缺血性腦卒中后免疫反應與肺部感染之間相互作用的研究進展

簡志宏　王雷　金桐　古麗娟　熊曉星

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缺血性腦卒中后免疫反應與肺部感染之間相互作用的研究進展

簡志宏王雷金桐古麗娟熊曉星

缺血性腦卒中是病死率和致殘率較高的中樞神經系統疾病之一。腦卒中后局部及全身免疫系統的改變對腦卒中患者預后的影響日漸受到重視。腦卒中后存在免疫激活和免疫抑制，炎癥反應可以清除壞死組織，但過度的炎癥反應會導致繼發性損傷；免疫抑制可能具有神經保護作用，但增加了感染的機會[1]。Prass等[2]認為腦卒中誘導的免疫抑制綜合征(stroke-induced immunodeficiency syndrome, SIDS)是指腦卒中發生后激活交感腎上腺髓質系統，導致快速持久的細胞免疫功能抑制。交感神經系統過度興奮所致SIDS，在腦卒中后肺部感染的發生中發揮著重要作用。本研究的目的是探討缺血性腦卒中后交感神經系統興奮和肺部感染之間的關系。

1　缺血性腦卒中患者的免疫反應

缺血性腦卒中是由腦組織局部血流量的短暫或永久減少所引起的一個復雜變化過程，該過程包括神經遞質的釋放和免疫系統的激活。近來，參與腦損傷的發病機制和大腦修復機制(即神經可塑性)的炎癥機制受到了廣泛的關注[3]。多項證據顯示，炎癥反應的程度與腦卒中病灶大小和嚴重程度有關，從而影響患者預后。腦卒中后免疫系統的應答是雙相的，早期的免疫激活可以持續24 h，隨后是全身性的免疫抑制，即所謂的大腦相關的免疫抑制[4]。

大腦的巨噬細胞-小膠質細胞在腦缺血發作的幾分鐘之內被激活，他們產生大量的促炎介質，包括活性氧(Reactive oxygen species, ROS)、IL-1β、IL-6和TNF-α[5]，這些介質進一步加劇了組織損傷。小膠質細胞在血-腦屏障通透性的增加以及初期循環白細胞浸潤進入腦組織的過程中起著重要作用[6]。與小膠質細胞的快速反應相比，血源性的白細胞通常要延遲數小時到數天才聚集到腦組織中。第一批浸潤到缺血腦組織的白細胞是中性粒細胞，其在局灶性腦缺血后30 min至幾小時入腦，高峰期持續24～72 h，而后迅速下降[7]。究其原因可能是由于交感神經系統激活后誘導脾臟收縮和缺血性腦卒中后血腦屏障破壞，促進它們向受損腦組織的遷移。然而，中性粒細胞在缺血性腦卒中發病過程中的確切作用及機制仍遠未闡明。T淋巴細胞是炎癥反應持續進展的重要環節，并在缺血腦組織再灌注幾小時內不斷聚集[8]。T細胞可能通過幾個潛在的機制導致腦損傷，即輔助性T細胞(Helper T cell, TH)和細胞毒性T細胞(Cytotoxic T cell, TC)釋放的細胞因子和趨化因子(如IL-12、IL-17和IL-23)可能會加劇腦卒中后的炎癥反應并使梗死面積增大[9]。此外，這些細胞因子和趨化因子可能會促使血管細胞粘附分子表達增加，并吸引其他免疫細胞進入腦組織引起廣泛的細胞凋亡[10]。TC細胞通過細胞毒素的釋放或Fas受體的激活直接誘導細胞壞死和凋亡[11]。因此，T細胞被公認為是腦卒中后腦組織中促炎癥細胞因子的主要來源。Offiner等[12]研究顯示，與對照組小鼠相比，腦卒中后6 h和22 h，試驗組小鼠脾臟分泌的TNF-α，IFN-γ，IL-6，單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)和IL-2顯著增加，而且這些動物在腦卒中6 h后脾臟細胞高表達趨化因子和趨化因子受體(CCR)，包括巨噬細胞炎癥蛋白-2(macrophage inflammatory protein-2,MIP-2)，CCR2，CCR7和CCR8；22 h高表達MIP-2，IFN-γ誘導的蛋白10(IP-10)，CCR1和CCR2。

在腦缺血患者中T、B和自然殺傷(natural killer cell,NK)細胞在循環系統中的數量迅速減少，這可能是一種腦組織減輕局部炎癥反應的內源性保護機制[10]。機體在腦卒中后12 h內就開始出現全身性的免疫抑制并持續達數周之久[2]，此機制可能是由于SNS和下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic pituitary axis,HPA)亢進所致[13]。腦卒中相關的SNS激活分別通過β2腎上腺素受體(β2 adrenoceptor,β2-AR)和β3腎上腺素受體(β3 adrenoceptor,β3-AR)信號通路，促使調節性T細胞(regulatory T cells,Tregs)在骨髓中活化并進入循環系統[14]，Tregs介導的免疫抑制和細菌感染的易感性增加，均是由吞噬細胞活化不足，分泌 IFN-γ缺乏所致[14]。

缺血性腦卒中后72 h內的細胞免疫抑制(如淋巴細胞和單核細胞的失活，Th1向Th2型細胞因子的轉化等)與自發的菌血癥和肺部感染有關[2]。Prass等[2]的研究表明，IFN-γ分泌減少，NK細胞和T細胞應答受損是腦卒中時防御細菌失敗的關鍵因素。另外一些動物實驗顯示，當 IL-1β進入腦細胞后由內毒素刺激引起的全血細胞釋放IL-10減少，該結果是由HPA和交感-腎上腺髓質軸激活引起的。Wong等[15]報道在實驗性動物缺血性腦卒中后去神經支配的肝臟內iNK T細胞的功能改變，由分泌IFN-γ轉變為分泌IL-10，引起全身性免疫抑制。通過β受體阻滯劑普萘洛爾阻斷腎上腺素能神經末梢可增強免疫反應，此過程是由于NK T細胞過度分泌 IFN-γ所致；相反地向肝臟注射去甲腎上腺素能減弱NK T細胞的功能，進而抑制全身免疫機制[15]。

2　缺血性腦卒中患者免疫反應與肺部感染

腦卒中后急性免疫應激在急性腦損傷中發揮主要作用[3]，隨后免疫抑制增加了腦卒中后感染特別是肺部感染的風險，而感染是影響腦卒中患者恢復的1個重要因素。

2.1急性腦損傷所致的急性肺損傷(acute lung injury, ALI)

急性肺損傷(ALI)是以低氧血癥、非心源性肺水腫、低肺順應性和廣泛的毛細血管滲漏為特點的特異性彌漫性肺損害[16]。業已證實大約三分之一的急性腦損傷患者會出現ALI，合并ALI的患者預后更差。ALI的發病機制包括神經源性肺水腫(neurogenic pulmonary edema, NPE)、中性粒細胞的激活、炎癥介質的釋放、肺泡/毛細血管屏障破壞、凝血系統的活化、表面活性劑的消耗以及感染[14]。腦損傷可能通過增加肺部受到后續有害機制損傷的易感性或缺血再灌注損傷，從而增加呼吸衰竭的風險[17]。

神經源性肺水腫(NPE)是一個公認的中樞神經系統(central nervous system,CNS)損傷的并發癥[18]。NPE可能的機制包括嚴重顱腦損傷后大量神經系統放電引起肺泡/毛細血管屏障受損、蛋白質豐富的水腫液在肺泡內積聚、出血和肺不張。據推測，中樞神經系統損傷后大量的交感神經系統放電直接通過α- AR和β-AR影響肺部血管床，導致肺微靜脈血管收縮和/或內皮細胞損傷。該理論稱為“肺微靜脈腎上腺素過敏”理論，可以解釋神經系統對肺血管內皮細胞的直接影響，而不需通過血流動力學變化介導[18]。

越來越多的證據表明全身炎癥反應在顱腦創傷或蛛網膜下腔出血后肺通氣功能障礙的進展中起重要作用[19]。由交感神經系統發出的神經刺激可以在肺部引起一連串的反應，包括內皮細胞功能障礙以及中性粒細胞和細胞因子釋放的全身性炎癥反應[20]。腦出血使腦組織和肺部細胞內粘附分子的表達增加，導致中性粒細胞逐漸聚集到肺間質和肺泡腔并引起肺泡結構破壞[20]。此外，實驗證實兒茶酚胺可激活巨噬細胞中的 NFκB，并促使肺部炎癥細胞因子(IL-6,TNF-α和 IL-1β)以劑量依賴的方式分泌。經由α2-ARs的吞噬細胞應答的上調促進了急性炎癥反應的進展[21]。

在大鼠實驗中由嚴重腦損傷引起的NPE以促炎癥細胞因子的分泌為特征，更重要的是支氣管肺泡灌洗液中IL-6和免疫細胞的聚集[22-23]。有研究表明，輸注去甲腎上腺素能增強促炎癥細胞引子如 IL-6、IL-1α和IL-1β在肺組織和支氣管肺泡灌洗液中的表達[24]。兒茶酚胺增多促使肺部巨噬細胞通過β2-ARs路徑分泌IL-6，進而導致機體呈現高凝狀態。Avlonitis等[22]研究表明，α腎上腺素拮抗劑能減少全身炎癥反應、維護毛細血管肺泡細胞膜的完整性，進而預防炎癥性肺損傷。由此表明SNS激活引起兒茶酚胺分泌增加，通過α-ARs和β-ARs信號通路來促進肺局部炎癥反應，導致毛細血管肺泡膜完整性的損害。

2.2缺血性腦卒中后免疫抑制與肺部感染

據統計，缺血性腦卒中患者發病后第1 d出現肺部和尿路感染的概率高達三分之一[25-26]。一項關于急性缺血性腦卒中患者的調查顯示，合并肺部感染患者的30 d病死率為27%，而無嚴重呼吸道感染的病死率僅為4%(P<0.001)[27]。吞咽困難是1個公認的缺血性腦卒中后肺部感染的危險因素，也是一項臨床上需鼻飼管進食的常見指證，有人預測通過改善吞咽困難可以預防腦卒中后肺部感染，然而實際效果有限[28]。因此，有必要重新識別引起呼吸道損傷的機制，這其中就包括腦卒中相關的全身系統免疫反應[26]。有研究證實阻斷β-ARs能夠預防肺部感染，提示交感神經系統興奮引起的免疫抑制，且這與吸入相關性肺部感染的發生相關[29]。

近來，多項實驗和臨床研究試圖解釋腦卒中后肺部感染和交感神經系統興奮引起的免疫抑制之間的關系[30-33]。程明霞等[24]對636例腦卒中患者進行分析發現，感染組患者入院時T淋巴細胞計數低于對照組，其表達的CD3、CD4均較對照組低，并有顯著差異，說明腦卒中患者免疫功能下降，對細菌的易感性增加。缺血性腦卒中使交感神經系統興奮和兒茶酚胺分泌增加[29, 34]。一級(骨髓和胸腺)和二級(脾臟和淋巴結)淋巴器官主要被植物神經所支配，這些植物神經主要是交感神經。交感神經系統的主要神經遞質—去甲腎上腺素被釋放到淋巴組織中，可以調節免疫細胞的功能[35]。有研究認為，腦卒中相關的交感神經系統興奮能引起淋巴細胞減少，單核細胞功能受損，使Th1向Th2型細胞因子轉化，促進淋巴細胞凋亡[36]。實驗性腦卒中誘導的免疫功能抑制是通過HPA和SNS起作用的，其中SNS起著關鍵性作用。研究顯示通過β-受體阻滯劑抑制外周交感神經系統的興奮性，可以減輕免疫抑制[2]。

2.3肺部感染與自身免疫反應

缺血性腦卒中后免疫抑制可以防止針對自身的適應性免疫應答。缺血性腦卒中后由于血腦屏障的破壞，淋巴細胞浸潤到缺血腦組織，進而與各種中樞神經系統抗原接觸，這些抗原包括神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。另外，試驗中還觀察到一些抗原表達增加，如髓鞘堿性蛋白(myelin basic protein,MBP)，神經元特異性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)，S-100和神經膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)。周圍免疫系統可以識別這些因子，并有研究證實腦卒中發病幾天內在頸部淋巴結有抗原遞呈過程[37]。

關于嚴重缺血性腦卒中患者的研究顯示，如果沒有合并感染，Th1細胞較少對MBP做出應答。脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)可以增加Th1細胞對MBP應答的趨勢，且脂多糖是缺血性腦卒中后誘導全身炎癥反應的介質[38]。在人體中缺血性腦卒中后的前15 d肺部感染增加了Th1細胞對MBP和GFAP應答的機會[39]。對MBP較強的應答以及對GFAP較低程度的應答與患者的不良預后相關[40]。Planas的研究證實在頸部淋巴結核腭扁桃體對腦源性抗原的反應增強與預后不良相關[37]。主要由革蘭氏陽性細菌引起的肺部感染與Th1細胞反應相關，也與缺血性腦卒中后致死結果一致。與此相反，主要由革蘭氏陰性細菌引起的尿路感染并不引起Th1細胞反應，患者預后也相對較好[38]。盡管由于免疫抑制，不管是在外周淋巴器官或是在腦組織中肺部感染仍能引發足夠強的針對腦源性抗原的免疫反應[39]。

3　結束語

目前的證據表明，免疫-交感神經系統交互作用理論對于理解缺血性腦卒中后動態內環境的變化起著關鍵作用。在此交互作用過程中肺部不僅受到嚴重影響，也在主動參與這一過程。最初的交感神經系統興奮直接影響肺部(第1次打擊)，接著免疫抑制間接地使肺部更容易受到感染(第2次打擊)。免疫抑制使免疫應答從Th1細胞轉向Th2細胞，保護腦組織免受適應性免疫反應的損害。但肺部感染能夠抑制這種轉變，并重新啟動Th1細胞針對中樞神經系統抗原的自身免疫反應。

本研究總結了當前關于免疫-交感神經系統交互作用的研究進展，并強調在此過程中肺部和腦組織的相互影響。在將來的研究中只有將神經和免疫的交互作用作為一個系統，才能更好地闡明缺血性腦卒中與其他機體系統的關系。

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(2016-08-18收稿)

國家自然科學基金(項目編號為：81571147)

430060武漢大學人民醫院神經外科2科[簡志宏王雷金桐古麗娟熊曉星(通信作者)]

R743

A

1007-0478(2016)05-0386-04

10.3969/j.issn.1007-0478.2016.05.024