脑血流的阻断将引起神经元的一系列变化并最终导致其衰竭、死亡。研究表明，在此情况下，一些神经元通过一系列生化的活动选择了自杀，即功能意义上表现为程序性细胞死亡(PCD)或形态上表现为凋亡(AP)，而同时一些胞外(兴奋性氨基酸、自由基和钙离子等)和胞内(某些蛋白因子、基因等)的因素则被认为与其自杀相关联，这些已成为近年来人们感兴趣的问题之一。

1　细胞程序性死亡的发病机制和相关因子
　　PCD或AP是生物体为了保存种系发生和在遗传的特定发展中除去过多的神经元的过程^［1］。现在认为PCD对同源多细胞动物和其生长具有重要意义，例如，PCD可以作为生物体发生中的一种有力度的修饰、来精确地调整细胞的数量，除去那些不需要的或有潜在危险的细胞，如自身反应淋巴细胞、病毒感染的细胞和肿瘤细胞等。另外PCD除了其有益的一面外，尚与一些疾病，包括AIDS，神经变性疾病和缺血性卒中等发病机制有关。
　　多细胞生物的生存决定于一系列相互联系的、功能不同的细胞类型，一旦生存发生竞争，保持或更新这种联系将决定生物体的成活^［2］。生物学家已开始意识到，细胞死亡的调节同细胞增生调节一样复杂。不同的多细胞生物体细胞都表明有各自的激活机制而自杀，一旦被激活，这种自杀起始于一个被称作AP的特殊形态学变化。PCD能被各种内部的或外部的信号所激活(如表1、2)，这些调节可以允许细胞去消灭那些过度生长的、功能失调或遗传损害的细胞。虽然不同的信号可以使不同的细胞类型启动PCD，但由于进化的延续性和保守性，使得无论是线虫还是人类都有一些看家的基因或蛋白因子被保留了下来。它们位于下游处不同的会聚点，即处于PCD的最后公共通道上(a final common cell death pathway),同时，它们又与其它复合物相互联系，接收上游各自不同道路的传递信号(如图1所示)。这是一个假设的PCD调节模型，最终因PCD而自杀的细胞将被吞噬而销声匿迹。可以看出，死亡抑制因子bcl-2和ICE是两大基因家族。

2　缺血性脑损害和细胞的自杀基因
　　脑血流一旦被阻断，将造成神经元分子的损害，当修复无望时，为了减少其危害则产生PCD。PCD是神经元急慢性损害的结局之一，是缺血原因而选择性神经元脱失的一种重要形式，也是机体由于长期进化而产生的自我保护机制之一。
　　当缺血性脑卒中发生时，中心部位的细胞由于缺血缺氧，将很快死亡，然而，外周的、尤其是半暗带区域有一些神经细胞形态学表现为AP。动物实验表明，当全脑缺血时(断头模型)AP起着次要作用，而在局灶性脑缺血模型中AP则起着主要作用。电镜、DNA电泳和原位末端标记染色三种方法都已证实，在局灶性脑缺血或缺血再灌流时，神经元的PCD与坏死同时存在^［3］。同时有人发现缺氧可导致培养神经元PCD^［4］。很多阻止PCD发生的因素，在体外试验中已表明能缩小梗塞面积^［5］，但实际最根本而有效的阻止梗塞面积扩大的方法还是及时使血流再通。一些先进的药物和技术已能使一些急性闭塞的血管很快地再恢复血供，但是再灌注损伤(reperfusion)常使组织损伤又进一步加重，减轻PCD的因素是否可阻止再灌注损伤尚在试验中。
2.1　bcl-2　bcl-2已表明能阻止由自由基、糖缺乏、谷氨酸过剩和生长因子剥夺而触发的细胞死亡^［6～9］。bcl-2有可能阻止神经元发生缺血性死亡，这已被过度持久表达bcl-2的小梗塞灶转基因鼠所支持^［10］。在Linnik^［11］的实验中，将载有bcl-2的缺陷型Ⅰ型单纯疱疹病毒载体转染到鼠脑皮层中，与同样载体表达大肠埃希-β-半乳糖苷酶的对照组比较，证明bcl-2确有明显的神经保护作用。另有研究发现大脑中动脉缺血再灌注24h后分别于背外侧皮质和大脑前动脉供血区边缘带有bcl-2蛋白阳性反应，该范围的胶质细胞也表达bcl-2蛋白，而正常鼠脑组织不表达^［12］。
　　脑缺血后诱出一系列损伤刺激，它们可以单独或聚合在一起触发PCD敏感神经元，从bcl-2可以阻止这些与缺血损伤有关的刺激，包括兴奋性氨基酸过量、自由基和胞内钙超载^{［7～9，13，14］}，而不影响它们的构型或干扰它们邻近的分子靶位，提示它的作用可能在这条最后公共通道的更远侧。
2.2　P53　P53为可抑制细胞生成并具有潜在抑制癌作用的基因，它所表达的转录因子可以成为增生细胞DNA的损伤因子，并导致细胞周期迟滞(cell cycle arrest)或PCD，一般认为突变型P53有致PCD作用，而野生型P53则不具备该功能^［15］。Shahin Sakhi^［16］用兴奋性毒干预因素对培养的海马组织细胞做实验，结果导致P53的表达和随后的神经元DNA裂解，与未干预治疗的培养神经元对比有显著性意义(P<0.01)。另外有人研究了TIA时P53基因表达情况，发现缺血区突变型P53蛋白阳性反应出现在再灌注6～96h，并与脑缺血的严重程度呈正相关，表达的细胞类型包括神经元、胶质细胞及细胞外空间，而缺血对侧则不明显。体内外的实验同时也证明，只有在神经元受损后才能诱导出P53及随后的DNA链裂解，这提示我们可以把P53做为一个变性改变的指标来判定中枢神经系统的损伤或神经元的变性改变。
　　P53是否为神经元死亡所必需的现在尚不能完全回答，但其重要性及潜在的涉及到对神经元死亡的细胞生成控制基因的调节已有证明，而且在通常情况下尤其是对细胞增生的控制显得特别重要。在这点上，可以看出，终末分化的神经元在受到刺激时可能又进入了一个“流产”的细胞周期。有研究表明，P53可使DNA损伤停留在G₁期以待修复，若修复无望则发生PCD^［17］。P53其它方面的作用机制也需要考虑，例如，P53依赖型的PCD可以使新合成的mRNA丢失，提示P53有可能参与了细胞DNA的修复装置^［18］
2.3　ced-3/ICE基因家族　这个家族的基因产物因能促进细胞死亡故被称为“死亡基因”。它们对PCD的调节一般认为都是通过蛋白水解激活或者失活底物蛋白所引起。
　　人ICE(interleukin-1 β-converting enzyme,ICE)与线虫(C.elegans)的细胞死亡蛋白有29%的氨基酸相同，因此认为ICE是一个半胱氨酸蛋白酶，活性中心氨基酸顺序与ced-3相同，为QACRG。
　　ICE在对缺血性脑损害的作用目前研究尚较少。目前我们对其功能的了解主要是通过C.elegans来进行的。C.elegans的PCD及其蛋白表达和分子特征现已有较清楚的了解。Ced-3和ced-4有促进细胞死亡作用，ced-9则能阻止该过程发生。Ced-4基因表达一个63-KD蛋白，尚没有发现与之有显著性相似的多肽，而ced-3则表达了一个与半胱氨酸蛋白酶相似的多肽家族，其中包括ICE，nedd-2/Ich-1和CPP32，并且在哺乳类动物中，无论是过分表达ced-3 ICE，还是nedd-2/Ich-1都引起PCD，以上提示哺乳类细胞的死亡与ICE或半胱氨酸蛋白酶有关。更进一步的理由来自牛痘病毒CrmA基因，这是一个非常有效并能特异阻止ICE有关的蛋白酶，它的表达可以对抗被剥夺了生长因子的细胞PCD。然而，这仍然没能表明是否ICE本身或一个与之相似的蛋白酶在体内PCD中被其它的一个与ced-3具有相似生理作用的基因所表达。最近，poly(A)DP多聚核糖酶，Lamina和U₁-70KD等3个有核蛋白已经被鉴定为蛋白水解的产物，它们是被一种与ICE相似但又绝然不同的活性物质所裂解^［19］。现在虽然许多表达同源蛋白的基因已与ICE相区别，它们可能属于另一家族的成员，但包括真正功能的同源组织或ced-3的同源组织仍然没有发现。对另外的ced-3/ICE同源组织和底物的生化特征的鉴定无疑会成为将要做的一个重要研究内容，因为无论是对线虫类还是哺乳类，这都将是一个很好的原因使我们相信ced-3/ICE样的半胱氨酸蛋白酶介入了这种不可逆的PCD过程一成为造成这种细胞死亡的角色之一。

3　意义与前景
　　研究有关的蛋白因子或基因对细胞死亡的调节将使我们对缺血性脑损害发生的病理、生理、生化机制有更深入的认识，尤其是对PCD现象的研究将会对缺血性卒中的认识带来突破性的进展，它将从分子水平为我们提供理论依据和治疗方法(包括超早期治疗)。
　　最近的研究数据表明，在缺血损伤的起始到不可逆的PCD之间存在着一个DNA可修复时间窗(a window of opportunity)，这一研究结果不但向我们说明存在着对急性缺血性卒中生物学治疗的可能性，而且又向我们提出了更高的要求，促使我们去更深入地研究这些分子之间的联系机制。对PCD是一个主动的、有基因或其它因素调节的机制的认识，可以帮助我们去发现一些药物来对抗那些促使PCD的分子复合物，促进细胞分子的修复；认识理解最后公共通道的理论，又可使我们制定出相似的治疗策略来干预PCD，起到有效地延缓或阻止一些疾病的发生。人类大脑是具有思维的器官，中枢神经系统抗损伤治疗更要求我们去设计一些非常安全又有效的基因载体或疫苗接种载体，但目前直接向人类CNS中转入目的性基因仍有重重困难。
　　以上仅提及了缺血性脑损害时细胞和DNA损伤与修复的一个侧面，可以看出机会与挑战是并存的，相信伴随着基础研究的不断深入，将会有更新的突破来解决人类大脑的健康问题。

表1^*　凋亡的抑制剂