脑缺血海马CA1区突触可塑性及白藜芦醇苷对缺血性脑损伤的保护机制

1、1脑缺血海马 CA1 区突触可塑性及白藜芦醇苷对缺血性脑损伤的保护机制【关键词】 海马海马 CA1 区神经元与人类、哺乳动物的学习记忆密切相关，同时海马是脑缺血后选择性易损的脑区之一。现就脑缺血大鼠海马CA1 区突触可塑性及白藜芦醇苷对缺血性脑损伤的保护机制作一综述。1 脑缺氧缺血对海马 CA1 区功能的影响1.1 CA1 区的功能海马是一个具有可塑性的脑区，包括结构和功能的可塑性，其中结构可塑性是功能可塑性的基础。突触传递的长时程增强（longterm potentiation，LTP ）是指突触前神经元受到短时间的快速重复刺激后，在突触后神经元快速形成的持续时间较强的突触后电位增强。LTP 是研究学习记忆活动在细胞和突触水平的指标。N甲基 D天冬氨酸（NMDA）受体与学习记忆的关系及在 LTP产生过程中的关键性作用已经得到肯定，LTP 的形成是由突触后神2经元胞质中的 Ca2+增加所致。 LTP 的诱导和形成机制，文献上研究和讨论最多的是哺乳动物海马 CA1 区的 LTP。有关机制可以简略概括为：当突触前的传入纤维受到高频刺激时，兴奋性神经递质谷氨酸从突触前膜到突触间隙，和突触后膜

2、上的 NMDA 受体结合，激活 NMDA 受体，使阻碍钙离子内流的镁离子被移除，大量钙离子内流，激活细胞内的一系列分子过程，最终形成 LTP。LTP 形式和海马突触可塑性与空间学习记忆有关，从细胞水平反映学习记忆，是突触可塑性的具体表现。有研究显示动物训练前人为使之产生LTP，可明显提高其建立条件反射的速度1 ，大鼠在空间分辨率学习过程中海马区的 LTP 有明显的差异。NMDA 受体激活在突触传递等方面有重要意义，是产生 LTP 现象的关键环节，因此，LTP被认为是“长期信息的储存装置” 。1.2 脑缺血后海马功能改变脑缺血可降低海马齿状回区基本的突触传递；缺血损伤了海马齿状回区群峰电位的长时程增强诱导，而对兴奋性突触后电位的长时程增强诱导有促进作用；缺血损伤了海马齿状回区兴备性突触后电位的长时程抑制诱导，而对群峰电位的长时程抑制诱导没有明显影响2 。短暂脑缺血后大鼠海马 CA1 区 LTP 的群体峰电位中高度及兴奋性突触后电位的斜率及 LTP 发生率均出现明显降低。脑缺血再灌注后海马 CA1 区的兴奋性和反应性明显降低，LTP 的诱导机制3发生障碍3 。缺氧缺血激活 NMDA 受体，

3、使 Ca2+内流，激活了Ca2+依赖性核酸内切酶，使染色体 DNA 断裂成 180200 bp 的寡核苷酸小体，出现凋亡梯形4 ，而加重脑损伤。2 脑缺血后海马 CA1 区突触的改变实验证实5海马 CA1 区突触前的变化先于 CA1 区的迟发性神经元死亡，神经细胞在受到各种有害因子损伤后，其轴突在失去靶器官后会出现轴突的出芽和形成许多侧枝，使突触前囊泡的数量增加，其轴突前膜的功能也代偿性增加。全脑或前脑短暂的缺血导致选择性迟发性神经元死亡。主要表现为海马 CA1 区锥体神经元的死亡和认知功能的丧失。全脑缺血再灌注后，海马 CA1 及齿状回神经元内 19S 蛋白酶体的变化影响了神经元内蛋白的降解，是导致缺血后神经元死亡的一个因素6 。星形胶质细胞与神经细胞的相互作用，对中枢神经系统内环境的稳态、可塑性及神经信息传递有相当大的作用，在维持神经细胞离子平衡中起重要的作用。胶原纤维酸性蛋白（GFAP）是星形胶质细胞的一种重要骨架蛋白，是星形胶质细胞的特异性标记物。脑缺血后星形胶质细胞 GFAP 表达增强，缺血缺氧损伤激活星形胶质细胞，使其进入新的细胞周期，出现细胞的增殖反应7 。星形胶质细胞对

4、缺血神经元的作用是双相的，星形胶质细胞一方面对神经4元有一定的保护作用，有利于损伤的修复，反应性星形胶质细胞释放的细胞因子促进损伤后的胆碱能神经元和多巴胺能神经元轴突出芽和突触重建8 ，星形胶质细胞还在神经的可塑性上起重要作用，包括支持突触出芽、形成新的多突触连接，维持现存的神经元回路等。星形胶质细胞还提供缺氧突触的功能恢复所必需的能量底物9 。但另一方面，星形胶质细胞可释放毒性细胞因子，加重神经元的损害，具有毒性作用10 。3 白藜芦醇苷对缺血性脑损伤的保护机制白藜芦醇苷（polydatin，PD）是一种天然活性物质，是多酚类物质，是中药虎杖的有效成分。具有显著的抗氧化、抗自由基作用，因而具有多种生物学作用，包括抗肿瘤、心血管保护、植物雌激素、防治骨质疏松及对肝脏的保护作用等，PD 还具有保护神经、抗炎、镇咳平喘、改善微循环和对休克的治疗作用11 。其脑损伤保护机制尚不清楚，可能与以下有关：3.1 钙拮抗剂作用细胞内的钙离子的稳定性被破坏是围产期缺氧性脑损伤的主要原因。缺氧缺血后神经元和神经胶质细胞内过度的 Ca2+积聚是细胞死亡的最后通路，白藜芦醇苷能影响 NMDA 受体的功能，快

5、5速抑制谷氨酸诱导的大鼠海马神经元内 Ca2+的升高，对海马区具有保护作用12 。3.2 抗自由基作用脑组织的缺氧缺血使机体的抗氧化酶活性降低，再灌注后，通过一系列的氧化反应，引起产生具有高反应活性的氧自由基，这些物质极易与生物膜的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应，导致膜脂质双分子层破坏，膜上的酶功能受损，产生脑的功能障碍。PD 能不同程度降低脑组织的过氧化脂质的含量，提高超氧化物歧化酶（SOD） 、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPX ）活性，降低丙二醛（MDA）及脑的含水量，减轻自由基对脑组织的损害，对缺氧的脑组织有保护作用13 。3.3 与一氧化氮合成酶有关一氧化氮（NO）在脑缺氧缺血再灌注损伤中具有神经保护和神经毒性两种倾向。过量 NO 的有害作用在于高浓度的 NO 具有细胞毒性作用，并介导 NMDA 受体和谷氨酸诱导的神经毒性而使神经元损害。目前认为脑缺血时兴奋性氨基酸从突触前膜释放，作用于突触后膜上的 NMDA 受体，使膜上的钙通道开放促进 Ca2+内流，当 Ca2+积聚到一定程度的时候便激活一氧化氮合酶（NOS）引起 NO 合成增加。应用 NOS 抑制剂和氧

6、自由基清除剂可降低脑6缺血性损伤的程度。黄斌14在实验中证实在脑缺血后大鼠的脑组织中 NOS 的活性明显增高，白藜芦醇苷有降低缺血性脑组织中NOS 活性的趋势，但结果尚无统计学意义。3.4 激活 ATP 敏感钾通道（KATP）1983 年 Noma 用膜片钳首先在心肌细胞上发现并证实 ATP敏感钾通道（KATP）的存在，后在胰腺 细胞、脑细胞、骨骼肌、平滑肌细胞、肾小管上皮细胞和线粒体内膜等部位逐渐发现了类似的通道，钙通道将细胞电活动与代谢联系在一起，并与激素分泌、血管扩张、神经细胞膜的超极化和神经递质释放等功能密切相关。KATP 是一类受细胞内 ATP 浓度调节的通道，在生理条件下关闭，而在缺氧缺血或代谢抑制时开放。ATP 敏感钾通道对膜电位和血管张力的调节也有重要的作用，ATP 敏感钾通道开放可使平滑肌细胞膜超极化，减少钙通过电压依赖性钙通道内流（VOCS）致血管扩张。因此，平滑肌上的 ATP 敏感钾通道被认为是大量扩血管物质的共同靶分子，PD 可通过第二信使或直接通过细胞膜进入胞内，从细胞膜胞浆面激活 ATP 敏感钾通道15 ，推测白藜芦醇苷可能是一种 KATP 激活剂，可减少钙

7、内流，降低脑内 Ca2+含量，减轻脑水肿，减少脂质过氧化反应，缓解细胞的坏死情况，从多方面显示了其对脑缺血再灌注损伤的保护作用。7【参考文献】 1 高 唱， 王景周， 陈曼斌. 骨髓间质干细胞对血管性痴呆大鼠长时程增强的影响J. 中国临床康复， 2003， 7(16)： 2269.2 徐振华， 许能贵， 易 玮， 等. 脑缺血大鼠缺血同侧海马齿状回突触可塑性的变化J. 中国临床康复， 2006， 10(19)：37.3 Shinno K， Zhang L， Eubanks JH， et al. Transient ischemia induces anearly decrease of synaptic transmission in CA1 neurons of rat hippocampus： electrophysiologic study in brain slice J. J Cereb Blood Flow Metab， 1997， 17(9)：955966.4 Ikeda J， Terakawa S， Muyota S， et al. Nuclear disintegra

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