2023蛛网膜下腔出血后脑损伤神经元死亡的分子机制(全文).docx
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1、2023蛛网膜下腔出血后脑损伤神经元死亡的分子机制(全文)蛛网膜下腔出血(SAH)是一种常见的脑血管疾病,在世界范围内致残率和死亡率都很高。动脉瘤破裂后SAH的病理生理机制复杂,可分为早期脑损伤和迟发性脑损伤。最初的机械损伤导致出血和神经元坏死、脑组织和血管破坏。随后的继发性损伤导致出血周围区域弥漫性脑损伤。然而,动脉瘤性SAH后神经元死亡的分子机制是复杂的,目前尚不清楚。在脑损伤的发病过程中,多种细胞死亡途径激活,包括神经元坏死、细胞凋亡、自噬、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡。本综述讨论了SAH后神经元死亡的机制及其对脑损伤的影响。1引言蛛网膜下腔出血(SAH)是一种常见的脑血管疾病,约占所有中风
2、的5%o根据欧洲中风协会的最新报道,SAH的发病率超过9/10万。亚洲和冰岛的SAH发病率最高,日本约为22.7/10万。止匕外,超过85%的SAH病例由颅内动脉瘤破裂引起,导致高死亡率和高致残率。荟萃分析报道,SAH的短期死亡率高达8.366.7%,入院前直接死亡的平均中值为8.3%,总体良好预后率为36-55%o大多数SAH幸存者在手术后通常有长期认知功能障碍、情感障碍、听力和嗅觉丧失以及生活质量下降。此外,超过60%的SAH幸存者有记忆问题,超过75%的人有语言问题,几乎95%的SAH患者至少有一种认知或情感障碍。SAH患者的治疗时间长且费用昂贵,这给国家经济带来了严重负担。自21世纪初
3、以来,美国每名SAH动脉瘤患者第一年的平均住院费用超过65000美元,而英国每年为此支付5.1亿英镑。SAH中动脉瘤破裂的病理生理过程和机制是复杂的。尽管如此,之前的一项研究将病理过程分为两个阶段:早期脑损伤(EBI)和延迟性脑损伤(DBI另外,大量动物及细胞实验研究显示,大量红细胞进入蛛网膜下腔间隙、脑实质或脑室,随后可快速裂解产生大量血红蛋白和相应的分解产物。这些过程发挥各种神经毒性作用,并可导致SAH后的继发性脑损伤。因此,EBI被认为是SAH患者急性脑损伤和神经功能障碍的最重要原因。目前,它作为一个研究热点正受到越来越多的关注。神经元死亡被认为是EBI的主要原因。因此,减少神经元死亡数
4、量可以改善神经功能障碍,并最终改善患者的预后。因此,进一步研究EBI和神经元死亡的机制至关重要。在本综述中,作者讨论了SAH后神经元死亡的机制及其对脑损伤的影响。2神经元坏死神经元坏死是由极端、化学或严重病理因素引起的神经元死亡,是一种不消耗能量的被动病理过程。坏死的神经元形态表现为神经元膜通透性增加、细胞器水肿和变形、细胞核变化、DNA溶解、细胞内钙超载、钠离子内流、钾离子外流、胞浆浓度变化。止匕外,降解的溶酶体释放各种细胞自溶素,最终破坏质膜并导致细胞死亡。这种病理过程也是SAH后观察到的急性被动神经元死亡过程。SAH后神经元坏死的具体机制和分子过程研究很少,据作者所知,它是一个被动、无调
5、节和不可逆的病理过程。FriedriCh等人(2012)报道,SAH后10分钟内内皮细胞和实质细胞凋亡、神经元坏死的激活,且与不良结果相关。因此,防止细胞凋亡和坏死可能会改善SAH后外周器官功能受损。然而,神经元坏死是SAH后EBI中最常见的神经元死亡形式,也是SAH后患者早期死亡、昏迷和严重神经功能障碍的主要原因。尽管神经元坏死是一个被动和无调节的过程,但针对其诱导因素的早期临床干预可以显著减少其发生。因此,识别和抑制神经元坏死的诱发因素是调节这一过程的关键,这也可能是SAH后神经元坏死的新研究方向。颅内压增高SAH可导致广泛出血,包括脑室内血肿和脑内血肿,占位效应直接导致颅内压(ICP)升
6、高。Heuer等人(2004年)报道,50%以上的SAH患者可发生颅内高压(20mmHg)z在低级别SAH患者中发生率高达60-70%oZoer1.e等人(2015)也报道,80%以上的SAH患者在SAH后至少发生过一次颅内高压,36%的患者在住院期间平均颅内压20mmHgoICP增高和并发症的发生(如脑缺血和脑水肿)可直接导致神经元坏死,影响患者的最终预后。尽管ICP与预后之间的关系尚不清楚,但SAH后颅内高压的明确出现会增加死亡率并导致不良结果。颅内高压及其病因(如脑积水、脑水肿、脑内血肿和脑室内积血)可作为患者不良预后的独立预测因素。目前,SAH后颅内高压的治疗尚无指南推荐。根据作者的经
7、验,早期脑室内ICP监测是改善SAH患者颅内压的一项非常重要的治疗策略。监测ICP和脑灌注压力以避免严重的脑缺血也是至关重要的,无论血管痉挛如何,都可以通过保持适当的灌注压力来避免这种情况发生。此外,脑室内ICP监测有助于清除血性脑脊液,降低ICP,改善梗阻性脑积水,以改善血管痉挛和脑损伤。并非所有SAH患者都需要脑室ICP监测,可考虑对SAH级别较差的患者进行ICP监测,因为侵入性手术可能会增加额外损伤和颅内感染的风险。O1.son等人(2013)报道了一项60名患者的随机对照研究,结果发现持续脑脊液引流和间歇性ICP监测增加了颅内感染、脑脊液漏和颅内出血(c1.inica1.tria1.s
8、.govidentifierNCT01169454)0因此,有必要采取个体化的精准治疗来控制颅内高压,从而减少神经元坏死,改善EBIo脑缺血脑缺血是SAH后的常见并发症,超过30%的患者会经历延迟性脑缺血。脑灌注不足会导致脑缺血和脑梗死,最终导致严重的神经功能障碍、脑损伤甚至死亡。脑缺血由多种因素引起,包括脑血管痉挛、微血栓形成、血脑屏障破坏、炎症反应和脑血管自我调节功能障碍。SAH后,大量血红蛋白进入蛛网膜下腔直接刺激颅内血管,从而激活血管平滑肌细胞中的钙通道,导致平滑肌收缩和血管痉挛。在炎症或脑缺血期间星形胶质细胞和白细胞大量产生内皮素-1(ET-1),其具有强大的血管收缩功能。先前的研究
9、表明,许多分子信号通路,如p38MAPKxRhoA和Nrf2-ARE,参与了SAH后脑血管痉挛(CVS)的发展。因此,早期诊断和治疗CVS和脑缺血可以改善患者的预后。遗憾的是,大量药物在基础研究中有效,但在临床试验中无效。例如,C1.azosentan已被计划用于CVS的靶向治疗;然而3期临床试验发现,尽管它改善了CVS,但并没有改善SAH患者的长期预后。先前的研究报道称,他汀类药物可以预防SAH后CVS和EBI,另一项研究也表明,他汀类药物和尼莫地平可以减少CVS和脑梗死,但对6个月的临床结局或30天的全因死亡率并没有改善。此外,镁剂也曾受到广泛关注;然而,它在2期RCT中也被证明是无效的。
10、最近关于西洛他嘤的临床研究表明,它可以显著降低脑梗塞的发生率,延缓SAH后的缺血,减少继发性卒中的发生,改善患者的预后。然而,仍需要大样本、多中心RCT研究证实。此外,CVS与SAH后神经元坏死之间的关系尚不清楚,需要进一步研究。脑水肿SAH后的脑水肿可分为三种类型:血管源性脑水肿、细胞毒性脑水肿和混合性脑水肿。血管源性脑水肿是最常见的脑水肿类型,细胞毒性脑水肿是由于细胞膜破裂和肿胀导致的通透性增加引起的。值得注意的是,SAH后,不同类型的脑水肿发生在不同的时期和阶段。SAH后基质金属蛋白酶-9的表达增加,这导致血管内皮之间的紧密连接蛋白破坏,随后导致血脑屏障通透性增加,并加重脑水肿。水通道蛋
11、白-4(AQP4)的激活也是影响脑水肿的重要机制,其中水分子通过激活的AQP4大量进入脑组织,随后加剧了细胞毒性脑水肿中的脑水肿和神经元坏死。在血管源性脑水肿中,AQP4在改善水肿方面发挥着重要作用,在AQP4敲除的细胞中,脑水肿消退率显著降低证实了这一点。进行性脑水肿加剧导致ICP增高和恶性颅内高压,随后导致脑缺血和神经元坏死。因此,SAH后脑水肿的早期治疗对于改善SAH患者的预后至关重要,尤其是那些分级差的aSAH患者。脱水剂(甘露醇)可显著降低脑水肿程度,渗透压升高也降低了最终心肌坏死的程度。此外,脱水剂还通过限制星形胶质细胞肿胀和恢复毛细血管灌注来改善脑组织氧合,从而减轻早期脑损伤。因
12、此,探索脱水药物和基于AQP4的靶向药物治疗神经元坏死具有治疗潜力。3神经元凋亡血肿的机械压迫、血红蛋白的毒性损伤和氧化应激导致SAH后皮质神经元和海马神经元的广泛凋亡。神经元凋亡的复杂过程涉及外源性死亡受体途径、P53介导的凋亡途径、半胱氨酸蛋白酶依赖性和非依赖性途径以及内源性线粒体途径。Bc1.-2基因家族促进细胞色素C从线粒体膜释放,并与凋亡蛋白酶激活因子1(ApaM)结合,以调节线粒体膜通透性。c/Apaf-1复合物进一步调节凋亡因子Caspase-3的激活,并诱导神经元凋亡。最近的研究报道称,一种新的膜结合胆汁酸受体(TGR5)参与氧化应激和凋亡过程,其中TGR5及其激动剂在大鼠SA
13、H模型中通过cAMPPKCA1.DH2途径抑制神经元凋亡并改善神经功能。此外,蛋白偶联受体30(GPR30)及其激动剂G1也参与SAH后的神经元凋亡,这可以通过src/EGFR/STAT3信号通路抑制神经元凋亡。先前的一项研究表明他汀类药物可以通过抑制SAH后caspase-3来减轻神经元凋亡和EBIo此外,Netrin-I可以激活PPAR怵口Bc1.-2表达,抑制促凋亡因子Bax和NF-B,并改善SAH后的EBIo此外,SAH后PDK4的早期过度表达有可能通过ROS/ASK1/P38途径减少氧化应激来减轻神经元凋亡。最近的一项研究还表明,早期给予氟西汀可以通过调节Notch1ASK1p38M
14、APK信号通路来防止细胞凋亡,从而改善SAH后的EBIoSAH弓|起的神经元凋亡已被广泛深入地研究,涉及许多信号通路和分子机制。未来的研究需要评估和确定可在诱导凋亡中调节的特定分子机制,从而有助于研发临床可行的治疗方案。4神经元焦亡焦亡是一种新报道的细胞死亡机制,是由Caspase-1引发的程序性神经元细胞死亡的一种形式,也是神经损伤的重要原因。2001年首次提出的焦亡与凋亡不同,其机制与炎症相关。焦亡是一种由GSDMD(gasdermin蛋白家族,包括gasderminAsgasderminB、GasderinC、DFNA5和DFNB59)介导的程序性细胞死亡,炎症在焦亡过程中发挥重要作用。
15、gasdermin是细胞焦亡的重要元素,广泛分布于中枢神经系统。因此,神经元焦亡在中枢神经系统相关疾病的发展中起着重要作用,是脑损伤的重要机制。在经典的CaSPaSe-I诱导的细胞凋亡过程中淡症小侬N1.RP1、N1.RP3、N1.RC4和AIM2)感知危险信号,并诱导连接分子ASC激活Caspase-1,从而裂解GSDMD,导致水和离子流入,最终导致细胞肿胀和死亡。非经典途径诱导的细胞焦亡通过非经典炎症(在小鼠中,是一种Caspase-11前体和脂多糖的复合物)的寡聚化激活,其将细胞内Caspase-11的前体与脂多糖结合。之后,GSDMD通过激活不依赖于Caspase-1的Caspase-
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