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（long?term 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经元胞质中的Ca2+增加所致。LTP的诱导和形成机制，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的诱导机制发生障碍［3］。缺氧缺血激活NMDA受体，使Ca2+内流，激活了Ca2+依赖性核酸内切酶，使染色体DNA断裂成180～200 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］。星形胶质细胞对缺血神经元的作用是双相的，星形胶质细胞一方面对神经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（GSH?PX）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抑制剂和氧自由基清除剂可降低脑缺血性损伤的程度。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β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。
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