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脑缺血是严重危害人类健康的一类疾病。缺血预处理对随后的脑缺血损伤产生的脑保护作用，为治疗脑缺血损伤的研究提供了一种新的思路。由于缺血预处理诱导脑缺血耐受需要中断脑血供，加上其方案、保护时限和发生机制尚未完全清楚，很难在临床推广运用。因此，随后出现了许多非缺血预处理的脑保护作用研究，包括药物预处理、低氧预处理、电刺激预处理、高温预处理、高压氧预处理等。本文主要介绍了缺血预处理和具有重要临床意义的各种非缺血预处理方法对脑保护作用的研究。
1 缺血预处理的脑保护作用
脑缺血预处理（cerebral ischemic preconditioning，CIP）是指对脑预先进行短暂的亚致死性缺血预处理，以减轻随后发生的致死性脑缺血再灌注所造成的损伤，产生脑保护作用。预处理的效应分为早期效应和延迟效应。早期效应发生于预处理后数小时，其机制主要与腺苷受体激活和K ATP 通道开放有关。预处理中ATP分解，腺苷释放显著增加，并与特异性受体（主要是A1受体）结合，激活蛋白激酶C（PKC），从而参与预处理调节。另一方面，腺苷可提前或加强K ATP 通道的开放，限制Ca 2+ 内流和兴奋性氨基酸的突触前释放，稳定神经元膜电位，降低脑能量代谢，从而起到组织对缺血和低氧的耐受作用。延迟效应在预处理后2～4天达到高峰，与很多基因表达增强或受抑有关。适度缺血可活化电压敏感性钙通道，钙内流诱导脑内即刻早基因（immediate early genes IEGS）的快速转录并合成Fos、Jun蛋白二聚体，后者可与AP-1位点结合调节靶基因的转录，生成神经生长因子（NGF）、脑源性活性因子（BDGF）、碱性成纤维细胞生长因子（BFGF）、热休克蛋白（HSP），从而改善后续致死性缺血所引起的神经元损害 ［1，2］ 。关于缺血预处理的机制研究较多，在沙鼠的全脑缺血模型中，CIP的保护作用也能被N-甲基-D-门冬氨酸（NMDA）受体阻滞剂MK-801所阻断，提示NMDA受体的活动与缺血耐受产生机制有关 ［3］ 。另外，鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）在细胞内信号转导过程中起重要作用。Thornton等 ［4］ 证明应用河豚毒素阻断河豚毒素敏感性G蛋白可明显抑制CIP的脑保护效应。
2 药物预处理的脑保护作用
由于缺血预处理存在明显的缺陷，不能应用于临床。药物预处理具有相对安全、方便、易于剂量控制等优点，于是人们根据CIP的机制进行药物预处理的研究。目前主要有以下各种化学药物的预处理研究。
2.1 3-硝基丙酸（3-nitropropionic acid，3-NPA）预处理 3-NPA是一种存在于植物和真菌的毒素，可以不可逆的抑制琥珀酸脱氢酶（SDH，即线粒体复合体Ⅱ），使氧化磷酸化解耦联，ATP产生减少，从而造成化学性缺氧，故可以用来模拟缺血预处理的保护机制。Aketa等 ［5］ 用3-NPA（4mg/kg）对动物做腹腔注射的实验表明:3-NPA诱导的化学预处理（chemical precondition-ing，CP）可产生发生早（3h）、持续时间长（至少24h）的缺氧耐受，腺苷受体的激活参与此过程。Huber等 ［6］ 通过实验认为，3-NPA诱导的CP可抑制低氧期游离N-甲基-D-天冬氨酸（NADH）的增加，从而增加组织耐受性，并认为这是由于游离NADH向蛋白质的结合转移所致。Riepe等 ［7］ 用小剂量3-NPA（20mg/kg）对动物进行腹腔注射，做成脑片后，再应用大剂量的3-NPA（1mmol）对脑片进行化学性缺氧处理，发现3-NPA预处理可以增加缺氧耐受，当同时应用K ATP 通道拮抗剂格列本脲时，会减轻这种耐受作用，说明K ATP 通道激活参与了CP机制。Brambrink等 ［8］ 研究bcl-2基因家族的两个互相拮抗的成员抗凋亡基因bcl-2和促凋亡基因bax，他们发现，单次小剂量3-NPA可引起bcl-2/bax蛋白比率增高，一般而言，bcl-2/bax蛋白比率增加可以防止细胞凋亡。2.2 K ATP 通道开放剂预处理 Lauritzen ［9］ 发现K ATP 通道开放剂cromakalim具有防止谷氨酸盐所致的海马神经元凋亡的作用。Shimizu ［10］ 在大脑中动脉阻断前15min，将线粒体特异性K ATP 通道开放剂Diazoxide注入大鼠右侧脑室，与对照组比较发现，Diazoxide有明显的保护作用，特异性K ATP 通道阻断剂可以安全消除其保护作用。腺苷受体或K ATP 通道的激活均可诱发延迟性神经保护作用，Blondeau等 ［11］ 报道在致死性缺血3天前用腺苷受体激动剂R-phenylisopropy-ladenosine或K ATP 通道开放剂cromakalim预处理可诱导HSP70在脑内的表达，从而引起脑保护作用。
2.3 吸入全麻药预处理 已经有研究表明异氟醚预处理可诱导心肌缺血耐受，产生缺血预处理效应 ［12～14］ ，对心肌缺血再灌注损伤有较强的保护作用，能明显降低心肌梗死面积 ［12，13］ 。随后的研究亦证明七氟醚、二氟醚和安氟醚对心肌具有类似的缺血预处理效应。目前，吸入全麻药预处理也已用于有心肌梗死危险的心脏或非心脏手术冠心病患者，以减少心肌梗死面积，减少心功能紊乱，改善心脏灌注 ［15，16］ 。大量研究显示吸入全麻药预处理对脑缺血再灌注损伤亦具有保护作用。Wise ［17］ 首次报道异氟醚或氟烷预处理可以减少缺氧和无糖所致的培养神经细胞凋亡，并且与浓度和时间密切相关，浓度愈高，持续时间愈长，作用愈强。在体试验也发现，地氟醚麻醉组对体外循环-深低温停循环后乳猪的神经学影响小于芬太尼组，组织学表现也优于后者，说明地氟醚对脑的缺血-再灌注损伤的保护作用强于芬太尼 ［18］ 。Kapinya等 ［19］ 在鼠大脑中动脉闭塞（MCAO）前0、12或24h持续吸入1MAC异氟醚3h，其梗塞面积显著减少，可诱导脑缺血耐受而产生保护作用，并发现异氟醚的保护作用不仅表现在早期，而且其保护作用可延续至1天以后。熊利泽等 ［20］ 研究了异氟醚预处理对大鼠局灶性脑缺血损伤的保护作用，发现异氟醚预处理能显著改善大鼠缺血后的神经学行为，减小脑梗塞容积，可通过诱导短暂性局灶性脑缺血耐受而产生保护作用。吴明春等 ［21］ 研究也证明异氟醚预处理具有脑保护作用，并且存在一定的剂量-效应关系。吸入全麻药是通过激活K ATP 通道 ［12，13］ ，对随后的心肌缺血损伤起保护作用，故由此推测异氟醚处理也是通过激活K ATP 通道诱导脑缺血耐受。不同浓度的异氟醚对K ATP 通道的敏感性不同，因而异氟醚预处理存在剂量-效应关系。另有人提出缺血引起谷氨酸释放，激活NMDA受体，导致脑保护的产生 ［22］ 。谷氨酸作为兴奋性神经递质，存在于脑内兴奋性突触前末梢，在病理情况下，对脑神经元产生兴奋性毒性作用。通过去除细胞外Na + 、Cl - 可减少谷氨酸的神经兴奋性毒性作用引起的细胞死亡 ［23，24］ 。异氟醚可影响依赖于钠离子通道的谷氨酸释放 ［25］ ，刘艳红等 ［26］ 研究进一步证明了多次吸入异氟醚可以诱导产生脑保护作用，此作用可被钠离子通道阻断剂-利多卡因阻断，提示了钠离子通道参与异氟醚对脑的预处理效应的形成机制。另外，Kapinya等 ［27］ 对皮质的提取物作Western blot分析发现在异氟醚处理6h后诱导（生）型一氧化氮合酶（inducible NO synthase，iNOS）增加，18～24h升高达高峰，分析其保护机制可能为iNOS合成，且此作用可被一氧化氮合酶抑制剂氨基胍（aminoguanidine）所阻断。 现在的研究已明确吸入全麻药预处理对动物可诱导脑缺血耐受，但对人脑是否亦可诱导缺血耐受尚未定论，有待于研究。吸入全麻药如异氟醚作为临床上广泛使用的麻醉药，因其毒副作用小，对于其预处理脑保护作用的研究具有潜在的临床价值。
2.4 异丙酚预处理 静脉麻醉药异丙酚（2，6一二异丙基酚）有类巴比妥类药物的作用，包括可以增加脑缺血区域血流，抑制脑水肿形成，降低脑代谢，减少氧耗量以及降低颅内压，因而具有脑保护作用。作为r-氨基丁酸A（GABA A ）受体激动剂，还具有减少兴奋性氨基酸的产生，减少钙内流，清除自由基等作用。各国学者的动物实验研究表明，异丙酚对缺血性脑损伤有保护作用;临床试验也证实，临床麻醉剂量的异丙酚具有脑保护作用。对于其预处理的脑保护机制尚不是很清楚，王彦松等 ［28］ 发现异丙酚预处理能抑制脑缺血再灌注后神经细胞凋亡的发生，其机制与上调脑源性神经营养因子（BDNF）及其受体TrkB的表达上调有关。2.5 地塞米松预处理 国外的一些研究表明，地塞米松（DEX）预处理对缺氧缺血新生动物具有神经保护作用，且这种作用存在时间依赖性，即在缺氧缺血前4～48h内给予DEX可以显著减轻脑损伤的程度，而在缺氧缺血前3h内或发生缺氧缺血后应用DEX则无效 ［29］ 。其作用机制尚不清楚，但这种时间依赖性提示DEX的作用可能与基因水平的调控有关。bcl-2基因及其相关蛋白在细胞凋亡调控过程中起着重要作用。不同的干预和刺激通过bcl-2的表达及其蛋白增加的机制能抑制凋亡，转基因小鼠bcl-2的过表达对缺氧缺血性脑损伤具有保护作用 ［30］ ，缺氧缺血后脑组织bcl-2的表达增加 ［31］ 。周伟等 ［32］ 研究结果显示，DEX预处理在再灌注早期可抑制缺氧缺血对脑bcl-2mRNA表达的诱导，但自再灌注后24h开始刺激bcl-2mRNA的表达，并持续至再灌注7天以后。由此认为DEX预处理对脑缺氧缺血新生大鼠的神经保护可能部分是通过对抗凋亡基因bcl-2正向调节而实现。采用原位末端标记（TUNEL）法检测细胞凋亡显示，与缺氧缺血组相比较，DEX预处理组脑细胞凋亡程度明显轻于前者。此结果与bcl-2mRNA表达的变化相一致。提示bcl-2mRNA的表达与神经细胞存活密切相关，bcl-2可防止或减少缺血再灌注所致凋亡的发生。电生理研究显示:糖皮质激素有助于抑制中枢神经系统神经元活性;Liu等 ［29］ 也观察到，经DEX预处理的新生大鼠遭受缺氧缺血后，其缺血侧运动皮质神经元成熟及髓鞘形成均延迟，但不久即恢复至正常水平，认为DEX对缺氧缺血新生大鼠的保护作用乃是由于暂时抑制神经元的成熟所致。当然，细胞凋亡是受多因素调控的，而且有资料证明，bcl-2缺陷小鼠仍能正常发育及维持中枢神经系统功能，提示其它一些基因也可能在控制中枢神经系统细胞死亡的过程中起着重要作用。DEX预处理的神经保护作用的机制也不仅限于对bcl-2的调节，故有待于进一步研究发现。
3 低氧预处理的脑保护作用
通过低氧预处理，脑组织能量代谢减弱，糖酵解率降低，从而保存了ATP水平，减少了有毒代谢产物的堆积，起到延缓细胞死亡，缩小梗死范围的作用，并可推迟“治疗时间窗”，提示重复缺氧动物脑中出现已知或未知的神经保护物质或抗缺氧物质。张剑宇等 ［33］ 研究发现通过低氧预处理后血小板表达α-颗粒膜蛋白（GMP-140）分子数量显著低于缺血再灌注组及对照组。同时低氧预处理后血小板生产血栓素（TXA 2 ）的能力下降和白细胞产生前列环素（PGI 2 ）的能力增加，从而减少血小板的活化和GMP-140的表达，削弱血小板间的粘附，限制脑梗死的发展，可保护内皮功能和血管舒张功能。由此可见，低氧预处理具有重要的临床意义，而且有延缓细胞死亡的作用，故为脑梗死的治疗提供更为广阔的前景。
4 电刺激预处理的脑保护作用
近年来，国外学者研究发现小脑顶核（fastigial nucleus，FN）在脑血管活动调控中起重要作用。应用大脑中动脉阻塞（MCAO）动物模型证实，电刺激FN能减少脑梗死体积40%以上，并能促进电生理功能的恢复 ［34］ 。这些研究观察到在脑缺血后应用电刺激FN能明显减轻脑组织损害程度，周洪语等 ［35］ 发现在缺血前进行电刺激FN的预处理有预防性脑保护作用。他们的实验结果证实缺血前1～24h电刺激FN预处理能减小梗死范围并促进EEG恢复，其脑保护作用主要位于梗死灶的背内侧和尾侧部的新皮质。缺血前1h电刺激FN组脑保护效果较为明显，梗死范围减少40.4%，还减轻了梗死周围脑组织水肿。于电刺激FN预处理的预防性脑保护作用的确切机制还不是很明确。电刺激FN可能通过局部释放内源性神经递质，降低神经元兴奋性、减少钙内流和抑制梗死周围去极化等，增加神经元对缺血损害耐受性。此外，电刺激FN能直接抑制IL-1β诱导的脑血管炎性反应，减少iNOS和I-CAM-1mRNA上调，并能增加I K B-αmRNA表达，使微血管耐受炎性刺激，减轻脑损害。电刺激FN应用条件并不复杂且脑保护作用确切，对于治疗缺血性脑损害具有良好的应用前景。
5 其他
除了上述各种预处理方法的研究，目前，国内外学者还研究发现，升高体温、高压氧等预处理方法可以使脑组织获得缺血耐受，从而使神经元对随后发生的“致命性”严重缺血产生保护作用。缺血预处理能够产生脑保护作用，但是缺血预处理在临床应用中尚不实际，人们希望借助脑缺血预处理机制的研究，去寻找能被临床接受和应用的预处理方法，如高压氧、吸入全麻药等，并且研究其机制，最终获得安全有效的脑保护药物或措施。
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（编辑罗 彬）
作者单位:200032上海复旦大学附属肿瘤医院麻醉科