的黄金标准之一neuroprotectants对中风在动物实验 1, 2)诱发轻度(33 36°C)中度(28到32°C)低体温的焦点几个治疗脑缺血的临床试验。在过去的十年中,前瞻性随机对照研究表明,低温诱导心脏骤停病人的神经功能改善心室颤动( 3),降低新生儿死亡或残疾的风险后缺血脑病( 4, 5]。然而,低体温症的临床翻译急性中风治疗仍处于早期阶段。仍存在许多障碍,包括起始时间、持续时间、深度和体温过低的 6]。

推断过程中动物研究人类患者,之间存在显著的缺陷甚至实验室实验和临床试验的设计。例如,许多以前使用完整的再灌注动物模型( 7- - - - - - 9),而大多数中风患者遭受永久性的脑动脉阻塞( 10, 11]。即使t-PA治疗,略低于三分之一的病人实现完整的再灌注,实现部分再灌注三分之一,剩下的再灌注(缺席 11, 12]。因此,能够选择动物中风模型正确模拟临床中风是一个关键的步骤,评价诱导体温过低的保护作用。

我们的实验室已经研究了轻度到中度低温的保护作用近20年来( 6, 13- - - - - - 17]。我们最近的低体温症研究使用部分再灌注大鼠局灶性脑缺血模型( 16, 18, 19];一个模型在其他实验室是不常用的。在这个模型中,中风是由双边颈总动脉(CCA)闭塞结合永久性大脑中动脉(MCA)闭塞远端( 16, 20.- - - - - - 22]。双边cca开放1到2小时后,远端MCA仍然阻挡( 16, 19, 23, 24]。因此这种技术允许部分再灌注( 25, 26]。正如上面所讨论的,这个模型模拟许多中风患者接受部分再灌注,有或没有t-PA治疗。然而,比较低体温与部分局灶性缺血再灌注的保护作用和完整的再灌注,我们也用一个模型与瞬态(双边cca和远端MCA)阻塞[承运 18]。

一些优秀的文章回顾了低温的保护作用函数的起始时间,持续时间、体温过低和深度,以及其潜在的保护机制( 27- - - - - - 30.]。特别是van der Worp等人全面回顾过去的低体温的研究( 29日),要么使用临时或永久阻塞模型。然而,低体温症的保护影响中风模型中使用部分再灌注如上所述得到了更少的关注。因此,本文主要关注我们的研究过去几年的治疗时间窗和独特的部分再灌注模型。

在我们的第一个实现一个缺血性模型( 16),我们烧灼鼻腔的裂缝上方的远端MCA,暂时性的阻挡两国cca 1小时。一个很好的描述缺血区域局限于这个模型生成皮层( 20., 22]。温和低体温(30°C)监控核心体温是诱导缺血发作前10分钟,保持1小时后缺血发作( 16]。虽然我们没有直接监视大脑的温度,我们以前观察到直肠温度之间有高度的相关性和大脑温度低体温的老鼠( 21]。我们应该补充说,因为老鼠大脑温度性常温滴自发在闭塞,核心温度不能准确反映大脑的温度( 2, 31日]。即便如此,我们没有实验调整任何潜在的大脑温度的变化,以减少可能的人为因素的引入,这可能会加剧大脑缺血性损伤一旦被加热。我们的研究结果表明,低体温降低梗塞大小超过80%而在卒中后2天(图正常体温 1(一))[ 16]。因为一些neuroprotectants提供瞬态保护,我们也测量脑损伤2个月后,发现类似的保护作用在60天内(图2天 1 (b)),这表明长期低体温降低缺血性损害,而不是仅仅推迟它的出现。这种保护作用是进一步加强的低体温对卒中后行为缺陷的影响,这表明,低温改善神经功能2个月( 16]。

然后,我们使用该模型来研究底层保护机制PI3K / Akt相关细胞信号通路( 16]。PI3K / Akt激酶途径是促进神经元存活postischemia(看过的 32])图 2。Akt活动是由磷酸化在ser - 473和刺- 308通过上游分子,如基因和PTEN。而激活的基因磷酸化Akt,激活PTEN脱去磷酸激酶。Akt激活然后块半胱天冬酶/细胞色素c-mediated通过磷酸化的Akt基质细胞凋亡,FKHR和GSK3等 β。在我们的研究中,中风导致瞬态增加磷酸化Akt (P-Akt)水平,但导致PTEN的磷酸化水平,减少基因,GSK3 β,FKHR [ 16]。然而,体外激酶激酶化验表明,真正的一种蛋白激酶活性降低卒中后。尽管体温过低阻塞的增加P-Akt中风后,保持这样一种蛋白激酶活性。功能角色支持这个hypothermia-maintained活动发现PI3K / Akt抑制剂,LY294004,扩大梗死体温过低的动物的大小。此外,低体温变弱P-PTEN减少卒中后发病。综上所述,我们的研究结果表明,PI3 / Akt通路发挥重要作用在神经保护观察intraischemic温和低体温( 16]。

我们也研究中的两个关键组件的潜在作用蛋白激酶C (PKC)的途径: δPKC [ 24), εPKC [ 23]。 δPKC是一个激酶强烈参与执行缺血性损害 εPKC是神经 33]。我们发现intraischemic体温过低(30°C)块的易位 δPKC线粒体和核和变弱 δPKC劈理( 24),但它促进了 εPKC活性,增加即可见一斑 εPKC磷酸化水平( 23]。因此,我们的研究结果表明,两种 δPKC和 εPKC的保护作用可能参与intraischemic温和的体温过低。

在我们的第二个研究比较温和的保护作用(33°C)和温和低体温(30°C) ( 19)瞬变诱导期间或之后CCA闭塞或维护期间和之后CCA闭塞。中风模型中,我们扩展了双边CCA闭塞时间从1到2个小时,而远端MCA仍然阻挡(图 3)[ 19]。两个温度的低温持续时间是2个小时期间或之后CCA闭塞或4小时期间和之后CCA阻塞。我们发现2个小时的轻度低体温(33°C)诱导期间或之后CCA闭塞不提供保护( 19]。这是意想不到的,因为我们先前的研究显示,2小时的intraischemic体温过低(33°C)减少梗塞大小在2小时MCA缝合闭塞模型大鼠( 14]。此外,正如van der Worp et al。 29日]了,先前的研究已经报道大量减少梗死即使在35°C,当低体温开始之前或在MCA闭塞,显然没有与时间有关的保护作用。

然而,在我们的研究中,4个小时的轻度低体温略有应用CCA发布期间及之后,但值得注意的是,梗塞面积减少了22%。当我们进一步减少低体温从33°C到30°C, 2小时的适度低体温在CCA阻塞增加保护,明显减少梗塞大小46%(图 3)。然而,另外2小时的适度低温(4小时)没有提供额外的保护,建议长期温和低体温的影响有限应用期间和之后CCA释放( 19]。

使用共焦显微镜和免疫印迹,我们发现,当intraischemic低体温降低梗塞大小,细胞色素c的亚细胞易位和凋亡诱导因子(AIF)在脑缺血半影受阻。然而,当体温过低(intraischemic或延迟轻度体温过低)没有减少梗塞大小,没有观察到这些proapoptotic影响因素( 19]。这表明,抑制细胞色素c,如果释放与低温的保护作用。

后比较轻度和中度低温的保护作用与永久的远端MCA闭塞严重缺血模型,我们并不乐观,轻度低体温(33°C)能够实现保护。因此,我们专注于温和的体温过低的治疗时间窗(30°C)在暂态局部缺血模型1小时的CCA和远端MCA闭塞,它允许完整的再灌注(图 4)[ 18]。我们的目标是确定潜在的治疗时间窗短暂温和低体温不太严重的缺血模型。我们发现3个小时的适度低温中风发作后立即开始使几乎所有的梗死(图 4 (b)早期中度低温诱导的),3个小时45分钟后CCA闭塞明显梗死减少了80%以上,而延迟低体温开始15分钟后再灌注(图并没有阻止缺血性损害 4 (b))[ 18]。这些结果显示简短很短的治疗时间窗,温和的体温过低。

我们的研究对治疗时间窗限制低体温的短时间3小时。很有可能的延迟性低温会保护如果长时间低温使用。例如,Colbourne等人发现,长时间的低体温(24小时33°C + 24小时35°C)开始后2.5小时缺血强劲的发病减少梗死体积和减毒行为赤字在局部缺血模型与一个90分钟的MCA闭塞在老鼠 34]。克拉克等人报道,体温过低(33°C)持续12日24日或48小时内被要求减少梗塞大小和改善功能结果体温过低时建立永久性远端MCA和CCA闭塞后1小时,和长时间的低体温(24或48小时)比短低温(12小时) 35]。此外,延迟低体温开始1小时后缺血似乎需要长时间(12到24小时)生成保护甚至全球持久缺血(只需5分钟 36]。因此,有限post-ischemic体温过低的治疗效果的研究可能是特定的实验设置在我们的实验室。

符合它的保护作用,早期体温过低,但不是延迟低体温,TUNEL阳性染色,细胞凋亡的标志或细胞死亡 18]。此外,我们发现,早期体温过低减毒过氧化物的生成而正常体温。然而,早期和延迟体温过低衰减减少Mn-SOD蛋白质水平和 δ 在缺血半影PKC乳沟,表明Mn-SOD和 δ PKC乳沟不得负责早期和延迟低体温的差动保护作用[ 18]。此外,早期和延迟低温保存一种蛋白激酶磷酸化。然而,只有早期体温过低,但不是延迟低体温,维持PTEN磷酸化(P-PTEN) [ 18),这表明P-PTEN可能发挥关键作用早期保护作用的体温过低的衰减ROS的活动。

我们已经讨论了,体温过低的研究在实验室进行了临床调查脑缺血。对这种方法仍然存在重大热情在科学界。初步的临床试验(主要是第一阶段)确认的可行性和安全性引起轻度低体温对中风病人已经完成,和几个二期临床试验正在进行中( http://clinicaltrials.gov/)。然而,能否成功地翻译临床或轻度到中度低体温,如果成功,这将花多长时间尚未确定。

我们利用动物模型基础研究的目的是提供临床的理由翻译,虽然我们不能直接推断设置从实验室到临床试验。如前所述,我们实验室实验是有限的由于体温过低的短时间3小时,这对比人体临床试验,体温过低可能会持续几天。此外,我们的研究使用梗塞大小作为评价的标准体温过低和没有神经功能的保护作用,在临床研究是常有的事。尽管有这些限制,我们的结果作为一个警告持久的挑战我们必须面对,因为我们寻求诊所将体温过低。

首先,从我们的研究是最引人注目的是令人失望的结果低体温的有限的保护作用,包括轻度体温过低和短中等体温过低的治疗时间窗。如果这些观察是正确的,成功的临床翻译诱导体温过低可能比预期的更困难。

例如,我们证明了即使intraischemic轻度低体温(33°C)诱导缺血性发作之前未能减少梗塞大小与永久性局灶性缺血模型远MCA闭塞和部分再灌注在双边CCA释放。这个模型可能更严重比MCA缝合闭塞和再灌注模型所使用的大多数实验室,但我们没有理由认为它比人类中风更严重。正如前面所讨论的那样,许多中风患者遭受永久没有再灌注脑动脉阻塞。实现保护,甚至我们的实验性脑缺血模型需要减少intraischemic体温降低到30°C或延长intraischemic轻度低体温超出CCA释放。然而,应用intraischemic低体温在中风发作前临床试验几乎是不可能的,和低温诱导中风患者超过33°C到30°C是非常困难的。临床试验通常用温和而不是温和的体温过低,需要大大延长达到目标温度与实验中风动物模型。

然而,当我们回顾以前[ 6),其他组表明intraischemic轻度低体温引发保护甚至在永久MCA闭塞模型,相比我们的最近的研究。负面结果可能只是反映了我们的具体设置和使用一个独特的模型。

第二,温和的体温过低的治疗时间窗是极窄中风发作后,即使在小时短暂的局灶性脑缺血模型。实现保护,3个小时的适度低体温必须诱导早在中风发作后45分钟;延迟30分钟呈现中度低温无效。再一次,这是极不可能的,大多数中风患者可以在1小时内接受体温过低的治疗中风的发病。在大多数临床研究,轻度到中度低温开始直到卒中后5到6个小时,和一个几个小时被要求达到目标温度( 37, 38]。此外,病人可能没有再灌注,或如果有再灌注,这可能发生在一个很晚的阶段。

我们研究潜在的保护机制也可能提供一些替代的线索或申请临床试验。例如,我们表明,低体温降低梗塞大小保留Akt活动和PTEN磷酸化和通过抑制ROS的活动。如果可能的话,药物可以提高开发一种蛋白激酶活性而抑制PTEN活动,或衰减ROS生产等药物可用于结合诱导体温过低。

总之,尽管混杂问题,实验室研究为临床应用提供了强有力的理论基础体温过低的治疗急性中风。在临床的设置,一个需要考虑的关键变量,包括低体温症的发病时间,其深度,是否中风研究包括再灌注。早期再灌注和低温快速初始化应该用于实现最大的保护。