缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑機制及神經(jīng)功能缺損治療方法的研究進展

高翔宇，羅鵬，岳康異，曹源，蔣曉帆

空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院西京醫(yī)院，西安710032

缺血性腦卒中是臨床上致死率和致殘率最高的疾病之一，該疾病的防治極為重要[1]。臨床上常使用靜脈注射組織型纖溶酶原激活劑和取栓術(shù)等治療方案，其預(yù)后一般，神經(jīng)功能恢復(fù)差。近年來，研究人員通過腦缺血后病理機制的研究，發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有可塑性和潛在的可再生能力，大腦可以通過血管再生、神經(jīng)元再生、突觸再生等神經(jīng)功能重塑機制實現(xiàn)大腦神經(jīng)功能的恢復(fù)。目前，研究人員試圖以這些機制為突破口，尋找治療神經(jīng)功能缺損的新靶點?，F(xiàn)將缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑的機制及缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損的治療方法綜述如下。

1 缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑的機制

傳統(tǒng)觀點[2]認為，神經(jīng)元不可再生是導(dǎo)致神經(jīng)功能恢復(fù)困難的主要原因，但隨著研究的深入展開，研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元具有可塑性和損傷后的修復(fù)能力，可重塑缺血性腦卒中后的神經(jīng)功能。研究[3]發(fā)現(xiàn)，大腦可通過神經(jīng)保護、血管再生、神經(jīng)元再生、突觸再生、軸突出芽、細胞調(diào)節(jié)等機制增強受損組織的自然防御，恢復(fù)損傷區(qū)域神經(jīng)系統(tǒng)血流供應(yīng)，從而促進損傷后的神經(jīng)功能重塑，為缺血性腦卒中的治療提供了新思路，將成為治療缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損的新靶點。

1.1 神經(jīng)保護 神經(jīng)元在損傷后會出現(xiàn)從結(jié)構(gòu)到功能的重塑，進而通過多種代償機制促進神經(jīng)傳導(dǎo)通路再通，實現(xiàn)神經(jīng)保護作用。大腦在受到損傷時，可以通過神經(jīng)保護作用，增強受損組織的自然防御，盡可能減少神經(jīng)元的損傷，促進存活的神經(jīng)元實現(xiàn)神經(jīng)功能重塑。因此，研究神經(jīng)保護作用對促進缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑具有重要意義。缺血性腦卒中發(fā)生后會造成區(qū)域性腦組織損傷，而受損腦組織面積大小和腦組織受損程度影響著疾病的預(yù)后。因此，減輕缺血及其周圍區(qū)域?qū)δX組織的損傷是神經(jīng)保護的主要方向。突觸后致密蛋白-95(PSD-95)是一種重要的突觸后支架蛋白，該蛋白能夠在N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDARs)和產(chǎn)生炎癥級聯(lián)反應(yīng)的信號通路之間發(fā)揮調(diào)節(jié)功能。研究[4]表明，使用PSD-95抑制劑能夠減少靈長類動物缺血性腦卒中的面積。另有一項雙盲隨機對照試驗[5]顯示，顱內(nèi)動脈瘤介入術(shù)后的患者，在使用PSD-95抑制劑后可以明顯改善預(yù)后。細胞內(nèi)Ca2+超載是缺血性腦卒中后神經(jīng)元損傷的重要原因之一。因此，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)Ca2+水平可能是一條重要的神經(jīng)保護途徑。研究[6]發(fā)現(xiàn)，酸敏感離子通道(ASIC1a)可以抑制Ca2+細胞內(nèi)流，從而發(fā)揮保護神經(jīng)元的功能。此外，前列腺素E2受體1亞型可以抑制Na+/Ca2+離子交換，增加Ca2+在神經(jīng)元內(nèi)的含量；并且環(huán)氧化酶2衍生所積累的前列腺素E2與缺血性腦卒中后血腦屏障的破壞相關(guān)[7]。因此，抑制前列腺素E2受體1亞型可以起到神經(jīng)元保護作用。

1.2 血管再生 近年來，人們逐漸認識到大腦脈管系統(tǒng)在大腦的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、病理改變等過程中的重要作用。缺血性腦卒中發(fā)生后，腦血流量的減少可以引發(fā)一系列的生理改變并誘發(fā)血管再生。研究[8]表明，缺血性腦卒中發(fā)生后，早期腦血容量增加是由側(cè)支循環(huán)血流量增加所致，而后期腦血容量增加是由血管再生所致。在缺血性腦卒中的慢性恢復(fù)期，新生血管在大腦的神經(jīng)功能重塑過程中發(fā)揮重要作用。缺血性腦卒中發(fā)生后缺血半暗帶可發(fā)生明顯的血管再生和組織重構(gòu)，其中新生血管數(shù)量與患者的生存期呈正相關(guān)，提示血管再生是缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑的重要機制[3,9]。

1.3 神經(jīng)元再生 傳統(tǒng)觀念認為，神經(jīng)元不可再生，然而神經(jīng)干細胞(NSCs)的發(fā)現(xiàn)打破了這一傳統(tǒng)觀念。成年人的神經(jīng)干細胞能夠增殖和分化，從而替代一些破壞或受損的神經(jīng)細胞，它們可以分化成神經(jīng)元、室管膜細胞、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞，并影響整個神經(jīng)系統(tǒng)，是缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑的重要機制。近期有研究[10]結(jié)果表明，成人大腦中的神經(jīng)干細胞在疾病過程中能夠被基質(zhì)細胞衍生因子1-α激活，激活后的神經(jīng)干細胞可遷移至受損區(qū)域并替代死亡的神經(jīng)細胞。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，許多生長因子可以保護NSCs并促進神經(jīng)元再生，例如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、成纖維細胞營養(yǎng)因子以及血管內(nèi)皮生長因子等[11,12]。

1.4 突觸再生 缺血性腦卒中可以誘發(fā)突觸再生并與梗死灶周圍的大腦運動皮層、大腦感覺皮層形成新的突觸聯(lián)系。研究[13]表明，突觸再生是大腦修復(fù)的重要環(huán)節(jié)，可在缺血性腦卒中后及時重塑受損的神經(jīng)功能。因此，進一步研究突觸再生機制對促進缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑具有重要意義。神經(jīng)微絲蛋白(NFs)是特異性表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元、外周神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元及其鄰近軸突中的細胞骨架結(jié)構(gòu)單元。磷酸化的NFs決定軸突直徑并促進長距離軸突生長，從而影響沿軸突進行的電傳導(dǎo)。還有研究[14]發(fā)現(xiàn)，磷酸化的糖原合酶激酶-3可以提高磷酸化NFs的水平，從而促進缺血性腦卒中后患者的突觸再生，具有潛在的治療效果。

1.5 軸突出芽 研究[15]顯示，缺血性腦卒中可激活鄰近梗死區(qū)域以及連接到梗死皮質(zhì)區(qū)域的軸突發(fā)生出芽，在缺血性腦卒中后三周內(nèi)，即可通過皮質(zhì)回路的解剖映射觀察到這一現(xiàn)象，而在幾個月后，上述現(xiàn)象將變得更加明顯。這種缺血性腦卒中后的軸突出芽對大腦神經(jīng)功能重塑具有重要意義。軸突出芽有三種不同的機制：反應(yīng)性軸突出芽、修復(fù)性軸突出芽和無界軸突出芽[16]。反應(yīng)性軸突出芽是一種神經(jīng)細胞對神經(jīng)受損的自動修復(fù)反應(yīng)，通常發(fā)生在梗死區(qū)域；修復(fù)性軸突出芽發(fā)生在距離梗死灶較遠的區(qū)域，并且功能性地連接受損區(qū)域；無界軸突出芽由大腦皮質(zhì)層發(fā)出，可延伸至不同的功能區(qū)域。近期有研究[13]表明，轉(zhuǎn)化生長因子β(TGFβ)家族中的生長分化因子10(GDF10)可以激活軸突出芽，促進神經(jīng)傳導(dǎo)通路再通，實現(xiàn)神經(jīng)功能重塑，有望成為治療缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損的新靶點。

1.6 細胞調(diào)節(jié) 小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞是中樞神經(jīng)功能重塑中重要的調(diào)節(jié)分子[17]。這些細胞在缺血性腦卒中后被迅速動員，并持續(xù)不斷募集到損傷區(qū)域。但是，這些調(diào)節(jié)細胞在神經(jīng)功能重塑過程中具有雙向作用[18]。小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞具有M1和M2兩種表型。研究[19]顯示，表達M1基因的小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞釋放破壞性的促炎癥介質(zhì)，抑制神經(jīng)元、軸突再生；相反，表達M2基因的小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞能夠清除細胞碎片，消除局部炎癥，并釋放大量營養(yǎng)因子從而促進神經(jīng)元、軸突再生，實現(xiàn)神經(jīng)功能重塑。因此，移植離體培養(yǎng)的表達M2基因的細胞、促進M1向M2轉(zhuǎn)變可以促進神經(jīng)功能重塑，有望成為基于細胞調(diào)節(jié)的治療缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損的新策略。

2 缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損的治療方法

神經(jīng)功能缺損是缺血性腦卒中患者最常見的并發(fā)癥。評估缺血性腦卒中患者預(yù)后的最終標(biāo)準(zhǔn)是傷后患者神經(jīng)功能的恢復(fù)程度。因此，在盡可能減少神經(jīng)細胞損傷的前提下，如何能夠更加有效的促進神經(jīng)細胞恢復(fù)原有的神經(jīng)功能，減少缺血性腦卒中后的致殘率、致死率，是目前缺血性腦卒中研究亟待解決的問題。目前，學(xué)者們一致認為神經(jīng)保護藥物、干細胞療法、神經(jīng)調(diào)節(jié)、運動康復(fù)等治療方法可以有效地治療缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損。

2.1 神經(jīng)保護藥物 5-(3,5-二氯-2-羥基芐基氨基)-2-羥基苯甲酸(ZL006)是一類新型神經(jīng)保護藥物，可特異地阻斷神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)與PSD-95的相互作用[20]。nNOS的激活依賴于NMDARs介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流和其與PSD-95的結(jié)合。缺血性腦卒中發(fā)生后，NMDARs過度激活介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流，并促進nNOS與PSD-95的相互作用，導(dǎo)致一氧化氮過量產(chǎn)生和神經(jīng)元損傷。ZL006可以阻斷缺血后神經(jīng)元中nNOS與PSD-95的相互作用，從而減少神經(jīng)元損傷。另有研究[21]表明，新型小分子藥物SCR-4026可以阻斷缺血后神經(jīng)元中nNOS與PSD-95的相互作用，對于治療缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損具有巨大潛力。此外，肽類制劑NA-1和R18也是兩類新型神經(jīng)保護藥物。雖然這些神經(jīng)保護藥物在動物試驗中表現(xiàn)出良好的療效，但其全面推廣還有待進一步臨床研究。

2.2 干細胞療法 干細胞是一種未分化細胞，它可以分化成多種細胞并具有自我更新能力。缺血性腦卒中后，腦組織并沒有出現(xiàn)抑制大腦恢復(fù)的持久神經(jīng)退行性改變，因此干細胞療法適合缺血性腦卒中患者[22,23]。干細胞療法具有兩種方式：內(nèi)源性干細胞療法和外源性干細胞療法。研究人員通過觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性神經(jīng)母細胞(NPC)在神經(jīng)受損后會發(fā)生遷移模式的改變，從而分化成神經(jīng)元，這表明了內(nèi)源性干細胞療法具有潛在的治療效應(yīng)[24]。此外，腦缺血還可刺激NPC增殖。近年來，研究[25～27]人員發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的神經(jīng)營養(yǎng)因子、粒細胞集落刺激因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等可刺激NPC增殖，是重要的激活內(nèi)源性干細胞機制。外源性干細胞可來自永生化細胞、NPC、NSC以及骨髓和間質(zhì)細胞來源的祖細胞。永生化細胞主要來源于腫瘤細胞或基因修飾細胞。NPC主要來源于胚胎或胎兒組織，可分化成星形膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元以及少突膠質(zhì)細胞。大量試驗[28～30]已證明，外源性干細胞療法能夠有效治療腦卒中后神經(jīng)功能缺損。

2.3 神經(jīng)調(diào)節(jié) 神經(jīng)調(diào)節(jié)是對缺血性腦卒中后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)興奮/抑制平衡的調(diào)節(jié)。研究表明，受抑制性神經(jīng)受體調(diào)節(jié)的緊張性抑制可改善神經(jīng)功能恢復(fù)。改善神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)和深入了解缺血性腦卒中后興奮/抑制平衡的調(diào)控機理，對于設(shè)計神經(jīng)功能缺損的治療方案至關(guān)重要[31]。迄今為止，多種神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)已應(yīng)用于缺血性腦卒中后神經(jīng)缺損的治療。神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)可分為侵入性和非侵入性，均在臨床應(yīng)用中展現(xiàn)出潛在的治療效應(yīng)。侵入性刺激技術(shù)的特點在于可以在精確位點上提供可持續(xù)刺激，例如植入硬膜外電極。已有研究[32]證明，侵入性刺激技術(shù)可以促進上肢功能恢復(fù)，提高康復(fù)率。非侵入性刺激技術(shù)包括經(jīng)顱磁刺激(TMS)和經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)。高頻TMS增加皮質(zhì)興奮性，低頻TMS降低皮質(zhì)興奮性。這些特征已被用于增加受損肢體的功能改善[33]。

2.4 運動康復(fù)療法 已有研究[34]表明，對缺血性腦卒中患者的癱瘓上肢進行恢復(fù)性運動訓(xùn)練可以增強運動相關(guān)的神經(jīng)元功能重塑，并且恢復(fù)性運動訓(xùn)練可以增加突觸密度、促進突觸成熟。此外還有研究[35]表明，康復(fù)訓(xùn)練的效果隨患者年齡、訓(xùn)練強度、訓(xùn)練時機的變化而變化。在動物試驗[36]中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的第一周內(nèi)開始康復(fù)訓(xùn)練，其效果優(yōu)于晚期開始康復(fù)訓(xùn)練的效果。約束誘導(dǎo)運動療法(CIMT)是一種臨床康復(fù)療法，通過限制患者在運動康復(fù)期間非癱瘓肢體的運動時間，從而達到預(yù)防癱瘓肢體功能惡化的目的。臨床試驗[37]有力地支持了CIMT對缺血性腦卒中患者運動功能的改善。

綜上所述，神經(jīng)保護、血管再生、神經(jīng)元再生、突觸再生、軸突出芽、細胞調(diào)節(jié)是缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑的重要機制，神經(jīng)保護藥物、干細胞療法、神經(jīng)調(diào)節(jié)、運動康復(fù)療法可以有效地治療缺血性腦卒中后神經(jīng)功能缺損。隨著研究的不斷深入，人們對缺血性腦卒中后神經(jīng)功能重塑的認識也會更加全面?，F(xiàn)如今全世界的患者和家庭都感受到了缺血性腦卒中所帶來的沉重負擔(dān)，雖然急性療法(例如靜脈注射組織型纖溶酶原激活劑)存在并具有良好的療效，但是該疾病復(fù)雜的病理生理機制阻礙了患者后期的神經(jīng)功能恢復(fù)。因此，神經(jīng)功能重塑作為神經(jīng)功能缺損治療潛在的新靶點，對于缺血性腦卒中的研究具有重要意義。無論是神經(jīng)功能重塑的具體機制，還是神經(jīng)功能缺損臨床治療方案，仍需我們不斷地探索和研究。