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[摘要]脑卒中是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，是指脑血管疾病的病人，因各种诱发因素引起脑内动脉狭窄、闭塞或破裂，而造成急性脑血液循环障碍，临床上表现为一次性或永久性脑功能障碍的症状和体征。
[关键词]二甲双胍，缺血性脑卒
[中图分类号]R743.3 [文献标识码]A [文章编号]2096-5249（2019）20-0189-02
脑卒中是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，在发达国家，它随着人口的老龄化正在增加。随着中国社会经济快速发展和人口老龄化，脑血管疾病的发病率逐年上升，脑卒中是中国人口死亡的第一或第二原因。重组组织型纤溶酶原激活剂（rt-PA）是唯一被FDA批准的缺血性脑卒中的治疗药物，但由于rt-PA在缺血性脑卒中发作4.5小时内才具有神经保护作用，其治疗的时间窗较窄，导致大部分患者不能得到及时有效的治疗，所以迫切需要寻找一种新的药物。二甲双胍作为目前治疗二型糖尿病最有效的一线药物，流行病学显示长期接受二甲双胍治疗的糖尿病患者脑卒中发生风险以及严重程度都显著下降，并且此作用与二甲双胍的降糖作用无关，由此说明二甲双胍作为一种潜在的的脑卒中神经保护药物正在被研究，目前国内外相关研究报道较多，也是目前作为一种“老药新用途”继续在研究着。
1二甲双胍在缺血性脑卒中的作用机制
1.1 AMPK的各种亚基在脑中的分布在脑中发现涉及脑卒中发病机制的AMPK的几个亚基，AMPK的α亚基在神经元和星形胶质细胞中高表达，有研究表明AMPKα2基因缺失能改善梗死后损伤，而AMPK α1基因缺失不影响梗死。也有研究表明在脑缺血后星形胶质细胞AMPK α2特异性基因敲除是有害的，导致梗死体积增加以及行为预后较差;AMPK的β 1、β 2亚基在星形胶质细胞上表达，β 1亚基在星形胶质细胞上表达较β2低。AMPK的γ亚基处理γ2亚基主要表达在神经胶质细胞上，其余主要表达在神经元上。
1.2二甲双胍通过激活AMPK抑制炎症因子和凋亡因子的产生而发挥神经保护作用二甲双胍是目前治疗二型糖尿病的一线用药，也是众所周知的AMPK激活剂，通过激活AMPK，抑制肝糖原异生，促进外周组织糖利用，从而发挥有效的降糖作用。AMPK是一个主要细胞感受器和能量调节因子，具有一个聚体的蛋白酶类，由催化的α亚基和调节的β和γ亚基构成，AMPK主要通过α2亚基的磷酸化激活。二甲双胍的作用下线粒体耗氧量更少，提示线粒体呼吸链复合体1是二甲双胍的药物靶点。二甲双胍通过抑制呼吸链复合体1，而改变AMP/ATP状态，AMPK通过感知细胞质内AMP的浓度增加，以及AMP结合到AMPK复合体_y亚基，诱导亚基变构，进而暴露α亚基活化位点，而被上游激活因子LKBl激活。活化的AMPK激活红细胞核因子2相关因（Nrf2）子和血红素氧合酶1（HO-1），进一步激活过氧化氢酶和产生谷胱甘肽来清除氧自由基和抗氧化作用，活化的AMPK同时也抑制核转录因子（NF-KB）降低，进而调控TNF-α、IL-6、COX-2等起到抗炎和抗凋亡作用。
1.3二甲双胍通过激活AMPK促进小胶质细胞由M1型转向M2型而发挥神经保护作用
生理情况下小胶质细胞在内环境中处于M1、M2两种表型的动态平衡中，M1型小胶质细胞加剧神经元死亡，M2型小胶质细胞提高损伤后的修复。当MCAO后，二甲双胍通过激活AMPK促进小胶质细胞由M1向M2机化状态转变，从而促进组织修复，发挥神经保护作用。在小鼠缺血再灌注后24小时给予二甲双胍（50mg/kg/d），持续两周，有利于向M2型小胶质细胞和星形胶质细胞转变。
1.4二甲双胍神经保护作用的其它机制
二甲双胍通过动脉压力感受性反射功能和胆碱能-α7乙酰胆碱受体（α7nAChR）途径，正性调节乙酰胆碱载体囊泡（vAchT）和胆碱能-α7乙酰胆碱受体（α7nAChR）表达，负性调节血清和缺血性脑梗死周围促炎细胞因子的水平。二甲双胍通过P13K的活化激活Aktl，减少JNK3和c-Jun磷酸化的信号通路来改善海马缺血再灌注损伤。二甲双胍通路降低细胞色素c的释放、caspase-3的激活以及MAP激酶的磷酸化作用来显著减少神经元细胞的凋亡。
其实AMPK的活化在大脑脑缺血后显著增加，在脑缺血后AMPK的活化扮演有利还是有害作用还存在很大争议。AMPK活化的不同效果可能与不同类型细胞的AMPK亚基组合以及AMPK活化的时限性有关，也就是说二甲双胍激活AMPK是否发挥神经保护作用与时限性有关。
2二甲双胍在缺血性脑卒中的神经保护作用
2.1二甲双胍在缺血性脑卒中的神经保护效果与剂量有关
在缺血性脑卒中，给予二甲双胍的剂量分别是100、200、400mg/kg/d，发现在剂量为200mg/kg/d时，发挥更好的神经保护效果，基于上述药代动力学特点，这个浓度应该显示出更好的生物利用度，也就是说超过400mg/kg/d可能释放血浆中的乳酸和甘油增加，有害作用逐渐增加，在大鼠中喂食二甲双胍超过900mg/kg/d的剂量，有害作用大于有利作用，就会观察到其毒性作用。在脑缺血动物模型研究中，高剂量二甲双胍会导致乳酸的堆积，这不仅会引起乳酸酸中毒，还有可能导致细胞凋亡，高剂量的二甲双胍会进一步增强缺血所致AMPK的激活，从而不利于神经细胞的存活。
2.2二甲双胍在缺血性腦卒中的神经保护作用具有时限性
在缺血性脑卒中前、后3天内分别给予二甲双胍短期处理（3天），通过NO对神经元一氧化氮合酶（nNOS）的调节，增加脑AMPK的活性，AMPK的激活加剧乳酸产生，从而增加脑卒中后损伤;而在缺血性脑卒中前、后3周分别给予二甲双胍长期处理（3周），通过NO调节nNOS起神经保护作用。NO在脑缺血中的作用是神经保护还是神经毒性作用，大脑中动脉闭塞30分钟后，脑缺血引起脑内NO浓度是基础值20倍，脑缺血后NO过量产生，其毒性作用于nNOS和iNOS的活化，破坏了半暗带区的神经细胞，二甲双胍具有降低细胞内NO，而当NO在低浓度时，活化的AMPK促进内皮细胞一氧化氮合成酶（eNOS）的磷酸化，eNOS的磷酸化增加可以提高NO的活力，从而促进神经血管再生。
在大鼠缺血再灌注前14天给予二甲双胍200mg/kg，通过增加c-AMP磷酸化的应答成分结合蛋白（pCREB）、c-fos水平以及明显增加突触后电位（fEPSP）的波幅和斜率，来改善大鼠对新物体的认知和过去记忆缺失。在缺血性脑卒中发作前、后7天分别给予二甲双胍处理（7天），显著减少梗死脑组织周围中性粒细胞浸润，降低脑卒中髓过氧化物酶fMPO）活性，明显减少脑组织梗死面积，同时也降低血清丙二醛水平。在永久性大脑中动脉闭塞（MCAP）前7天给予二甲双胍预处理（10mg/kg/d，共7天）显著改善脑梗死、神经功能评分和细胞凋亡，主要通过磷酸化蛋白激酶K完全表达急剧下降作用的，而在MCAO前1或3天给予二甲双胍短期处理（1或3天）是无效的，暗示了一个处理时间窗。在小鼠脑缺血再灌注后24小时长期给予甲双胍处理（50mg/kg/d），持续3周，促进血管生成和脑多巴胺能状态，发挥神经保护作用。
3结论
综上所述，二甲双胍无论在脑缺血再灌注还是pMCAO、无论是预处理还是后处理的啮齿动物中，其效果都不会有太大变化;而在预处理或后处理上时间7天以上会产生神经保护作用，在急性期预处理可能会通过自噬等发挥神经保护作用，急性期后处理可能产生过量乳酸反而会加重脑缺血损伤。在二甲双胍给予的剂量上大于100mg/kg且小于400mg/kg时可能神经保护效果更好。二甲双胍作用于小胶质细胞和星形胶质细胞可能在神经修复上起到正性作用。
[关键词]二甲双胍，缺血性脑卒
[中图分类号]R743.3 [文献标识码]A [文章编号]2096-5249（2019）20-0189-02
脑卒中是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，在发达国家，它随着人口的老龄化正在增加。随着中国社会经济快速发展和人口老龄化，脑血管疾病的发病率逐年上升，脑卒中是中国人口死亡的第一或第二原因。重组组织型纤溶酶原激活剂（rt-PA）是唯一被FDA批准的缺血性脑卒中的治疗药物，但由于rt-PA在缺血性脑卒中发作4.5小时内才具有神经保护作用，其治疗的时间窗较窄，导致大部分患者不能得到及时有效的治疗，所以迫切需要寻找一种新的药物。二甲双胍作为目前治疗二型糖尿病最有效的一线药物，流行病学显示长期接受二甲双胍治疗的糖尿病患者脑卒中发生风险以及严重程度都显著下降，并且此作用与二甲双胍的降糖作用无关，由此说明二甲双胍作为一种潜在的的脑卒中神经保护药物正在被研究，目前国内外相关研究报道较多，也是目前作为一种“老药新用途”继续在研究着。
1二甲双胍在缺血性脑卒中的作用机制
1.1 AMPK的各种亚基在脑中的分布在脑中发现涉及脑卒中发病机制的AMPK的几个亚基，AMPK的α亚基在神经元和星形胶质细胞中高表达，有研究表明AMPKα2基因缺失能改善梗死后损伤，而AMPK α1基因缺失不影响梗死。也有研究表明在脑缺血后星形胶质细胞AMPK α2特异性基因敲除是有害的，导致梗死体积增加以及行为预后较差;AMPK的β 1、β 2亚基在星形胶质细胞上表达，β 1亚基在星形胶质细胞上表达较β2低。AMPK的γ亚基处理γ2亚基主要表达在神经胶质细胞上，其余主要表达在神经元上。
1.2二甲双胍通过激活AMPK抑制炎症因子和凋亡因子的产生而发挥神经保护作用二甲双胍是目前治疗二型糖尿病的一线用药，也是众所周知的AMPK激活剂，通过激活AMPK，抑制肝糖原异生，促进外周组织糖利用，从而发挥有效的降糖作用。AMPK是一个主要细胞感受器和能量调节因子，具有一个聚体的蛋白酶类，由催化的α亚基和调节的β和γ亚基构成，AMPK主要通过α2亚基的磷酸化激活。二甲双胍的作用下线粒体耗氧量更少，提示线粒体呼吸链复合体1是二甲双胍的药物靶点。二甲双胍通过抑制呼吸链复合体1，而改变AMP/ATP状态，AMPK通过感知细胞质内AMP的浓度增加，以及AMP结合到AMPK复合体_y亚基，诱导亚基变构，进而暴露α亚基活化位点，而被上游激活因子LKBl激活。活化的AMPK激活红细胞核因子2相关因（Nrf2）子和血红素氧合酶1（HO-1），进一步激活过氧化氢酶和产生谷胱甘肽来清除氧自由基和抗氧化作用，活化的AMPK同时也抑制核转录因子（NF-KB）降低，进而调控TNF-α、IL-6、COX-2等起到抗炎和抗凋亡作用。
1.3二甲双胍通过激活AMPK促进小胶质细胞由M1型转向M2型而发挥神经保护作用
生理情况下小胶质细胞在内环境中处于M1、M2两种表型的动态平衡中，M1型小胶质细胞加剧神经元死亡，M2型小胶质细胞提高损伤后的修复。当MCAO后，二甲双胍通过激活AMPK促进小胶质细胞由M1向M2机化状态转变，从而促进组织修复，发挥神经保护作用。在小鼠缺血再灌注后24小时给予二甲双胍（50mg/kg/d），持续两周，有利于向M2型小胶质细胞和星形胶质细胞转变。
1.4二甲双胍神经保护作用的其它机制
二甲双胍通过动脉压力感受性反射功能和胆碱能-α7乙酰胆碱受体（α7nAChR）途径，正性调节乙酰胆碱载体囊泡（vAchT）和胆碱能-α7乙酰胆碱受体（α7nAChR）表达，负性调节血清和缺血性脑梗死周围促炎细胞因子的水平。二甲双胍通过P13K的活化激活Aktl，减少JNK3和c-Jun磷酸化的信号通路来改善海马缺血再灌注损伤。二甲双胍通路降低细胞色素c的释放、caspase-3的激活以及MAP激酶的磷酸化作用来显著减少神经元细胞的凋亡。
其实AMPK的活化在大脑脑缺血后显著增加，在脑缺血后AMPK的活化扮演有利还是有害作用还存在很大争议。AMPK活化的不同效果可能与不同类型细胞的AMPK亚基组合以及AMPK活化的时限性有关，也就是说二甲双胍激活AMPK是否发挥神经保护作用与时限性有关。
2二甲双胍在缺血性脑卒中的神经保护作用
2.1二甲双胍在缺血性脑卒中的神经保护效果与剂量有关
在缺血性脑卒中，给予二甲双胍的剂量分别是100、200、400mg/kg/d，发现在剂量为200mg/kg/d时，发挥更好的神经保护效果，基于上述药代动力学特点，这个浓度应该显示出更好的生物利用度，也就是说超过400mg/kg/d可能释放血浆中的乳酸和甘油增加，有害作用逐渐增加，在大鼠中喂食二甲双胍超过900mg/kg/d的剂量，有害作用大于有利作用，就会观察到其毒性作用。在脑缺血动物模型研究中，高剂量二甲双胍会导致乳酸的堆积，这不仅会引起乳酸酸中毒，还有可能导致细胞凋亡，高剂量的二甲双胍会进一步增强缺血所致AMPK的激活，从而不利于神经细胞的存活。
2.2二甲双胍在缺血性腦卒中的神经保护作用具有时限性
在缺血性脑卒中前、后3天内分别给予二甲双胍短期处理（3天），通过NO对神经元一氧化氮合酶（nNOS）的调节，增加脑AMPK的活性，AMPK的激活加剧乳酸产生，从而增加脑卒中后损伤;而在缺血性脑卒中前、后3周分别给予二甲双胍长期处理（3周），通过NO调节nNOS起神经保护作用。NO在脑缺血中的作用是神经保护还是神经毒性作用，大脑中动脉闭塞30分钟后，脑缺血引起脑内NO浓度是基础值20倍，脑缺血后NO过量产生，其毒性作用于nNOS和iNOS的活化，破坏了半暗带区的神经细胞，二甲双胍具有降低细胞内NO，而当NO在低浓度时，活化的AMPK促进内皮细胞一氧化氮合成酶（eNOS）的磷酸化，eNOS的磷酸化增加可以提高NO的活力，从而促进神经血管再生。
在大鼠缺血再灌注前14天给予二甲双胍200mg/kg，通过增加c-AMP磷酸化的应答成分结合蛋白（pCREB）、c-fos水平以及明显增加突触后电位（fEPSP）的波幅和斜率，来改善大鼠对新物体的认知和过去记忆缺失。在缺血性脑卒中发作前、后7天分别给予二甲双胍处理（7天），显著减少梗死脑组织周围中性粒细胞浸润，降低脑卒中髓过氧化物酶fMPO）活性，明显减少脑组织梗死面积，同时也降低血清丙二醛水平。在永久性大脑中动脉闭塞（MCAP）前7天给予二甲双胍预处理（10mg/kg/d，共7天）显著改善脑梗死、神经功能评分和细胞凋亡，主要通过磷酸化蛋白激酶K完全表达急剧下降作用的，而在MCAO前1或3天给予二甲双胍短期处理（1或3天）是无效的，暗示了一个处理时间窗。在小鼠脑缺血再灌注后24小时长期给予甲双胍处理（50mg/kg/d），持续3周，促进血管生成和脑多巴胺能状态，发挥神经保护作用。
3结论
综上所述，二甲双胍无论在脑缺血再灌注还是pMCAO、无论是预处理还是后处理的啮齿动物中，其效果都不会有太大变化;而在预处理或后处理上时间7天以上会产生神经保护作用，在急性期预处理可能会通过自噬等发挥神经保护作用，急性期后处理可能产生过量乳酸反而会加重脑缺血损伤。在二甲双胍给予的剂量上大于100mg/kg且小于400mg/kg时可能神经保护效果更好。二甲双胍作用于小胶质细胞和星形胶质细胞可能在神经修复上起到正性作用。