在心臟驟停患者中，老年患者約占 80%，且自主循環恢復后 90% 的老年患者神經功能預后不良，比例遠高于非老年患者。該現象與老年患者自主循環恢復后海馬區腦組織缺血再灌注損傷加重密切相關。該文通過綜述老年心臟驟停動物自主循環恢復后海馬區神經功能損傷的相關研究，表明復蘇后海馬區血流灌注降低和神經元數目減少是海馬區損傷加劇的主要原因，其中氧化應激、線粒體功能紊亂和蛋白質穩態失調是細胞死亡的重要因素。該文希望通過老年與非老年動物的對比分析，為臨床老年心臟驟停患者的救治和改善神經功能預后提供新的思路。
引用本文： 褚莉莉, 劉燚, 周婷圓, 唐頌齡, 馬雯, 姚鵬, 曹鈺. 老年心臟驟停動物模型海馬區神經損傷機制研究. 華西醫學, 2022, 37(11): 1711-1714. doi: 10.7507/1002-0179.202210222 復制
近年來，心臟驟停患者中，老年患者比例明顯增高。65 歲及以上的患者占所有院外心臟驟停患者的 80%[1]，且院內心臟驟停患者的平均年齡高于 66 歲[2]。然而，老年心臟驟停患者心肺復蘇后自主循環恢復（return of spontaneous circulation，ROSC）率僅 34.7%，出院存活率僅 6.1%，出院時不良神經系統功能預后發生率為 90% [3]。海馬與學習記憶有關，海馬區受損將嚴重影響神經功能預后，加重社會和患者家庭負擔[4-5]。因此，減輕老年患者復蘇后海馬損傷以期改善神經功能預后是目前心肺復蘇領域的研究重點和難點。心臟驟停患者 ROSC 后神經功能預后不良與海馬區神經元的缺血再灌注損傷有關，但老年患者的具體特點與機制尚不清楚。在生理狀態下，相較于年輕患者，老年心臟驟停患者的海馬區神經細胞代謝更活躍，氧耗更高，對缺血缺氧更敏感，而 ROSC 后的缺血缺氧再灌注損傷使海馬區神經元極易受損。另外，衰老患者海馬區小膠質細胞數量減少、遷移活性降低，對受損神經元的吞噬能力降低，在發生缺血再灌注時對受損神經元的清除效率低于非衰老細胞[6-10]。目前對老年心臟驟停患者 ROSC 后海馬區神經損傷研究主要集中于動物實驗，其特點及機制尚不清楚。因此，本研究通過查閱文獻，綜述心臟驟停-心肺復蘇-ROSC 后老年動物海馬區神經損傷的特點及相關機制，以期為老年心臟驟停患者的救治提供參考建議。
1 血流灌注顯著降低
腦血管的收縮與舒張功能是影響腦灌注量的重要因素，老年患者血管的舒張能力下降，腦灌注量降低。在缺血條件下，老年患者的海馬區血管舒張能力下降更明顯，導致血流灌注顯著降低。心臟驟停患者 ROSC 后，腦灌注短暫增加后進入時長不等的循環瘀滯期，較心臟驟停前顯著降低，稱為“無復流現象”[11]。在大鼠心臟驟停-心肺復蘇-ROSC 模型中，此現象更明顯，老年大鼠 ROSC 1 h 后海馬、皮質和腦干等區域血流量較復蘇前降低大約 79%，而非老年大鼠組降低約 70%[12]。
心臟驟停大鼠 ROSC 后海馬區的血流灌注與血管收縮和舒張有關，而該過程受星形膠質細胞、血管內皮細胞及相關信號分子調節。激活的星形膠質細胞可通過 2 種途徑調節血管舒張：① 釋放腺苷三磷酸作用于腦血管內皮細胞 P2Y1 受體，進而激活內皮型一氧化氮合酶，促進內皮源性一氧化氮的釋放；② 細胞內鈣超載，激活磷脂酶 A2，前列腺素 E2 和環氧十二碳五烯酸生成和釋放增多，繼而導致血管舒張，血流灌注增加[13-15]。衰老過程中，星形膠質細胞腺苷三磷酸生成減少，血管內皮細胞 P2Y1 受體表達下調，導致內皮源性一氧化氮生成減少，血管舒張能力降低，海馬區血流灌注減少[16]。此外，衰老常伴隨腦組織氧自由基生成增加，使內皮源性一氧化氮的生物利用度降低，血管舒張能力降低，進而導致海馬區血流灌注減少。海馬區血流灌注減少后，神經元及神經膠質細胞等能量供應不足，鈣離子內流降低，血管舒張能力降低，進一步降低海馬區血流灌注，形成惡性循環。
2 神經元數量減少
老年大鼠 ROSC 后海馬 CA1 區神經元數量降低率高于非老年大鼠（老年 vs. 非老年：83% vs. 30%）[17]，主要與 ROSC 后海馬區神經元線粒體氧化磷酸化過程受損、神經元氧化應激反應加重及蛋白質穩態調節途徑受損導致海馬區神經元損傷相關。
2.1 線粒體氧化磷酸化偶聯過程受損
線粒體氧化磷酸化是細胞能量代謝的關鍵步驟[18]。線粒體氧化磷酸化呼吸控制率（respiratory control rate，RCR）被用于評價線粒體在腺苷二磷酸存在與否的情況下溶解氧的消耗差異[19]，反映氧化磷酸化過程。大鼠 ROSC 后 1 h 和 24 h 時，海馬區神經元的 RCR 值較復蘇前顯著降低[17]，老年大鼠 ROSC 后 1 h 海馬區神經元線粒體 RCR 值較非老年大鼠下降更明顯，提示老年大鼠海馬區神經元線粒體氧化磷酸化偶聯過程在心肺復蘇后受損更顯著[20]。生理狀態下，線粒體內外膜之間的線粒體通透性轉換孔在氧化磷酸化過程中維持關閉狀態[21]。ROSC 后大鼠海馬區神經元的氧化應激和鈣超載現象造成線粒體通透性轉換孔的異常開放，導致線粒體內膜的質子梯度被破壞和氧化磷酸化過程受阻[22-23]，這一現象在老年大鼠中更明顯[23]，由此導致線粒體產能受阻，加重神經元細胞損傷，使神經元數量降低。
2.2 氧化應激損傷加重
老年大鼠抗氧化能力較非老年大鼠顯著下降[24]，心臟驟停-心肺復蘇-ROSC 過程中海馬區神經元因缺血缺氧發生氧化應激損傷，該過程造成神經元細胞結構受損，引起神經元的自噬、壞死和凋亡，從而造成神經元細胞數量減少[25]。與年輕大鼠相比，老年大鼠 ROSC 后氧化應激反應更嚴重，故神經元受損更明顯；而使用抗氧化劑苯基叔丁基硝基酮，可顯著提高 ROSC 4 d 后老年 ROSC 大鼠海馬 CA1 區神經元數量[17]。
2.3 多種蛋白質穩態調節途徑受損
2.3.1 未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）
UPR 包括抑制基因轉錄和蛋白翻譯、上調分子伴侶蛋白表達、激活泛素蛋白酶體介導的蛋白降解途徑、增加內質網合成等。葡萄糖調節蛋白-78（glucose-regulated protein 78，GRP78）是 UPR 中重要的伴侶蛋白，同時也是 UPR 過程中重要的調控和轉錄因子[26-27]。生理狀態下，GRP78 與蛋白激酶 R 樣內質網激酶（protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）、肌醇需求激酶 1α（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）、活化轉錄因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）等內質網跨膜蛋白形成復合物，使其處于沉默狀態；病理狀態下，大量錯誤折疊或未折疊的蛋白質進入內質網后導致蛋白折疊超負荷，促發 GPR78 從上述復合體解耦合，進而激活 PERK、IRE1α 和 ATF6 信號通路，啟動內質網應激，誘發 UPR[27]。當 UPR 不足以清除內質網內的錯誤折疊和未折疊蛋白，則劇烈的內質網應激可引起細胞的死亡。因此，GPR78 的水平改變與細胞內質網應激和 UPR 密切相關。與年輕大鼠相比，老年大鼠海馬區神經元 GRP78 表達水平顯著降低[28]，且PERK下游信號通路激活受損，復蘇后腦損傷更重[29]。這提示，老年小鼠 ROSC 后海馬區神經損傷更重可能與 GRP78 介導的 UPR 激活能力減弱有關。
2.3.2 類泛素化修飾
小泛素相關修飾物（small ubiquitin-like modifier，SUMO）是一類重要的類泛素蛋白，可與細胞中的其他蛋白質共價連接和分離以調節其功能，這個過程稱為類泛素化修飾[26, 30]。Cimarosti 等[31]研究發現，糖氧剝奪可顯著增加 SUMO-1 和 SUMO-2/3 與培養的海馬區神經元中基質蛋白的結合；同時，解離 SUMO 的 SUMO 特異性蛋白酶 1 生成也顯著增加，而過度表達 SUMO 特異性蛋白酶 1 可顯著加重糖氧剝奪后海馬區神經元死亡，這提示糖氧剝奪后海馬區神經元的類泛素化修飾具有保護作用。研究者進一步通過動物實驗證明短暫腦缺血可顯著激活類泛素化修飾并發揮神經保護作用[32]。Shen 等[29]研究發現，與年輕小鼠相比，ROSC 后 1、3、24 h 老年小鼠腦組織 SUMO 的表達水平顯著低于非老年小鼠；且 ROSC 后 24 h 行為學評分更差，可能與老年小鼠 ROSC 后海馬區類泛素化修飾的神經保護作用降低有關，具體機制有待進一步研究。
2.3.3 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾
O-乙酰葡糖胺糖基化修飾是一種由 N-乙酰葡萄糖胺以 O-糖苷鍵與蛋白質的絲氨酸/蘇氨酸的羥基形成的蛋白質翻譯后修飾，主要受 N-乙酰氨基葡萄糖轉移酶和 O-連接的 N-乙酰葡糖胺水解酶的調控，對維持細胞內蛋白質穩態具有重要作用[33]。尿苷二磷酸乙酰氨基葡萄糖（uridine diphosphate Nacetylglucosamine，UDP-GlcNAc）是 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾過程的底物。研究顯示，下調 UDP-GlcNAc 可導致小鼠復蘇后神經功能顯著惡化，而補充 UDP-GlcNAc 后，小鼠神經功能顯著改善，說明 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾過程對 ROSC 小鼠神經細胞具有保護作用[34]。ROSC 后 1 h 小鼠海馬區神經元中 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾顯著激活，且程度與良好神經功能預后呈正相關，表明 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾在小鼠復蘇后具有重要的神經保護作用。然而，與年輕小鼠相比，老年小鼠短暫腦缺血后海馬組織中 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾激活受到顯著抑制[34-36]。這提示，O-乙酰葡糖胺糖基化修飾激活受抑制可能亦是老年動物復蘇后海馬區神經損傷重于年輕小鼠的原因之一，但是需要實驗進一步驗證。
3 總結
老年動物復蘇后海馬區血流灌注降低和神經元數目減少是海馬區損傷加劇的主要原因，其中氧化應激、線粒體功能紊亂和蛋白質穩態失調是細胞死亡的重要因素。總體來說，導致老年動物心臟驟停后海馬區神經損傷的相關機制較復雜，而目前針對老年動物心肺復蘇全腦缺血再灌注后海馬區損傷的研究較少，需要結合更多體內外研究才能明確相關分子機制，從而發現特異性治療靶點，為改善老年患者心臟驟停后海馬區神經損傷提供參考。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
近年來，心臟驟停患者中，老年患者比例明顯增高。65 歲及以上的患者占所有院外心臟驟停患者的 80%[1]，且院內心臟驟停患者的平均年齡高于 66 歲[2]。然而，老年心臟驟停患者心肺復蘇后自主循環恢復（return of spontaneous circulation，ROSC）率僅 34.7%，出院存活率僅 6.1%，出院時不良神經系統功能預后發生率為 90% [3]。海馬與學習記憶有關，海馬區受損將嚴重影響神經功能預后，加重社會和患者家庭負擔[4-5]。因此，減輕老年患者復蘇后海馬損傷以期改善神經功能預后是目前心肺復蘇領域的研究重點和難點。心臟驟停患者 ROSC 后神經功能預后不良與海馬區神經元的缺血再灌注損傷有關，但老年患者的具體特點與機制尚不清楚。在生理狀態下，相較于年輕患者，老年心臟驟停患者的海馬區神經細胞代謝更活躍，氧耗更高，對缺血缺氧更敏感，而 ROSC 后的缺血缺氧再灌注損傷使海馬區神經元極易受損。另外，衰老患者海馬區小膠質細胞數量減少、遷移活性降低，對受損神經元的吞噬能力降低，在發生缺血再灌注時對受損神經元的清除效率低于非衰老細胞[6-10]。目前對老年心臟驟停患者 ROSC 后海馬區神經損傷研究主要集中于動物實驗，其特點及機制尚不清楚。因此，本研究通過查閱文獻，綜述心臟驟停-心肺復蘇-ROSC 后老年動物海馬區神經損傷的特點及相關機制，以期為老年心臟驟停患者的救治提供參考建議。
1 血流灌注顯著降低
腦血管的收縮與舒張功能是影響腦灌注量的重要因素，老年患者血管的舒張能力下降，腦灌注量降低。在缺血條件下，老年患者的海馬區血管舒張能力下降更明顯，導致血流灌注顯著降低。心臟驟停患者 ROSC 后，腦灌注短暫增加后進入時長不等的循環瘀滯期，較心臟驟停前顯著降低，稱為“無復流現象”[11]。在大鼠心臟驟停-心肺復蘇-ROSC 模型中，此現象更明顯，老年大鼠 ROSC 1 h 后海馬、皮質和腦干等區域血流量較復蘇前降低大約 79%，而非老年大鼠組降低約 70%[12]。
心臟驟停大鼠 ROSC 后海馬區的血流灌注與血管收縮和舒張有關，而該過程受星形膠質細胞、血管內皮細胞及相關信號分子調節。激活的星形膠質細胞可通過 2 種途徑調節血管舒張：① 釋放腺苷三磷酸作用于腦血管內皮細胞 P2Y1 受體，進而激活內皮型一氧化氮合酶，促進內皮源性一氧化氮的釋放；② 細胞內鈣超載，激活磷脂酶 A2，前列腺素 E2 和環氧十二碳五烯酸生成和釋放增多，繼而導致血管舒張，血流灌注增加[13-15]。衰老過程中，星形膠質細胞腺苷三磷酸生成減少，血管內皮細胞 P2Y1 受體表達下調，導致內皮源性一氧化氮生成減少，血管舒張能力降低，海馬區血流灌注減少[16]。此外，衰老常伴隨腦組織氧自由基生成增加，使內皮源性一氧化氮的生物利用度降低，血管舒張能力降低，進而導致海馬區血流灌注減少。海馬區血流灌注減少后，神經元及神經膠質細胞等能量供應不足，鈣離子內流降低，血管舒張能力降低，進一步降低海馬區血流灌注，形成惡性循環。
2 神經元數量減少
老年大鼠 ROSC 后海馬 CA1 區神經元數量降低率高于非老年大鼠（老年 vs. 非老年：83% vs. 30%）[17]，主要與 ROSC 后海馬區神經元線粒體氧化磷酸化過程受損、神經元氧化應激反應加重及蛋白質穩態調節途徑受損導致海馬區神經元損傷相關。
2.1 線粒體氧化磷酸化偶聯過程受損
線粒體氧化磷酸化是細胞能量代謝的關鍵步驟[18]。線粒體氧化磷酸化呼吸控制率（respiratory control rate，RCR）被用于評價線粒體在腺苷二磷酸存在與否的情況下溶解氧的消耗差異[19]，反映氧化磷酸化過程。大鼠 ROSC 后 1 h 和 24 h 時，海馬區神經元的 RCR 值較復蘇前顯著降低[17]，老年大鼠 ROSC 后 1 h 海馬區神經元線粒體 RCR 值較非老年大鼠下降更明顯，提示老年大鼠海馬區神經元線粒體氧化磷酸化偶聯過程在心肺復蘇后受損更顯著[20]。生理狀態下，線粒體內外膜之間的線粒體通透性轉換孔在氧化磷酸化過程中維持關閉狀態[21]。ROSC 后大鼠海馬區神經元的氧化應激和鈣超載現象造成線粒體通透性轉換孔的異常開放，導致線粒體內膜的質子梯度被破壞和氧化磷酸化過程受阻[22-23]，這一現象在老年大鼠中更明顯[23]，由此導致線粒體產能受阻，加重神經元細胞損傷，使神經元數量降低。
2.2 氧化應激損傷加重
老年大鼠抗氧化能力較非老年大鼠顯著下降[24]，心臟驟停-心肺復蘇-ROSC 過程中海馬區神經元因缺血缺氧發生氧化應激損傷，該過程造成神經元細胞結構受損，引起神經元的自噬、壞死和凋亡，從而造成神經元細胞數量減少[25]。與年輕大鼠相比，老年大鼠 ROSC 后氧化應激反應更嚴重，故神經元受損更明顯；而使用抗氧化劑苯基叔丁基硝基酮，可顯著提高 ROSC 4 d 后老年 ROSC 大鼠海馬 CA1 區神經元數量[17]。
2.3 多種蛋白質穩態調節途徑受損
2.3.1 未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）
UPR 包括抑制基因轉錄和蛋白翻譯、上調分子伴侶蛋白表達、激活泛素蛋白酶體介導的蛋白降解途徑、增加內質網合成等。葡萄糖調節蛋白-78（glucose-regulated protein 78，GRP78）是 UPR 中重要的伴侶蛋白，同時也是 UPR 過程中重要的調控和轉錄因子[26-27]。生理狀態下，GRP78 與蛋白激酶 R 樣內質網激酶（protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）、肌醇需求激酶 1α（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）、活化轉錄因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）等內質網跨膜蛋白形成復合物，使其處于沉默狀態；病理狀態下，大量錯誤折疊或未折疊的蛋白質進入內質網后導致蛋白折疊超負荷，促發 GPR78 從上述復合體解耦合，進而激活 PERK、IRE1α 和 ATF6 信號通路，啟動內質網應激，誘發 UPR[27]。當 UPR 不足以清除內質網內的錯誤折疊和未折疊蛋白，則劇烈的內質網應激可引起細胞的死亡。因此，GPR78 的水平改變與細胞內質網應激和 UPR 密切相關。與年輕大鼠相比，老年大鼠海馬區神經元 GRP78 表達水平顯著降低[28]，且PERK下游信號通路激活受損，復蘇后腦損傷更重[29]。這提示，老年小鼠 ROSC 后海馬區神經損傷更重可能與 GRP78 介導的 UPR 激活能力減弱有關。
2.3.2 類泛素化修飾
小泛素相關修飾物（small ubiquitin-like modifier，SUMO）是一類重要的類泛素蛋白，可與細胞中的其他蛋白質共價連接和分離以調節其功能，這個過程稱為類泛素化修飾[26, 30]。Cimarosti 等[31]研究發現，糖氧剝奪可顯著增加 SUMO-1 和 SUMO-2/3 與培養的海馬區神經元中基質蛋白的結合；同時，解離 SUMO 的 SUMO 特異性蛋白酶 1 生成也顯著增加，而過度表達 SUMO 特異性蛋白酶 1 可顯著加重糖氧剝奪后海馬區神經元死亡，這提示糖氧剝奪后海馬區神經元的類泛素化修飾具有保護作用。研究者進一步通過動物實驗證明短暫腦缺血可顯著激活類泛素化修飾并發揮神經保護作用[32]。Shen 等[29]研究發現，與年輕小鼠相比，ROSC 后 1、3、24 h 老年小鼠腦組織 SUMO 的表達水平顯著低于非老年小鼠；且 ROSC 后 24 h 行為學評分更差，可能與老年小鼠 ROSC 后海馬區類泛素化修飾的神經保護作用降低有關，具體機制有待進一步研究。
2.3.3 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾
O-乙酰葡糖胺糖基化修飾是一種由 N-乙酰葡萄糖胺以 O-糖苷鍵與蛋白質的絲氨酸/蘇氨酸的羥基形成的蛋白質翻譯后修飾，主要受 N-乙酰氨基葡萄糖轉移酶和 O-連接的 N-乙酰葡糖胺水解酶的調控，對維持細胞內蛋白質穩態具有重要作用[33]。尿苷二磷酸乙酰氨基葡萄糖（uridine diphosphate Nacetylglucosamine，UDP-GlcNAc）是 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾過程的底物。研究顯示，下調 UDP-GlcNAc 可導致小鼠復蘇后神經功能顯著惡化，而補充 UDP-GlcNAc 后，小鼠神經功能顯著改善，說明 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾過程對 ROSC 小鼠神經細胞具有保護作用[34]。ROSC 后 1 h 小鼠海馬區神經元中 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾顯著激活，且程度與良好神經功能預后呈正相關，表明 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾在小鼠復蘇后具有重要的神經保護作用。然而，與年輕小鼠相比，老年小鼠短暫腦缺血后海馬組織中 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾激活受到顯著抑制[34-36]。這提示，O-乙酰葡糖胺糖基化修飾激活受抑制可能亦是老年動物復蘇后海馬區神經損傷重于年輕小鼠的原因之一，但是需要實驗進一步驗證。
3 總結
老年動物復蘇后海馬區血流灌注降低和神經元數目減少是海馬區損傷加劇的主要原因，其中氧化應激、線粒體功能紊亂和蛋白質穩態失調是細胞死亡的重要因素。總體來說，導致老年動物心臟驟停后海馬區神經損傷的相關機制較復雜，而目前針對老年動物心肺復蘇全腦缺血再灌注后海馬區損傷的研究較少，需要結合更多體內外研究才能明確相關分子機制，從而發現特異性治療靶點，為改善老年患者心臟驟停后海馬區神經損傷提供參考。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。