摘要： 左卡尼汀（ Levocarnitine）是一种广泛存在于机体组织内的特殊氨基酸，其基本生理功能是转运脂肪酸进入细胞线粒体，通过β氧化进入三羧酸循环，为细胞提供能量，且通过新型有机阳离子转运蛋白2（OCTN2）很容易通过血脑屏障起到保护作用，近年来发现其是一类有效的细胞缺血再灌注损伤的治疗药物，因此研究其在缺血性脑血管病治疗方面将具有很广的应用前景。
关键词： 缺血性脑血管病；左卡尼汀； 应用前景
中图分类号：R743.3R255.2文献标识码：A
doi：10.3969/j.issn.16721349.2014.11.036文章编号：1672
1349（2014）11137703
脑血管病为严重威胁人类健康的一种常见病、多发病，尤其是缺血性脑血管病，在我国该病的发病率、死亡率以及致残率均较高，且并发症多。在总结缺血性疾病的治疗经验后，医学家们逐渐发现，对脑组织造成损伤的重要因素，不是缺血本身，而是恢复血液供应后，过量的自由基攻击这部分重新获得血液供应的脑组织内的细胞造成的，这种损伤，叫做“脑组织缺血再灌注损伤”。再灌注损伤可使脑组织神经细胞坏死或凋亡加重，水肿明显，梗死面积扩大，并继发血管内皮组织细胞损伤及自主神经功能障碍[1]。左卡尼汀（Levocarnitine），也称左旋肉碱，是一种广泛存在于机
作者单位：1.山西医科大学2011级在读研究生（太原 030001）；2.山西医科大学第二医院神经内科（太原 030001）
通讯作者：李光来，Email：huihappyforever@163.com
体组织内的特殊氨基酸，其基本生理功能是转运脂肪酸进入细胞线粒体，通过β氧化进入三羧酸循环，为细胞提供能量，且通过新型有机阳离子转运蛋白2（OCTN2）很容易通过血脑屏障起到保护作用[2]。
近年来，美国食品和药物管理局（FDA）专家委员会已认证左卡尼汀具有安全性，并已被广泛应用于血液透析、心绞痛、充血性心力衰竭、心脏休克等病人的治疗，没有明显的不良反应，国外一些国家已将左卡尼汀用于治疗神经系统的疾病，并取得明显的疗效。目前我国也有很多学者发现左卡尼汀对细胞缺血再灌注损伤有明显的改善作用，并深入研究了其在体外和动物模型中的作用机制。
1能量耗竭理论
韩征宇等[3]研究左卡尼汀对代谢酶的影响，能量耗竭被认为是缺血性神经元损伤的起始原因。脑缺血再灌注后引起脑细胞内ATP的消耗，继而出现能量代谢障碍，同时依靠 ATP 运转的离子泵（ Na+K+ ATPase） 因能量障碍被抑制，所以降低了Na+K+ATPase和 Ca2+Mg2+ATPase的活性，结果使得细胞内Na+和Ca2+的超载。再灌注脑水肿和神经细胞死亡的重要原因是细胞内钠离子增加，渗透压增加[4]。细胞内Na+增多，Na+Ca2+交换增加，进一步增加细胞内钙离子超载，造成自由基生成增加，并破坏细胞膜结构，使得细胞膜通透性增加，细胞内外环境的平衡被破坏，继而使神经元死亡。现有研究显示，与对照阴性假手术组比较，脑缺血再灌注组的脑组织内ATP酶的活性明显降低（P< 0.01）。这表明ATP酶活性是细胞质膜的神经功能状态的标记指数，评价其活性可以部分反映脑缺血的损伤程度或间接提示细胞的能量代谢。大量研究表明左卡尼汀是线粒体脂肪酸β氧化产生能量的重要辅助因子，且脂肪酸作为一种重要的能量底物可被大脑利用，大脑13碳辛酸酯氧化产生的能量约占大脑总能量的20%[5]。脑缺血后给予左卡尼汀可以减少游离脂肪酸的浓度，使堆积的脂酰CoA 进入到线粒体内并进行β氧化，最终产生ATP能量[6]。左卡尼汀还可以促进葡萄糖的氧化利用，增强丙酮酸脱氢酶活力，使得脑乳酸/丙酮酸比率降低，对神经功能的预后有明显改善作用[7]。在体外行神经细胞缺血缺氧模型试验，结果表明：左卡尼汀不仅可以调节细胞压力，提高线粒体细胞色素C氧化酶的活性，加速线粒体内ATP的生成，同时还具有保护细胞线粒体蛋白质，使得呼吸链复合物的活性不发生改变，改善呼吸链的新陈代谢的作用，对缺血神经元有较好的改善功能[8，9]。Alves等[10]研究发现左卡尼汀可减弱二亚甲基双氧苯丙胺（MDMA）毒害神经的效果，减少线粒体mtDNA的缺失，充分发挥其神经保护作用。缺血0.5 h腹腔内注射左卡尼汀能恢复腺苷三磷酸酶的活性，但恢复的活性程度不完全相同。证明左卡尼汀可改善脑组织ATP酶活性，使得脑缺血再灌注损伤的危害有所降低。左卡尼汀可经改善脑缺血再灌注后Na+K+ATPase 和 Ca2+Mg2+ATPase活性，维持稳定的钠、钙泵，使得Na+、Ca2+在细胞内外保持一定的平衡，从而保持神经细胞膜电位的稳定，保护神经细胞。
2细胞凋亡理论
细胞凋亡在脑缺血再灌注损伤的过程中具有重要的作用。目前人们的理解和对细胞凋亡的研究发展逐渐从细胞核进展到了线粒体，线粒体是细胞的能量供应核心，其损伤必然会导致能量的供应出现障碍，目前的研究表明，在脑缺血再灌注损伤时线粒体凋亡通路的激活与Bcl 2家族的调控密不可分，它可以使促进细胞凋亡蛋白和抑制细胞凋亡蛋白失衡，引起细胞凋亡发生[11]。缺血再灌注损伤导致的脑缺血，缺氧，同时使得血管内皮生长因子（VEGF）的表达增高，VEGF具有很强的血管通透作用[12]，脑损伤早期，血管通透性增加可以使脑水肿更严重，进而造成神经功能缺陷[13]。张雷等[14]实验发现左卡尼汀在大鼠脑缺血再灌注损伤后对Bcl2和VEGF的作用，将左卡尼汀用于治疗脑缺血再灌注损伤后，可以改善神经功能缺损，逐渐降低了凋亡细胞的数目，保护神经，其保护机制可能与提高Bcl 2表达，降低VEGF表达相关。在阴性对照组中，缺血侧脑组织形态结构正常，细胞密度大，没有明显的水肿，缺血再灌注组缺血侧脑组织病理变化明显，结构较松散，间质水肿，部分细胞消失，形成空腔，减少神经细胞的数量，左卡尼汀治疗组缺血侧脑组织形态结构基本正常，病理改变不明显，少数神经元变性和坏死。左卡尼汀治疗组细胞凋亡数量明显低于缺血再灌注组，可以表明左卡尼汀在治疗缺血再灌注损伤时对神经起到保护作用。此外，经过免疫组织化学观察Bcl 2、VEGF蛋白表达，研究证实，左卡尼汀可以通过提高Bcl 2蛋白和降低VEGF蛋白的表达发挥神经保护功能。
3提高抗氧化酶活性，清除氧自由基理论
丙二醛（MDA）是现在公认的脂质过氧化作用的参数，同时也是一种脂质过氧化的终产物，氧自由基不但通过生物膜中的多不饱和脂肪酸的过氧化引起细胞损伤，而且还能通过质氢过氧化物的分解产物引起细胞损伤，因此测定MDA的量常常可反映机体内脂质过氧化的程度，间接反映出细胞损伤的程度。SOD是清除机体内氧自由基的首要物质，现已证实它可对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害，并及时修复受损细胞，复原因自由基造成的对细胞伤害。MDA和SOD活性能间接反映机体清除自由基的能力。
左卡尼汀在某种新的有机阳离子转运蛋白的作用下可较容易透过血脑屏障，同时通过阻断缺血性脑损伤的病理生理机制的多个链接来体现其脑保护功能。Gokhan等[15]在血管闭塞引起的短暂性脑缺血模型研究中得到以下结论，左卡尼汀可降低脑组织MDA，增加SOD和谷胱甘肽，使得海马CA1和CA3区神经元数目增加，表明左卡尼汀具有抗氧化和清除氧自由基的功能。有研究使用含有左卡尼汀的KH液体进行心脏灌注后发现左卡尼汀组ATP增加，SOD和糖原也有增多，MDA、乳酸脱氢酶和肌酸磷酸激酶浓度降低，提示左卡尼汀在缺血再灌注过程中起保护作用，其可能具有阻止能量损失和抗氧化的作用[16，17]。左卡尼汀对维持线粒体呼吸链的正常功能有一定作用，保持线粒体的渗透性，防止线粒体自由基的生成，保护神经细胞[18]。低氧条件下，左卡尼汀可以激活转录活化因子Nrf2，进而刺激大量抗氧化基因生成，同时使得血红素加氧酶分泌增加，通过激活酪氨酸A （TrkA）受体，增加Nrf2抗氧化能力，减少自由基的产生、脂质过氧化反应和蛋白质氧化，增加谷胱甘肽水平，发挥抗氧化保护神经细胞的功能[19]。左卡尼汀治疗组与生理盐水对照组相比，脑组织内的SOD活性相对较高，MDA含量降低较为明显，表明左卡尼汀可以清除自由基，改善脑组织中SOD活性，减少脂质过氧化损害。左卡尼汀作为一种有效的氧自由基清除剂，在脑缺血再灌注损伤过程中有一定的保护作用，其机制可能与提高自由基清除酶SOD活性，抑制脂质过氧化作用，降低MDA含量有密切的关系。
4保护线粒体，促进线粒体的能量代谢
线粒体是机体进行氧化代谢的部位，是合成ATP为脑细胞提供能量的主要场所，并对低氧环境很敏感。脑细胞代谢的主要特点是需氧量多，能量消耗多，因此需要大量能量和氧气的及时供应。发生大面积脑梗死时，氧气到达大脑细胞被阻塞，线粒体的能量代谢发生障碍，可见充分的保护线粒体功能和结构的完整性是可以改善能量代谢受损的关键所在，特别是与线粒体功能障碍有关。左卡尼汀可以控制乙酰CoA和保持呼吸链复合物的活性。国内外研究表明，氧化应激可以影响线粒体呼吸链复合物，并引发明显的神经缺损，左卡尼汀对呼吸链复合物的活性均有不同程度的保护。Virmani等[20]研究结果表明，左卡尼汀在保护线粒体的同一时间对神经元也有保护作用，如可以减轻3 硝基丙酸引起的神经毒害作用[21]。脑缺血犬模型恢复后立即予以左卡尼汀治疗的研究进一步表明其对神经系统的保护功能[22]。
左卡尼汀对线粒体呼吸功能保护机制：①保护线粒体呼吸链复合物，调节能量代谢的同时，促进脂肪酸的新陈代谢，增加了ATP的生成；②抑制无氧糖酵解，减轻了乳酸酸中毒；③抗氧化作用，减少氧自由基的生成；④抑制钙离子通透性，减轻钙超载。左卡尼汀除外经调节大脑细胞能量代谢的途径，同时通过分子水平抗自由基，抑制线粒体钙超载等多种途径发挥对线粒体的保护作用。
5结语
左卡尼汀能明显改善脑缺血再灌注后细胞能量代谢障碍，提高氧化酶活性，清除自由基，保护神经细胞免受损伤，进而用于治疗神经细胞缺血再灌注损伤并且在实验阶段得到独特的治疗效果，但其真正的作用机制仍有待进一步研究，明确左卡尼汀的作用机制可以为临床应用提供更有力的理论依据。
参考文献：
[1]杨陆，王洪新，鲁美丽.乳清酸左卡尼汀对大鼠脑缺血再灌注后血脑屏障的保护作用[J].辽宁医学院学报，2011，1：15.
[2]Inano A，Sai Y，Nikaido H，et al .Acety l Lcarnitine permeability across the blood brain barrier and involvement of carnitine trans porter OCTN2 [J].Biopharm Drug Dispos，2003，24（8）：357 365.
[3]韩征宇，李光来.左卡尼汀对局灶性脑缺血再灌注损伤大鼠ATP酶活性的影响[J].中西医结合心脑血管病杂志，2010，8（1）：7778.
[4]张三妹，李光来.阿米洛利对大鼠脑缺血再灌注损伤后ATP酶的影响[J].中西医结合心脑血管病杂志，2008，6（2）：186188.
[5]Ebert D，Haller RG，Walton ME.Energy contribution of octanoate to intact rat brain metabolism measured by 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy[J].J Neurosci，2003，23（13）：5928.
[6]Virmani A，Binienda Z.Role of carnitine esters in brain neuropathology [J].Mol Aspects Med，2004，25（56）：533549.
[7]Martin E，Rosenthal RE，Fiskum G.Pyruvate dehydrogenase complex：Metabolic link to ischemic brain injury and target of oxidative stress [J].Neurosci Res，2005，79（12）：240247.
[8]Picconi B，Barone I，Pisani A，et al.Acetyl Lcarnitine protects striatal neurons against in vitro ischemia：The role of endogenous acetylcholine [J].Neuropharmacology，2006，50（8）：917923.
[9]Bagetta V，Barone I，Ghiglieri V，et al.Acetyl Lcarnitine selectively prevents postischemic LTP via a possible action on mitochondrialenergy metabolism[J].Neuropharmacology，2008，55（2）：223229.
[10]Alves E，Binienda Z，Carvalho F，et al.Acetyl Lcarnitine provides effective in vivo neuroprotection over 3，4methylenedioximethamphetamineinduced mitochondrial neurotoxicity in the adolescent rat brain [J].Neuroscience，2009，158（2）：514523.
[11]Shigeno T，Yamaski Y，Kato G，et al.Reduction of delayedneuronal death by inhibition of protein synthesis[J].Neurosci Lett，1990，120（3）：177179.
[12]Hu XL，Olsson T，Johansson IM，et al.Dynamic changes of theant i and proapoptotic proteins Bcl w，Bcl 2，and Bax with Smac/Diablo mitochondrial release after photothrombotic ringstroke in rats[J].Eur J Neurosci，2004，20：11771188.
[13]Chi OZ，Hunter C，Liu X，et al.Effects of VEGF and nitric oxide synthase inhibition on bloodbrain barrier disruption in the ischemic and nonischemic cerebral cortex[J].Neurol Res，2005，27：864868.
[14]张雷，王建华，刘瑞珍.左卡尼汀对大鼠脑缺血再灌注损伤后Bcl2和血管内皮生长因子表达的影响[J].山西医药杂志，2010，12：11151117.
[15]韩征宇，李光来.左卡尼汀对脑缺血再灌注损伤的抗氧化作用及其机制研究[J].临床医药实践，2010，24（1）：1820.
[16]韩征宇.左卡尼汀对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用及机制[D].太原：山西医科大学，2010.
[17]蔡鸿，易韦，李玫，等.左卡尼汀对急性脑梗死患者血浆基质金属蛋白酶的影响[J].现代预防医学，2010，37（12）：23532354.
[18]张雷，林兆奋，缪明永，.心肺复苏后大鼠脑细胞线粒体呼吸功能的变化及左卡尼汀的干预作用[J].药学服务与研究，2005，43（3）：259262.
[19]Ebert D，Haller RG，Walton ME.Energy contribution of octanoatetoint actrat brain metabol ism measuredby 13 C nucle ar magnetic resonan cespect roscopy[J].J Neurosci，2003，23（13）：5928.
[20]Virmani MA，Caso V，Spadoni A，et al.The action of acety l Lcarnitine on the neurotoxicity evoked by amyloid frag ments and peroxide on primary rat cortical neu rones [J].Ann NY Acad Sci，2001，939：162.
[21]Binienda Z，Virmani A.The mitochondriotropic effects of Lcarnitine and it sesters in the central nervous system[J].Curr Med Chem Central Nervous System Agents，2003，3（4）：275.
[22]王立英，杨世杰.脑缺血再灌注损伤机制及其药物治疗方法的研究进展[J].吉林大学学报（医学版），2012，6：12271231.
（收稿日期：20140109）
（本文编辑王雅洁）
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