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[摘要] 脊髓损伤包括创伤及继发损伤，创伤为器质性不可逆损伤，难以人为把握。目前关于脊髓损伤保护的研究多集中于神经细胞继发损伤，脊髓损伤后经历组织水肿、炎症反应、毒性反应等一系列病变过程，而导致细胞坏死及凋亡。其中坏死为继发损伤的终末环节之一，其机制研究广受关注。
[关键词] 脊髓损伤；细胞坏死；水通道蛋白-4；细胞水肿
[中图分类号] R744 [文献标识码]A[文章编号]1674-4721（2011）06（a）-０18－03
Advances on the study of secondary neorobiosis of nerve cells after spinal cord injuries
XU Chuncai, XU Weihong*
Department of Spinal Surgery, the First Affilicted Clinical College of Fujian Medical University, Fujian Provine, Fuzhou 350004, China
[Abstract] There are two injuries types after spinal cord injuries: trauma and secondary damage. Trauma is an irreversible process, it is hard to regulate artificially. At persent, the study of protection of nerves after spinal cord injuries focuses on Secondary damage. It is via edema，inflammatory reaction，and toxic substance deposition，which leads to neorobiosis and apoptosis. As one of the final procedure of secondary damage after spinal cord injuries neorobiosis receives attention widely.
[Key words] Spinal cord injuries; Neorobiosis; Aquaporin-4; Cellular edema
脊髓损伤（SCI）是现代社会中的常见病，多为外伤所致。常导致损伤截段以下肢体瘫痪，严重影响患者的生命及生活质量。脊髓损伤主要分为两个阶段，创伤：外力引起的不可逆神经损伤；继发损伤：经过炎症、神经毒性损害等一系列反应，最终导致神经细胞坏死和细胞凋亡。由于外界暴力的不确定性，创伤引起的器质性不可逆神经损害难以人为把握，因此，对于SCI的神经保护研究都集中于继发损伤上。而脊髓损伤后，经过一系列的病变过程，最终都通过神经细胞坏死及凋亡两个途径实现继发损伤。
1 脊髓继发损伤前期过程机制
脊髓受外力创伤后，受创部位产生器质性不可逆损害，局部内环境平衡被打破，脊髓血脑屏障遭到破坏，在一系列的血管通透性相关因子、细胞毒性因子、炎症因子的介导下出现局部水肿、自身免疫炎症反应[1]，该过程可称为脊髓继发损伤的起始阶段。
1.1 微血管通透性变化与局部水肿
暴力作用于脊髓组织，其微血管系统（即脊髓血脑屏障）的通透性发生改变，微血管内成分通过通透性扩大的微血管系统，不断进入受损脊髓组织。进而出现局部脊髓组织水肿，各种毒性物质沉积。脊髓血脑屏障通透性与局部脊髓损伤的程度相关联，损伤越严重，局部微血管的通透性也越高，微血管内物质进入损伤区域沉积也越严重；故而局部水肿、炎症反应也将越严重[2]。脊髓受压迫后，脊髓灰质内的微血管遭受了因灰白质的顺应性不同形成的拉力和剪切力，机械性损坏，而致出血。出血对局部的刺激，继而引起局部微血管通透性改变（脊髓血脑屏障遭到破坏）。其主要的机制是脊髓局部受刺激，产生的血管活性因子及各种炎症因子作用于血管内皮细胞，而提高血管的通透性。其中致炎因子TNF-α和IL-1β在脊髓受伤后迅速上调，其致炎的主要作用之一便是提高微血管的通透性，为炎症细胞及其他炎症因子进入局部组织产生炎症做准备[3]。此外，局部暴力刺激后，胶质细胞及炎症细胞分泌的血管活性物质如NO、激肽、组胺、前列腺素等也有扩张微血管，增加其通透性的作用[4]。可见，脊髓血脑屏障破坏是继发脊髓损伤的开始，直接导致了损伤局部的水肿、压迫，进而出现神经细胞坏死；也为炎症细胞浸润、毒性物质沉积创造了通路，进而引起一系列炎症反应及毒性反应。
1.2 自身免疫介导的激烈炎症反应
脊髓损伤以后，脊髓血脑屏障遭到破坏，局部水肿、细胞坏死，发生脱髓鞘，进而产生大量的鞘磷脂。鞘磷脂激活损伤部位残存的胶质细胞、血管内皮细胞，这些细胞产生并释放大量的炎性趋化因子及炎性细胞因子，其中TNF-α和IL-1β在损伤早期即在受损局部大量出现，其地位也最为重要。在TNF-α和IL-1β的调控下，GRIL-1α、MCP-1、MIP-1α、MIP-β、MIP-3、IP-10相继表达，且不断通过破坏的脊髓血脑屏障，进入外周循环，与外周炎症细胞表面的受体结合，趋化外周炎症细胞进入损伤部位，导致炎症细胞聚集，进而引起一系列激烈的炎症反应[5]。在TNF-α和IL-1β的调控下：MCP-1、MIP-1、MIP-3大量表达，通过脊髓血脑屏障，与外周循环中的淋巴细胞、中性粒细胞及巨噬细胞相结合，并且激活其活性，而聚集至损伤局部，参与一系列炎症反应[6]；IP-10也在损伤后迅速大量表达，并且趋化活化T淋巴细胞，促使其向损伤部位聚集，继而参与由T细胞引起的一系列炎症反应[7]。在整个炎症反应过程中，包括3个关键环节，即小胶质细胞活化释放炎症因子和趋化因子-趋化因子与外周炎症细胞结合-炎症细胞浸润局部组织。
2 脊髓神经细胞水肿坏死的终末程序
脊髓继发损伤自暴力打击开始，经历一系列的前期损伤过程（脊髓血脑屏障破坏、局部水肿、毒性损害、炎症反应），最后都以细胞坏死及凋亡两个终末途径为结局，而实现继发损伤，神经永久性的缺失，肢体瘫痪。
2.1 神经细胞水肿坏死机制
神经细胞坏死在脊髓继发损伤中相对较早。脊髓受伤后，脊髓血脑屏障遭到破坏，局部出血、水肿压迫，细胞毒性物质聚积，炎症细胞浸润；毒性物质及炎性因子诱导损伤区域神经细胞各种离子通道开放，细胞外液体向细胞内灌注，导致细胞内水肿，最终细胞破裂，完成坏死过程[8]。而在细胞水肿破裂过程中，水通道蛋白-4（AQP-4）作用极为重要。
2.2 AQP-4的结构及其编码基因特性
AQP-4是由独立具有活性的4个亚单位组成的四异聚体，每个亚单位含有6条疏水性的跨膜右手螺旋结构，均有独立转运水的孔道。分子重组体研究证实其每个单位的孔道呈“沙漏”模型。每个AQP-4分子包括6个跨膜区域和5个环(A、B、C、D、E环)，3个细胞外环(A、C、E)和2个细胞内环(B、D)。位于B环和E环的精氨酸-脯氨酸-丙氨酸基元(NPA)是AQP家族成员共有的，决定水通透性的重要结构[9]。AQP-4基因由4个外显子组成，分别编码127、55、27、92位氨基酸序列，其间有3个内含子，AQP-4基因定位于人的染色体18q11.2与q12.1之间的连接处。而并非其4个外显子均编码与水肿相关区域，Moe SE等[10]研究发现，缺乏外显子2的AQP-4b、AQP-4d、AQP-4f在非洲蟾蜍的卵细胞膜上并无水转运功能。Romeiro RR等[11]研究发现，AQP-4基因4个外显子中，外显子4与颅脑创伤患者的脑水肿程度、入院时格拉斯哥昏迷评分以及出院后格拉斯哥预后评分无明显相关性，因此，编码AQP-4蛋白中与脑细胞水肿的相关区域应该位于其他3个外显子中。Sorani MD等[12]深入研究了AQP-4基因的4个非同义基因编码区SNP位点（I128T、D184E、I205L和M224T），这4个位点的等位基因出现频率仅为1％~2％。而正是这4个位点的多态性使AQP-4蛋白对水通透性的效价差别达26％~48％，由此证明其与临床患者脑水肿和神经功能障碍存在相关性。
2.3 AQP-4对中枢神经细胞水肿的可能作用
AQP-4与创伤性脑水肿的形成有关，研究表明：通过干预，降低脑缺血后脑细胞内的AQP-4蛋白表达，能有效地防止脑细胞水肿形成，可见AQP-4蛋白与脑细胞水肿密切相关[13]。Higashida T等[14]通过大鼠缺血性脑水肿研究证实，脑缺血后1 h，AQP-4蛋白表达开始升高，同时细胞外的丙三醇水平开始降低，细胞内丙三醇水平开始升高，且AQP-4及细胞内外的丙三醇变化与细胞水肿同步正相关。因此，AQP-4可能通过改变受损细胞内外的丙三醇水平，以及自身水通道的开放，从而实现细胞水肿、破裂的过程。Masaki H等[15]通过对小鼠星形胶质细胞突触上的AQP-4蛋白及K离子通道的研究，K离子通道与AQP-4蛋白存在功能共区域化关联，AQP-4蛋白可介导K离子通道的开放与关闭，共同维持细胞内外的水及K离子平衡。因此，AQP-4可能通过调节细胞膜上K离子通道，调节水进出细胞膜，从而控制细胞水肿过程。Yeung PK等[16]通过研究在星形胶质细胞中过度表达内皮素-1（ET-1）的转基因小鼠，发现这种小鼠脑外伤后，AQP-4蛋白的表达显著升高，脑细胞水肿程度及死亡率明显高于正常基因组的小鼠，故而推断，AQP-4可能在ET-1调控下表达及活化。Papadopoulos MC等[17]在研究小鼠血管源性脑水肿中，发现剔除AQP-4基因的小鼠，脑组织内含水量及颅内压明显高于正常小鼠，且预后较差，说明AQP-4可能在清除血管性脑水肿中起重要作用，提示AQP-4的激活或上调可能是体内自身适应性调节的结果。
总之，急性脊髓损伤后，AQP-4的功能可能是两个方面的，它在损伤早期微血管破裂，脊髓血脑屏障遭到破坏，血管内物质不断漏出，局部水肿，AQP-4迅速表达，促使聚积局部的细胞外液流向细胞内，从而缓解局部水肿压迫，起到保护作用；而当损伤局部液体进一步聚积，水肿进一步加重，AQP-4不断将水引入细胞内，超过细胞承受能力，而出现大量细胞破裂坏死，而起破坏作用[18]。
3 研究展望
细胞坏死在脊髓继发性损伤过程中起着关键性作用，其机制错综复杂，各个环节互相影响，且诸多分子水平机制尚不完全明了。因此，探究神经细胞坏死机制，阻断触发细胞坏死的级联反应，进而减少细胞坏死，保护幸存细胞，改善神经功能，达到有效的治疗，将是脊髓损伤研究的重点之一。
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（收稿日期：2011-04-25）
