摘要
脑卒中是致残和认知缺陷的主要原因，占全球死亡总数的5.2%。大脑血管的暂时性或永久性闭塞导致缺血性卒中，构成大多数脑卒中病例。缺血性卒中引起脑梗死，伴随脑组织死亡和局灶性神经元损伤。缺血性卒中发作后的梗死面积和神经功能缺损严重程度取决于发病时间、缺血严重程度、全身血压、静脉系统和梗死部位等因素。缺血性卒中是一种复杂疾病，缺血性卒中后的神经元损伤是当前研究的重点。本综述将提供缺血性卒中和脑梗死的基本病理背景，总结缺血性卒中和神经元损伤的主要机制，并简要概述一些代表性临床试验和应用于卒中及脑梗死的最新治疗方法。
1. 引言
脑卒中是致残和认知缺陷的主要原因，2017年在美国是第五大死亡原因。此外，缺血性卒中在2015年占全球死亡总数的5.2%。缺血性卒中的基本病理原因是血管内血栓形成，可导致脑组织坏死和局灶性神经元功能缺损。缺血性卒中有三种已知的主要原因：50%由脑血管动脉粥样硬化斑块及其破裂引起，20%由心源性脑梗死导致，25%由小血管病变引起的腔隙性梗死造成。其余5%则由血管炎和颅外动脉夹层等其他罕见原因所致。
急性缺血性卒中（AIS）是一种可在缺血发作后极短时间内造成严重脑损伤和神经元损伤的缺血性卒中类型。缺血性卒中和脑梗死造成不同程度和类型的脑损伤，包括脑组织病变和结构性损伤，以及神经元死亡和功能缺损等。这些损伤的临床症状可在阿尔茨海默病、运动功能缺损、智商评分降低以及多种认知功能缺损（如选择性注意力、工作记忆、信息处理、抽象推理和语言理解能力）等患者中观察到。
根据对缺血性卒中和脑梗死机制及临床管理的大量研究，缺血性卒中和脑梗死导致神经元损伤有三大主要机制。首先，缺血和梗死导致的神经元损失是最直接的神经元损伤原因之一。针对这一机制，研究人员一直专注于神经保护和再生过程，以及相关生物标志物和分子通路的研究。其次，缺血引起的血管阻塞过度产生活性氧（ROS），研究表明氧化应激加剧神经元损伤并导致严重的功能缺损。对抗和缓解氧化应激的通路被广泛研究以帮助减少神经元损伤。缺血引起的炎症是导致卒中后进一步神经元损伤的另一个因素。因此，有效调控免疫反应可能有助于减少神经元损伤。
缺血性卒中和脑梗死的体内动物模型为了解潜在机制和可能的临床疗法提供了宝贵见解。小鼠模型中的大脑中动脉闭塞（MCAO）模型是体内研究中应用最广泛的模型。栓塞性MCAO模型非常接近人类卒中，其中80%以上由血栓或栓塞引起。MCAO在大脑中动脉产生可再生性闭塞，并且无需颅外切除闭塞即可实现再灌注。尽管这种血流快速恢复的机制与人类卒中的病理生理学不同，但该模型仍能很好地模拟机械溶栓的临床应用，这在未来可能更广泛地应用于患者。此外，各种栓塞性卒中和自发性卒中模型能最有效地模拟人类卒实的真实状况。不同的实验模型对目前关于卒中病理生理学及其后果的知识做出了重要贡献，每种模型都会在缺血后引起脑微循环和局部炎症反应的不同变化。然而，这些模型伴随着梗死大小和位置的较高不稳定性。例如，自发性卒中模型中的不可预测卒中发作和栓塞性卒中模型中的不可预测再灌注条件。
缺血性卒中和脑梗死的最终治疗目标是通过缓解动脉闭塞（再通）和恢复脑血流（再灌注）来减少神经元损伤。AIS治疗中病理生理反应的基本假设是：一旦大脑动脉闭塞，低灌注脑组织面临永久性梗死的风险，但通过快速恢复血流，这些组织可以得到有效挽救。这些组织被称为缺血半暗带，防止缺血半暗带转化为不可逆梗死是AIS治疗的目标。初级卒中治疗的挑战部分源于区分半暗带与核心区域以及半暗带与良性低灌注组织，后者灌注不良但无梗死风险。
2. 缺血的病理生理过程
对缺血性卒中和神经元损伤的研究表明，神经元损伤是由神经元损失、氧化应激和免疫反应引起的。各种生物标志物和分子通路参与挽救缺血性卒中和脑梗死引起的神经元损伤。
神经元保护和再生
神经元的存活影响脑功能的稳定性和完整性，神经元损失直接导致脑功能缺损。因此，神经元保护和再生一直是有效挽救脑功能缺损的主要关注点。实现这一目标有多种方法，包括增强神经元保护、促进神经元修复和神经元再生，以及直接调控神经元存活或死亡等。例如，星形胶质细胞有助于血管生成、神经发生、突触生成和轴突重塑。因此，在卒中后晚期恢复阶段促进神经功能恢复可能对神经保护有益。星形胶质细胞通过发挥抗兴奋毒性作用和释放神经营养因子来限制病变扩展。因此，星形胶质细胞对缺血性病变的反应在改善卒中后功能结果方面被视为优秀的治疗靶点。
此外，阻断GSK-3β诱导的β-连环蛋白降解（进而促进神经元存活）是Wnt1保护中脑多巴胺能神经元能力的关键步骤。在中枢神经系统中，Wnt信号级联调控神经元功能的各个方面，包括分化、神经元死亡或存活、轴突延伸、突触形成和可塑性、神经营养因子转录、神经发生和再生。
电压门控K+通道（Kv）2.1/Kv2.2通路与神经元保护
Kv2.1参与神经元凋亡通路。具有Kv2.1低功能表达的神经元被观察到对凋亡刺激具有高抵抗力。然而，其同源Kv2.2通路C端的过表达干扰Kv2.1簇，而不影响其他活性通道。这种干扰通过阻断K+通路电流强度的增加来提供神经元保护。在先前的研究中，已确定七氨基酸去簇结构域SIDSFTS诱导Kv2.1簇分散，以保护小鼠缺血-再灌注模型中的神经元。此外，膜通透性衍生物TAT-DP-2诱导Kv2.1表面簇分散，防止损伤后促凋亡性钾电流强度增强，减少梗死面积并改善卒中后的长期神经功能。源自TAT-DP-2的治疗肽可透过血脑屏障（BBB），在体内缺血性卒中小鼠模型中提供有效的神经元保护。因此，破坏Kv2.1簇提供神经元保护。
含WD重复的TP53反义RNA（WRAP53）介导神经元修复
研究表明，WRAP53表达诱导神经元中DNA双链修复，促进缺血性卒中后的功能恢复。此外，氧/葡萄糖剥夺在小鼠卒中模型中诱导ROS过度产生，ROS在神经元中破坏DNA双链。此外，WRAP53活化促进其转位入核后的DNA修复。WRAP53敲低加剧DNA双链损伤，导致神经元对凋亡刺激的抵抗力降低。相比之下，WRAP53过表达激活DNA双链修复，从而促进神经元保护和存活。临床试验表明，高WRAP53（一种端粒相关基因）可能对人类健康寿命有益，逆转糖尿病前期的某些有害代谢后果。
神经前体细胞（NPCs）介导星形胶质细胞-神经元转化
NPCs促进动物模型中卒中区域和梗死区域的神经元存活、增殖和再生。一些临床试验报告了在患者中使用NPCs的积极结果。此外，移植外部NPCs是卒中的另一种潜在临床治疗方法。神经营养因子用于通过嵌入式神经发生放大成年哺乳动物大脑中的神经元再生，但这仅对缺血性卒中引起的神经元损失的<1%有贡献。
移植到受损皮质区域后，来自脑垂体腔的神经干细胞（NSCs）负责产生星形胶质细胞而非神经元。此外，移植的外部NSCs与各种挑战相关，如免疫排斥、肿瘤进展和长期存活率差。此外，星形胶质细胞在体外和体内缺血性卒中后可转化为神经元。例如，Chen等人报告了小鼠卒中模型后74.3%的星形胶质细胞-神经元转化率。然而，这种转化在患者中的临床效果尚未得到研究。
N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）对神经元存活或死亡的双向调控
NMDARs是神经元损伤和缺血性卒中的关键调控因素。NMDARs在调控神经元存活或死亡方面具有双面作用。首先，NMDARs的不同亚型调控神经元存活和死亡。研究表明，含有NMDA受体2B（GluN2B）的NMDAR拮抗剂缓解了体外和体内暂时性MCAO（tMCAO）模型中NMDA引起的毒性。然而，含有GluN2A的NMDAR拮抗剂加剧神经元死亡而非缓解其影响。其次，NMDARs的功能随其位置而变化。实际上，突触内和突触外的NMDARs发挥相反功能。突触内和突触外的NMDARs都激活ERK1/2激酶，但只有突触内的NMDARs增加ERK磷酸化水平，以在毒性条件下为神经元提供保护。值得注意的是，突触外NMDARs的刺激使ERK1/2失活。第三，NMDARs在调节神经元存活和死亡的信号通路中发挥各种作用。低浓度NMDA激活NSCs以发挥神经保护反应。此外，PI3K/Akt激酶和MAPK通路是参与神经元存活的NMDAR下游通路。MAPK信号通路成员，包括p44/42 MAPK（ERK1/2）、JNK和p38 MAPK，调节细胞增殖和分化，以及蛋白质激酶级联中对细胞因子和应激的反应。然而，NMDARs通过激活NSCs诱导神经毒性，以GluN2B-突触后密度蛋白95-神经元一氧化氮合酶复合物、GluN2B-死亡相关蛋白激酶1-p53复合物或GluN1-PTEN复合物的形式。
氧化应激
血红素加氧酶1（HO-1）在包括卒中和梗死在内的脑损伤后在脑组织中高表达，HO-1的高表达水平象征着对氧化应激的保护机制激活。脑损伤与氧化应激相关。研究表明，波斯蓝（PB）纳米粒子有效消除缺血性卒中和脑梗死产生的过量ROS。PB发挥与过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶类似的功能。此外，中空普鲁士蓝纳米酶（HPBZs）反应并中和免疫反应引起的炎症，同时在体外和体内抑制神经元凋亡。因此，HPBZs增加对卒中的耐受性并最小化神经损伤。
免疫反应
卒中中断脑部血流。卒中的病理生理学涉及脑损伤后的进行性系统反应。动物卒中模型和临床患者显示动态BBB破裂。卒中引起的BBB骨折启动一系列病理反应。卒中引起的高炎症反应包括循环血液中炎性细胞、细胞因子和趋化因子水平升高。最近研究表明，在tMCAO动物模型中，卒中后6.5-7小时有效减少梗死面积并出现有希望的神经损伤恢复。该模型中使用的干预是血液替代疗法，用健康幼鼠的全血替换卒中鼠的血液。该疗法可能的潜在机制如下：首先，BBB破裂后释放的脑抗原可能在卒中后激活免疫系统。因此，用卒中鼠的血液替换可能减少循环血液中脑抗原的数量，以减轻卒中后的免疫反应。其次，替换卒中鼠的血液有效减少活化白细胞的数量。因此，卒中后循环血液中的大量有害信号，包括细胞因子、趋化因子和蛋白酶，减少。最后，新的替换血液可能提供氧气和各种其他神经保护因子。
血小板微囊泡（PMV）干预和微小RNA（miRNAs/miRs）
缺血性卒中和脑梗死引起的神经元损伤的分子机制复杂。除了前面提到的分子过程外，多种其他因素也为卒中治疗提供了新见解。最近发现，PMVs显著改善脑梗死小鼠的神经功能恢复，并促进梗死边缘的血管生成。循环PMVs的促凝血和促炎表型可能导致卒中恢复期患者乙酰水杨酸治疗失败。
越来越多的证据表明，外泌体miRNAs是参与卒中发病机制的最重要因素之一。外泌体miRNAs被用作卒中诊断的非侵入性生物标志物，并用于监测治疗过程中的反应。Antagomirs（抗miRNAs）是一种有效增强各种动物模型中神经元存活的治疗方法，例如，向肌萎缩侧索硬化动物模型SOD1（G93A）小鼠施用miR-129-5p的反义寡核苷酸抑制剂，导致存活率显著增加并改善治疗小鼠的神经肌肉表型；一些miRNAs在卒中中显示出治疗效果。这些miRNAs影响卒中诱导的通路，包括白细胞外渗信号、NF-κB信号、Toll样受体信号和凝血酶激活通路。例如，miR-122、miR-9、miR-298和miR-155-5p通过靶向NF-κB信号通路中涉及的不同基因参与卒中后的脑损伤。因此，miRNAs在卒中进展、诊断、治疗和预后中至关重要。
3. 临床管理
目前，溶栓治疗是缺血性卒中和脑梗死应用最广泛的治疗方法。溶栓的基本原理是使用溶栓药物和机械取栓装置再通和再灌注脑动脉，最终导致脑组织和神经功能的部分恢复。静脉溶栓治疗对卒中发作后4.5小时内的患者已确立临床有效性。然而，许多患者面临复杂情况，如近端动脉闭塞、卒中发作>4.5小时以及由于近期大手术或活动性出血导致的全身溶栓禁忌症。这些患者不适合静脉溶栓治疗。因此，最近的综述指出，几项研究和临床试验专注于直接清除血管中闭塞并恢复血流的导管或动脉基础治疗。
静脉溶栓
由美国国家神经疾病和中风研究所和欧洲急性卒中研究资助的临床试验证明，静脉溶栓对症状轻微或无残疾的患者具有强效，并且对全范围残疾的患者，静脉溶栓的益处大于局限性。例如，在3-4.5小时时间窗内使用组织纤溶酶原激活剂治疗可使约一半的患者受益，且不增加伤害；约1/6的患者有更好的结果，1/35的患者有更差的结果。先前研究已确立静脉溶栓作为卒中发作后3小时内AIS患者的标准治疗。静脉溶栓对所有级别和亚型的卒中都有益处，35-40%的患者表现出良好的治疗效果。然而，仅10-15%的颈内动脉闭塞和25-50%的近端MCAO通过静脉溶栓治疗得到缓解。这些数据表明，近端动脉闭塞（颈内动脉和MCAO）可能对单独静脉溶栓治疗有抵抗力。近端动脉闭塞导致约三分之一的AIS病例出现严重卒中症状，并具有无效再灌注的不良结果。因此，几项大规模临床试验一直专注于确定基于静脉溶栓的其他替代或辅助疗法，以改善再通和再灌注率。
动脉溶栓
动脉溶栓包括化学溶栓和机械取栓，最近对机械取栓前使用静脉治疗的有效性提出了质疑。选择性溶栓重组前尿激酶（r-proUK）的动脉溶栓的临床疗效和安全性已在两项随机急性卒中治疗试验（PROACT I和PROACT II）中进行研究。研究表明，接受此类治疗的患者有脑出血风险。此外，将动脉溶栓与其他药物结合治疗的结果仍不明确。因此，美国食品和药物管理局（FDA）未批准动脉r-proUK的临床应用。然而，最近的一项研究报告称，r-proUK促进了溶栓和再通，降低了脑出血风险，从而在兔子中对脑缺血发挥保护作用。
与最近开发的化学溶栓不同，机械取栓已在临床中广泛应用。FDA基于多项大规模临床试验的积极结果，批准了几种机械取栓装置。这些装置可以有效再通近端动脉闭塞，并具有可接受的并发症发生率。事实上，与联合静脉溶栓和机械取栓组相比，单独机械取栓组观察到任何类型的颅内出血的频率较低。然而，与联合组相比，单独机械取栓组未能在急性大血管闭塞卒中患者中显示有利的功能结果。此外，最近的发现支持静脉治疗在机械取栓前不影响卒中患者预后的假设。
临床前磁共振成像
基于MRI工具选择患者的新型再通方法的试验正在进行中。除非考虑特定病变部位，否则中等大小梗死引起的功能缺损难以预测。关于病变位置和疾病进展的准确信息对临床治疗至关重要。因此，在临床前阶段有希望的神经保护化合物可能由于信息不准确而在大规模临床试验中被判定为无效。内囊（IC）的梗死可能与卒中患者的运动障碍和不良预后相关。后续治疗需要关于IC内病变体积大小和精确定位的临床前MRI信息。此外，根据MRI的神经损伤状态，以及根据免疫染色的轴突结构破坏和病理变化，为神经保护药物的精确注射部位提供信息。因此，结合MRI和组织学方法为评估脑缺血治疗期间的神经元损伤提供了强大方法。
4. 结论与未来展望
缺血性卒中导致严重后果，包括脑梗死、永久性脑损伤和神经功能缺损。因此，减少和预防卒中和梗死引起的神经损伤一直是机制和治疗研究的重点。本综述总结了缺血性卒中的病理生理学、分子机制、动物模型以及临床管理和治疗。应进一步研究临床试验中相关的分子机制。美国心脏协会建议动脉溶栓是卒中的可接受替代疗法。多个卒中中心为在6小时内经历重大急性卒中发作的患者提供动脉溶栓。然而，动脉溶栓的分子机制仍有待全面研究。
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