神经外科

动脉瘤性蛛网膜下腔出血后早期脑损伤机制研究现状

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2022-06-26
导读

         动脉瘤性蛛网膜下腔出血(aneurysmalsubarachnoid hemorrhage,aSAH)是一种临床比较常见的出血性卒中亚型,约占自发性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)的85%,主要发病年龄在50岁左右,而女性约是男性的6倍。在过去30 a间,随着神经重症监护病房、临床诊断及神经显微外科等综合治疗水平的不断提高,其病死率已由50%逐步下降至35

关键字:  脑损伤 

        动脉瘤性蛛网膜下腔出血(aneurysmalsubarachnoid hemorrhage,aSAH)是一种临床比较常见的出血性卒中亚型,约占自发性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)的85%,主要发病年龄在50岁左右,而女性约是男性的6倍。在过去30 a间,随着神经重症监护病房、临床诊断及神经显微外科等综合治疗水平的不断提高,其病死率已由50%逐步下降至35%。但幸存者往往会留下永久性残疾、认知功能缺陷、日常行动减慢等后遗症,严重影响患者基本生活。

        既往普遍认为脑血管痉挛是影响aSAH患者预后的重要因素,但最近几年研究证明脑血管痉挛的降低并不能改善患者的预后,并通过大量aSAH的临床研究,将焦点已经转移到出血后早期,并认为这个阶段可能与患者预后不良存在密切关系,并将aSAH后前72 h内的病理事件命名为早期脑损伤(early brain injury,EBI)。最先关注到这方面并提出想法的是KUSAKA等,越来越多的专家学者也认同这个观点,EBI已成为神经领域的研究热点。本文对影响aSAH预后的EBI潜在机制进行综述,以求为临床采取相应的干预措施提供一定的理论基础,改善患者预后并提高生活质量。

1.颅内压升高和脑微血管功能障碍

        随着颅内动脉瘤突然破裂后血液急速涌入蛛网膜下腔,颅内压快速升高,而脑血流量(cerebralblood flow,CBF)减少,从而造成脑组织灌注不足,导致一过性脑缺血和潜在死亡。颅内压升高的主要机制包括脑脊液循环障碍、脑血容量增加和血管神经麻痹等。颅内压升高是aSAH发生后最先出现的生理反应,通常会造成脑灌注压明显降低,进而造成脑血液短缺;其次血液形成的血凝块使脑脊液循环系统受阻,形成梗阻性脑积水,二者的叠加作用使颅内压增加,并使其维持在高水平上,致急性全脑缺血的发生。

        研究证实水通道蛋白4(aquaporin-4,AQP4)分泌异常与脑水肿有关,主要是由于炎性因子(TNF-α、IL-1β等)促进AQP4过度的分泌,最终导致EBI。此外,脑微血管系统在脑部血液调控方面处在核心位置而发挥重要作用,越来越多的证据表明微血管功能障碍与EBI 有关。研究表明在aSAH后24~96 h会出现神经血管偶联的倒置,激活的神经元细胞引起小动脉的血管收缩反应,造成神经元能量需求和血流之间不匹配,可能进一步加剧脑损伤。

        且在aSAH后可观察到脑微血管内的结构和细胞变化,如起源于血管壁的微绒毛形成气泡,从基膜分离并阻塞管腔;基底膜的暴露、触发血小板及血细胞引起微血栓和神经炎症形成。颅内压升高和脑微血管功能障碍在一定程度上影响着aSAH预后,但目前还无相关干预措施能够通过降低颅内压及改善脑微血管功能障碍等来改善患者预后。

2.血-脑屏障(BBB)破坏

        大量研究表明,血-脑屏障破坏和神经炎症是导致EBI的两种主要病理机制。BBB破坏可以引起脑血肿,主要是由于在aSAH后血管内皮和血管胶质细胞功能障碍进而破坏血脑屏障,使得血管内各种物质通过血管壁渗透到脑实质,引起脑积水,从而导致EBI。研究发现血脑屏障完整性破坏主要与基质金属蛋白酶(MMPs)有关,尤其是MMP-9已经成为BBB破坏研究的核心,活性氧和促炎因子促使MMP-9分泌增加,且已有研究表明,MMP-9与EBI程度有关。此外,神经胶质细胞在炎症的刺激下可以分泌糖蛋白(sonic hedgehog,Shh),其在保护血脑屏障的结构完整性起到重要作用。

        血脑屏障破坏及血管通透性增加可导致脑水肿,同步使得潜在有毒血液成分及炎症细胞渗入脑实质内,加重脑损伤。另外,最新研究发现a-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体的激活(AMPAR)在aSAH后血脑屏障功能紊乱中也起着重要作用,AMPAR激活是aSAH后EBI的一个重要的潜在机制,并提出非选择性AMPAR拮抗剂潘生丁可以抑制EBI。此外,有研究发现解决素D1(RvD1),这是一种脂类介质,具有抗炎和保护神经的功能,通过调控A20和NLRP3炎症因子,对aSAH后炎症引起的血脑屏障破坏起到保护作用。因此,对EBI与BBB之间机制和信号通路研究,将为治疗aSAH提供新的治疗策略。

3.细胞凋亡

        细胞凋亡在aSAH后EBI中同样扮演着重要作用,并与神经功能的恢复程度存在密切关系。细胞凋亡是一种程序化的、不可逆的自我损伤过程,其中神经元细胞的凋亡被公认为是EBI发展过程中的重要一步,通过抑制神经元细胞的凋亡可以起到神经保护的作用。

        最近研究发现,EBI可能与铁性下垂有关,而铁性下垂是指一种铁依赖的程序性细胞死亡形式,主要形态是线粒体缩窄、线粒体膜密度增加、线粒体外膜损伤,其潜在机制可能是通过抑制脂质过氧化来起到神经保护作用。此外,平衡核苷转运体1(NBT1)通过减少aSAH后NLRP3炎症小体表达的NLRP3和Caspase-1,促使促炎因子IL-1β水平降低,减轻神经元变性和凋亡,从而改善患者短期神经功能。

        CHEN等研究表明NBTI也许能通过ENT1/NLRP3/Bcl2信号通路在动物SAH后EBI中发挥神经保护作用。DAI等研究发现,肝X 受体(LXR)激动剂T0901317可改善aSAH后的短期和长期神经功能缺损,部分可通过LXRs/IRF-1/PUMA/Drp1 信号通路减轻aSAH 后EBI 的神经细胞凋亡。通过对细胞凋亡病理机制研究,将进一步寻找到新的治疗靶点。

4.自噬

        自噬是真核细胞自身的一种具有神经系统保护特点的降解途径,主要通过清除构型错误的蛋白质以及老化、功用失调和受损的细胞器等来保持细胞功能正常运转。动物实验发现小鼠大脑缺血缺氧可致神经元细胞出现损伤,引起自噬现象,同时自噬的激活可能发挥保护神经元和缓解大脑缺血的作用。

        自噬在神经系统保护领域方面起到重要作用,表现为降低细胞坏死、减轻脑肿胀程度,明显改善血-脑屏障功能和神经系统功能等。实验观察到线粒体功能障碍可能会促进aSAH后未成熟自噬小体的大量产生,这些未成熟的自噬小体和功能障碍的线粒体形成协同作用,促进细胞凋亡。此外,成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)可以通过激活P13K/AKT通路来抑制自噬水平,从而起到神经保护作用,减轻aSAH后EBI的严重程度。

        自噬是维持内稳态的重要生理过程,但是在某些特殊环境影响下,自噬则会促进细胞凋亡,说明自噬有双重作用,反应适度可以促进细胞生存,相反过量或者过少可能促进细胞死亡。因此,更需要对自噬在aSAH后EBI中的具体机制进行研究探索。

5.氧化应激反应

        氧化应激反应在EBI形成的进程中同样占据重要位置,这可能与aSAH后大量红细胞裂解的产物有关。在aSAH后血红素氧化酶快速升高,发挥作用主要是使血红素降解为胆绿素、NO及Fe2+,并且一过性的脑缺血、缺氧也能产生Fe2+,二者叠加作用造成大脑细胞中的铁离子积聚。而急性脑缺血和缺氧会造成细胞内电子传递链功能障碍,大量超氧负离子从线粒体转移到细胞内,使Fe2+在超氧负离子以及过氧化氢物等因素下氧化后成为羟基自由基,而羟基自由基是目前研究发现人体最活泼的自主基,其有着很强的氧化应激损伤功能。

        研究发现细胞DNA易受到氧化应激反应的影响,aSAH后会产生大量有毒氧自由基,引起DNA破坏,从而引起细胞凋亡和血-脑屏障破坏等病理生理变化,最终导致EBI 形成。研究表明,铁螯合剂(去铁胺、环磷酰胺)可通过结合作用减少铁离子产生,明显减少羟基自由基的产生和氧化应激所带来的损伤,从而减轻EBI。

        研究发现内质网过度应激会引起钙释放和氧化应激,进而引起一系列联级反应,导致炎症和细胞凋亡。并且在内质网过度应激时会诱导小胶质细胞激活和白细胞渗入大脑,引起脑损伤。因此,通过对氧化应激在EBI形成中机制的研究,有利于改善aSAH后EBI,提高患者生存质量。

6.线粒体功能障碍

        在过去的几十年里,线粒体功能障碍已经被公认为是aSAH后EBI的有害因素,并与患者神经功能恢复程度密切相关。线粒体主要为细胞功能正常提供能量,在神经功能和神经细胞方面发挥着重要作用。研究证实,线粒体功能障碍主要包括ATP供应、细胞内钙浓度、细胞死亡相关蛋白活性、还原氧化电位和清除自由基的变化都是导致脑损伤的原因。

        研究发现,线粒体通过生物发生使DNA复制增强,调节氧化磷酸化,促进ATP的生成;相反,线粒体过度分裂打破动态平衡,导致大量ROS的产生则会引起细胞凋亡。说明线粒体生物发生和裂解在维持线粒体功能和内环境稳定方面发挥积极作用。此外,热休克蛋白22(hsp22)通过激活TFAM诱导的线粒体生物发生,以AMPK-PGC1α依赖的方式阻断DRP1介导的线粒体凋亡,减轻线粒体功能障碍,起到保护神经功能作用。因此,迫切需要进一步研究线粒体功能障碍在EBI的发生机制,寻求通过阻断线粒体裂解或者功能障碍,减轻aSAH后EBI以改善患者预后。

7.神经炎症

        在aSAH发生后,渗入蛛网膜下腔中的红细胞(RBC)裂解释放出许多能引起炎症的内源性物质,同时在短暂性脑缺血的双重作用下,细胞内炎症路径被激活并引起炎症介质大量合成和释放,最终导致脑水肿。此外,血脑屏障结构损坏致其通透性增强,小胶质细胞和白细胞自由通过并渗入大脑,进一步加重炎症反应,导致患者出现不可逆的神经功能缺陷。

        Toll样受体-4(TLR-4)信号传递通路在aSAH后EBI的神经炎症中有独特作用,TLR4和其他免疫细胞表面识别受体(PRR)激活能引起下游炎症信号级联反应的激活,相反则会抑制炎症因子释放。

        研究发现神经炎症与小胶质细胞的激活密切相关,aSAH后大量小胶质细胞快速被激活并释放炎症因子(TNF-α、IL-1α、IL-C1q),引起神经炎症和神经元死亡。动物模型研究发现,一些促炎因子包括(IL-1β、IL-6、TNF-α)在aSAH后脑脊液和血清中短时间内升高,通过触发一系列正反馈通路加强脑损伤,最终导致血-脑屏障破坏,此外,小胶质细胞可通过激活神经胶质细胞来发挥促炎作用,使脑损伤程度加重。

        以上研究结果表明,小胶质细胞、促炎因子等是aSAH后不良预后的重要因素。因此,应深入研究是否可以利用药物靶点治疗或者干预炎症反应进程,从而减轻EBI,提高患者生存质量。

8.皮层扩散性去极化

        皮层扩散性去极化(cortical spreading depolarizations,CSD)通常指神经元和神经胶质细胞在大脑皮质出现的一种病理波,已经被证实是EBI的重要因素,70%的aSAH患者存在CSD。最近一项研究证明,CSD与aSAH后患者早期出现的局灶性脑损伤有一定关系,并且蛛网膜下腔的血液积聚是诱发CSD的充分病理条件,在脑沟血块的厚度可能与扩散程度和反复性有关。

        研究证明,弥漫性去极化是aSAH后血液聚积,大脑皮质相对应的病理生理反应,可能是CSD引起缺血中心出现细胞内Ca2 +和Na2+、细胞外K+增加,血红蛋白及谷氨酸外溢到细胞间隙,随后短时间内自发出现扩散性去极化导致最终的皮层广泛扩散。此外,CSD还能引起细胞水肿、细胞外液减少等。对CSD采取相应干预措施,也许能改善aSAH后EBI。

9.讨论

        在过去几十年中,影响aSAH预后的EBI机制的研究重点一直放在脑血管痉挛和迟发性脑损伤上,既往广泛认为脑血管痉挛和迟发性脑损伤才是影响aSAH患者预后的重要因素,但近年来,脑血管痉挛的干预并不能达到预期的期望。相反,发现aSAH出现后前72 h的病理变化对患者预后起到重要作用,随着越来越多专家将研究方向转移到这个领域,并将这一时间段的病理事件命名为EBI。

        但研究证实,EBI的病理机制较为复杂,目前发现的潜在机制包含颅内压增高、脑微血管功能障碍、BBB破坏、神经细胞凋亡、自噬、氧化应激反应、线粒体功能障碍、神经炎症、皮层扩散性去极化等,这些研究机制既包括宏观也包括微观。通过研究机制发现EBI是一种综合的全面的全脑损伤,目前机制多数都是临床前或者动物实验,且对机制的信号通路也有涉及,但依旧没有明确的结论。

        未来应从动物实验走向临床实验,并渗入信号通路的具体路径,寻求深入解析aSAH后EBI的产生机制,指导临床医治并采取相应干预方法,改善患者预后。尽管由于专业的神经危重症科和神经重症监护室的快速发展,但aSAH后患者的预后依然较差。近年来更多倾向于EBI才是影响aSAH预后的重要原因,EBI已经成为神经外科领域临床研究新的前沿。基于目前EBI的发病机制,未来研究应集中于通过对各发病机制通路或者标志物研究,以达到对aSAH患者预后的早期发现和干预治疗。

        来源:焦恒星,郭鑫,张越林.动脉瘤性蛛网膜下腔出血后早期脑损伤机制研究现状[J].中国实用神经疾病杂志,2022,25(03):376-380.

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