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水蛭素抑制脑出血后脑水肿作用

脑出血是神经科常见病、多发病,其内科治疗单一,随着凝血酶在脑出血后作用研究的深入,抗凝血酶治疗可能是防治出血性脑损伤最有希望的措施之一。

凝血酶是一种多功能血清丝氨酸蛋白酶,由无活性的凝血酶原产生,催化纤维蛋白原转变为纤维蛋白,因而在凝血级联反应中起关键作用。正常脑组织中凝血酶的浓度极低,脑出血后血液进入脑组织,随着血液的逐渐凝固在脑组织内产生大量的凝血酶,当凝血酶产生的量超过体内固定的凝血酶抑制剂的量,可引起脑组织水肿、神经细胞凋亡、癫痈发作、炎性反应等。星形胶质细胞在中枢神经系统广泛分布,主要功能是对神经元起支持、营养作用,同时在损伤应答、宿主防御机制和组织修复等过程中发挥重要作用。反应性星形细胞胶质化是各种脑损伤后最常见的现象,在颅脑创伤、脑缺血等方面研究较多。脑损伤后星形胶质细胞肿胀及随后应激反应可能是脑损伤后重要的早期病理现象:肿胀的星形胶质细胞可释放谷氨酸和-氧化氮,过高浓度的谷氨酸和-氧化氮具有神经毒性,是继发性脑损伤的重要原因之-。应激反应的星形胶质细胞还可以产生多种细胞因子和炎症介质,介导炎性反应,促进内皮细胞坏死,引起血脑屏障的开放,故参与脑水中的病理过程。此外,过度的胶质化也可以作为机械屏障妨碍髓鞘和轴索的再生,影响周围神经组织结构和功能的恢复,胶质纤维酸性蛋白(GFAP)是星形胶质细胞的特异蛋白和细胞骨架成分之-,是-种中间丝蛋白,其表达的高低反应星形胶质细胞的活化状态。脑出血后血肿局部注入水蛭素,可使血肿周围组织的病理损伤减轻;脑组织含水量降低二GFAP阳性细胞数减少、变形程度减轻;结合直线回归分析过度的反应性胶质化而发挥神经保护作用。

从天然水蛭中发现提取的水蛭素是目前已知的作用最强的凝血酶特异性抑制剂,它具有-个和凝血酶受体的某个区域类似羟基尾部,与凝血酶以1:1比例非共价键形成复合物,既阻断凝血酶的催化位点,又占据阴离子的结合位点。水蛭素与凝血酶结合后,抑制了凝血酶的蛋白酶作用,也就抑制了凝血酶对纤维蛋白原的水解,阻断凝血级联反应。同时,由于与水蛭素结合后凝血酶无法裂解蛋白酶激活受体的胞外N端,因此无法激活凝血酶受体,从而抑制受体介导的凝血酶的细胞调节作用,如抑制凝血酶诱导的血小板聚集和释放功能及凝血酶导致的受损血管的收缩等。水蛭素可以抑制凝血酶在急性脑出血时对脑组织的损伤作用,减轻凝血酶所致的脑组织水肿和离子含量的变化,阻断凝血酶对血脑屏障的破坏作用,抑制凝血酶介导的神经细胞凋亡和刺激小胶质细胞活化、增生、分泌细胞因子等乍用。有实验提示,脑出血早期血肿局部应用水蛭素-凝血酶特异性抑制剂,可阴止过度的GFAP上调,抑制过度的反应性胶质化,促使星形胶质细胞形态向正常方向发展,可减轻急性期组织损伤、减轻脑水肿,有可能缩短病程、改善预后;且血肿局部给药为脑出血的治疗提供-种新的给药方法。

脑出血释放的凝血酶是-种神经毒性介质,可通过凝血酶受体的介导导致血脑屏障破坏、血管壁通透性增加甚至神经细胞直接损害,并进-步诱发脑水肿、炎细胞浸润以及神经细胞凋亡等多种损伤。实验以白细胞特征性成分髓过氧化物酶(MPO)的活性反应炎细胞浸润程度,以TUNEL技术杨己DNA受损细胞,以干湿重法测定出血侧半球的水肿,与生理盐水对照组比较,结果血肿周围组织MPO活性显著升高,大量核呈斑点状黄色深染伴核周染色质浓缩TUNEL阳性细胞表达,同侧半球明显水肿,表明脑出血存在多种继发性损伤。

有研究表明,脑出血后凝血酶的主要来源是血液凝固时释放的,每毫升血浆可产生26OU~360U的凝血酶,50μl血液凝固产生的凝血酶约10U,而1AT-U水蛭素完全抑制1U凝血酶的作用,故实验中给予10AT-u重组水蛭素进行干预。结果出血同时给予水蛭素干预显著减轻血肿周围水肿、MPO活性并减少TUNEL阳性细胞数量,降低大鼠神经功能缺损评分,表明凝血酶与脑出血后多种继发性损伤有关,抑制凝血酶的作用可以减轻血肿周围组织损伤并有助于脑出血后神经功能丧失的恢复。

目前还不知道脑出血后凝血酶的释放持续多长时间,体外血液凝固只需数分钟,体内可能稍长。此外,由于血脑屏障的破坏,血液中部分
凝血酶进入血肿周围组织,以及局部脑组织损伤后新的凝血酶原生成,可能使血肿周边组织凝血酶含量进-步增多。脑出血后仅-部分凝血酶直接渗透到组织间隙,大部分与血纤维蛋白原结合并逐渐释放到组织间隙,实际凝血酶诱导的神经毒性作用可能持续较长时间,这为抗凝血酶治疗提供了可能的时间窗。实验发现,出血后3小时内局部给予重组水蛭素减轻血肿周围水肿、MPO活性并减少TUNEL阳性细胞数量,降低大鼠神经功能缺损评分,越早应用效果越好,出血后9小时给予重组水蛭素仍可减轻血肿周围水肿,但未能减轻大鼠神经功能损伤,这表明凝血酶的作用可能持续9小时以上,但有效的抗凝血酶治疗时间稍短。

大鼠抗凝血酶治疗的时间窗与人如何换算难以确定,对人而言,这一时间窗可能要长,因为凝血酶的释放和持续时间与出血量的大小有关,出血量越大凝血酶释放时间越长。

脑出血还存在一个血肿继续扩大问题,大多数自发性脑出血6小时内出血停止,少数人24小时内还有少量渗血。而实验发现,大鼠脑出血重组水蛭素抗凝血酶治疗的时间窗较短,作为一种抗凝药物,水蛭素能否导致血肿扩大是能否实施水蛭素治疗的先决条件。与肝素等抗凝药物不同,水蛭素不影响血中纤溶酶的活性,因而继发再出血的危险性较小。实验测定血肿血红蛋白含量反应血肿大小,比测定血肿直径和容积更为准确,结果表明局部应用水蛭素未导致血肿血红蛋白含量增加,也就是说水蛭素未诱发再出血。

脑出血重组水蛭素抗凝血酶治疗的前景实验结果提示,在脑出血尚缺乏有效治疗手段的现实条件下,局部应用重组水蛭素可能是防治出血性脑损伤的有效途径。

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