脑缺血神经元凋亡的研究
【文献标识码】 A 【文章编号】 1680-077X(2003)10-0879-02
细胞凋亡是细胞接受某种信号后的一种由一些相关基因相互作用的以细胞DNA早期降解为特征的主动性自杀过程。缺血性脑损害过程中，由于血液供应中断后，氧及葡萄糖供给缺乏，能量耗竭而诱发一系列的细胞内代谢异常，最终导致神经元坏死或凋亡。近年对细胞凋亡的控制机制以及信号传递系统从分子水平上进行了深入的研究，发现多种基因及其表达产物都与细胞的死亡过程有极为密切的关系，现阐述如下。
细胞凋亡是一种基因控制的细胞自主性的死亡过程，是维持内环境稳定的重要机制之一，在病理情况下的细胞凋亡过程是由明显的诱导因素诱发的，细胞凋亡的发生均需启动与之相关的基因，决定细胞的生死命运。新近研究提示:在半暗带恶化过程中，神经细胞死亡及由此导致的不可逆性损伤病灶的进一步扩大，可能主要是通过细胞凋亡来实现的。越来越多的证据证明 [1] :脑缺血除了存在一种主动性的程序性细胞死亡过程，在耐受细胞内存在一种平行的主动性神经元存活过程，这两种相反的级联过程均由基因表达调控，在神经元生存机制中，研究较多的是癌基因Bcl-2，认为它在抑制凋亡中起重要作用。
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1 Bcl-2s，Cytc，Caspase
吕晓红 [2] 利用PCR方案观察了细胞凋亡相关基因Bcl-x和ICE在NNLA干预后局灶性脑缺血鼠脑组织中的表达水平，结果认为:在脑缺血再灌注过程中，Bcl-x通过其表达量的增加，具有抑制细胞凋亡的作用，Bcl-x有可能通过抑制ROS激活ICE的过程或直接抑制ROS生成达到抑制凋亡的作用。ICE的基本作用是参与对IL-1前体的翻译加工，目前已知该酶参与了细胞凋亡信号的传递，其中蛋白酶起核心作用。郭玉良 [3] 等人采用原位末端标记法和免疫组化法研究结果认为:脑缺血再灌注损伤中凋亡是血管内皮细胞的死亡形式之一，Bcl-2蛋白具有抑制缺血再灌注后血管内皮细胞凋亡的作用。目前认为:Bcl-2基因是与缺血性脑损伤后细胞凋亡关系最密切的调控基因。徐忠信 [4] 等人报道:缺血性脑损伤所致细胞凋亡受许多因素控制，近年研究表明:白细胞介素1β转化酶(ICE)基因家族在细胞凋亡中起重要作用具有中心效应。研究结果认为:局灶性脑缺血再灌注过程中ICEmRNA表达增加，促进细胞凋亡，ICE参与局灶性脑缺血再灌注神经细胞凋亡的调控。ICE是ICE/CED-3蛋白酶家族的重要成员
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，脑缺血后，脑内ICEmRNA表达增加，ICE在细胞凋亡中的作用机制尚未完全清楚，其参与凋亡因素的关系很复杂，需进一步研究。
对线虫遗传学研究表明 [5] :细胞凋亡的调节必须有CED-3:CED-9和CED-4三个基因的参与。CED-3基因激活可促进凋亡，二者间作用的细胞内的白介素1β转化酶(ICE)蛋白酶家族与CED-3基因产物CED-3高度同源 [6] 。活化该家族蛋白可促进细胞凋亡。因该家族蛋白酶具有均为半胱氨酸蛋白酶和特异酶切Asp氨基位点两大特点，故又称为Caspase蛋白酶家族，其中Caspase激活后导致多种细胞死亡，又称“死亡蛋白酶”。Bcl-2，Cyt-C(细胞色素c)和Caspase蛋白酶为细胞凋亡所需的3个效应器。Bcl-2抑制细胞凋亡，细胞在各种促凋亡刺激下释放Cyt-c，可激活凋亡所需的Caspase蛋白酶。细胞凋亡过程与众多因素有关，包括线粒体及细胞色素e、转录因子，Bcl-2家族蛋白，Caspase。细胞凋亡分为3个阶段[7] :①死亡信号的传递;②凋亡的调控与执行;③凋亡特征性结构改变。凋亡的控制与执行阶段至少4种成分参与:CED-3/Caspase、CED-9/Bcl-3s、CED-4/Apaf和线粒体。近年文献报告:脑缺血后将发生迟发性神经元死亡，尤其在所谓“缺血半暗带”。研究提示:迟发性选择性细胞死亡主要是通过细胞凋亡完成的。Bcl-2s、Cyt-c和Caspase3者之间相互作用，共同参与细胞凋亡的调控和执行 [8] ，Bcl-2s对Cyt-c的释放具有最明显的调控效应，根据Bcl-2s对细胞凋亡的作用，可将其分为相互对立的两大类蛋白:①抗凋亡作用的Bcl-2、Bcl-x等。②促凋亡作用的Bax、Bak、Bcl-Xs等。Bcl-2是作用于线粒体外膜上的一种蛋白，可阻止Cyt-c从细胞线粒体释放，从而抑制细胞凋亡的发生，在细胞凋亡时，胞浆内Cyt-c的浓度升高，而线粒体内Cyt-c浓度相应降低，这种变化发生于Caspase激活和DNA裂解之前。Shimizu [9] 指出:促凋亡蛋白Bax和Bak通过促进VDAC开放而诱导Cyt-c从线粒体释放，抗凋亡蛋白Bcl-X 1 则通过与VDAC直接结合而关闭VDAC来阻止Cyt-c释放，Casˉpase抑制因子并不能阻止几种凋亡刺激因素所诱导的Cyt-c释放，这提示Cyt-c可能在Caspase上游调节细胞凋亡。
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2 CO、NO、PKC、APE
Cyt-c氧化酶(CO)为逆电子复合物IV，在细胞的有氧代谢和氧化磷酸化藕联中起着重要作用。近年报道 [10] :脑缺血缺氧后会出现相应区域CO活性下降，神经元缺失或出现相应的行为学改变。研究表明:CO活性与神经元的凋亡和脑正常功能有密切相关。最近许多学者 [11] 利用动物模型进行了大量研究认为:神经元凋亡存在于缺氧缺血性脑损伤中，特别是在迟发性神经元死亡中起重要作用。余刚采用线栓制备大鼠局灶脑缺血再灌注模型 [12] ，结果再灌注4h蛋白激酶C同功酶(Pecr.γ)及神经元凋亡明显升高，结果认为:Pkcr.6的异常表达与神经元坏死、凋亡有密切的联系。研究表明:Pkc是Ca 2+ 和磷脂酰丝氨酸依赖的蛋白激酶，它催化各种蛋白质底物上的丝氨酸或苏氨酸残基，使其磷酸化，是信号通路的中心分子之一。Pkcy蛋白表达的变化规律与细胞凋亡的变化规律及分布基本一致，这说明Pkcr可能直接参与调控神经元一致凋亡，Pkcr在不同时期显持续高表达状态。Pkcr的直接底物之一是“Caspase-3”，而Caspase-3直接调控凋亡的发生发展，被称为“凋亡的执行者”。Pkcr的激活，促使兴奋毒性氨基酸释放增加，加重缺血性神经元毒性损害，引起神经元坏死或凋亡。李小玲 [13] 研究报道:脑缺血后，半暗带区氧化还原因子-1(APE-1)蛋白免疫活性下降和DNA修复机制的失败，考虑与局灶性脑缺血半暗带区细胞凋亡的发生有关。在缺血性损伤的脑组织中，由于兴奋性氨基酸增加，Ca 2+ 内流增加，产生大量的自由基，导致一系列氧化应激瀑布反应，造成了DNA的损伤，Ref-1蛋白酶免疫活性同时下降，造成了DNA修复功能丧失，导致细胞凋亡的发生。目前对急性缺血性脑损伤引起Ref-1蛋白表达下降的确切机制尚不清楚。
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3 其他
冯涛采用单侧大脑中动脉近端电凝术建立成年大鼠持续性局灶脑缺血模型 [14]，持续性局灶性脑缺血后活化小胶质细胞主要分布在梗死灶周边区，可能对缺血后神经元凋亡产生作用。另外细胞和组织的DNA损伤修复是影响细胞存活和死亡的主要原因 [15] ，Fas和TNF-α是经典的细胞凋亡信号分子，它们与细胞膜上的死亡受体结合，激活Casˉpase级联系统，启动程序性细胞死亡，在脑缺血和血管受损时，TNF及其受体表达上调，介导脑缺血凋亡性细胞死亡。受损的细胞产生大量血小板激活分子、TNF-α等炎性介质 [16] ，诱导内皮细胞表面粘附分子表达。脑缺血生物能衰竭后使细胞快速死亡 [17] 。这些致命区和正常区之间存在半暗带，此区勉强保持血流以进行新陈代谢，即快速的去极化，细胞凋亡使该区迅速发展成梗塞灶。
细胞凋亡的概念、发生机制及其在疾病中的作用一直是近年来的研究热点，缺血性脑损害存在神经元凋亡，其机制复杂多样。凋亡机制不是只有一条或几条死亡途径共同起作用，特定的蛋白酶可能在特定的凋亡阶段发挥功能，每一种或几种关键的蛋白酶起作用。另外，不排除一种蛋白酶参与凋亡不同时期的可能性，脑缺血后神经元凋亡，由不同因素决定，据此可以选择不同的治疗方法，使缺血性脑卒中的临床治疗更加有效。
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参考文献
1 王宇卉.缺血性脑损伤后神经元存活机制.国外医学·神经病学 神经外科学分册，2001，28(2):68.
2 吕晓红.局灶性脑缺血再灌流过程中凋亡细胞相关基因的研究.中风与神经疾病杂志，2001，18(2):70.
3 郭玉良.脑缺血再灌注后血管内皮细胞凋亡及其Bcl-2表达的关系.中风与神经疾病杂志，2001，18(3):153.
4 徐忠信.大鼠局灶性脑缺血再灌注Icrmrna表达动态变化研究.中风与神经疾病杂志，2001，18(1):312.
5 Chinnaiyan AM，D’Rourkek，LaneBR，et al.interaction of CED-4with CED-3andCED-9:amolecular framework for cell death science，1997，275(5303):1122-1126.
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6 Dirmag LM，Ladecolac，Moskonwitz MA.Pathobiologyofischacmistroke:aninterge atedview.Tre nds Neurosci，1999，22(9):391-392.
7 Schuiz，Weller M，Meskonitz MA.Caspases as treatment targets instroke and neurodegenerative diseases.Ann Neurol，1999，45(4):421-429.
8 Shimizus Narita M，Tsujimoto Y.Bcl-2family proteins reglulate the reˉlease of apoptogenic cytochromeC by the mite chondrial channel VDAC.Nature，1999，399(6735):483-487.
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9 ShimizuS，NaritaM，TsujimotoT.Bcl-2familyproendscell Biol，1998，8(8):324-330.
10 唐涛.细胞色素C氧化酶与缺血性神经元损伤.国外医学·神经病学神经外科分册，2001，8(1):312.
11 姚瑜.一氧化氮与缺血性脑损伤的神经元凋亡.国外医学·脑血管疾病分册，2001，9(1):8.
12 余钢.缺血再灌注蛋白激酶C同Z酶表达与神经元凋亡关系的研究.中风与神经疾病杂志，2001，18(4):196.
13 李小玲.鼠脑缺血时氧化还原因子-1蛋白的表达.中华神经科杂志，2001，34(4):242.
14 冯涛.大鼠持续性脑缺血后小股质细胞变化及其与神经元凋亡的关系.中风与神经疾病杂志，2001，18(4):202.
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15 徐广润.DNA损伤修复与缺血神经元.国外医学·神经病学神经外科学分册，2001，28(3):197.
16 Ladecola C，Salkouski CA，Zhang E，et al.The transcription factoe inˉterferon regulatoey factor is expressed after cerebral ischemia and contrˉbutes ofischemic brain injury.T.EXPMed，1999，189(4):719-729.
17 Siesjo BK，Elmer E，Sanelidze S，et al.Role and mechanisms of secˉondary mitochondrial failure.Acta N
eurochir Suppl(Wien)，1999，73:7-13.
作者单位:300250天津市第三医院
(收稿日期:2003-05-22)
(编辑 纪永健), 百拇医药(兰虹)
细胞凋亡是细胞接受某种信号后的一种由一些相关基因相互作用的以细胞DNA早期降解为特征的主动性自杀过程。缺血性脑损害过程中，由于血液供应中断后，氧及葡萄糖供给缺乏，能量耗竭而诱发一系列的细胞内代谢异常，最终导致神经元坏死或凋亡。近年对细胞凋亡的控制机制以及信号传递系统从分子水平上进行了深入的研究，发现多种基因及其表达产物都与细胞的死亡过程有极为密切的关系，现阐述如下。
细胞凋亡是一种基因控制的细胞自主性的死亡过程，是维持内环境稳定的重要机制之一，在病理情况下的细胞凋亡过程是由明显的诱导因素诱发的，细胞凋亡的发生均需启动与之相关的基因，决定细胞的生死命运。新近研究提示:在半暗带恶化过程中，神经细胞死亡及由此导致的不可逆性损伤病灶的进一步扩大，可能主要是通过细胞凋亡来实现的。越来越多的证据证明 [1] :脑缺血除了存在一种主动性的程序性细胞死亡过程，在耐受细胞内存在一种平行的主动性神经元存活过程，这两种相反的级联过程均由基因表达调控，在神经元生存机制中，研究较多的是癌基因Bcl-2，认为它在抑制凋亡中起重要作用。
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1 Bcl-2s，Cytc，Caspase
吕晓红 [2] 利用PCR方案观察了细胞凋亡相关基因Bcl-x和ICE在NNLA干预后局灶性脑缺血鼠脑组织中的表达水平，结果认为:在脑缺血再灌注过程中，Bcl-x通过其表达量的增加，具有抑制细胞凋亡的作用，Bcl-x有可能通过抑制ROS激活ICE的过程或直接抑制ROS生成达到抑制凋亡的作用。ICE的基本作用是参与对IL-1前体的翻译加工，目前已知该酶参与了细胞凋亡信号的传递，其中蛋白酶起核心作用。郭玉良 [3] 等人采用原位末端标记法和免疫组化法研究结果认为:脑缺血再灌注损伤中凋亡是血管内皮细胞的死亡形式之一，Bcl-2蛋白具有抑制缺血再灌注后血管内皮细胞凋亡的作用。目前认为:Bcl-2基因是与缺血性脑损伤后细胞凋亡关系最密切的调控基因。徐忠信 [4] 等人报道:缺血性脑损伤所致细胞凋亡受许多因素控制，近年研究表明:白细胞介素1β转化酶(ICE)基因家族在细胞凋亡中起重要作用具有中心效应。研究结果认为:局灶性脑缺血再灌注过程中ICEmRNA表达增加，促进细胞凋亡，ICE参与局灶性脑缺血再灌注神经细胞凋亡的调控。ICE是ICE/CED-3蛋白酶家族的重要成员
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，脑缺血后，脑内ICEmRNA表达增加，ICE在细胞凋亡中的作用机制尚未完全清楚，其参与凋亡因素的关系很复杂，需进一步研究。
对线虫遗传学研究表明 [5] :细胞凋亡的调节必须有CED-3:CED-9和CED-4三个基因的参与。CED-3基因激活可促进凋亡，二者间作用的细胞内的白介素1β转化酶(ICE)蛋白酶家族与CED-3基因产物CED-3高度同源 [6] 。活化该家族蛋白可促进细胞凋亡。因该家族蛋白酶具有均为半胱氨酸蛋白酶和特异酶切Asp氨基位点两大特点，故又称为Caspase蛋白酶家族，其中Caspase激活后导致多种细胞死亡，又称“死亡蛋白酶”。Bcl-2，Cyt-C(细胞色素c)和Caspase蛋白酶为细胞凋亡所需的3个效应器。Bcl-2抑制细胞凋亡，细胞在各种促凋亡刺激下释放Cyt-c，可激活凋亡所需的Caspase蛋白酶。细胞凋亡过程与众多因素有关，包括线粒体及细胞色素e、转录因子，Bcl-2家族蛋白，Caspase。细胞凋亡分为3个阶段[7] :①死亡信号的传递;②凋亡的调控与执行;③凋亡特征性结构改变。凋亡的控制与执行阶段至少4种成分参与:CED-3/Caspase、CED-9/Bcl-3s、CED-4/Apaf和线粒体。近年文献报告:脑缺血后将发生迟发性神经元死亡，尤其在所谓“缺血半暗带”。研究提示:迟发性选择性细胞死亡主要是通过细胞凋亡完成的。Bcl-2s、Cyt-c和Caspase3者之间相互作用，共同参与细胞凋亡的调控和执行 [8] ，Bcl-2s对Cyt-c的释放具有最明显的调控效应，根据Bcl-2s对细胞凋亡的作用，可将其分为相互对立的两大类蛋白:①抗凋亡作用的Bcl-2、Bcl-x等。②促凋亡作用的Bax、Bak、Bcl-Xs等。Bcl-2是作用于线粒体外膜上的一种蛋白，可阻止Cyt-c从细胞线粒体释放，从而抑制细胞凋亡的发生，在细胞凋亡时，胞浆内Cyt-c的浓度升高，而线粒体内Cyt-c浓度相应降低，这种变化发生于Caspase激活和DNA裂解之前。Shimizu [9] 指出:促凋亡蛋白Bax和Bak通过促进VDAC开放而诱导Cyt-c从线粒体释放，抗凋亡蛋白Bcl-X 1 则通过与VDAC直接结合而关闭VDAC来阻止Cyt-c释放，Casˉpase抑制因子并不能阻止几种凋亡刺激因素所诱导的Cyt-c释放，这提示Cyt-c可能在Caspase上游调节细胞凋亡。
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2 CO、NO、PKC、APE
Cyt-c氧化酶(CO)为逆电子复合物IV，在细胞的有氧代谢和氧化磷酸化藕联中起着重要作用。近年报道 [10] :脑缺血缺氧后会出现相应区域CO活性下降，神经元缺失或出现相应的行为学改变。研究表明:CO活性与神经元的凋亡和脑正常功能有密切相关。最近许多学者 [11] 利用动物模型进行了大量研究认为:神经元凋亡存在于缺氧缺血性脑损伤中，特别是在迟发性神经元死亡中起重要作用。余刚采用线栓制备大鼠局灶脑缺血再灌注模型 [12] ，结果再灌注4h蛋白激酶C同功酶(Pecr.γ)及神经元凋亡明显升高，结果认为:Pkcr.6的异常表达与神经元坏死、凋亡有密切的联系。研究表明:Pkc是Ca 2+ 和磷脂酰丝氨酸依赖的蛋白激酶，它催化各种蛋白质底物上的丝氨酸或苏氨酸残基，使其磷酸化，是信号通路的中心分子之一。Pkcy蛋白表达的变化规律与细胞凋亡的变化规律及分布基本一致，这说明Pkcr可能直接参与调控神经元一致凋亡，Pkcr在不同时期显持续高表达状态。Pkcr的直接底物之一是“Caspase-3”，而Caspase-3直接调控凋亡的发生发展，被称为“凋亡的执行者”。Pkcr的激活，促使兴奋毒性氨基酸释放增加，加重缺血性神经元毒性损害，引起神经元坏死或凋亡。李小玲 [13] 研究报道:脑缺血后，半暗带区氧化还原因子-1(APE-1)蛋白免疫活性下降和DNA修复机制的失败，考虑与局灶性脑缺血半暗带区细胞凋亡的发生有关。在缺血性损伤的脑组织中，由于兴奋性氨基酸增加，Ca 2+ 内流增加，产生大量的自由基，导致一系列氧化应激瀑布反应，造成了DNA的损伤，Ref-1蛋白酶免疫活性同时下降，造成了DNA修复功能丧失，导致细胞凋亡的发生。目前对急性缺血性脑损伤引起Ref-1蛋白表达下降的确切机制尚不清楚。
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3 其他
冯涛采用单侧大脑中动脉近端电凝术建立成年大鼠持续性局灶脑缺血模型 [14]，持续性局灶性脑缺血后活化小胶质细胞主要分布在梗死灶周边区，可能对缺血后神经元凋亡产生作用。另外细胞和组织的DNA损伤修复是影响细胞存活和死亡的主要原因 [15] ，Fas和TNF-α是经典的细胞凋亡信号分子，它们与细胞膜上的死亡受体结合，激活Casˉpase级联系统，启动程序性细胞死亡，在脑缺血和血管受损时，TNF及其受体表达上调，介导脑缺血凋亡性细胞死亡。受损的细胞产生大量血小板激活分子、TNF-α等炎性介质 [16] ，诱导内皮细胞表面粘附分子表达。脑缺血生物能衰竭后使细胞快速死亡 [17] 。这些致命区和正常区之间存在半暗带，此区勉强保持血流以进行新陈代谢，即快速的去极化，细胞凋亡使该区迅速发展成梗塞灶。
细胞凋亡的概念、发生机制及其在疾病中的作用一直是近年来的研究热点，缺血性脑损害存在神经元凋亡，其机制复杂多样。凋亡机制不是只有一条或几条死亡途径共同起作用，特定的蛋白酶可能在特定的凋亡阶段发挥功能，每一种或几种关键的蛋白酶起作用。另外，不排除一种蛋白酶参与凋亡不同时期的可能性，脑缺血后神经元凋亡，由不同因素决定，据此可以选择不同的治疗方法，使缺血性脑卒中的临床治疗更加有效。
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参考文献
1 王宇卉.缺血性脑损伤后神经元存活机制.国外医学·神经病学 神经外科学分册，2001，28(2):68.
2 吕晓红.局灶性脑缺血再灌流过程中凋亡细胞相关基因的研究.中风与神经疾病杂志，2001，18(2):70.
3 郭玉良.脑缺血再灌注后血管内皮细胞凋亡及其Bcl-2表达的关系.中风与神经疾病杂志，2001，18(3):153.
4 徐忠信.大鼠局灶性脑缺血再灌注Icrmrna表达动态变化研究.中风与神经疾病杂志，2001，18(1):312.
5 Chinnaiyan AM，D’Rourkek，LaneBR，et al.interaction of CED-4with CED-3andCED-9:amolecular framework for cell death science，1997，275(5303):1122-1126.
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6 Dirmag LM，Ladecolac，Moskonwitz MA.Pathobiologyofischacmistroke:aninterge atedview.Tre nds Neurosci，1999，22(9):391-392.
7 Schuiz，Weller M，Meskonitz MA.Caspases as treatment targets instroke and neurodegenerative diseases.Ann Neurol，1999，45(4):421-429.
8 Shimizus Narita M，Tsujimoto Y.Bcl-2family proteins reglulate the reˉlease of apoptogenic cytochromeC by the mite chondrial channel VDAC.Nature，1999，399(6735):483-487.
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9 ShimizuS，NaritaM，TsujimotoT.Bcl-2familyproendscell Biol，1998，8(8):324-330.
10 唐涛.细胞色素C氧化酶与缺血性神经元损伤.国外医学·神经病学神经外科分册，2001，8(1):312.
11 姚瑜.一氧化氮与缺血性脑损伤的神经元凋亡.国外医学·脑血管疾病分册，2001，9(1):8.
12 余钢.缺血再灌注蛋白激酶C同Z酶表达与神经元凋亡关系的研究.中风与神经疾病杂志，2001，18(4):196.
13 李小玲.鼠脑缺血时氧化还原因子-1蛋白的表达.中华神经科杂志，2001，34(4):242.
14 冯涛.大鼠持续性脑缺血后小股质细胞变化及其与神经元凋亡的关系.中风与神经疾病杂志，2001，18(4):202.
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15 徐广润.DNA损伤修复与缺血神经元.国外医学·神经病学神经外科学分册，2001，28(3):197.
16 Ladecola C，Salkouski CA，Zhang E，et al.The transcription factoe inˉterferon regulatoey factor is expressed after cerebral ischemia and contrˉbutes ofischemic brain injury.T.EXPMed，1999，189(4):719-729.
17 Siesjo BK，Elmer E，Sanelidze S，et al.Role and mechanisms of secˉondary mitochondrial failure.Acta N
eurochir Suppl(Wien)，1999，73:7-13.
作者单位:300250天津市第三医院
(收稿日期:2003-05-22)
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