的影響相同，也可以使 GluR2亞基轉(zhuǎn)錄下降〔15，17〕。腦缺血時，由于老齡GluR2亞基轉(zhuǎn)錄下降，老年人體內(nèi)相對年輕人低表達(dá)的GluR2受體增加了胞內(nèi)的Ca2+/Zn2+累積，促進(jìn)缺血性腦損傷，減弱了老年人對缺血神經(jīng)損傷的耐受能力〔17〕。

2.2 熱休克蛋白70(HSP70)與神經(jīng)保護(hù)功能 HSP70是分子伴侶中的一種，它可以防止蛋白質(zhì)聚集，促使肽鏈正確折疊，在腦缺血缺氧時有及其重要的保護(hù)作用。機(jī)體應(yīng)激后，HSP70在老齡體內(nèi)表達(dá)下降〔18〕。腦缺血時，應(yīng)激產(chǎn)生的HSP70通過兩種途徑來保護(hù)神經(jīng):①HSP70阻斷NF-κB激活，抑制炎癥因子的轉(zhuǎn)錄，減少腦缺血時炎癥因子的分泌;②HSP70通過影響一些細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的功能，阻礙這些關(guān)鍵蛋白對細(xì)胞的損傷，同時增加抗凋亡蛋白bcl-2的表達(dá)來調(diào)節(jié)腦缺血時細(xì)胞凋亡〔19，20〕。衰老伴隨著熱休克因子(HSF-1)與熱休克元件(HSE)的結(jié)合下降〔21〕，促使HSP70在機(jī)體缺血缺氧時的轉(zhuǎn)錄隨衰老而減少，其神經(jīng)保護(hù)作用減弱，加重老齡缺血性腦損傷。

3 老齡缺血性腦損傷與促神經(jīng)再生蛋白變化

衰老蛋白表達(dá)變化也調(diào)節(jié)了缺血性腦損傷后神經(jīng)再生能力，影響患者腦功能的恢復(fù)。微管結(jié)合蛋白(MAP)是調(diào)節(jié)神經(jīng)形態(tài)的關(guān)鍵蛋白。實驗證明:新生鼠的腦中微管結(jié)合蛋白1B(MAP1B)的含量是成年鼠的10倍，表明在發(fā)育過程中MAP1B促進(jìn)神經(jīng)生長的作用;腦損傷后，MAP1B表達(dá)升高，說明MAP1B也作用于神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的神經(jīng)再生。盡管各年齡段的病人在腦損傷后MAP1B表達(dá)都升高，但MAP1B升高所需的時間卻不相同:老齡缺血性腦損傷后MAP1B升高所需的時間更長，證實了衰老抑制了缺血性腦損傷后MAP1B的表達(dá)〔22〕。缺血性腦損傷后年長者和年幼的生長促進(jìn)基因的基因表達(dá)譜不同:老齡延緩了缺血性腦損傷后生長促進(jìn)基因的激活，使老齡缺血性腦損傷后促神經(jīng)生長蛋白的表達(dá)較晚〔23，24〕。因為老齡缺血性腦損傷后MAP1B升高較緩，而不是完全不增長，所以老齡缺血性腦損傷后仍有一定的神經(jīng)再生能力，只是能力較弱，神經(jīng)再生需要的時間較長，同時又有研究表明28個月的大鼠已無神經(jīng)再生能力。因此老年人從缺血性腦損傷中恢復(fù)需要更長的時間，甚至由于生長促進(jìn)基因激活較晚而不能康復(fù)。此外，除了MAP1B以外的促神經(jīng)生長蛋白都有類似的現(xiàn)象，大大延緩了老齡神經(jīng)再生的時間〔23，24〕。

4 老齡缺血性腦損傷與神經(jīng)細(xì)胞蛋白變化

體內(nèi)蛋白的作用是復(fù)雜的，部分蛋白改變可提高老齡缺血性腦卒中的易感性，又可誘導(dǎo)老齡腦缺血時體內(nèi)的神經(jīng)保護(hù)功能減弱。促紅細(xì)胞生成素(EPO)是造血生長因子之一，但EPO和EPO受體也存在于神經(jīng)系統(tǒng)，這使得EPO具有造血功能以外的生物學(xué)作用。EPO既是神經(jīng)營養(yǎng)因子，又是神經(jīng)保護(hù)因子，可以調(diào)節(jié)各種神經(jīng)功能，包括鈣內(nèi)流，膜去極化和神經(jīng)遞質(zhì)的合成，也包括調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡〔24〕。目前已有實驗證實EPO在腦脊液中的濃度隨衰老而下降〔25〕，以及老齡腦缺血損傷后濃度升高不明顯〔26〕。腦源性 EPO可以由低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1)誘導(dǎo)生成〔24，25〕。衰老過程中，腦血流改變，血液運(yùn)送氧的能力減弱，促進(jìn)HIF-1生成，但此時誘導(dǎo)生成的HIF-1活性下降，使HIF-1下游產(chǎn)物EPO生成不足;隨著神經(jīng)系統(tǒng)的衰老，神經(jīng)細(xì)胞蛋白質(zhì)合成功能減弱，促使EPO生成減少。有實驗表明輕度缺氧已不能夠刺激老齡的HIF-1聚集且生成的HIF-1活性下降，因此老齡對缺血缺氧的敏感度下降〔26〕。

此外，一些實驗組已分別證實在缺血性中風(fēng)的老鼠模型中，EPO保護(hù)神經(jīng)免受谷氨酸毒性影響的同時也可以減輕缺血性腦損傷及其造成的神經(jīng)功能障礙〔24〕。EPO通過激活Ca2+通道以及使絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)的活化來減少谷氨酸的興奮性毒性對神經(jīng)元的影響;通過活化抗氧化酶來減少腦缺血對腦實質(zhì)造成的損傷;通過減少NO介導(dǎo)形成的自由基和拮抗其毒性來發(fā)揮EPO的神經(jīng)保護(hù)作用〔25〕。老齡缺血性腦損傷后腦脊液中的EPO濃度升高不顯著增加了老齡損傷效應(yīng)。

5 小結(jié)

腦缺血的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，老年人發(fā)病率和致殘率的增高都表明衰老是腦缺血的危險因素之一。對衰老過程中蛋白水平和功能的變化加劇缺血性腦損傷的機(jī)制的研究，能夠加深對老齡缺血性腦損傷的認(rèn)識，可為老年人缺血性腦卒中提供新的預(yù)防和治療方法，有助于維持老年人的健康。

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