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作者：顏娟 鄭茂東

　　左卡尼汀（L-carnitine），又名左旋肉堿，化學(xué)名為L(zhǎng)-3-羥-4-三甲氨基丁酸，為存在于機(jī)體組織內(nèi)的一種特殊氨基酸，是長(zhǎng)鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行β氧化的必需物質(zhì)，約75％的左卡尼汀來(lái)自食物，其余25％由人體自身合成，其生物學(xué)功能為轉(zhuǎn)運(yùn)長(zhǎng)鏈脂肪酰輔酶A穿透線粒體內(nèi)膜進(jìn)入基質(zhì)內(nèi)通過(guò)β氧化進(jìn)入三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生能量。左卡尼汀廣泛應(yīng)用于心血管疾病、腎臟疾病、肝臟疾病、糖尿病、精子活力缺乏癥等。近年來(lái)，動(dòng)物模型和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)左卡尼汀在腦損傷方面具有保護(hù)作用，國(guó)外已將左卡尼汀應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的治療中，并取得明顯療效，為其今后基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用提供依據(jù)，本文就左卡尼汀腦保護(hù)方面的作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

　　能量耗竭作為腦缺血性神經(jīng)細(xì)胞損傷的初始因素，腦缺血再灌注后腦組織內(nèi)氧供應(yīng)減少，抑制有氧氧化反應(yīng)，隨之生成的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）減少，因腦組織自身氧缺少儲(chǔ)備，引起ATP含量下降，其分解產(chǎn)物磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）、二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）增加，隨后AMP，ADP相繼分解，最終導(dǎo)致ATPase功能喪失^［1］；進(jìn)而Na⁺-K⁺-ATPase離子泵因能量缺乏而受到抑制，Ca²⁺-Mg²⁺-ATPase和Na⁺-K⁺-ATPase活性降低，細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺和Na⁺超載^［2］。因細(xì)胞內(nèi)Na⁺增多，促使?jié)B透壓升高，導(dǎo)致再灌注損傷早期腦細(xì)胞內(nèi)水腫和神經(jīng)細(xì)胞壞死。細(xì)胞內(nèi)Na⁺-Ca²⁺交換增多，細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺超載進(jìn)一步加重^［3］，自由基產(chǎn)生增多，進(jìn)而破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加細(xì)胞膜通透性，細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境平衡失調(diào)，神經(jīng)細(xì)胞最終死亡^［4］。

　　韓征宇等^［5］采用線栓法制備大鼠局灶性腦缺血再灌注損傷模型，研究左卡尼汀對(duì)大鼠腦組織ATPase活性作用發(fā)現(xiàn)，左卡尼汀100、200mg·kg^-1劑量組均能增強(qiáng)大鼠缺血再灌注損傷腦組織ATPase的活性。ATPase活性被評(píng)價(jià)為神經(jīng)細(xì)胞質(zhì)膜功能狀態(tài)的標(biāo)記，其活性已成為間接反映細(xì)胞能量代謝情況及腦缺血損傷程度評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。左卡尼汀可通過(guò)增強(qiáng)腦缺血再灌注損傷后糖的代謝，加速ATP能量的生成，盡快恢復(fù)缺血區(qū)能量供給，抑制鏈?zhǔn)缴窠?jīng)細(xì)胞損傷反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用。Ca²⁺-Mg²⁺-ATPase活性升高可糾正Ca²⁺超載，Na⁺-K⁺-ATP ase活性升高可糾正細(xì)胞內(nèi)酸中毒，左卡尼汀通過(guò)增加腦缺血再灌注后Ca²⁺-Mg²⁺-ATPase和Na⁺-K⁺-ATP ase的活性，維持鈣泵、鈉泵的穩(wěn)定，使細(xì)胞內(nèi)外Ca²⁺、Na⁺平衡，從而穩(wěn)定神經(jīng)細(xì)胞膜電位，起到神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用。

　　氧化應(yīng)激是機(jī)體內(nèi)氧化和抗氧化功能紊亂引起的細(xì)胞損傷，其主要原因?yàn)榛钚缘?/span>reactive nitrogenspecies，RNS）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）等自由基生成增多。ROS作為第二信號(hào)分子改變蛋白或基因的表達(dá)，維持機(jī)體細(xì)胞正常的生理功能，但也可以氧化細(xì)胞內(nèi)組分，導(dǎo)致細(xì)胞損傷和疾病的產(chǎn)生^［6］。腦組織中含有豐富的脂質(zhì)可與ROS反應(yīng)生成過(guò)氧化氫自由基，引起細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化。因此，中樞神經(jīng)系統(tǒng)易感于氧化應(yīng)激損傷^［7］。腦缺血缺氧引起能量代謝障礙和細(xì)胞內(nèi)鈣超載，線粒體內(nèi)鈣離子升高，自由基生成增多，清除能力下降，導(dǎo)致ROS堆積^［8］。此外，毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的鈣離子大量進(jìn)入會(huì)激活相應(yīng)的蛋白激酶，進(jìn)而促進(jìn)黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)化為黃嘌呤氧化酶。黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤生成黃嘌呤以及進(jìn)一步催化黃嘌呤生成尿酸的兩步反應(yīng)過(guò)程中都可以產(chǎn)生大量O2-和H2O2^［9］。一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）分為內(nèi)皮型NOS、神經(jīng)元型NOS和誘導(dǎo)型NOS^［10］。神經(jīng)元型NOS和內(nèi)皮型NOS生成一氧化氮（nitric oxide，NO）的過(guò)程受細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平調(diào)控，誘導(dǎo)型NOS生成NO以細(xì)胞因子NF-κB依賴的方式上調(diào)。腦缺血時(shí)，內(nèi)皮型NOS產(chǎn)生的NO能促進(jìn)血管舒張，改善血流量，并抑制微血管聚集和黏附，具有保護(hù)性作用，但誘導(dǎo)型NOS和神經(jīng)元型NOS產(chǎn)生的NO增加內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞的黏附，損傷內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)而引發(fā)腦損傷^［11］。

　　文獻(xiàn)^［12］采用健康雄性Wistar大鼠40只，隨機(jī)分為假手術(shù)組、生理鹽水對(duì)照組、左卡尼汀100、200mg·kg^-1治療組，采用線栓法制備大腦中動(dòng)脈缺血再灌注模型，缺血2h，再灌注24h，觀察左卡尼汀對(duì)腦組織丙二醛（malonaldehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）含量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，左卡尼汀在大腦中動(dòng)脈缺血再灌注模型中，缺血2h，再灌注24h可明顯減少MDA的含量，升高SOD活性。陳達(dá)等^［13］采用心肺復(fù)蘇大鼠模型，觀察左卡尼汀對(duì)大鼠在心肺復(fù)蘇后腦組織MDA、SOD含量變化發(fā)現(xiàn)，心肺復(fù)蘇后，SOD的活力明顯下降，脂質(zhì)過(guò)氧化物MDA增多，這說(shuō)明氧自由基大量增多，加劇了神經(jīng)細(xì)胞的損傷。使用左卡尼汀干預(yù)后，SOD的活力上升，MDA減少，這與其自由基清除劑的功能相吻合^［14］。通過(guò)清除自由基、抗氧化，左卡尼汀對(duì)腦細(xì)胞氧自由基損傷起到了積極的干預(yù)作用。在臨床上，左卡尼汀可以明顯改善急性腦梗死患者的神經(jīng)功能缺損評(píng)分，降低急性腦梗死患者血清中NO、MDA的量，提高SOD活性，起到對(duì)缺血腦組織的保護(hù)作用^［15］。其機(jī)制可能與其減少氧自由基生成，抑制脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，減輕自由基介導(dǎo)的毒性損害有關(guān)。文獻(xiàn)報(bào)道，過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-α（peroxisome proliferator-activatedreceptor-α，PPAR-α）可能是左卡尼汀作用下游的關(guān)鍵分子，PPAR-α可以增加SOD和過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）的表達(dá)，而PPAR-α的抑制劑也可以阻斷左卡尼汀的作用效果^［16］。因此，左卡尼汀對(duì)腦缺血再灌注損傷有保護(hù)作用，可能作用于PPAR-α，進(jìn)而提高腦組織中抗氧化酶活性、抑制氧自由基產(chǎn)生及脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)有關(guān)。

　　金屬基質(zhì)蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一組鋅鈣依賴性蛋白水解酶，具有降解多種細(xì)胞外基質(zhì)成分功能^［17］，明膠酶（matrixmetalloproteinase-9，MMP-9）是MMPs家族中的重要成員，在炎癥、血管生成中發(fā)揮著重要的作用^［18］。MMP-9含有高度的糖基化作用V型膠原蛋白結(jié)構(gòu)域，可影響底物的特異性和抗衰變的作用。MMP-9在人體內(nèi)是以無(wú)活性的酶原和有活性的酶兩種形式存在，主要作用于明膠、彈性蛋白、Ⅳ、V型膠原等^［19］。血腦屏障由毛細(xì)血管內(nèi)皮及其細(xì)胞間的周細(xì)胞、基膜以及神經(jīng)膠質(zhì)膜組成，能夠阻止有害物質(zhì)進(jìn)入腦組織，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的微環(huán)境，而MMP-9可降解大量的細(xì)胞外基質(zhì)破壞血腦屏障。當(dāng)血腦屏障完整性損傷時(shí)，液體和炎性細(xì)胞從血管侵入，引起出血、血管源性水腫甚至神經(jīng)細(xì)胞的死亡^［20］。大量文獻(xiàn)報(bào)道腦缺血?jiǎng)游锬Ｐ秃团R床卒中患者的腦損傷中MMP-9異常高表達(dá)^［21］。此外，研究發(fā)現(xiàn)MMP-9基因敲除或給予MMP-9組織抑制劑、MMP的中和抗體及合成MMP阻斷劑治療均可保護(hù)血腦屏障，減輕腦缺血后的血管源性腦水腫，減小梗死體積［22-23］。

　　楊陸^［24］采用80只SD雄性大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、模型對(duì)照組、乳清酸左卡尼汀低劑量組（100mg·kg^-1·d^-1）、中劑量組（200mg·kg^-1·d^-1）、高劑量組（500mg·kg^-1·d^-1）。線栓法制作大鼠腦缺血再灌注模型，用干濕重法測(cè)定缺血腦組織含水量；經(jīng)尾靜脈注射伊文思藍(lán)觀察血腦屏障的通透性；電鏡觀察血腦屏障的變化；Western雜交技術(shù)檢測(cè)MMP-9的表達(dá)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乳清酸左卡尼汀用藥組明顯減少腦缺血再灌注大鼠缺血側(cè)的腦組織含水量，低劑量組（100mg·kg^-1·d^-1）與中（200mg·kg^-1·d^-1）、高（500mg·kg^-1·d^-1）劑量組差異有顯著性，但中高劑量組間差異無(wú)顯著性。腦缺血再灌注24h后，與模型組相比，乳清酸左卡尼汀組有改善血腦屏障通透性作用；模型組缺血側(cè)MMP-9蛋白表達(dá)較假手術(shù)組明顯增加，乳清酸左卡尼汀高、中劑量組中MMP-9蛋白表達(dá)比低劑量組明顯下降，高、中劑量組間差異沒顯著性，提示乳清酸左卡尼汀可能通過(guò)抑制MMP-9蛋白表達(dá)，在一定程度上保護(hù)血腦屏障。此外，電鏡結(jié)果顯示假手術(shù)組血腦屏障完好，無(wú)水腫，模型組大腦皮層區(qū)域血腦屏障嚴(yán)重破壞，毛細(xì)血管周圍出現(xiàn)水腫，乳清酸左卡尼汀組減輕血腦屏障破壞，毛細(xì)血管周圍水腫。蔡鴻等^［25］觀察急性腦梗死患者157例，按入院時(shí)間序貫分治療1組每日靜脈滴注左卡尼汀6g；治療2組每日靜脈滴注左卡尼汀3g；對(duì)照組除不給予左卡尼汀外，其他治療條件同前兩組，連續(xù)給藥14d。觀察所有患者的神經(jīng)功能缺損評(píng)分和意識(shí)障礙評(píng)分，采用酶聯(lián)免疫法檢測(cè)血漿MMP-9，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，左卡尼汀在腦梗死早期即可降低血漿MMPs水平，尤其以MMP-9的水平變化更為敏感，其機(jī)制可能是左卡尼汀在腦梗死初期為組織有氧氧化提供條件，為防止脂肪酸堆積所引起的能量衰竭和酸中毒，進(jìn)而進(jìn)一步損傷組織所建立的保障?？傊?，在防止酸中毒和能量衰竭以及降低MMPs破壞血腦屏障的角度上，左卡尼汀在治療腦梗死方面的應(yīng)用值得重視。

　　眾多研究表明，細(xì)胞凋亡在腦缺血中發(fā)揮重要作用。缺血性神經(jīng)細(xì)胞死亡主要有細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死，細(xì)胞壞死主要存在于缺血中心，而細(xì)胞凋亡則多存在于缺血半暗帶區(qū)，是遲發(fā)的神經(jīng)細(xì)胞死亡^［26］。神經(jīng)細(xì)胞凋亡是由基因控制，是細(xì)胞主動(dòng)死亡過(guò)程，在不同信號(hào)刺激下，由多基因表達(dá)，并相互作用的復(fù)雜過(guò)程，包括調(diào)控基因，轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)和執(zhí)行凋亡等階段^［27］。近年來(lái)實(shí)驗(yàn)顯示，B淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell-lymphoma-2，Bcl-2）家族蛋白質(zhì)是線粒體膜完整性和功能的主要調(diào)節(jié)器，Bcl-2家族蛋白通過(guò)整合不同的存活和死亡信號(hào)決定細(xì)胞是否趨向凋亡^［28］。Bcl-2若與凋亡前體蛋白家族Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）形成同源二聚體，可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，若形成異源二聚體，則中和細(xì)胞的促凋亡物質(zhì)^［29］。研究表明Bcl-2過(guò)度表達(dá)可阻斷細(xì)胞色素C釋放，進(jìn)而阻斷產(chǎn)生一系列凋亡信號(hào)，抑制凋亡，促進(jìn)細(xì)胞存活^［30］。否則，促凋亡蛋白Bax蛋白表達(dá)加速細(xì)胞色素C釋放，促進(jìn)凋亡并抑制Bcl-2抗凋亡作用。細(xì)胞色素C由線粒體釋放入胞漿是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵，一旦被釋放，細(xì)胞色素C與脫氧腺苷三磷酸，凋亡酶激活因子-1和procaspase9相組成凋亡小體進(jìn)一步激活procaspase9，caspase9激活procaspase3，然后caspase3，激活DNA酶的分子伴侶，破壞DNA并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［31-33］。研究表明caspase3是細(xì)胞凋亡過(guò)程中主要的終末剪切酶，其底物是多聚聚合酶，活化的caspase3蛋白能使許多與細(xì)胞周期，細(xì)胞結(jié)構(gòu)、修復(fù)相關(guān)的激酶或蛋白失活，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，同時(shí)其也參與調(diào)控細(xì)胞生理及病理性死亡^［34］。

　　國(guó)外在阿爾茨海默病的研究中發(fā)現(xiàn)左卡尼汀通過(guò)抑制海馬caspase3、凋亡酶活化因子-l（apoptosisprotease activating factor 1，Apaf-1）、Bax蛋白的表達(dá)和細(xì)胞色素C的釋放，促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)，阻止缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)^［35］。Picconi等研究表明左卡尼汀通過(guò)新型有機(jī)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2很容易通過(guò)血腦屏障^［36］。韓征宇^［37］在研究左卡尼汀對(duì)大鼠腦缺血再灌注損傷的保護(hù)作用及機(jī)制中發(fā)現(xiàn)假手術(shù)組大鼠腦組織有少量caspase3蛋白陽(yáng)性表達(dá)，對(duì)照組缺血周邊區(qū)大腦皮層caspase3陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)較多，與對(duì)照組比較，左卡尼汀治療組caspase3陽(yáng)性細(xì)胞明顯減少。張雷等^［38］在研究左卡尼汀對(duì)大鼠腦缺血再灌注損傷后Bcl-2和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達(dá)的影響實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與假手術(shù)組比較，缺血再灌注組神經(jīng)功能損傷、腦組織病理學(xué)嚴(yán)重改變，凋亡細(xì)胞數(shù)目增多，Bcl-2和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)增強(qiáng)（P<>）。與缺血再灌注組比較，左卡尼汀治療組改善神經(jīng)功能缺損，減少凋亡細(xì)胞數(shù)，抑制Bcl-2，VEGF表達(dá)增強(qiáng)。王慧敏^［39］在左卡尼汀治療急性腦梗死患者對(duì)血清中caspase3作用中采用隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，將60名患者隨機(jī)分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組患者給予左卡尼汀每日1次，一次2.0g，給藥時(shí)間為14d，對(duì)照組不給予左卡尼汀，試驗(yàn)結(jié)果表明治療前兩組患者血清caspase3的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，治療14d后兩組患者血清caspase3水平較治療前降低（P<>），其中實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組降低明顯（P<>）。早期使用左卡尼汀可以抑制部分輻射誘發(fā)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡，左卡尼汀可能通過(guò)增加Bcl-2的陽(yáng)性表達(dá)，減少caspase3的陽(yáng)性表達(dá)來(lái)減輕輻射誘發(fā)的凋亡^［40］，進(jìn)而起到一定的腦保護(hù)作用。

　　大腦生理活動(dòng)幾乎都依靠線粒體所產(chǎn)生的ATP，在維持大腦功能方面腦線粒體起到關(guān)鍵作用，在缺血再灌注時(shí)線粒體功能受到嚴(yán)重?fù)p傷，如線粒體氧化還原鏈、代謝產(chǎn)物運(yùn)載體等。耗氧多是腦細(xì)胞代謝的最大特點(diǎn)。張雷等^［41］在探討心肺復(fù)蘇后大鼠腦細(xì)胞線粒體呼吸功能的變化及左卡尼汀的干預(yù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，左卡尼汀干預(yù)后，腦細(xì)胞線粒體呼吸功能得以恢復(fù)，呼吸Ⅲ態(tài)速率基本正常，呼吸Ⅳ態(tài)速率下降。左卡尼汀是線粒體脂肪酸氧化的重要輔因子，脂肪酸是一種重要能量物質(zhì)^［42］，過(guò)氧化物酶體氧化脂肪酸。左卡尼汀可控制乙酰輔酶A的利用和保持呼吸鏈復(fù)合物的活性。Virmani等^［43］研究表明，左卡尼汀具有保護(hù)線粒體能力。因此，左卡尼汀對(duì)于線粒體呼吸功能保護(hù)作用的可能通過(guò)調(diào)節(jié)能量代謝，保護(hù)線粒體呼吸鏈復(fù)合物，促進(jìn)脂肪酸代謝，提高了ATP的產(chǎn)生，抑制無(wú)氧酵解，減少氧自由基的產(chǎn)生，抑制鈣離子的通透性。

　　綜上所述，左卡尼汀促進(jìn)能量代謝，保護(hù)線粒體，降低細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺濃度，清除自由基，抗氧化和抗凋亡的作用。在缺血缺氧時(shí)，游離左卡尼汀可使氧化磷酸化順利進(jìn)行，促進(jìn)線粒體ATP的生成。左卡尼汀對(duì)腦缺血再灌注損傷后的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制可能是通過(guò)提高Ca²⁺-Mg²⁺-ATPase和Na⁺-K⁺-ATPase活性，維持鈣泵、鈉泵的穩(wěn)定，糾正鈣離子超載，促進(jìn)能量代謝，保護(hù)線粒體功能，清除自由基，抑制caspase3的表達(dá)，阻斷細(xì)胞凋亡有關(guān)。左卡尼汀通過(guò)多途徑多靶點(diǎn)阻斷缺血損傷的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，且因左卡尼汀屬內(nèi)源性物質(zhì)，安全性高，藥物有效濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其半數(shù)致死量，不良反應(yīng)少，很容易通過(guò)新型有機(jī)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2進(jìn)入血腦屏障。因此，左卡尼汀擁有其他腦缺血再灌注損傷神經(jīng)保護(hù)藥物所不具備的優(yōu)勢(shì)，其有望成為新型腦損傷保護(hù)藥物。但左卡尼汀在神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用的具體相關(guān)機(jī)制，尚有待于進(jìn)一步深入研究。