肝素對蛛網膜下腔出血后的神經保護作用的研究進展

錢程行，武永康

1 引言

動脈瘤性蛛網膜下腔出血（aSAH）是一種繼發于腦動脈瘤破裂導致的極其危重的腦血管病，有較高的病死率和致殘率，其半數幸存者處于高危狀態，在幾天和幾周內可繼發腦血管痙攣、腦卒中、腦積水等，表現為語言、心理、記憶或運動功能的嚴重缺陷，只有1/3的幸存者最終能重返工作崗位［1］。炎癥因素被認為是急慢性神經疾病中神經元細胞毒性的影響因素，這也提示可針對其炎癥級聯反應進行靶向治療。aSAH引起的血管和神經組織炎癥反應大部分歸因于氧化應激，許多傳統的炎癥標志物如：白細胞，小膠質細胞，免疫復合物，補體，C-反應蛋白，和許多細胞因子和趨化因子被激活或上調［2，3］，因此減輕炎癥反應是改善預后的一種有吸引力的治療方法。雖然特異性抑制促炎調節物質，如細胞因子，是一個有效的治療策略，但是由于aSAH激活多種炎癥通路，這也提示著抑制任何上游炎癥激活劑可能無法充分抑制下游炎癥反應。眾所周知，普通肝素（unfractionated heparin，UFH）是治療深靜脈血栓形成、肺栓塞、其他高凝狀態疾病的安全有效的抗凝劑，除了其抗凝性質外，肝素已被證明有著明顯的神經保護作用的抗炎特性，尤其是與蛛網膜下腔出血相關的炎癥反應。該綜述旨在總結aSAH后應用肝素治療潛在的益處，了解其神經保護作用。

2 蛛網膜下腔出血對顱腦的損傷

動脈瘤破裂引發的兩個獨立病理事件共同導致大腦損傷，一個是初次動脈瘤破裂導致的SAH迅速導致顱內壓的增高，進而引起腦灌注不足，循環障礙，全腦損傷，第二次病理事件發生在動脈瘤破裂的后幾天內，隨著蛛網膜下腔血塊逐漸降解，其降解產物如血紅蛋白、凝血酶副產物釋放到腦脊液并隨其循環到腦部各個部位，幾乎對中樞系統的每個方面都有負面影響，SAH通過激活內源性小膠質細胞以及循環白細胞的流入誘導中樞神經系統炎癥的發生［4-6］。這些細胞對炎癥的誘導發生具有很多促進作用。在SAH實驗模型中，小膠質細胞的激活介導神經凋亡的作用［4］。循環中性粒細胞誘發的腦微血管功能障礙、內皮損傷、通過N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA受體）功能障礙引起大腦損傷，并在血管痙攣中起著重要作用［7，8］。 SAH 后炎癥介導的腦損傷會持續幾周時間［9］，雖然這種炎癥作用對大腦有很多的負面影響，但也有有益的一面，內源性及循環性的吞噬細胞對血紅蛋白的清除也有一定的作用［10］?；罨男∧z質細胞和炎性細胞因子在aSAH后有著促進神經再生的作用，雖然這是一個有益的方面，但是過多的炎癥導致的更多的是傷害而不是獲益，尤其是在aSAH的早期階段，其有害作用更加明顯［11］。

aSAH除了直接影響中樞神經系統（CNS）微環境外，另外還可誘導血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的破壞，從而引起血管源性腦水腫的形成。這種現象的發生可能是由于蛛網膜下腔中的缺血-再灌注損傷及出血產物導致血腦屏障功能障礙［12］。除了血管源性腦水腫導致的腦腫脹，BBB功能障礙也會導致其他的病理過程，有實驗提示aSAH后白質完整性的喪失與血腦屏障的破壞有關［13］。血腦屏障充當著一個門戶作用，抵抗著炎性細胞對腦組織的浸潤作用，所以BBB的喪失可能會增加神經炎性反應作用。

3 肝素的生理特點及藥理作用

肝素是在研究內源性凝血劑期間最初在犬肝細胞內提取分離的一種葡萄糖胺聚糖，肝素分子由高度硫酸化多糖鏈線性聚合而成，其特定的硫酸化作用使得在所有已知生物分子中有著最高密度的負電荷，從而使肝素與大量蛋白質相互作用［14］。以往應用當中將其作為抗凝劑來使用，其主要作用是結合并誘導抗凝血酶Ⅲ變構激活，使其抑制凝血因子Xa活性。有研究提示，在哺乳動物中，肥大細胞和嗜堿性粒細胞是肝素主要的來源［15］。除了肝素抗凝作用外，肝素還與各種炎癥蛋白和趨化因子相互作用［16］。肝素及其衍生物通過各種機制發揮著明顯的抗炎特性，炎癥介質通常帶正電荷，與肝素分子結合會干擾生化和靜電微環境，可有效的中和這些介質發揮其抗炎特性［17］。在分子水平上，發現肝素具有各種神經保護的作用，它能降低內皮素-1（endothelin-1，ET-1）mRNA 的轉錄，ET-1 通過表皮生長因子受體 （epidermal growth factor receptor，EGFR）介導血管平滑肌細胞收縮功能，肝素與表皮生長因子結合阻止EGFR的反式激活，而且在小鼠及體外模型實驗中發現肝素與表皮生長因子結合可抑制周圍出血性血管收縮導致進一步的腦損傷［18］。肝素及其低分子量衍生物是結合并抑制白細胞黏附分子如選擇蛋白-P或選擇蛋白-L，防止白細胞通過血管壁外滲到炎癥區域［19］。肝素以高親和力與許多炎性因子結合如IL-12和IL-2，可能有使其與周圍組織隔離的作用，并在一定程度上有著防止炎癥效應細胞的激活的作用，比如嗜中性粒細胞和巨噬細胞，此外，肝素還可直接抑制炎癥的分子介質，如彈性蛋白酶和主要的堿性蛋白［20］。并且有研究表明，肝素的抗炎作用可能與其抗凝血活性無關［21］。

目前肝素在aSAH方面的應用主要是利用其抗凝特性預防動脈瘤血管內治療后的靜脈血栓栓塞（venous thromboembolism，VTE）和全身肝素化。 幾項研究表明，肝素可減少aSAH后血管痙攣和遲發性腦梗死的發生率［18］。此外，肝素還可通過控制炎癥、恢復血腦屏障完整性來改善aSAH的臨床結局。目前認為炎癥、水腫、血腦屏障功能障礙越來越多的被認為是aSAH預后不良的因素，其肝素的血管外效應要比其預防血管痙攣的作用更重要。

4 肝素在蛛網膜下腔出血中的神經保護作用

4.1 白細胞外滲 眾所周知，白細胞經過通透性增加的血管遷徙到受傷區域是炎癥反應開始的標志。蛛網膜下腔存在白細胞則是炎癥的特異性標志物［22］。其雖然白細胞從血管到實質部分的運動過程相當復雜，白細胞與血管壁的黏附取決于細胞表面糖蛋白與選擇素之間的作用［23］。有研究提示肝素可減少參與炎癥反應的白細胞數量，并且可降低炎癥對中樞系統的損傷［24，25］。先前有學者研究提示，微血栓栓塞可能導致遲發性的神經功能缺陷，因此有人猜測肝素的抗凝的特性在神經保護方面有一定的作用，并在實驗中證明了這種猜測［26］。但有其他研究者將肝素分子中的抗凝結構域去除，其也表現出對aSAH實驗對象抗炎性神經保護作用，這也為證明肝素的神經保護作用主要依靠其抗炎特性而不是抗凝特性提供了一個依據［27］。

4.2 缺血再灌注損傷 一些學者認為aSAH的出血量、血管痙攣、腦脊液吸收減少可引起顱內壓的增高，導致腦組織明顯的暫時性腦組織缺血，缺血-再灌注損傷是aSAH后主要損傷，由于其臨床相關性，發生意識喪失是aSAH預后最佳的預測因子［28，29］。多項研究證明肝素及其衍生物在缺血再灌注損傷中的療效，有關大鼠實驗模型研究結果表明短暫腦動脈閉塞后的大鼠蛛網膜下腔中給予肝素或肝素衍生物后，肝素結合從受損紅細胞釋放的氧化血紅蛋白，從而迅速的中和氧自由基對血管內皮細胞及腦組織的毒性作用，其腦組織梗死體積減小，表明氧化血紅蛋白在血管痙攣中起著重要作用［27］。半胱天冬酶途徑是在蛛網膜下腔出血后早期階段被激活，在缺血性中風中半胱天冬酶-1首次觀察到被激活，在缺血性中風中抑制半胱天冬酶1、3、8、9和11的早期激活可以防止神經破壞，動物研究模型中，可發現蛛網膜下腔出血的小鼠在給予肝素藥物治療后，其腦組織中的半胱天冬酶-3顯著降低［28］。低分子量肝素在體外表現的抗缺血再灌注損傷從而發揮神經保護作用。目前所提出的抗缺血再灌注損傷機制主要有中和氧化物質和抑制神經細胞凋亡［29］，但是目前還尚未有足夠的實驗證據來證明。

4.3 炎癥反應 盡管肝素在白細胞外滲介導的抗炎過程中有影響，但肝素還可以通過調節炎癥細胞激活來減少損傷。SAH后神經炎癥反應的關鍵效應機制是吞噬細胞的活化產生介質，如過氧亞硝酸鹽和基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）［13］。 有學者猜測肝素導致炎性細胞激活可能與SAH病理環境有關［28］，由于肝素與炎性介質相互之間的關系復雜，單一機制還不能解釋其多效性的作用。目前有以下幾種機制還有待于進一步探討，在吞噬細胞上表達的晚期糖基化終產物受體 （RAGE）通過激活核因子-κB（uclear transcription factor-κB，NF-κB）誘導炎癥效應，而SAH后，可使小膠質細胞和神經元細胞在整個皮質誘導RAGE的表達［30］。在實驗模型中，抑制RAGE信號轉導可減少其炎癥反應，減少SAH后皮層神經元死亡，改善功能結局［31］。低分子肝素和非抗凝衍生物2，3-O-脫硫酸肝素，能特異性的抑制RAGE與其配體之間的相互作用，所以RAGE抑制的阻斷可以解釋肝素對炎性細胞活化的影響［31］。在一個創傷性顱腦損傷 （traumatic brain injury，TBI）和慢性神經退行性病變的研究中，也得出肝素的抗炎證據，他們認為對于TBI患者早期注射肝素，可有效地降低神經炎癥反應和改善認知功能［24］。

4.4 氧化應激反應 活化的巨噬細胞產生反應性氧化物質（ROS）介導著SAH后顱腦損傷，大量的實驗表明降低SAH后氧化應激作用有許多益處。而肝素表現出一定的抗氧化作用，細胞外超氧化物歧化酶 （extracellular superoxide dismutase，EC-SOD）是一種強大的抗氧化酶，可以與肝素特異性結合，其結合會增加EC-SOD血液當中循環水平，不僅如此，還可誘導EC-SOD的合成。動物實驗中，研究者向過表達EC-SOD的兔腦脊液（CSF）中注射肝素，導致CSF中EC-SOD水平升高并且活性增加將近27倍［32］。硫氧還蛋白還原酶是另一種在氧化性腦損傷中具有保護作用的酶，這種酶也能與肝素高親和力結合，但具體的機制目前仍不明確［33］?？傊?，這些發現都證明了肝素可以改善SAH后產生的氧化應激損傷。

4.5 血腦屏障功能障礙與血管源性腦水腫 研究顯示SAH后腦水腫形成預示著預后不良。多項證據表明，在aSAH中及其他損傷中，肝素可降低血腦屏障功能障礙與血管源性腦水腫程度。在小鼠SAH實驗模型中，破壞小鼠的血腦屏障，用低分子肝素處理后，其損傷24 h后的腦水腫得到緩解，并且能改善早期的行為結局［34］。一項關于TBI患者人體研究發現，證明了早期應用低分子肝素可以迅速地解決水腫等病理性CT影像特征［35］?？紤]炎癥與水腫之間關系密切，肝素其抗水腫可能來源于其抗炎特性。肝素與SAH后水腫形成相關的血管內皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）和緩激肽（bradykinin，BK）之間作用關系密切［12］。 肝素對VEGF-內皮細胞的相互作用的具體機制復雜，在低濃度時，肝素似乎增強VEGF與其受體的結合，而高濃度的肝素則抑制VEGF與受體的結合?？紤]VEGF在SAH介導的腦水腫中的作用，肝素對VEGF的抑制呈現出對水腫減輕的作用，跟VEGF一樣，肝素與緩激肽之間的作用也很復雜，雖然有研究提示肥大細胞產生的肝素在過敏狀態下對緩激肽的形成和血管通透性至關重要，但其他的研究提示靜脈注射肝素能抑制緩激肽誘導的血管通透性［36］。此外，aSAH中緩激肽介導的水腫在出血后很早就出現?？傊?，肝素與VEGF、BK之間的作用機制還有待于進一步證實。

綜上所述，鑒于aSAH后腦損傷的復雜性，單一治療方式不可能解決治療的方方面面，肝素在aSAH方面的功效，仍處于研究初期，其治療機制仍需要進一步的探索。