白細胞介素-1與急性腦血管疾病

鄧 婷，唐興江

(瀘州醫學院附屬醫院神經內科，四川 瀘州 646000)

白細胞介素-1與急性腦血管疾病

鄧 婷，唐興江

(瀘州醫學院附屬醫院神經內科，四川 瀘州 646000)

急性腦血管疾病可以影響人一生的各個生活階段，并可造成災難性的后果。該疾病是目前導致人類死亡的3大主要疾病之一，并且存活者中50%～70%遺留有嚴重后遺癥。本文通過對文獻綜述，為IL-1的產生機理提供一個最新的完整描述，本文還討論了針對最近文獻中IL-1在動物模型中的影響，從而探討可能限制急性腦血管病破壞性炎性的潛在方法。

白細胞介素-1；腦缺血；炎癥；胱天蛋白酶-1

急性腦血管疾病可以影響人從新生兒到老年人的各個生活階段，并造成災難性的后果。它是目前導致人類死亡的3大主要疾病之一，并且存活者中50%～70%遺留有嚴重殘疾，給社會和家庭帶來沉重負擔。急性腦血管疾病是多因素多機理共同促進的一個復雜的病理生理過程，其中一個主要加重病情及影響預后的因素是炎癥，而促炎癥細胞因子白細胞介素-1(IL-1)家族，目前已知在大腦中驅動破壞性炎性過程。本文的目的是討論最近描述IL-1在急性腦血管病中作用的文獻，并就我們目前對IL-1的產生機理的理解提供更新，同時討論針對最近文獻中IL-1在動物模型中的影響，探討可能限制急性腦血管病破壞性炎性的潛在方法。

1 急性腦血管病

急性腦血管病在臨床上可以表現為許多不同的方式，從早產兒腦室周圍出血，到中年和老年的蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)、缺血性和出血性中風、血管性癡呆等。

炎癥反應是一個重要的宿主防御反應。在損傷或感染后，在急性腦血管疾病中，主要是中斷血液流向大腦的一個區域，這樣的傷害刺激的炎癥可以被認為是無菌的。

急性中風患者中治療方式有多種，其中包括溶栓、抗血小板藥物治療、卒中單元、細胞保護治療、血管內治療、外科手術治療和康復治療等。對于SAH，目前還沒有解決缺血性損傷發生再猝發的治療方法，使用尼莫地平仍然導致多達1/3的患者發展成遲發性腦缺血。對于腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)，除了解決高血壓等治療方法，近期研究手術治療也沒有表現出任何優勢[1]。可見，急性腦血管病的治療仍然是臨床急需研究的領域。

2 IL-1家族

IL-1是一種高度活性的細胞因子，分為IL-1α和IL-1β兩種類型。在一個健康的腦中，IL-1是檢測不到的，但它在受傷后或疾病過程中表達。例如，在中風(誘導大腦中動脈閉塞)的動物模型中，在小膠質細胞損傷后數小時內就有IL-1α和IL-1β的表達，并在大腦死亡細胞區域內迅速增加[2]。在此模型中IL-1α和IL-1β似乎主要是由小膠質細胞產生。但也有證據表明，星形膠質細胞也可表達IL- 1，在蛛網膜下腔出血的大鼠模型中的相鄰的出血部位區域也觀察到小膠質細胞表達IL-1α。

IL-1家族包括IL-1α、IL-1β、白介素-1受體(IL-1R)和IL-1Ra等。IL-1α和IL-1β都是有效的興奮劑，刺激各類生物學反應；相反，IL-1Ra是IL-1α和IL-1β的天然特異性拮抗子，IL-1Ra可以黏附于IL-1R，使其不轉導信號[3]。IL-1有2種高親和力的受體，即IL-1RⅠ和IL-1RⅡ。在臨床研究中，增加鞘內IL-1β的質量分數就加重了損傷，并增加了蛛網膜下腔出血血管痙攣的發生率，IL-1通過誘導1型受體IL-1RⅠ的產生，使神經膠質細胞和神經元釋放炎癥介質IL-6。IL-6的質量分數是更容易檢測的，而且往往是隨著時間的推移更一致。 IL-6是在腦血管疾病的腦脊液(cerebro-spinal fluid，CSF)和腦細胞外液內增加。在中風病例，鞘內的IL-6水平與病變的大小相關，而在蛛網膜下腔出血病例，蛛網膜下腔IL-6水平增加證實與血管痙攣相關。

2.1 IL-1的產生 IL-1是由稱為病原體相關的分子模式或損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)表達的，所謂損傷相關分子模式是通過從死亡或受傷的組織/細胞中釋放分子刺激分子基序表達的模式。DAMPs是內源性分子，細胞內正常保留，不能暴露在免疫監視下，在細胞死亡后釋放。DAMPs均屬于先天免疫系統，被先天免疫系統細胞的細胞膜上的受體(pattern recognition receptors,PRRs)識別后(如小膠質細胞)，會導致信號級聯放大誘導促炎性細胞因子的表達[4]。急性腦損傷后驅動IL-1表達的具體DAMPs是未知的。雖然在其他疾病狀態發現了許多潛在的DAMPs，包括高遷移率族蛋白B1、熱休克蛋白、硫酸肝素和許多由死亡的細胞釋放的其他內源性分子。急性期蛋白(如血清淀粉樣蛋白A)也可在腦部受傷后通過受損的血-腦屏障到大腦后誘導小膠質細胞表達IL-1[5]。Pro-IL-1β是無效的，需要蛋白水解裂解，以產生成熟、分泌的生物活性分子；Pro-IL-1α具有一定的生物活性。

2.2 IL-1處理和分泌 最常見的切割Pro-IL-1β的蛋白酶是胱天蛋白酶-1(caspase-1)，它也作為無活性前體，需要二次刺激來激活。在疾病中驅動IL-1β處理和釋放的二次刺激是一個另外的DAMP。無菌炎癥的二次刺激通常被胞質內的受體(稱為NACHT、LRR和PYD)的結構域(NLRP3)感測到[6]。NLRP3無菌活性劑包括(但不限于)三磷酸腺苷(ATP)、鞘氨醇和尿酸單鈉等。有限的證據支持DAMPs、NLRP3和宿主細胞信號如K+外流，溶酶體穩定性和組織蛋白酶活性、活性氧的產生和(或)線粒體功能障礙之間的相互作用是很重要的[7]。一旦被激活，NLRP3通過相關結構域的相互作用與含有胱天蛋白酶結構域(ASC)的凋亡相關斑點樣蛋白的相互作用，導致caspase-1活化和處理Pro-IL-1β。這種處理IL-1β的復雜多分子被稱為NLRP3炎性體，在大腦炎癥中已經被建議使用于阿爾茨海默病和多發性硬化的動物模型[8]。然而，目前還沒有證據支持NLRP3在缺血性腦損傷的作用。另一種在大腦中發現的炎性形成是NLRP1，這是由神經元來表達的。NLRP1具有“卡”，因此可以與caspase-1直接作用以增強其活性。該NLRP1通過使用中和抗體的方法，在脊髓損傷和創傷性腦損傷大鼠模型以及血栓栓塞性中風的小鼠模型中的研究表明，其炎性在急性中樞神經系統損傷的嚙齒類動物模型和研究中是很重要的[9-10]。

IL-1β由細胞快速分泌細胞外環，在細胞外通過信號來刺激細胞對IL-1RI表達。目前對IL-1β分泌的確切機理知之甚少，IL-1β分泌可能是非常規分泌的一種或多種常規的內質網、高爾基體途徑中的一種。我們回顧最近相關文獻，IL-1β分泌的機理可能依賴于炎癥刺激的強度。基于這個簡單的理論，歸類IL-1β分泌機理[11]：(1)IL-1β通過溶酶體或自噬降解途徑可以分泌；(2)囊泡的釋放諸如微泡從質膜，或通過多泡體的胞吐作用釋放的外來體脫落；(3)末端釋放，即通過質膜毛孔分泌。

與IL-1β相反的是，研究IL-1α處理和分泌的機理相對較少。在DAMP刺激中IL-1α的分泌也取決于炎性。Pro-IL-1α是不是胱天蛋白酶-1的一個基板，和它如何激活調節其處理和釋放也不清楚。一個模式最近被提出，即Pro-IL-1α緊密結合2型IL-1受體(IL-1RⅡ)的胞內形式，當炎性體激活，IL-1RⅡ由胱天蛋白酶-1切割使Pro-IL-1α可用于鈣蛋白酶介導的切割。有報告表示顆粒酶B也可切割Pro-IL-1α，導致其生物活性的增加[12]。相反，IL-1β、Pro-IL-1α可流動到表達細胞的細胞核，此機理可在細胞死亡時限制IL-1α釋放。

2.3 IL-1的信號傳導后果 小膠質細胞釋放IL-1到細胞外空間，可以直接作用于神經元附近。IL-1β刺激Src蛋白酪氨酸激酶在神經元的活化從而導致NR2A和NR2B N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體亞基的磷酸化。NMDA受體活化后增加了鈣流量和興奮性細胞的死亡。IL-1β也可以產生神經毒性作用通過依賴神經膠質細胞產生活性氧和蛋白酶。在小神經膠質細胞-神經元共培養模型中，當敲除胱天蛋白酶-1基因小膠質細胞用來代替野生型，聚集的淀粉樣蛋白-β(阿爾茨海默病的病理特征)誘導的神經毒性被丟失。

有研究表明，除了集中產生的IL-1，中風后會導致腦部發炎。實驗通過增加中性粒細胞的產生和滲透到缺血組織的IL-1β加重神經元損傷。此嗜中性粒細胞相關的毒性部分依賴于金屬蛋白酶誘導破壞血-腦屏障的基質。在培養系統中，血小板源性IL-1α可激活腦血管內皮細胞產生趨化因子和增加黏附分子的表達，從而促進跨內皮細胞層的中性粒細胞的再生，再生中性粒細胞均顯示是有神經毒性的。因此，多種機理和IL-1的作用導致急性腦血管疾病發生炎癥及相關的損害。

在急性腦血管疾病中的IL-1相關的炎癥的另一個后果是免疫抑制，這增加了對感染的易感性。這有特別的臨床意義。其中缺血性中風和SAH后觀察到感染的頻率是增加的。免疫抑制的這一階段代表抗炎反應后最初的損害，并改變淋巴細胞功能和損耗，降低自然殺傷細胞的功能，并響應Th1細胞轉變為Th2細胞。一種急性腦損傷后引起的免疫抑制的2個主要機理是：(1)刺激下丘腦-垂體-腎上腺軸釋放腎上腺皮質醇；(2)兒茶酚胺介導IL-10的釋放，IL-1β和IL-6均為機理直接誘導劑。有研究通過誘導其逆轉與IL-1受體拮抗劑(IL-1-RA)證實IL-1在卒中后免疫抑制的核心作用。進一步的研究目前正在蛛網膜下腔出血和腦出血中進行。在ICH，雖然在白血細胞的減少通常不會觀察到，有臨床證據表明，血漿IL-10水平的升高可能有助于免疫抑制和增加感染的風險。

3 IL-1與急性腦血管病的治療

各種各樣的針對IL-1系統的藥理學干預在急性腦血管疾病的實驗模型中的研究已經表明，限制神經元損傷是很重要的。更深入審閱相關文獻，簡單地說，它們包括的生物制劑有IL-1受體拮抗劑和中和IL-1β抗體，對炎癥信號傳導途徑和caspase-1的小分子抑制劑等。

caspase-1抑制劑在急性腦血管疾病的嚙齒動物模型中具有高度保護作用[13]。直接靶向IL-1β、NLRP1炎性體的組件的抗體也在實驗模型中起保護作用。多年來，IL-1受體拮抗劑在腦損傷的實驗模型提供顯著神經保護性是已經知道的。這些研究最近已擴大到合并中風的動物，其中IL-1受體拮抗劑類似神經保護作用也有報道。臨床上，IL-1受體拮抗劑也被施用給缺血性和出血性中風的患者，它能有效地減輕炎癥。在SAH患者，IL-1受體拮抗劑已經通過靜脈內和皮下途徑給藥。在嚙齒類動物的研究中已證實靜脈內白細胞介素-1受體拮抗劑穿透CSF和實現了與神經保護相關的質量分數。這些數據共同表明，IL-1受體拮抗劑可能代表治療急性腦血管疾病的一個真正的機會。

4 展 望

總之，有證據表明，IL-1的有效靶向是可以治療急性腦血管疾病的。盡管有大量涉及IL-1的調控有許多未知的DAMPS和信號通路，其行為完全取決于IL-1RⅠ激活，這是唯一已知的信號受體。但是從根本上存在著一些問題，許多源于我們對尚未完成的炎性引發和活化及裝配的理解，并且對分泌的IL-1的作用機理和在急性腦損傷中調節IL-1的機理仍然不明。IL-1α和IL-1β的擴大梗死或缺血發展相對作用也未可知。雖然IL-1受體拮抗劑已被證明是非常有效的，但缺乏足夠臨床療效的支持，隨著基因組學和蛋白組學領域的快速發展和新技術的開展如基因組掃描、基因表達、蛋白質組學技術等，將大大促進IL-1在治療急性腦血管疾病中作用的研究。

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唐興江，504240353@qq.com

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http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1688.R.20150121.1429.005.html

2014-06-26)