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编号:10280098
单胺类神经递质和脑缺血
http://www.100md.com 《郧阳医学院学报》 1999年第1期
     作者:王世凤 田有勇 方思羽

    单位:王世凤 田有勇 十堰市人民医院神经内科 十堰 442000 ;方思羽 同济医科大学附属同济医院)

    关键词:

    郧阳医学院学报/990134

    单胺类神经递质主要包括5-羟色胺(5-HT)和儿茶酚胺(CA),后者主要指去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(E)和多巴胺(DA)。人们对单胺类神经递质进行了大量的研究,但对脑缺血后中枢单胺类递质的变化规律及其在脑缺血损伤中的作用仍有分歧。本文就近年来对中枢单胺类递质的合成与代谢,脑缺血及单胺类递质的相互影响及有关机制的研究综述如下:

    1 中枢神经系统单胺类递质的生物合成及代谢

    外周和中枢神经系统内的单胺类神经递质分属两个独立的代谢系统,其存储释放和消除的形式不同,并发挥着不同的作用,但其生物合成过程基本一致。
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    5-HT的合成是以色氨酸(TP)为前体。血液中游离型TP及中性氨基酸的含量能影响5-HT的合成。TP在色氨酸羟化酶(TPH)作用下生成5-羟色氨酸(5-HTP),继而经5-羟色氨酸脱羧酶(5-HTPDC)脱羧生成5-HT[1]

    CA以血液中酪氨酸(Cyr)为原料,在胞浆内首先羟化成多巴,再脱羧生成DA,然后DA进入囊泡,在囊泡内经多巴胺-β-羟化酶(βH)催化生成NE,最后经苯乙醇胺氮位甲基移位酶(PNMT)催化生成E[1]

    中枢单胺类递质生成后均储存在囊泡内,当动作电位到达神经末梢时在Ca2+参与下以胞裂的方式外排达突触间隙传递信息,突触间隙的递质发挥作用后通过重摄取和酶促降解被迅速消除[1]

    2 脑缺血后脑组织中单胺类神经递质的变化
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    自1974年Meyer报道了急性脑梗塞病人脑脊液中5-HT升高以来,已有大量的研究表明脑缺血对脑组织中单胺类递质的含量有明显影响,如Kogure等[2]在微血栓法制成的大鼠脑局灶缺血模型上,发现缺血4 h后双侧鼠脑组织中NE含量均下降,DA上升;而在相同方法制成的沙土鼠脑缺血模型上,Ishihara等[3]的报道是双侧脑组织NE含量均升高,5-HT无变化;Robinson[4]则认为大鼠局灶脑缺血早期血测NE升高,在发生脑组织不可逆损伤后下降。也有作者用脑缺血再灌流的模型对此进行研究。Brown等[5]用颅高压法造成大鼠全脑缺血,发现缺血7.5 min脑组织中5-HT、NE浓度开始下降,并持续至再灌流后30 min。Calderini[6]用大鼠双侧颈总动脉阻断加低血压法造成全脑缺血,发现缺血15 min时脑组织中NE升高,5-HT及5-HIAA无变化,再灌流30 min后NE及5-HT均下降。

    近年国内学者也对此进行过探索。匡培根等[7]测定沙土鼠一侧颈总动脉结扎后0.5、3及24 h缺血半球脑组织NE、5-HT及DA含量,结果均下降,前二者在结扎后3 h最低。张志坚等[8]的研究表明,在大鼠全脑缺血6 h以内,随缺血时间的延长,脑干及皮层的DA含量下降,基底节与丘脑中DA含量先升高后下降。陈光辉等[9]用液相色谱技术测定了大鼠全脑缺血15 min再灌流后各个脑区CA的变化。结果显示,缺血易损区尤其纹状体及海马NE及DA在缺血15 min时含量升高,再灌流后又进行性下降,E变化不显著。
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    总之,尽管人们对中枢神经系统缺血对单胺类神经递质的影响进行了不同侧面的研究,但至今仍未取得一致意见,对缺血后引起的脑组织中单胺类神经递质的变化规律仍有待进一步探讨。多数学者认为中枢神经系统缺血期间单胺的合成及降解均受抑制,同时神经末梢突触对单胺的贮存和重摄取功能也几乎丧失[10],这就使缺血前已合成的神经递质大量释放进入细胞间隙,最后这些递质一部分被降解,一部分被带入脑脊液及血液中,终使脑组织中递质含量下降。也有学者认为缺血早期神经元受到缺血的刺激使神经递质的合成及释放增加,随着神经元破坏加重,其合成及释放又被抑制[11]。无论如何,尽管在不同侧面的研究中所测得脑缺血后单胺类递质在脑组织中的含量变化不一致,但都有其在细胞间隙的蓄积这一过程[12],这就使细胞间隙蓄积的单胺类递质在缺血后神经元损伤的过程中发挥作用成为可能。

    3 单胺类神经递质在脑缺血损伤中的作用

    3.1 发挥血管活性作用,加重脑缺血
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    5-HT与缺血性脑水肿密切相关。5-HT同血管壁5-HT受体结合可发挥强烈的缩血管作用,更加重脑缺血,同时5-HT降解产物5-HIAA弥散于神经元间隙也加重脑水肿,脑水肿又可使脑组织血供进一步减少,形成缺血性脑损伤的恶性循环。另外,脑实质小血管壁上含NE能神经末梢及α、β受体,大量NE及E主要激活α受体引起脑血管强烈收缩[13];Magnoni[14]研究表明脑缺血时β受体数目减少,这样α受体即相对增加,更加强了NE及E的缩血管作用,从而加重脑缺血及脑水肿。

    3.2 促使神经元内钙超载,介导神经元坏死

    Olesen[15]认为脑缺血损伤可刺激脑内单胺类递质如5-HT、NE等的大量释放,这些介质又是Ca2+的激动剂,可开启Ca2+通道闸门,使Ca2+大量流入细胞内。其已知机制为蓄积胞外的CA同α受体结合,通过激活磷脂酶C,最终引起三磷酸肌醇(IP3)及甘油三酯(DG)的生成,IP3可开放内质网膜上的Ca2+通道,使Ca2+释放入胞浆成游离Ca2+;DG激活蛋白激酶C,活化Na+/H+交换,促成Na+/Ca2+交换,促使细胞外Ca2+进入胞内。另外,大量CA可抑制ATP酶活性,Na+-K+-ATP泵功能下降,胞膜3Na+/2K+交换的主动转运能力下降,导致Na+跨膜梯度的降低,3Na+/Ca2+的交换减少,Ca2+向细胞外的转运受到抑制[16]。以上机制引起神经元内钙超载,钙的细胞内超载是神经元坏死的共同终末通路。
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    3.3 激化神经元代谢亢进与血供不足的矛盾,加速神经元衰竭

    Globus等[17,18]的研究表明,大鼠脑缺血时中枢NE的释放能加速神经元的代谢,并能放大缺血组织血流与代谢需求间的失衡;研究还发现,大鼠全脑缺血再灌流30min后纹状体DA的代谢产物及局部葡萄糖利用显著增加,且后者同局部血流量的比值扩大。Maraki[19]也证实DA的增加可使神经元对能量的需求增加,并同迟发性神经元坏死有关。一方面神经元代谢亢进对能量及氧的需求增加,另一方面供血不能满足需求,这样ATP就被迅速耗竭,乳酸及二氧化碳潴留,促使细胞酸中毒直至死亡。

    3.4 产生大量自由基,攻击神经元

    脑缺血,尤其缺血再灌流后,蓄积的CA,尤其DA能通过多种途径产生自由基:(1)CA递质自氧化;(2)MAO对CA氧化去氨;(3)铁催化的Fenton型Haber-Weiss反应。产生的自由基又可启动链式不饱和脂肪酸过氧化反应,这样,自由基一旦产生,可以连续不断地诱发机体产生新的自由基或活性氧,同时,组织缺氧时抗氧化酶类的活性降低,这就更加剧了自由基的大量堆积,自由基与活性氧可相互转化并共同发挥膜攻作用,破坏核酸和蛋白质,使细胞死亡。
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    3.5 其它损伤作用

    有观点认为脑内单胺类递质的蓄积可能抑制胰岛素受体活化,从而阻碍损伤细胞的修复[20],还有人认为过量的单胺类递质可能对神经元产生直接损伤作用,但缺乏有力的实验证据。

    4 单胺类神经递质对缺血神经元的保护作用

    虽有较多的证据表明,在细胞间隙蓄积的单胺类神经递质在脑缺血过程中更多的发挥损伤作用,使神经元破坏加剧,但也有持相反观点的报道。有人在大鼠大脑中动脉缺血模型上发现几种不同的5-HT1A受体激动剂均能明显缩小皮层梗塞灶,其作用机理可能是激动剂与相应受体结合增加K+的传递,使细胞膜超极化,对抗脑缺血后引起的神经元去极化,抑制缺血引起的神经元内Ca2+浓度的上升[21]。Gustufson[22]用可增加NE释放的idazoxan静脉注入脑缺血后大鼠体内可明显抑制海马及新皮层神经元坏死,而注入酪氨酸羟化酶抑制剂α-MethyI-paratyosine降低脑内NE则使海马和纹状体神经元损伤显著加剧,认为NE可能是通过抑制兴奋性毒性神经递质及其活性催化过程中对神经元起保护作用的。Koide T[23]也指出在脑缺血再灌流早期使用NE可减轻神经元损伤。
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    总之,脑缺血后单胺类递质在脑组织病理生理改变中的作用比较复杂,虽然目前的研究结果还存在很大分歧,但单胺类递质同脑缺血损伤的密切关系是肯定的,因此深入探讨脑缺血后单胺类递质的变化规律和单胺类递质同脑缺血间的相互影响及有关机制,有可能为临床救治脑缺血提供新的治疗途径。

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    (1998-03-24 收稿), 百拇医药