缺血性脑损伤中的自噬——研究进展与挑战

缺血性脑卒中是一类难治性疾病,细胞自噬可能参与其中,该领域的研究逐渐受到重视.本文综述了缺血性脑损伤过程中自噬相关的研究进展,概述了自噬发生的信号通路,列举了在缺血性脑损伤情况下诱发自噬的关键因素,并结合本实验室开展的工作,阐述了自噬在缺血性脑损伤中的作用以及线粒体自噬在该过程中的潜在意义.最后,对该研究领域存在的问题和新的发展方向提出了一些观点,希望能为病理学、药理学和治疗学相关研究提供新思路.     

细胞凋亡与缺氧缺血性脑损伤

缺氧缺血性脑损伤(hypoxic-ischemic brain damage,HIBD)是围生期新生儿死亡和神经发育障碍的主要原因之一。众多研究表明,细胞凋亡与缺氧缺血性脑损伤的发生密切相关,它是一个多因子介导、多信号调控的细胞生理或病理反应,包括线粒体细胞的凋亡、死亡受体介导的细胞凋亡、PI3K/Akt/mTOR信号通路相关的细胞凋亡、p53介导的细胞凋亡、氧化应激反应介导的细胞凋亡等,但其具体的调控机制尚不十分清楚。     

铁代谢与新生儿缺氧缺血性脑损伤

铁是神经系统正常发育必不可少的金属元素,受多种因素的调节。近年来的研究表明,铁代谢改变是新生儿缺氧缺血性脑损伤(hypoxic ischemic brain damage,HIBD)重要的发病机制之一,也是造成新生儿HIBD后永久性神经伤残的重要原因。缺氧缺血后机体铁循环发生改变,并随着病程的发展引发脑内铁代谢紊乱,脑内铁蓄积,后经多种途径参与脑内神经细胞的损伤过程。因此,研究缺氧缺血如何造成机体循环铁与脑内铁代谢的改变以及两者间可能存在的联系,阐明铁代谢紊乱在HIBD发生和发展中的机制,将为HIBD的预防和治疗提供依据。本文综述了HIBD发病过程中铁代谢变化及其影响因素,以及铁代谢紊乱如何参与HIBD的发生和发展。     

缺氧或缺血性脑损伤与兴奋性氨基酸有关

脑缺氧或缺血能造成脑组织损伤,通常认为这是由于脑的能量代谢衰竭、继发性局部血流失调,或某些自由基团的毒性所致。最近的研究表明,兴奋性氨基酸(谷氨酸和门冬氨酸)在脑缺氧或缺血导致脑损伤中可能起决定性的作用,从而为研究中风、围产期窒息和心脏手术后并发症等缺氧或缺血性脑损伤的预防和治疗,提供了一条重要的新途径。海马神经元受到缺血或经过一次癫痫发作,都能引起相似的神经元损伤。Rothman 通过对胚胎鼠的海马神经元的研究,认为缺血或癫痫都可引起兴奋性氨基酸释放。在离体海马组织的培养中,在起初48小时内,神经元对氰化物或缺氧不敏感。两周后,神经元之间出现了突触联系,并呈现自发电活动。这时,接触氰化物1小时,培养的神经细胞就出现较大的空泡,以后,多数神经元发生退变。如果预先用高浓度的     

热休克蛋白70与围产期缺氧缺血性脑损伤

围产期缺氧缺血性脑损伤是严重危害儿童健康的疾病。神经细胞代谢障碍、脑血流异常、潜在毒性产物氧自由基和兴奋性氨基酸等是造成脑损伤的主要原因。热休克蛋白７０是一类应激反应蛋白,缺氧缺血后其信息核糖核酸及蛋白在不同脑区有不同表达,可在一定程度上反映神经细胞的细胞状态及其对缺血缺氧的耐受程度。     

新生小鼠缺氧缺血性脑损伤模型的建立

目的对经典Vannucci法进行改进,建立一种简便、稳定的新生小鼠缺血缺氧脑损伤模型。方法将新生11 d的KM小鼠分为正常对照组(N组,n=20)和缺血缺氧组(HIBD组,n=160),对HIBD组行左侧颈总动脉结扎,分别按照C1-C8条件缺氧建模。建模后通过比较各条件下小鼠死亡率、建模成功率和TTC染色脑梗死体积,选取最稳定的建模条件。建模后利用体重生长曲线分析小鼠生长发育情况;Longa、Grip test、悬吊试验评估小鼠神经运动功能;HE染色观察脑组织病理改变。结果新生小鼠行左侧颈总动脉结扎,8% O_2、35℃条件下缺氧45min,死亡率低(8.3%)且成模率高(47.92%);HIBD组较N组小鼠体重增长缓慢并出现严重的神经运动功能障碍;结扎侧出现脑梗死区,约占全脑体积(17.76±0.70)%;结扎侧大脑皮层及海马区神经元出现变性坏死。结论本实验采用新生小鼠行左侧颈总动脉结扎,在8%O2、35℃条件下缺氧45 min复制HIBD动物模型,简便且稳定性好,是用于新生儿缺血缺氧性脑损伤研究较为理想的动物模型。     

ATG12对缺氧缺血性脑病小鼠神经细胞凋亡和自噬的影响

目的探讨自噬相关蛋白12 （ATG12）对缺氧缺血性脑病（HIE）小鼠细胞凋亡和自噬的影响及分子机制。 方法通过尾静脉注射腺相关病毒构建ATG12低表达小鼠模型,将40只小鼠分为假手术组、HIE模型组、对照病毒模型（NC-HIE）组和ATG低表达病毒模型（ATG12 shRNA-HIE）组,HIE模型组小鼠左侧颈动脉结扎后低氧（8﹪氧气+92﹪氮气）处理2.5?h,假手术组不予结扎和低氧处理。缺氧处理后,荧光定量PCR检测脑组织ATG12 mRNA表达水平。比色法检测各组小鼠大脑神经细胞SOD和MDA水平;通过Tunel法检测各组小鼠大脑神经细胞凋亡水平;通过Western Blot检测各组小鼠大脑神经细胞LC3A/B、ATG12和SQSTM1/?p62蛋白表达水平。采用t检验和单因素方差分析对实验数据进行统计分析。 结果与假手术组小鼠脑组织ATG12 mRNA水平（1.00±0.14）相比,HIE模型组小鼠脑组织ATG12 mRNA水平（5.23±0.37）显著升高（t?= 33.60,P?< 0.01）;与假手术组小鼠脑组织超氧化物歧化酶（SOD）活性[（103.60±4.84）?U/?mgprot]和丙二醛（MDA）含量[（42.40±3.17）?μmol/?mgprot]比较,HIE模型组小鼠脑组织SOD活性[（62.60±3.44）?U/?mgprot]显著降低,MDA含量[（83.80±4.39）?μmol/?mgprot]显著升高,与NC-HIE组小鼠脑组织SOD活性[（61.20±4.39）?U/mgprot]和MDA含量[（85.20± 2.70）?μmol/?mgprot]比较,ATG12 shRNA-?HIE组小鼠脑组织SOD活性[（93.80± 5.43）?U/?mgprot]显著升高,MDA含量[（49.20±3.49）?μmol/mgprot]显著降低,差异具有统计学意义（F?= 222.7,P?< 0.01;F?=?415.8,P?相似文献   

足月新生儿缺氧缺血性脑损伤大鼠模型的制作与鉴定

目的制作并鉴定研究足月新生儿缺氧缺血性脑损伤（HIBD）的大鼠模型,以期用于足月新生儿缺氧缺血性脑损伤发病机制及治疗的研究。方法40只新生10日龄SD大鼠分为对照组18只和实验组（HIBD组）22只,实验组行右侧颈总动脉结扎,缺氧（8%氧和92%氮气）2.5 h;对照组只分离右侧颈总动脉,不行结扎和缺氧处理。应用Longa评分法评价神经行为学改变;HE染色检测组织病理学改变;免疫组化检测凋亡标志蛋白cleavedcaspase-3（CC3）的表达;及TUNEL染色检测细胞凋亡情况。结果对照组大鼠全部存活,实验组死亡4只,死亡率18.1%。Longa评分分析实验组有不同程度神经功能缺损,与对照组比较差异有显著性（P〈0.05）;HE染色显示实验组均出现脑组织充血、水肿,缺血侧更重,细胞体肿胀,细胞排列紊乱,结构不清;免疫组化显示实验组CC3表达随损伤时间延长逐渐增加,与对照组比较差异有显著性（P〈0.01）;TUNEL染色显示实验组阳性细胞随时间延长逐渐增加,与对照组比较差异有显著性（P〈0.05）。结论该大鼠模型脑组织病变符合足月新生儿HIBD的病理学改变及神经行为学改变,可用于足月新生儿HIBD发病机制与防治措施的研究。     

新生小鼠缺氧缺血性脑损伤模型的制作研究

目的：通过对动物模型的制作模拟新生儿围产期缺氧缺血性脑损伤,研究其脑组织病理变化,为新生儿缺氧缺血性脑损伤的病理生理的研究以及进一步有效的治疗提供实验基础。方法：将40只7d新生昆明小鼠分四组,分别为正常组（A组）、单侧颈总动脉结扎组（B组）、单侧颈总动脉结扎＋缺氧组（C组）和双侧颈总动脉结扎组（D组）。单侧颈总动脉结扎组（B组）行右侧颈总动脉结扎;单侧颈总动脉结扎＋缺氧组（C组）行右侧颈总动脉结扎后将其置于20℃的恒温50mL密闭容器中,分不同的时间将其取出;双侧颈总动脉结扎组（D组）行双侧颈总动脉结扎,各组术后均送回母鼠身边继续母乳喂养,三天后再作病理检测。结果：行单侧颈总动脉结扎加缺氧60min时,小鼠结扎侧皮质及海马区出现病理改变,随着缺氧时间延长（90rain、100min、120min）病变范围逐渐扩大,病理改变越明显。结论：本实验显示单侧颈总动脉结扎同时缺氧一定时间可以导致小鼠脑组织损伤,脑细胞发生病理改变,且皮层及海马区域的神经细胞对缺氧缺血最为敏感,从而为进一步研究新生儿缺氧缺血性脑损伤提供了较为可靠的模型。     

POMC神经元自噬与脂质体自噬

正机体脂肪动员产热,不仅依赖于脂肪酶系统,"脂质体自噬"(lipophagy)亦密切参与其中。机体重要的脂肪酶包括:脂肪甘油三酯脂酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)和激素敏感脂肪酶(hormone-sensitive lipase,HSL),二者均可促进"脂滴动员"(lipid droplet mobilization),提高脂质分解代谢水平。最近,美国爱因斯坦医学院Nuria Martinez-Lopez等研究人员发现:"自噬相关蛋白"介导的脂质体自噬亦参与脂滴动员,而且,该过程受下丘脑代谢神经元的调控。     

基于自噬溶酶体形成机制调控缺血性脑卒中后神经元自噬流

脑卒中是由脑血管阻塞或出血引发的急性脑血管病，约84%的临床脑卒中患者由脑缺血引起。研究表明，自噬广泛参与并显著影响脑卒中病理生理进程。自噬是一个将陈旧蛋白质、损伤细胞器及多余胞质组分等呈递给溶酶体进行降解的代谢过程，其包括自噬的激活、自噬体的形成和成熟、自噬体与溶酶体融合、自噬产物在自噬溶酶体内消化和降解等过程。自噬流通常被定义为自噬/溶酶体信号机制。最近发现，自噬流障碍是导致缺血性脑卒中后神经元损伤的重要原因，而在自噬过程中任一步骤发生障碍均可导致自噬流损伤。本文重点对自噬体-溶酶体融合的机制，以及该机制在缺血性脑卒中后发生障碍的致病机理进行详细阐述，以期基于自噬体-溶酶体融合机制对神经元自噬流进行调节，进而诱导缺血性脑卒中后的神经保护。本文可为脑卒中病理机制研究指明方向，为脑卒中治疗探寻新的线索。     

阻断TRPC3通道加重新生大鼠缺氧缺血性脑损伤

经典瞬时受体电位3（transient receptor potential canonical 3,TRPC3)通道是胎儿期和围生期中枢神经系统中广泛表达的非特异性阳离子通道,参与体内众多生理和病理过程。有研究证明,TRPC3通道是细胞内钙稳态的重要调节者,调节包括细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase,ERK）通路在内的多条钙敏感胞内信号转导通路的活性,最终影响神经元的生存或死亡。但TRPC3通道在新生动物缺氧缺血性脑损伤（hypoxic- ischemic brain damage,HIBD）模型中的作用及其机制尚未见报道。本研究取新生7 d的SD大鼠,采用右侧颈总动脉结扎和缺氧（8% O2）2~5 h制备HIBD模型,观察腹腔注射选择性TRPC3阻断剂pyr3（5 mg/kg和20 mg/kg）对缺氧缺血处理后,急性期和长期神经行为学及脑组织损伤程度的影响。神经功能缺损评分和平衡木实验结果显示,用pyr3特异性阻断TRPC3可恶化缺氧缺血大鼠的神经行为学障碍;脑组织含水量检测、TTC染色和患/健侧脑重比等结果显示,pyr3可加重脑水肿,增加脑组织梗死区体积和加重脑萎缩程度。Western印迹实验显示,缺氧缺血可以导致患侧脑组织ERK1/2磷酸化水平一过性升高,阻断TRPC3可以显著抑制ERK1/2的磷酸化,并可上调促凋亡蛋白BAX和下调抗凋亡蛋白BCL-2的表达。上述结果证明,阻断TRPC3通道可以加重新生大鼠的缺氧缺血性脑损伤,其机制可能与其对ERK信号通路活性的调节作用有关,因此可能成为HIBD治疗的潜在作用靶点。     

人参皂甙抗缺氧缺血性脑损伤的谷氨酸相关机制

目的与方法：在离体海马脑片上观察人参皂甙对谷氨酸兴奋性毒性的拮抗作用,在培养的神经细胞和胶质细胞上分别观察人参皂甙对模拟缺血时谷氨酸释放和摄取的影响,以证明人参皂甙缺氧缺血性脑损伤与减少谷氨酸的兴奋神经毒性作用有关。结果：在人工脑脊液中导入谷氨酸（1mmol/L)20min,引起大鼠海马脑片OPS降低直至消失,恢复正常人工脑脊液灌流1h后OPS难以恢复。而使用人参皂甙可促进海马脑片OPS的恢复,作用以20μg/ml剂量组最好。在培养的小鼠皮质神经元和胶质细胞,模拟缺血时神经元谷氨酸释放量对照的数倍,而胶质细胞对谷氨酸的摄取显著减少。使用人参皂甙（20μg/ml）可明显抑制神经元谷氨酸的释放,并促进胶质细胞对谷氨酸的摄取。结论：人参皂甙减少谷氨酸的兴奋性神经毒性作用可能是其抗缺氧缺血性脑损伤的重要机制。     

泛素与自噬

泛素调节的蛋白质降解过程和细胞的自噬现象都是细胞自我调节的基本机制。其中,泛素可能作为一种普遍的识别信号参与了白噬过程;而自噬的诱导又能促进泛素化作用,从而增强对底物的降解。本文着重探讨这两者间的关系及可能存在的相互调节作用,并兼及两者共同涉及的细胞程序性死亡现象。     

自噬与疾病

自噬是细胞的一个重要生物学功能。细胞通过对自噬底物的识别、自噬囊泡的形成,再经过与溶酶体的融合,清除老化细胞器以及降解长周期蛋白和异常积聚蛋白。因此,自噬在蛋白质的代谢、细胞器更新以及组织发育中有着重要作用,其功能调控直接参与了机体对细胞稳态的维持     

自噬与骨质疏松

自噬是一个清除受损细胞成分或老化蛋白质的过程,并以此参与不同细胞的保护。骨质疏松与衰老相关,其主要特征是骨形成受抑制而骨吸收增加,使骨转换增加。在老年阶段,无论是男性还是女性,都会出现骨量和骨强度的下降,从而使骨折的发生率增加。临床研究和动物实验都证明,衰老导致的骨量丢失与自噬的累积、活性氧水平增加、雌激素缺乏和高水平的内源性糖皮质激素等因素相关联。越来越多的研究表明,衰老相关的因素参与调控自噬,并在骨重塑以及衰老引起的骨量丢失和骨强度下降中发挥重要的调控作用。现通过综述自噬与骨代谢的相关文献,旨在阐明自噬对骨质疏松的调控机制。     

自噬与癌症

自噬是溶酶体降解途径之一,在众多真核生物细胞生理过程中发挥着重要作用。近年来,人们发现自噬对肿瘤的发生、发展过程同样具有显著的影响。自噬对肿瘤的影响具有两面性:一方面,自噬能够避免细胞遭受氧化胁迫、持续性炎症及DNA损伤的积累等,从而抑制癌症的发生;另一方面,自噬又为肿瘤细胞提供生长所需的代谢中间产物,维持肿瘤细胞内环境的稳定,进而促进肿瘤的发展。因此,自噬在肿瘤的治疗过程中同样具有正、反两方面的影响,诱导自噬:一方面能够减少放射治疗及化学治疗引起的细胞DNA损伤和染色体突变的积累,从而防止肿瘤的加剧;另一方面,肿瘤细胞又能够依赖自噬来缓解药物和射线产生的压力,从而有利于自身的存活。     

自噬与肿瘤

自噬（autophagy）作为细胞一种基本生物学特征,具有独特的形态学改变和特有的调控通路。近年来,自噬在关于对肿瘤的作用的研究已成为热点,在不同的种类肿瘤中,自噬扮演着不同的角色,分为促进和抑制肿瘤两种作用。自噬异常与人类恶性肿瘤的发生、发展联系紧密,其启动及调节与细胞能量代谢、微环境变化、抑癌基因及癌基因家族及复杂的信号调节等有关。清楚了解自噬的特点可为肿瘤治疗提供新的方向。     

缺血性脑损伤与程序性死亡

脑缺血后细胞会产生程序性死亡（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ,ＰＣＤ）,并参与脑损伤;神经元的迟发性死亡属于ＰＣＤ。脑缺血后细胞内钙增加,一氧化氮的生产、脂质过氧化反应、Ｐ５３基因的表达等,在程序性死亡的形成中具有重要作用。     

艾灸对缺氧缺血性脑损伤新生小鼠的治疗作用*

目的: 探讨艾灸对缺氧缺血性脑损伤新生小鼠行为学表现、脑组织形态结构的影响及作用机制。方法: 将106只出生7 d小鼠随机分为三组:假手术组(23只)、模型组(46只)和艾灸组(37只)。采用左侧颈总动脉结扎后再置于37℃密闭舱内进行低氧处理(氧气浓度为8%,100 min),制备新生儿缺氧缺血性脑病动物模型。艾灸组同模型组,并于造模后2 h开始艾灸“大椎”进行治疗,以后每日1次,每次35 min,连续治疗4 d。采用行为学测试评价小鼠的行为学表现;HE染色观察小鼠脑组织形态结构;Western blot技术检测小鼠脑组织超氧化物歧化酶2(SOD2)蛋白表达;比色法测定小鼠脑组织丙二醛(MDA)含量。结果: 假手术组小鼠行为表现正常,脑组织细胞排列致密整齐,脑组织SOD2蛋白表达量和MDA含量正常。与假手术组相比,模型组小鼠翻正反射、趋地反射、悬崖躲避试验时间延长(P＜0.05),抓力试验时间缩短(P＜0.05);脑组织细胞大量坏死脱落;脑组织SOD2蛋白表达量明显减少(P＜0.05)、MDA含量增加。与模型组相比,艾灸组小鼠翻正反射、趋地反射、悬崖躲避试验时间缩短(P＜0.05),抓力试验时间增长(P＜0.05);脑组织细胞排列较致密、整齐;脑组织SOD2蛋白表达量增多(P＜0.05)、MDA含量降低(P＜0.05)。结论: 艾灸能减轻缺氧缺血性脑病新生小鼠脑损伤、改善行为学表现,这可能与其增加脑组织SOD2蛋白的表达、降低MDA含量,从而提高抗氧化应激能力有关。