脑缺氧缺血时少突胶质细胞损伤的机制

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 可更好发挥其治疗效应 ,而减少副反应的发生 [15 ] 。 综上所述 ,鉴于美金胺作为治疗帕金森病的首选药物已 在欧洲广泛应用 10 余年 ,罕见副作用报道 [14 ] ,同时 ,美金胺 作为低亲和力的非竞争性 NMDA 受体拮抗剂 ,又具有良好的 神经保护作用 ,因此 ,对今后作为治疗新生儿缺氧缺血脑损 伤无疑具有潜在的重要意义。但目前对美金胺的安全性和 有效性的研究 ,仅限于成年动物实验和成人的临床实验 ,有 关美金胺对新生动物脑缺氧缺血性损伤的保护作用及其可 能的毒副作用 ,尚有待进一步研究。随着美金胺在新生动物 脑缺氧缺血损伤方面的研究不断深入 ,有关美金胺用于新生 儿缺氧缺血性脑损伤的临床治疗必将有所突破。 [参考文献 ] [1 ] 　Allgaier C ,Scheibler P ,Müller D , et al . NMDA receptor characteriza2 tion and subunit expression in rat cultured mesencephalic neurones[J ] . Br J Pharmacol ,1999 ,126 (1) :121～130. [2 ] 　G¨orgulu¨ A ,Kins T ,Cobanoglu S , et al . Reduction of edema and infarc2 tion by memantine and MK2801 after focal cerebral ischemia and reper2 fusion in rat [J ] . Acta Neurochir ,2000 ,142 (11) :1287～1292. [3 ] 　Bresink I ,Benke TA ,Collett VJ , et al . Effects of memantine on recom2 binant rat NMDA receptors expressed in HEK 293 cells[J ] . 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Br J Clin Pharmacol ,1998 ,46 (6) :541～546. 收稿 :2003 - 04 - 10 作者单位 :第三军医大学新桥医院儿科 ,重庆 400037 作者简介 :王丽雁 (1975 - ) ,女 ,住院医师 ,在读硕士研究生 ,研究方 向为脑损伤的早期干预。 脑缺氧缺血时少突胶质细胞损伤的机制 王丽雁 　综述 　赵聪敏 　审校 　　【关键词】　少突胶质细胞 ;脑缺血 ;脑缺氧 ;损伤机制 【中图分类号】　R748 　　　【文献标识码】　A 　　　【文章编号】　1003 - 515X(2003) 10 - 0830 - 03 　　缺氧缺血是造成新生儿脑白质损害的常见原因 ,与脑 瘫、智力低下等神经功能障碍密切相关。少突胶质细胞是脑 白质的重要成分 ,故研究少突胶质细胞对缺氧缺血性损伤机 制及其防治对策具有重要的临床意义。 　　一、少突胶质细胞 少突胶质细胞是中枢神经系统髓鞘形成细胞 ,它包绕神 经纤维轴突而形成髓鞘 ,对轴突正常快速电传导等功能起重 要作用。少突胶质细胞的前体细胞主要来源于前脑脑室下 区 (SVZ) [1 ] 。依据抗原表达、形态和功能 ,少突胶质细胞系可 分为先祖细胞、早期少突胶质祖细胞、晚期少突胶质祖细胞、 未成熟少突胶质细胞、成熟少突胶质细胞 ,共 5 个发育阶段。 　　二、少突胶质细胞的缺氧缺血损伤 1. 少突胶质细胞成熟依赖的易损性 :少突胶质细胞几乎 和神经元一样对缺氧缺血敏感 ,其对缺氧缺血的易损性与细 胞成熟程度有关。实验证实 ,晚期少突胶质祖细胞和未成熟 少突胶质细胞在缺血启动后迅速死亡 ,平均死亡时间和死亡 ·038· 实用儿科临床杂志 2003 年 10 月第 18 卷第 10 期　J Appl Clin Pediatr , October 2003 , Vol . 18 No. 10 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 百分数显著高于成熟少突胶质细胞 ( P < 0. 001) ,对缺血的敏 感性高于以往所检测的任何中枢神经系统细胞 ,包括神经 元[2 ] 。晚期少突胶质祖细胞对缺氧缺血的敏感性高于未成 熟少突胶质细胞。这两种对缺氧缺血最敏感的少突胶质细 胞是胚胎后期少突胶质细胞系的主要组成部分。早期少突 胶质祖细胞和成熟少突胶质细胞对缺氧缺血较为耐受 [3 ] 。 2.少突胶质细胞缺氧缺血损伤 :在大鼠缺氧缺血模型 中 ,SVZ的神经干细胞及少突胶质祖细胞死亡 ,造成慢性白 质少突胶质细胞衰竭 ,髓鞘形成不良。顶叶皮层、皮质下白 质、脑室周围白质、胼胝体等部位均有明显少突胶质细胞死 亡 ,随后胼胝体变薄 ,脑室扩大 ,增生的星形胶质细胞取代脑 室周围白质中少突胶质细胞 [1 ,3～5 ] 。细胞死亡的电镜分析显 示 ,缺氧缺血后 4 h 以坏死为主 ,4～24 h 脑室周围白质受损 少突胶质细胞由早期坏死过渡到具有坏死、凋亡两种形态特 征的混合性细胞死亡 ,再到经典的凋亡 [4 ] 。缺氧缺血后 12 h SVZ中以混合性细胞死亡为主 ,至 24 h 发现典型的凋亡细 胞[1 ] 。但有学者发现缺氧缺血后 3～4 h 缺血侧 SVZ、胼胝体 中凋亡细胞高于对侧 [5 ] 。损伤区周围有少突胶质细胞反应 性增生 ,可能参与修复过程 [3 ] 。 　　三、少突胶质细胞缺氧缺血损伤机制 1. 少突胶质细胞兴奋毒性损伤 :兴奋毒性指以谷氨酸受 体 ( GluRs)为主的兴奋性神经递质受体过度活化引起的神经 细胞死亡。少突胶质细胞表达的 GluRs 主要是非 NMDA2 GluRs(AMPA 和 kainate 受体) 。缺氧缺血时轴突和神经胶质 释放谷氨酸 ( Glu) 。通常认为 ,从神经末梢释放出 Glu 清除和 失活的唯一途径是通过位于突触前膜和神经胶质细胞膜上 的兴奋性氨基酸转运体 ( EAAT) 的摄取而实现的。EAAT 对 Glu 的摄取顺 Na + 浓度梯度进行 ,是 Na + 依赖的耗能过程。 缺氧缺血使能量供应受阻 ,加上强烈去极化反应使脑内 Na + 浓度急剧增高 ,最终可造成 Glu 顺胞内Na + 逆向转运 ,从胞内 排向胞外[2 ] 。局部 Glu 浓度显著增加使 AMPA/ kainate 受体 过度活化介导 Ca2 + 内流 ,导致细胞内 Ca2 + 超载 ,同时消耗谷 胱苷肽并活化 C2Jun N2terminal kinase (JNK) 、Caspase23、钙激活 蛋白酶引起少突胶质细胞死亡 [6 ] 。兴奋毒性可同时引起细 胞坏死和凋亡。 2. 氧自由基导致的少突胶质细胞损伤 :脑缺血产生大量 氧自由基 (OFR)并造成少突胶质细胞损伤。少突胶质细胞对 OFR 损伤高度敏感。与星形胶质细胞和神经元相比 ,少突胶 质细胞中含有丰富的铁和铁蛋白 ,而还原型谷胱苷肽含量和 谷胱甘肽过氧化物酶活性低。一方面少突胶质细胞中的铁 蛋白和转铁蛋白可作为铁螯合剂和抗氧化物保护细胞 ;另一 方面 ,少突胶质细胞缺氧缺血 ,促使铁蛋白和转铁蛋白释放 铁 ,通过 fenton 反应和 Haber2Weiss 反应产生大量 OFR ,引发 脂质过氧化 (LPO) 。还原型谷胱苷肽在 OFR 清除中起关键 性作用。过氧化物由谷胱苷肽过氧化物酶清除 [7 ,8 ] 。由于少 突胶质细胞内铁含量高 ,清除自由基能力弱且显著依赖于氧 化磷酸化 ,少突胶质细胞更易受到氧化应激损伤。由此引发 的链式脂质过氧化反应损伤细胞膜和线粒体膜 ,而产生的脂 质过氧化物和细胞毒性副产品 42hydroxynonenal 等 ,对轴突和 少突胶质细胞也具有毒性。Hollensworth 等认为氧化应激还 可能损伤线粒体 DNA ,从而增加 Cyt2c 释放 ,激活 caspase29 , 启动凋亡反应[9 ] 。 3.线粒体损伤与少突胶质细胞损伤 :缺血条件下 ,胞浆 内 Ca2 + 浓度升高 ,线粒体从胞浆摄取 Ca2 + ,以避免胞浆 Ca2 + 过高造成细胞损害。高浓度 Ca2 + 可损害线粒体功能 ,使氧化 磷酸化效率降低 ,ATP 合成减少 ,而线粒体钙释放过程是耗 能过程。线粒体呼吸功能障碍和 ATP 耗竭加速和促进 Ca2 + 浓度增加并活化 Ca2 + 依赖性蛋白水解酶系统如 calpains。 Calpains可激活 caspases ,相反 caspases 可通过剪切内源性蛋 白水解酶抑制剂 calpastatin 来激活 calpains。两类蛋白酶都能 引起线粒体渗透性转运的发生并灭活 Ca2 + 顺序性运转系统 , 从而循环增加 Ca2 + 浓度和活化 Ca2 + 依赖性蛋白水解酶。同 时 ,Ca2 + 过量、氧化应激使线粒体通透性改变 (PT) ,发生不可 逆性损伤 ,能量来源完全丧失 ,线粒体膜间腔内的多种潜在 有害蛋白释放至胞浆 ,包括 caspase 前体 ,caspase 激活剂 Cvt2 c ,具有裂解 DNA 能力的凋亡诱导因子 (AIF) 、核酸内切酶 G 等 ,诱导细胞死亡 ;线粒体释放其积聚的 Ca2 + ,使脑浆 Ca2 + 剧烈升高 ,激活胞浆内各种蛋白水解酶和磷酯酶 ,促使细胞 死亡[9 ,10 ] 。 4. caspases 与少突胶质细胞损伤 :caspases 是一组天门冬 氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶 ,属 ICE 蛋白酶家族 ,被激活后 发生连续的级朕反应 ,导致凋亡发生。缺氧后少突胶质细胞 中有 caspase23 活化 ,但其活化程度低于神经元。肌动蛋白 (Actin)是一种主要的细胞骨架蛋白 ,经 caspase23 介导裂解为 肌动蛋白碎片 (fractin) ,缺氧缺血后大量固缩晚期少突胶质 祖细胞有明显 fractin 标记 ,提示 caspase23 参与少突胶质细胞 缺氧缺血损伤[3 ] 。caspase211 是 caspase21 和 caspase23 活化的 一种启始因子 ,在少突胶质细胞缺氧缺血损伤中起着关键的 作用[11 ] 。 5.小胶质细胞、巨噬细胞活化与少突胶质细胞损伤 :脑 缺氧缺血后 ,小胶质细胞、巨噬细胞被激活 ,它们通过释放一 系列潜在的神经毒性物质和炎性因子 ,如 OFR、Glu、一氧化 氮 (NO) 、肿瘤坏死因于2α( TNF2α) 等 ,造成少突胶质细胞损 伤。同时 ,活化的小胶质细胞吞噬死亡神经细胞残骸和变性 突触 ,分泌多种神经营养因子 ,并表达细胞调亡的负调控因 子 bc122 ,发挥神经保护作用[5 ,12 ] 。脑缺血后小胶质细胞、巨 噬细胞活化的确切作用尚待进一步研究。 6.少突胶质细胞成熟依赖的易损性机制 :前面已提到 , 不同发育阶段的少突胶质细胞对缺氧缺血的易损性不同。 晚期少突胶质祖细胞和未成熟少突胶质细胞最为易损。这 种成熟依赖的易损性机制还不太清楚。近来 Takayuki 等研 究发现 ,AMPA 受体的 GluR3、GluR4 亚单位表达在少突胶质 祖细胞和未成熟少突胶质细胞中短暂上调可能与此有关。 AMPA 受体在非 NMDA 受体介导的兴奋毒性损伤中起主要作 用。但并非所有 AMPA 受体均能介导 Ca2 + 内流。GluR1～4 是组成 AMPA 受体的 4 种亚单位。缺乏 GluR2 亚单位的 AM2 ·138·实用儿科临床杂志 2003 年 10 月第 18 卷第 10 期　J Appl Clin Pediatr , October 2003 , Vol . 18 No. 10 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net PA 受体对 Ca2 + 具有通透性。GluR1 在各阶段的少突胶质细 胞中表达极低 ; GluR2 表达稳定 ; GluR3 在早期少突胶质祖细 胞中发达最高 ,随后逐渐下降 ; GluR4 在少突胶质祖细胞和未 成熟少突胶质细胞中表达最高 ,发育为成熟少突胶质细胞后 逐渐降低。离体培养的各期少突胶质细胞经 GluR2 抗体处 理后 ,晚期少突胶质祖细胞和未成熟少突胶质细胞中 GluR3、 GluR4 剩余最多。如果 AMPA 受体的各种亚单位随机组合 , 在晚期少突胶质祖细胞和未成熟少突胶质细胞中形成无 GluR2 亚单位受体的数量最多。此外 ,少突胶质细胞中含有 GRIP,帮助 GluR2 和 GluR3 在 AMPA 受体中组装。因此 , GluR4 对于 Ca2 + 通透的 AMPA 受体可能更为重要。实验发 现 ,早期少突胶质祖细胞 AMPA 受体的 Ca2 + 电导高于晚期少 突胶质祖细胞和未成熟少突胶质细胞 ,但由于后者浆膜表面 积约为前者 2 倍 ,通过 AMPA 受体的总 Ca2 + 流明显高于前 者。由于 AMPA 受体的 GluR3、GluR4 亚单位表达短暂上调和 较高的总 Ca2 + 流 ,晚期少突胶质祖细胞和未成熟少突胶质细 胞对缺氧缺血更具易损性。而先祖细胞的 AMPA 受体几乎 均表达 GluR2 亚单位 ,对 Ca2 + 不通透。与少突胶质祖细胞和 未成熟少突胶质细胞相比 ,成熟少突胶质细胞中 GluR3、 GluR4 表达下降 ,AMPA 受体 Ca2 + 电导明显降低 ,所以对缺氧 缺血更为耐受[13 ] 。此外 ,离体实验证实 ,少突胶质细胞对氧 化应激的易损性也是成熟依赖的 [14 ] 。 总之 ,缺氧缺血后通过兴奋毒性、氧化应激及一系列级 联反应造成少突胶质细胞死亡。阐明脑缺氧缺血后少突胶 质细胞损伤机制将为脑缺氧缺血相关疾病的治疗提供新思 路。 　　四、药物治疗 脑缺氧缺血实验显示 ,非2NMDA 受体拮抗剂 CNQX 或 NBQX、谷氨酸逆向转运抑制剂 DKA、钙离子拮抗剂、自由基 清除剂、caspase23 抑制剂 DEVD2CHO、calpain 抑制剂 PD150606 等可明显减轻脑缺氧缺血后少突胶质细胞的损伤 ,离体实验 显示去铁敏可减轻过氧化氢引起的少突胶质细胞损 伤[2 ,6 ,15 ] 。 [参考文献 ] [1 ] 　Levison SW ,Rothstein RP ,Romanko MJ , et al . 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