脑缺血后神经元程序性死亡与迟发性神经元坏死及相关基因的研究进展

【关键词】  脑缺血

　　近年来研究发现神经元程序性死亡（PCD）是脑缺血损伤过程中神经元死亡的一种形式，特别是在迟发性神经元死亡（DND）中起十分重要的作用。本文综述了脑缺血后神经元程序性死亡与迟发性神经元死亡发生的过程及可能的影响因素以及相关基因表达的改变。

　　1  程序性细胞死亡

　　程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD）是细胞接受某种信号后或受到某种因素刺激后的一种主动的、以细胞DNA早期降解为特征的自杀过程，于1951年在研究动物发育时被发现。它与1972年kerr等提出的细胞凋亡（apoptosis）并不是一个概念，细胞凋亡是指有特征性形态行为及生化表现的一种细胞死亡方式，包括细胞皱缩、染色质浓集、核酸内切酶活化等特点。严格地说，PCD是功能性概念，而凋亡为形态学概念；PCD说明基因调控细胞死亡过程，而凋亡则是对多种途径引起的一系列特征性生化变化的概括。但研究发现，主动性细胞死亡同时符合PCD和细胞凋亡的定义，因此常将二者视为同一概念［1］。

　　1．1  细胞凋亡的基本特征  细胞凋亡或PCD与坏死的本质区别在于前者是一个主动的死亡过程，伴随基因转录和蛋白质合成。特殊性的变化是DNA的寡核小体间裂解，在凝胶电泳时呈现特征的“DNA梯”。细胞凋亡的形态学特点是：（1）在大多数情况下影响的是分散的个体细胞。（2）凋亡的细胞表面皱缩，失去细胞间连接，体积缩小；细胞膜起胞或芽变，胞质浓缩；染色质收缩，浓集于核膜附近，形成新月样结构。（3）在凋亡发生后的相当一段时间内核膜保持完整，细胞器不受影响。（4）凋亡一旦开始便迅速进展，细胞裂解成小碎片，由膜结构包裹内含碎裂的染色质、完好的细胞器，此为凋亡小体。凋亡小体很快被巨噬细胞或组织细胞所吞噬，并被进一步降解、利用。（5）整个过程不伴炎性反应，不伴细胞内容物的释放，溶酶体似乎不参与凋亡过程［2］。目前大多数学者都结合以下3个条件做出凋亡的判断：（1）具备凋亡的形态学特点；（2）3′―OH末端标记法阳性；（3）电泳时呈现“DNA梯"样模式。细胞坏死是在理化或生物等外界因素的作用下发生的病理细胞死亡，显示被动杀死的特点，常是组织中成群细胞同步发生的。其形态学特征是内质网扩张，线粒体肿胀，溶酶体破坏，细胞膜破裂和细胞质外溢。其DNA是被溶酶体中的DNA酶随机切割，所以在琼脂糖凝胶电泳上表现为弥散拖尾的方式。而且，坏死的细胞成分在邻近组织中可引起炎症反应。虽然凋亡与坏死是两种不同的细胞死亡方式，但有时两者却存在着诱导剂量的相关性［3］。说明两者有一定程序的统一性。

　　1．2  PCD与迟发性神经元坏死的关系  神经系统的细胞死亡可通过多种机制发生并已被描述为凋亡或坏死两种不同方式，分别涉及主动和被动细胞机制［4］。脑组织长时间缺血后发生梗死时出现神经元和胶质细胞的快速死亡（数分钟至数小时）；而缺血中心区周围则为一缺血性半暗区，呈现为选择性神经元缺失，且需时较长［5］。更迟发生的迟发性神经元缺失在中度缺血数天才发生，因此称为迟发性神经元死亡（delayed neuronal death，DND），虽然早在20世纪80年代初就已明确提出脑缺血再灌注（cerebral ischemia reperfusion）损伤中存在迟发性神经元死亡［6］。但将DND与PCD相结合却是在20世纪90年代才开始。近年来，许多学者利用在体脑缺血动物模型进行大量研究，从形态、生化和基因等多种角度证明，PCD存在于脑缺血再灌注损伤中，特别在迟发性神经元死亡中起十分重要的作用［7，8］。

　　2  缺血神经元的细胞凋亡

　　无论是在全脑缺血还是局灶性脑缺血模型都有不少报道论及抑制蛋白质合成能减少脑缺血后迟发性神经元损伤，提示缺血性神经细胞死亡涉及大分子的合成，不完全是一种被动的坏死过程。

　　2.1  全脑(或不完全性)缺血  Macmanus［9］发现短暂性脑缺血的DNA裂解者呈现“DNA梯”。缺血后极短时间内高倍镜下可见濒死神经元核周染色质浓缩形成环状、斑片状或新月状，并有许多凋亡小体附于胞核［10，11］。沙士鼠双侧颈总动脉夹闭与5min再灌注、细胞凋亡主要见于CA1区。从再灌注48h至缺血后7天，能见到典型的“DNA梯”、3-OH标记法阳性细胞和特征性的形态学变化［12～14］，沙士鼠的10min短暂性前脑缺血再灌注，细胞凋亡也是见于海马CA1区，但于缺血12h即出现，48h达高峰，96h也可测出。细胞凋亡于CA1区的出现提示它可能与该区迟发性神经元丢失有关。核小体间DNA裂解表现早于大体组织学改变，提示DNA裂解可能是大体组织学改变的原因［15］。

　　2.2  局灶性脑缺血  Linnik［16］等在大鼠局灶性脑缺血模型的缺血区检测到了凋亡特征性的“DNA梯”样染色质改变，同时通过蛋白质合成抑制环己酰胺的脑室灌注能明显减少梗死面积。Li等人［17，18］利用原位缺口终端标记的方法显示了局灶性脑缺血时的神经元凋亡，5μm厚的鼠脑冠状切片上，对照组有0～3个凋亡细胞；大脑中动脉缺血不同时间后，再灌注48h取脑观察，10～20min的缺血能见到10～20个凋亡细胞，分布在选择性坏死区、视前区和纹状体，30～60min缺血时有30～60个凋亡神经元，亦分布在皮质的选择性坏死区，缺血90～120min可见70～200个凋亡细胞分布在梗死边缘带的内缘皮质、纹状体、海马和嗅结节。笔者在另一篇文章里报道了局灶性脑缺血，再灌注损伤的细胞凋亡与再灌注持续时间的关系。利用同样的动物模型，缺血2h再灌注0.5h～28天，发现再灌注0.5h即可出现凋亡细胞的增多，再灌注24～48h达高峰，持续再灌注28天，成群的凋亡细胞在梗死周边的内缘。缺血组织DNA凝胶电泳能见到特征性的“DNA梯”。结合免疫细胞化学方法证实凋亡的细胞大部分为神经元(占90%～95%)，部分为星形胶质细胞，提示脑缺血时细胞凋亡是一个不断发生的动态过程。这说明在局灶性脑缺血时有凋亡性神经元死亡伴随着神经元坏死，并且这种凋亡性神经元死亡主要分布在中度至重度缺血区域的半暗带附近，如能阻止这一过程可能阻止梗死范围的扩大。转贴于 酷文网-论文下载中心 http://www.coolwen.net