肉毒碱对脑缺血损伤保护作用的研究进展
时间：2022-06-02 01:37:11
【摘要】缺血性脑血管病发病率逐年升高，疾病造成患者死亡和严重神经功能障碍，其治疗重点是减少神经单元损伤旨在达到减低死亡率、致残率和提高患者生活质量的治疗目的。目前对缺血性脑血管病的发病机制研究涉及病理、分子生物、生化等多重领域，并提出了以神经细胞、血管为主体的神经单元的概念，以神经单元为基础的脑保治疗正成为临床治疗缺血性脑血管病的主要方向，越来越多的药物和治疗手段被纳入脑保护的研究中。左旋肉毒碱/LC早期临床用于改善心血管疾病的心肌代谢治疗以及改善肾衰竭患者代谢紊乱，目前科学家开始探索其应用于缺血性脑损伤的机制以及评估其临床应用的价值。现研究探讨肉毒碱的脑保护作用，旨在为缺血性脑血管病的治疗提供新的手段。本文主要综述了LC在缺血性脑损伤方面的实验室以及临床研究结果。
doi：10.3969/j.issn.1004-7484（x）.2013.07.751文章编号：1004-7484（2013）-07-4122-02
缺血性脑血管病是目前导致死亡和残疾的常见原因，疾病可直接导致患者死亡，大部分患者遗留有肢体瘫痪、失语、视力障碍、吞咽困难等严重的神经功能障碍[1]。脑缺血发生后几分钟之内核心区域神经细胞死亡，缺血半暗带区域神经处于缺血缺氧状态。缺血后神经细胞内环境紊乱与线粒体能量代谢密切相关，缺血导致线粒体有氧代谢障碍，生成乳酸和氢离子增多，出现依赖ATP离子泵功能障碍导致离子代谢障碍，随后发生细胞内钙超载，多种活性因子释放，神经细胞死亡[2]。脑保护药物旨在减少处于缺血区域神经、血管损伤，减少神经细胞坏死，达到降低死亡率以及致残率的目的[3]。现研究发现肉毒碱制剂可能通过改善缺血造成的能量代谢障碍等多种途径达到缺血损伤区域脑保护作用，本文就现有研究总结归纳如下。
1脑缺血损伤的机制
缺血损伤即缺血性脑血管病，是指由于供血障碍导致其供血区域内脑组织变性、坏死、脑功能丧失。缺血期间神经元的代谢与病理生理学脑能量产生的主要底物是糖。当供血充足时，进行有氧糖代谢，其产物丙酮酸进入三羧酸循环产生更多的能量。有氧代谢，每个糖分子共产生38个ATP分子。当供血障碍时，缺氧使糖酵解在缺血与缺氧期进行，丙酮酸代谢成乳酸，此种无氧糖酵解每分子糖仅产生2个ATP，不足以维持神经元的能量需要而致细胞能量衰竭。细胞膜上Na+-k+-ATP泵衰竭，细胞内K+外流细胞外Na+内流，随后钙泵因ATP减少和细胞内Na+增加而衰竭出现细胞内“钙超载”。缺血发生后数风中发生细胞不可逆损伤。同时膜的去极化导致过多的谷氨酸释放，促使兴奋性神经递质释放增加，从而引起大量的去甲肾上腺素/NE、多巴胺/DA和5-轻色胺/5-HT释放至细胞间隙，导致缺血区脑组织细胞外单胺类递质蓄积，产生兴奋毒性作用，又导致K+、Na+、ca2+细胞稳态破坏严重，促进细胞死亡。上述缺血期导致的无氧代谢途中，游离脂肪酸增加，花生四烯酸代谢成血栓素和白细胞三烯素及前列腺素等活性因子，造成细胞损害。缺血缺氧产生组织内氧自由基增多，攻击细胞膜脂、蛋白质、nDNA和RNA等，破坏神经元膜和血管，引起脂质过氧化瀑布效应，蛋白质变性失活，DNA多核昔酸主链断裂，碱基发生修饰，膜通透性、离子转运、膜屏障功能均受影响，造成神经元损伤。
2脑保护治疗概念和进展
以往缺血性脑血管病治疗除及时恢复缺血区供血外，将针对神经元本身进行的保护、阻断神经元死亡和避免神经元继发性损伤称为脑保护治疗。张伟，赵伟秦[4]就缺血再灌注损伤后神经血管单元的改变所做研究设计观察大鼠缺血再灌注损伤后神经血管单元的病理改变、用免疫组织化学法检测胶质细胞酸性蛋白、水通道蛋白4/AQP4、内皮细胞屏障抗原/EBA、成熟神经细胞核抗原/Neun、层黏连蛋白的动态变化，病理发现缺血早期神经元皱缩、肿胀，后期嗜酸性变和坏死；星形胶质细胞缺血早期肿胀、断裂、坏死，后期增生；血管缺血早期水肿、管壁破坏，后期血管结构重建和增生，证实胶质细胞以及血管内皮细胞的病理改变可进一步加速神经元死亡。新的脑保护概念提出[5]：神经功能损伤治疗不应局限于单一神经元保护，而应着包括胶质细胞在内的作为整体功能单位的“神经血管单元”的维护。神经血管单元由神经元-胶质细胞-血管构成，维持着神经元的正常生理功能以及受损神经元的修复。缺血损伤累及神经细胞、神经元支持系统的胶质细胞以及具有信号转导作用的神经细胞轴突和为组织供能的微血管[6]。因此脑保护研究以神经血管单元保护为基础，强调血脑屏障在脑损伤中的作用，成为研究脑保护治疗的新方向。
3肉毒碱脑保护机制
3.1参与细胞代谢的机制LC是人体体内能量代谢中需要的天然物质，其主要功能是参与脂类代谢，是细胞能量生产中的重要辅助因子。脂肪酸的降解（分解）即氧化分解有几种形式，最重要的是β-氧化，在线粒体内进行，脂肪酸首先与辅酶A缩合同时消耗一分子ATP，形成活化的脂酰COA，活化的脂酰COA通过线粒体内膜两侧的肉毒碱脂酰COA转移酶的作用，由LC携带脂肪酸酰基通过线粒体膜，进入线粒体后，经过活化、脱氢、水合、再氧化脱氢和巯解5个步聚反复进行，使脂肪酸完全氧化成乙酰COA，乙酰COA再进入中心代谢途径，经三羧酸循环彻底氧化成CO2和H2O提供能量，代谢所需的酶除脂酰COA合成酶外，其余酶都属于线粒体酶，脂肪酸产能过程需要在线粒体内完成。在细胞缺氧、缺血时，脂酰-CoA堆积，线粒体内的长链脂酰肉毒碱堆积，游离肉毒碱大量消耗而减低[7]。缺血缺氧导致ATP水平下降，细胞膜和亚细胞膜通透性升高，堆积的脂酰-CoA可致细胞膜结构改变，细胞膜崩解而导致细胞死亡。另外，缺氧时以糖无氧酵解为主，脂肪酸等堆积导致酸中毒，离子紊乱，细胞自溶死亡。补充足够量的游离肉毒碱可使堆积的脂酰-CoA进入线粒体内，减少其对腺嘌呤核苷酸转位酶的抑制，使氧化磷酸化得以顺利进行。LC是心肌细胞的主要能量来源，脑、肾等许多组织器官亦主要靠脂肪酸氧化供能。LC还能增加NADH细胞色素C还原酶、细胞色素氧化酶的活性、加速ATP的产生，对于各组织缺血缺氧，LC通过增加能量产生而提高组织器官的供能。
3.2减少缺血区神经细胞死亡在LC对大鼠缺血性脑损伤疗效评价研究中[8]，设计比较在同等实验条件下治疗前使用LC对缺血的神经做预处理，使用大鼠短暂的大脑中动脉闭塞/MCAO模型来评估LC在急性脑缺血损伤中的保护作用。研究结果表明，LC减少神经细胞死亡，减少大鼠缺血后梗死面积。
缺血后过多的谷氨酸释放、兴奋性神经递质释放增加，产生兴奋毒性作用，加重梗塞区细胞坏死[9]。Bohlke[10]对大鼠的脑梗塞模型实验，使用ALC组纹状体谷氨酸释放减低，实验组大鼠梗塞灶减少，提示肉毒碱可能减少缺血区神经细胞死亡。
然而，张瑞，张鸿[11]研究建立PC12细胞培养模型研究LC和ALC在体外对缺血性脑损伤的神经保护作用，同时建立大鼠短暂的大脑中动脉闭塞/MCAO模型研究LC和ALC对急性局灶性脑缺血再灌注损伤在体内的保护作用。结果表明，在体外，LC和ALC的预处理都减少氧糖/OGD诱导的细胞损伤，并降低缺糖诱导细胞凋亡和死亡；在同一时间，他们都增加了超氧化物歧化酶/SOD的活动，ATP酶活性，并丙二醛/MDA的浓度下降；在体内，仅ALC减少了大鼠缺血后梗死面积而LC则没有。因此，LC和ALC治疗前预处理在体外对缺血性脑损伤的预防非常有效，但是，在体内只有ALC具有缺血后的神经细胞损伤的保护作用。研究尚需进一步探索其体内外差异的原因，确定其在临床应用价值。
3.3减少血管损伤血栓造成缺血事件中，血小板不但自身参与血栓形成，并且血小板可以激活血管损伤部位的基质金属蛋白酶-2/MMP-2，MMP-2是降解细胞外基质最重要的酶类，其表达与活性增强会导致蛋白酶释放使血管损伤部位形成血栓[12]。MMP-2放大了血小板的活化反应，是血栓形成的一个至关重要的因素。蔡鸿、易韦[13]在左卡尼汀对急性脑梗死患者的临床研究中发现左卡尼汀在脑梗死早期可降低血浆中基质金属蛋白酶MMPs水平，而且大剂量左卡尼汀比小剂量表现更优越，提示其作用呈现剂量依赖。其可能的机制是左卡尼汀在脑梗死早期适时为组织的有氧氧化提供了条件，减少血管损伤，减低基质金属蛋白酶的激活，达到减轻脑损伤的治疗目的。
3.4对血脑屏障明显的保护作用缺血损伤后血脑屏障通透性改变参与了损伤后缺血区炎症反应、神经元死亡、血管新生的病理过程[14]。缺血造成血脑屏障通透性增加和破坏导致缺血后瀑布式级联反应，最终基质金属蛋白酶/MMPs等蛋白酶参与，组织破坏。MMP是脑缺血后破坏血脑屏障的主要因素之一[15]。
新观察研究LC对大鼠脑缺血再灌注损伤后血脑屏障的保护作用[16]，设计将雄性大鼠随机分为5组：假手术组、模型对照组、LC低剂量组、LC中剂量组、LC高剂量组，采用线栓法制作大鼠脑缺血再灌注模型，用干湿重法测定缺血脑组织含水量；经尾静脉注射伊文思蓝观察血脑屏障的通透性；电镜观察血脑屏障的变化；Western杂交技术检测基质金属蛋白酶9/MMP-9的表达。结果显示脑缺血再灌注24小时，与对照组相比，模型组缺血侧脑含水量明显升高，通过电镜观察大脑皮层区域血脑屏障破坏严重，毛细血管周围大片水肿，脑组织MMP-9表达明显增加；而应用LC处理的大鼠其缺血脑组织含水量明显减少，通过电镜观察血脑屏障破坏减轻，毛细血管周围水肿减轻，伊文思蓝含量明显增加缺血侧伊文思蓝含量较对照组明显降低、MMP-9表达水平也明显低于对照组。且研究发现LC低剂量组与中高剂量组有显著性差异，但中高剂量组间无显著性差异，提示LC对缺血再灌注后血脑屏障的保护作用呈现剂量依赖，LC对大鼠脑缺血再灌注损伤后的血脑屏障具有保护作用。
左卡尼汀治疗急性脑梗死患者临床实验中[17]，采用血浆MMPs变化以及神经功能缺损评分和意识障碍评分采集数据。发现：急性脑梗死患者静脉滴注不同剂量的左卡尼汀均降低血浆MMPs水平，高剂量左卡尼汀明显低于低量组，给药2组均低于对照组，但治疗后神经功能缺损评分和意识障碍评分高剂量左卡尼汀组较低量组差异无统计学意义。提示左卡尼汀可能通过降低脑缺血后血浆基质金属蛋白酶水平，对急性脑梗死患者有潜在的较好的神经保护作用，但是药物剂量高低，其临床疗效无差别，临床结果尚需进一步验证。
肉毒碱作为改善代谢的营养制剂，现在成为脑保护治疗的热点。本文综合分析目前肉毒碱在国内外研究进展发现虽然缺乏临床大样本、随机、多中心的研究报告，但是目前动物实验、一部分小样本临床证实已其脑保护作用，其临床应用前景广阔。
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