腫瘤壞死因子－a對神經血管單元影響的研究進展

劉 琳（綜述） 包正軍 譚利明（審校）

在中樞神經系統（central nervous system，CNS）疾病中腫瘤壞死因子－a（Tumor ncerosis faetor－a，TNF－α）表達水平明顯增高，在CNS炎癥與水腫、神經元的退變和丟失以及免疫方面起著重要作用。長期以來人們對CNS的認識和研究都局限在神經元損傷和修復等方面，但近來研究顯示非神經元細胞在CNS中也起到了相當重要的作用。神經血管單元（neurovascular unit，NVU）將局部的神經元、神經膠質細胞和微血管等看作一個整體，研究TNF－α對NVU 結構和功能的影響，有利于為整體研究CNS損傷及保護機制、尋找臨床治療的新靶點提供依據。

1 TNF－α的概況

腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）最早由Carswel在致敏的小鼠體內發現，該物質在體內可以使移植腫瘤發生出血、壞死，故將其命名為TNF。TNF分為兩個亞型即TNF－α和TNF－β，其中TNF－α的生物學活性占TNF總活性的75%～95%。TNF 通過與靶細胞膜上的TNF 受體（tumor necrosis factor receptor，TNFR）相結合而發揮生物學作用，目前已知的TNFR 有兩種即TNFRI和TNFR2，TNFRI表達于幾乎所有的細胞表面，而TNFR2的表達主要局限于免疫細胞。

TNF－α是一種由多核巨細胞產生的有廣泛生物學活性的細胞因子，參與機體免疫應答和炎癥反應，其分子量為26 kDa，為2型跨膜蛋白單體（tmTNF），在CNS中TNF－α主要來源于小膠質細胞、星形膠質細胞、血源性巨噬細胞、神經元、周細胞和血管內皮細胞。TNF－α與其受體結合后有三個信號級 聯反應，（1）細胞凋亡途徑；（2）NF－κB 途 徑；（3）JNK 途徑。

2 神經血管單元的概念和結構

2003年亞裔美國科學家Lo首次提出了神經血管單元（neurovascular unit，NVU）的 概 念，NVU 是 一 個 概 念 性 框架，它將血管和神經元之間的相互作用看做一個整體單元，將微血管（血管內皮－基質－星形細胞足突－周細胞復合體是一個完整的部分）、血管周圍的神經元和星形細胞及其突起，加上這些細胞周圍的支持細胞（包括小膠質細胞和少突膠質細胞）看作一個單元。血腦屏障（Blood－brain barrier，BBB）是NVU 的核心結構。近十年來，人們對神經元的單一研究已逐漸發展到對NVU 的多細胞研究。NVU 各組分間的相互作用及細胞聯系是保證神經血管功能正常的基礎，調整和改善NVU 內部的穩態，保證腦細胞功能的正常運行，將使CNS的治療達到更理想的效果。

3 TNF－α對NVU 的影響

3.1 TNF－α對毛細血管內皮細胞的作用

CNS損傷過程產生的TNF－α作用的靶點主要是血管內皮細胞。Jennifer等將小鼠內皮細胞及膠質細胞共培養發現，TNF－α能促進內皮細胞增殖［1］。但也有研究表明TNFa可引起人腦內皮細胞發生凋亡 ，TNF－α對血管生成發揮雙重作用可能與細胞的來源、內環境及其結合的受體不同而異，體外和體內實驗分別證明TNF－α能抑制和促進內皮細胞增殖，TNF－α與TNFR2 結合能刺激內皮細胞的生存、遷移和血管形成，相反TNFR1能抑制這些作用。

3.2 TNF－α對BBB的作用

BBB是NVU 的核心結構。國內外已有很多研究證明TNF－a表達水平增高與BBB 通透性密切相關［3］。Nishioku等通過體外培養小鼠大腦微血管內皮細胞和小膠質細胞發現，激活的小膠質細胞能釋放TNF－α，引起BBB 功能紊亂［4］。張新宇通過大腦內注射TNF－α觀察TNF－α對BBB的影響，結果表明BBB 通透性與腦組織水通道蛋白4（AQP4）表達呈顯著正相關，并與腦水腫變化趨勢一致，說明TNF－α能通過上調AQP4的表達來增加BBB 通透性，參與腦水腫形成和發展［5］。TNF－α還能通過蛋白激酶C－α（Protein Kinase C－α，PKC－α）來減少Rho表達，從而開放BBB，且這種開放可能與時間有關［6］。

3.3 TNF－α對緊密連接的作用

緊密連接（tight junction，TJ）是構成血腦屏障特征性的解剖和結構基礎，閉合蛋白（Claudins）是TJ的重要組成部分，其中Claudin－5是CNS內皮細胞上TJ的主要蛋白。通過分離并培養小鼠腦原代微血管內皮細胞發現，TNF－a能夠誘導NF－κB的亞基—p65（RelA）過度表達，抑制claudin－5啟動子，長時間TNF－a干預可使內皮細胞上claudin－5蛋白部分缺失，證明TNF－a可以下調小鼠腦內皮細胞claudin－5的表達，加重BBB的破壞［7］。也有報道證明TNF－a對TJ的正向作用。例如將人腦微血管內皮細胞與TNF－a共培養可增加TJ的滲透性而使跨內皮阻抗降低，這種作用有賴于cGMP的產生及cGMP依賴性蛋白激酶的激活［8］。

3.4 TNF－α對膠質細胞的作用

在CNS中神經膠質細胞具有分泌、支持、營養神經元，維持水、電解質平衡等重要作用。Chaitanya等人將NVU再分為膠質血管單元（Gliovascular units，G－unit）［9］，在G－unit內星形膠質細胞支持、營養神經元并與星形膠質細胞相連的微血管相互作用，在正常生理情況下TNF－a 對單獨培養的內皮細胞無破壞作用，在一定程度上甚至可能發揮保護作用，而在內皮細胞和膠質細胞共培養時TNF－a能使跨膜電阻下降，說明TNF－a能通過介導膠質細胞分泌某種細胞因子而破壞BBB的完整性。進一步研究發現TNF－a可以通過旁分泌和（或）自分泌形式刺激星形膠質細胞和小膠質細胞的［29］激活和增殖，TNF－a激活膠質細胞表達誘生型一氧化氮合成酶（iNoS），產生過量一氧化氮（nitrogen monoxidum，NO），并誘導其它自由基形成，加重腦損傷，刺激谷氨酸釋放，促進腦缺血后N－甲基－D－天（門）冬氨酸（NMDA）和非NMDA 受體激活及鈣超載損傷的級聯反應，并觸發凋亡機制，誘導小膠質細胞釋放蛋白激酶，介導由P53決定的神經元凋亡［10］。

3.5 TNF－α對神經元的作用

Golan等通過觀察TNF－α基因敲除的大鼠發現，這些大鼠在生長發育過程中并沒有出現大的缺陷［11］。而在檢測TNF－α對于海馬的作用時發現，缺乏TNF－α表達的大鼠加速了齒狀回的形成，這一機制可能與神經生長因子（nerve growth factor，NGF）有關。后來有研究者發現Golan的研究中TNF－α過度表達可能減少了NGF水平，從而拮抗海馬區NGF的產生，最終抑制海馬的發育［12］。此外，TNF－α過度表達還能損傷海馬的學習和記憶功能，即高水平的TNF－α可能抑制機體的認知功能。盡管一些研究已經報道過TNF－α能直接導致神經元中毒，但單獨的TNF－α在缺乏次級信號時將不能導致細胞凋亡，在一些損傷中更有可能防止細胞發生凋亡［13］，例如缺乏TNF受體的小鼠容易導致腦缺血并增加神經元死亡的幾率，說明TNF－α在缺血性事件中可能起到保護性抗氧化作用［14］。進一步研究發現不同的TNFR 對神經元可能有相反的作用，前者有破壞作用，后者有神經保護作用。例如，TNFR－1對海馬出生后的神經再生有抑制作用［15］，而在谷氨酸神經興奮性毒性模型中刺激TNFR－2可以使機體避免神經遞質中毒 。TNF－α神經元的不同作用其確切的機制尚未完全清楚，可能與其結合的不同受體亞型、面對內外環境刺激時次級信號的表達或缺失以及腦損傷的時間和進展程度有關。

3.6 TNF－α對細胞外基質的作用

細胞外基質（Extracellular matrix，ECM）被認為是BBB和NVU 的重要組成部分，對BBB的形成和維持其正常功能發揮著重要作用。在病理情況下細胞外基質的破壞可顯著增加BBB通透性。基質金屬蛋白酶（MMPS）是一組鈣鋅依賴性肽鏈內切酶家族，可以降解細胞外基質，參與細胞外基質完整性、細胞與環境關系的調節，Sung等通過培養人類膠質細胞研究病毒蛋白質HIV－1 Tat對MMP－9表達的影響，結果證明這種病毒蛋白質能介導人膠質細胞分泌TNF－α，上調MMP－9 的 表 達，破 壞BBB 的 完 整 性，證 明TNF－α 對MMP－9有抑制作用［17］。利用TNF－α預處理可以發揮細胞外基質的保護性作用，其機制可能與TNF－α上調細胞外信號調 節 激 酶1／2（extracellular signal－regulated kinase 1／2，ERK1／2）通路，增加BBB 基底膜Ⅳ型膠原的表達，減少MMP－9水平的活性，改善BBB 功能有關［18］。因此，在神經系統疾病發病機制中TNF－α對MMPs可發揮雙重作用，MMP－9表達水平的增加究竟發揮著何種作用取決于當時的病理生理條件［19］。

3.7 TNF－α對周細胞的作用

周細胞是一種扁而有突起兼有巨噬細胞和平滑肌細胞特性的細胞，貼在毛細血管的管壁外面，具有活躍的合成和分泌功能。Fuyuko Takata 等通過分離培養大鼠腦內皮細胞、周皮細胞和星形膠質細胞來檢測周細胞在應對各種炎癥介質時其分泌MMP－9和遷移能力，結果發現（1）TNF－α可以刺激周細胞分泌MMP－9，且其分泌量比微血管內皮細胞和星形膠質細胞要高得多；（2）相對于內皮細胞和星形膠質細胞，TNF－α極大地增加了周細胞的遷移。可見在BBB 組成中周細胞對于TNF－α可能最為敏感。

4 展 望

TNF－α是一個既有細胞毒性又有細胞保護作用的細胞因子，哪種作用占優勢依賴于各種傳遞路徑間的信號平衡、與其結合的受體亞型、面對內外環境刺激時次級信號的表達或缺以等。NVU 是一個結構性與功能性的整體，在疾病狀態下NVU 各組員間的聯系發生改變，TNF－α表達水平增高并通過一系列途徑介導NCV 發生改變，TNF－α對NVU整體究竟發揮何種作用取決于疾病性質、內外環境刺激時信號的表達及腦損傷的時間和進展程度等，目前國內外對于TNF－α與NVU 整體的研究尚無報道，但“神經血管單元”這一概念的提出為研究神經元、神經膠質細胞及微血管之間的內在聯系提供了良好的框架。更深入的研究TNF－α 對NVU 整體結構和功能的影響有利于為臨床治療中樞神經系統疾病損傷及保護機制、尋找臨床治療的新靶點提供依據。

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