糖皮質激素對腦內炎癥反應的促進作用*

顧 云， 莊 重

(1南京中醫藥大學第二臨床醫學院，江蘇南京210046;2南京大學生命科學學院，江蘇南京210093)

過去的研究認為糖皮質激素(glucocorticoids，GC)具有免疫抑制和抗炎的作用，能抑制淋巴細胞的增殖和樹突狀細胞的成熟，促進嗜堿粒細胞、嗜酸粒細胞和T細胞的凋亡等，故在臨床上作為抗炎藥和免疫抑制劑廣為使用。然而臨床研究日益發現，GC并不能緩解和改善缺血性腦中風、創傷性腦損傷及腦出血等引起的炎癥，有時反而還會加重病情[1]。再者，機體應激反應時體內糖皮質激素大量分泌，長期應激和免疫性疾病往往協同作用，增強腦內的炎癥反應，共同誘發精神性疾病，如抑郁癥、老年性癡呆等[2]。最近的研究說明，GC[內源性GC在靈長類主要是皮質醇，在嚙齒類主要是皮質酮(corticosterone，CORT)]在細胞、炎癥介質和轉錄因子水平上均參與了促進炎癥反應的作用[3，4]。掌握GC對腦內炎癥反應調節作用的特點和機制，對促進臨床合理用藥和疾病康復具有重要意義。鑒于大腦結構的特殊性(有堅硬的顱骨保護)，不能對人腦直接進行研究，目前的研究成果多來自動物實驗，以下僅對這部分最新研究進展進行闡述。

1 GC腦內促炎作用的確定

1.1 GC參與了應激對腦內炎癥反應的促進作用盡管很早就有研究說明應激會加重腦損傷和腦內炎癥，但尚不能確定 GC是否參與了該促炎作用[5]。2006年，Munhoz等[6]報道，給大鼠施以2周的慢性不可預期的應激刺激(如束縛、被迫游泳、飲食剝奪等)，間隔24 h后腹腔注射脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，發現應激組較正常組前額葉皮層和海馬區炎癥反應增強，而用糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)的拮抗劑米非司酮(mifepristone，RU －486)可以阻斷這一促炎作用[7];同年，de Pablos等[8]發現給大鼠施以9 d慢性不可預測的應激刺激可以增強前額葉皮層注射LPS誘發的炎癥反應，且該促炎作用可被GR拮抗劑阻斷。這2項研究說明GC參與了應激反應的促炎作用，但GC本身的促炎作用和相關機制仍不清楚。

1.2 GC本身具有促炎作用 Dinkel等[9]給大鼠皮下注射高劑量的CORT，1 h后在海馬CA3區注射海人草酸(kainic acid，KA，是谷氨酸 KA受體的激動劑)，CORT加重了KA誘發的海馬區損傷和炎癥反應。MacPherson[10]等分離大鼠胚胎的海馬組織細胞進行體外培養，也發現用高劑量的CORT處理后，CORT增強了KA誘發的這些細胞的炎癥反應。這些研究說明高水平的CORT有加重腦損傷和促進炎癥的作用。2010年，Munhoz等[7]發現給切除腎上腺的大鼠皮下注射 CORT 3 d，CORT可以劑量依賴性地促進iv LPS誘發的額葉皮層和海馬區的炎癥反應。Perez－Nievas等[11]發現大鼠體內CORT的基礎水平越高，腹腔注射LPS誘發的腦內炎癥反應越強。而Frank等[12]的研究則進一步明確了GC的促炎作用，他們發現直接給大鼠皮下注射CORT(其用量可使血中CORT保持高水平4 h以上，24 h后恢復正常)，24 h后腹腔注射LPS，CORT組各腦區炎癥反應的程度遠大于對照組。另外，為了排除皮下注射CORT對下丘腦－垂體－腎上腺皮質軸或GR表達的影響，Frank等[12]給大鼠皮下注射CORT 24 h后，分離其海馬區小膠質細胞(并保留其免疫活性不變)，發現這些小膠質細胞在離體情況下較對照組仍具有更強的炎癥反應特征，說明CORT不是通過抑制LPS激活下丘腦－垂體－腎上腺皮質軸來促炎，而是CORT本身具有促炎作用。總之，這些研究說明高水平的GC本身具有加重腦損傷和增強腦內炎癥反應的直接作用。

2 GC促進腦內炎癥反應的機制

2.1 組織細胞水平的研究

①GC促進免疫細胞的重新分布，加強細胞免疫Dhabhar等[13]發現應激能使體內免疫細胞重新分布，如在急性應激時，外周組織中白細胞會向受損組織周圍遷移、聚集和滲出，同時血液中白細胞的數量減少。若阻斷GC的合成或切除腎上腺則不會出現這一現象，說明在外周組織中，GC具有介導應激使免疫細胞重新分布的作用。而GC在腦內也具有同樣的作用，如Dinkel等[9]將大鼠分為INT(正常組)、ADX(切除腎上腺，給予生理劑量CORT)、CORT(給予高劑量 CORT)和 INT+met(met即 metyrapone，GC合成的抑制劑)，各組海馬CA3區注射KA誘發損傷，發現24h后，CORT組的促炎作用最強，損傷區顆粒細胞、巨噬細胞及小膠質細胞數量大量增加，細胞免疫增強;而INT+met和ADX組受損區的炎癥反應明顯降低。

②GC加重腦損傷，促進神經元、星形膠質細胞死亡及激活小膠質細胞 Dinkel等[9]發現皮下注射CORT能加重海馬CA3區注射KA所誘發的損傷，且損傷面積比對照組大，而阻斷GC的合成或切除腎上腺均能阻斷這一作用。de Pablos等[8]給大鼠施以9 d不同的應激刺激后，前額葉皮層注射LPS，發現應激反應會促進LPS誘發的炎癥反應，注射區周圍神經元和星形膠質細胞大量死亡、小膠質細胞大量激活和聚集，而用RU486可阻斷這一促炎作用。這些研究說明GC大量分泌且同時伴隨腦組織損傷時會加重腦損傷，誘發損傷區周圍腦神經元和星形膠質細胞的死亡，同時激活小膠質細胞，促進腦內炎癥反應。

小膠質細胞是腦內主要的免疫細胞，約占腦細胞總數的12%，生理狀態下，小膠質細胞處于靜止狀態，監測腦局部環境的變化，在環境變化或受到免疫刺激時，它激活并表達多種表面分子，如主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)、人白細胞分化抗原14(cluster of differentiation 14，CD14)、趨化因子受體等。小膠質細胞的激活程度不同對神經元的作用也不同:短期激活時小膠質細胞分泌促炎細胞因子、抑制病原體增殖、清除壞死神經元、促進神經損傷修復，具有保護神經元的作用;然而一旦過度激活，則引起長期的神經炎癥反應、誘發神經元的死亡和抑制神經再生[14]。近來發現，在體情況下，小膠質細胞很可能是GC腦內促炎作用的主要參與者，如對小鼠進行束縛應激或po外源性CORT，都能促進腦內小膠質細胞的激活和增殖，而用GR拮抗劑可阻斷這一促炎作用[15];給大鼠 sc CORT后，分離其海馬小膠質細胞進行檢測，發現這些小膠質細胞的免疫活性被增強[12]。

2.2 GC促進腦內促炎細胞因子的表達 促炎細胞因子是體內炎癥反應的主要標志物之一。近來很多實驗都發現GC能夠促進腦內促炎細胞因子，尤其是白細胞介素 －1β(interleukin－1β，IL －1β)和腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor α，TNF － α)在 mRNA和蛋白水平上都高表達。MacPherson等[10]分離大鼠胚胎的海馬組織細胞，進行體外培養，發現用高劑量CORT處理能增強KA誘發的細胞炎癥反應，IL－1β表達增多。在體內研究中，Munhoz等[7]發現給大鼠皮下注射CORT能劑量依賴性地增加靜脈注射LPS誘發的皮層和海馬區促炎細胞因子IL－1β和TNF－α的表達。另外，Frank等[12]給大鼠皮下注射CORT后，分離其海馬區的小膠質細胞進行體外培養和檢測，發現CORT促進了這些小膠質細胞的激活和IL－1β、TNF－α的表達。

2.3 GC促進腦內與炎癥反應相關的核轉錄因子的表達和激活 GC可以直接跨越核膜，和核內GC受體結合，調節核轉錄因子的活性，調控基因的表達。核轉錄因子 －κB(nuclear factor－kappa B，NF－κB)調控多種炎癥因子的基因轉錄，已有多項研究發現GC有促進 NF－κB表達并增強其活性的作用。Munhoz等[6，7]發現給大鼠施以2周慢性不可預期的應激能夠增強腹腔注射LPS誘發的額葉皮層和海馬區NF－κB的激活，用RU－486可阻斷這一作用;而靜脈注射CORT能劑量依賴性地增強LPS誘發的額葉皮層和海馬區NF－κB的激活。這些研究說明，GC可以通過調控腦內基因轉錄來產生促炎作用。

2.4 其它

① GR 的拮抗劑可以阻斷 GC 的促炎作用[7，8，15]，故GC的促炎作用不是通過下調GR表達引起GC抵抗來實現的。

②Frank等[12]給大鼠皮下注射 CORT后腹腔注射LPS，發現CORT同時促進了海馬區促炎細胞因子和抗炎細胞因子IL－4、IL－10的表達，說明GC的促炎作用不是通過抑制抗炎細胞因子的表達引起的。

③有研究者認為GC能抑制神經元和膠質細胞對葡萄糖的利用，使細胞能量供給減少，導致突觸間隙谷氨酸含量大量增加，對神經元產生興奮毒性作用，這很可能參與了長期或過量GC的促炎作用。Nair等[15]發現小鼠經過6d束縛應激或po CORT，均能促進腦內小膠質細胞的激活和增殖，且這種促炎作用可被GR拮抗劑或N－甲基－D－天冬氨酸受體(N －methyl－D －aspartic acid receptor，NMDA 受體，是谷氨酸的受體之一)的拮抗劑阻斷，說明CORT通過谷氨酸NMDA受體產生促炎作用。然而Munhoz等[6]發現2周不可預期的應激刺激雖能促進腹腔注射LPS誘發的大鼠腦內炎癥反應，且這一促炎作用可被GR拮抗劑阻斷，但是用NMDA受體拮抗劑卻不能阻斷，說明CORT并未通過谷氨酸的NMDA受體來產生促炎作用。總之，谷氨酸的興奮毒性作用是否參與了GC的腦內促炎作用還存在爭議。

3 GC腦內促炎作用的特點

3.1 時間方面

①GC水平升高的持續時間對腦內炎癥反應的影響在外周組織，急性應激有促炎作用，而長期的應激或GC水平升高則產生抗炎作用。在腦內則不同，生理水平的GC有抗炎作用[16]，而GC過少或長期過多都有促炎作用[6，8，12，17]。Glezer等[16]發現生理狀態下，腹腔注射RU486會加重之后紋狀體注射LPS誘發的炎癥反應，說明生理水平GC有抗炎的神經保護作用。MacPherson等[10]體外培養大鼠胚胎海馬組織，發現CORT對KA誘發的細胞炎癥反應的調節作用呈“U型”－過低或過高劑量的CORT都有促炎作用，而中等劑量的CORT則有抗炎作用。迄今為止，GC對腦內炎癥反應促進或抑制的開關轉換機制還不清楚。

②GC水平升高與腦內炎癥反應的時間關系 GC水平升高對之后的炎癥反應有促進作用[6，8，12，17]，但對之前的炎癥反應有抑制作用[12，17，18]。給大鼠腹腔注射LPS誘發炎癥反應2 h或24 h前皮下注射CORT能促進腦內小膠質細胞激活和促進IL－1β、TNF－α的生成，但腹腔注射 LPS 1 h后皮下注射CORT，則產生抑制作用[12]。

3.2 GC對不同腦區炎癥反應的調節作用不同Munhoz等[6]發現GC可以促進海馬區和額葉皮層的炎癥反應，提高NF－κB活性和促炎細胞因子的表達;但在下丘腦區卻抑制炎癥反應。這一研究說明各腦區炎癥反應受GC的影響不同。目前這方面的研究報道很少，機制也不清楚，很可能與小膠質細胞或GC受體在各腦區的分布、表達不同有關。

3.3 內源性GC和人工合成的GC對腦內炎癥反應的調節機制不同 人工合成的GC，如地塞米松(dexamethasone，DEX)，不易通過血腦屏障，易被藥物轉運體排出，但能通過室周器官(此處缺乏血腦屏障)作用于垂體，抑制促腎上腺皮質激素(adreno－cortico－tropic－hormone，ACTH)的合成，減少內源性 GC分泌;而內源性GC很容易通過血腦屏障，作用于各腦區的GC受體。另外，GC受體有MR(mineralocorticoid receptor，MR)和GR兩種，人工合成的GC和內源性GC與GC受體的親和性各不相同:如DEX是GR的激動劑，與MR的親和力極低;而內源性GC在體內含量低時，主要與親和力高的MR結合，在體內含量高時，卻主要與親和力低的GR結合。臨床上，合成的GC常用于對腦內炎癥的控制[19]，鑒于內源性GC的腦內促炎作用以及合成的GC與內源性GC的不同，進一步研究和確定合成的GC對腦內炎癥反應的影響及其作用機制是非常必要的，然而迄今為止，這方面的研究還很少[20]。

4 GC在應激促進腦內炎癥反應中的作用

許多研究說明GC介導了應激的腦內促炎作用[6，8，12，15，17，21－24]，而應激反應初期交感神經系統興奮，幾分鐘內腎上腺素(epinephrine，E)和去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)迅速增高，應激早期E和NE以促炎作用為主，NE受體的拮抗劑能夠阻斷應激誘導的腦內促炎細胞因子的生成[25，26]。已知GC對NE有允許作用，因此GC很可能加強了應激早期NE的促炎作用。

應激早期可誘發腦內IL－1β的生成，IL－1β可激活下丘腦－垂體－腎上腺皮質軸，從而促進GC的分泌[27]。研究表明，腦內注射IL－1β的受體拮抗劑(interleukin 1 receptor antagonist，IL －1ra)可以阻斷大鼠應激引起的CORT的分泌及其腦內促炎作用[23];另外腦內注射IL－1β抗體也降低了大鼠血漿CORT的水平，并減輕了應激之后腦缺血的損傷[28]。這些研究說明，IL－1β通過GC參與了應激的腦內促炎作用。

綜上所述，GC介導了應激的腦內促炎作用，而NE和IL－1β位于該促炎作用信號通路的上游，阻斷NE、IL－1β或GC都可以阻斷應激的腦內促炎作用。

5 應激反應中GC腦內促炎作用的生物學意義

應激的概念最早(1936年)由Hans Selye提出，他認為應激時，腎上腺皮質大量分泌GC，增強了機體的適應性;而應激反應過度或異常則引起關節炎、哮喘等免疫性疾病。后來的研究發現，GC具有免疫抑制、抗炎的作用。這樣就產生了一個GC如何提高機體適應性的矛盾:即一方面應激早期，個體常常面臨損傷、病原體感染等威脅，需要調動機體的免疫功能以對抗病原體的入侵、防止感染和促進傷口愈合;另一方面，應激時分泌的大量GC抑制了免疫反應。因此，1984年，Munck等[29]根據應激早期體內促炎細胞因子大量生成和應激誘發GC大量分泌出現較晚的這兩個現象，提出GC是通過抑制應激反應來提高機體適應性的觀點:應激早期機體的免疫反應增強，晚期GC大量分泌，防止應激引起過度的免疫反應，幫助機體恢復體內的免疫平衡。這一理論很好地解釋了應激反應中免疫需求和GC的免疫抑制作用之間的矛盾，也很好地解釋了應激相關免疫性疾病的發生，如長期應激個體中，若GC分泌不足，則引起自身免疫性疾病，如牛皮癬、關節炎、哮喘等;若GC分泌過度，則引起免疫抑制性疾病，如感染、癌癥等。之后，Munck的理論被廣泛接受，而GC也被大量用于抗炎和免疫性疾病的治療中。

在腦內，良性應激或生理水平的GC具有抗炎作用，而長期或大量的GC分泌則有促炎作用。那么，如何解釋應激中GC在腦內的促炎作用呢?我們認為，腦的結構特殊，有顱骨保護，且有血腦屏障存在，不易受到外界損傷和病原體的入侵，具有相對安全性，然而大腦通過神經或體液途徑能夠監控外周組織免疫狀態[30]，外周的炎癥反應也能誘發腦內促炎細胞因子的釋放，因此生理水平GC的抗炎作用可以保護大腦不受外周炎癥反應的干擾，保持腦內的免疫平衡;但在嚴重或長期應激情況下，GC的促炎作用能夠促進腦內促炎細胞因子生成，從而誘發病態行為[30]，增強機體的適應性。如發熱有利于抑制病原體在宿主體內繁殖和清除病原體;增加睡眠、減少運動和探究行為，有利于減少個體的能量消耗并保證安全等。然而，過度應激時，GC長期大量分泌，則引起腦內長期的神經炎癥反應，易誘發精神性疾病[14，30]。

6 結語

綜上所述，腦內生理水平的GC具有抗炎作用，而體內GC異常增高或長期高水平則有促炎作用。已有的研究表明，GC是通過GR受體介導，激活腦內小膠質細胞，從而促進腦內的炎癥反應并加重已有的腦損傷，但是GC促炎的細胞分子機制以及GC對腦內炎癥促進或抑制的開關轉換機制仍不清楚，有待進一步研究。再者，還需明確不同劑量的GC對不同腦區炎癥調節作用的特點。另外，臨床上合成GC廣泛用于腦內抗炎治療，但是針對有些腦損傷后炎癥的治療效果并不好，又鑒于內源性GC的促炎作用且與合成GC的作用機制不同，今后需進一步研究確定合成GC對腦內炎癥的作用特點及其機制。最后，腦內炎癥反應與多種精神性疾病的發生有關，針對GC腦內促炎作用機制的研究，有助于今后發現精神性疾病藥物作用的新靶點，加強對腦內炎癥反應的調控和相關疾病的預防。

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