腦缺血再灌注后免疫損傷分子機制研究進展

付如意，毛 露，孫 碩，Dirk Hermann綜述，陳艾東，審校

隨著分子生物學和分子免疫學的發展逐步深入，大量研究表明，急性炎癥反應所造成的免疫損傷在繼發性腦損傷中起著越來越重要的作用[1]。腦缺血再灌注后，大量免疫細胞會在損傷部位聚集，大量釋放細胞分裂素和氧自由基等物質直接損傷內皮細胞，造成內皮結構和功能的受損，引發血小板聚集和免疫細胞相互作用，導致微血管阻塞，引發損傷[2]。這一過程造成神經元損傷、血腦屏障遭到破壞，腦出血和腦水腫等癥狀出現；同時，微血管中積累的免疫細胞被激活并釋放大量的炎性細胞因子和炎性介質，引發更多的免疫粒細胞聚集[3]，造成局部炎癥反應過度激活，導致腦缺血再灌注的二次損傷。最新研究表明多種炎性細胞因子在腦缺血后大量表達，缺血區域中炎性細胞的浸潤促進腦組織中炎性病變的發生和發展，導致腦組織中缺血性壞死，腦水腫和神經元損傷的增加[4]。之前的腦缺血再灌注治療方面主要關注點還是溶栓和對癥等治療，但療效甚微，免疫損傷的重要作用并沒有得到重視。我們在德國埃森大學神經生物學實驗室的最新研究表明抑制這種免疫損傷，可以減少神經元的死亡和改善動物行為學表現和神經評分，本文就腦缺血再灌注損傷中炎癥反應的作用和相關分子機制作一綜合闡述，旨在為本病的治療梳理出新的治療思路。

1 參與腦缺血再灌注損傷的免疫細胞

1.1 中性粒細胞 再灌注損傷的炎癥反應過程的主要參與者便是中性粒細胞[5，6]。眾多科學家對小鼠和犬的再灌注損傷的研究[7]，均從不同層面反應了再灌注損傷時、中性粒細胞浸潤現象透明般地增加。研究表明，中性粒細胞可以通過釋放大量的炎性因子來惡化腦局部的炎癥反應、從而間接加劇再灌注損傷，此外它也可以釋放大量活性氧簇(ROS)和蛋白質水解酶，從而直接導致腦細胞受損。與此同時，再灌注損傷時中性粒細胞大量活化，它們在腦血管中的集聚致使再灌注受到腦循環障礙的影響[8]。最近，在德國埃森大學神經生物學實驗室的研究表明用LY6G抑制中性粒細胞無論短期還是中期都可以很好地改善腦缺血再灌注損傷的嚴重程度，這將給腦缺血再灌注損傷的治療提供新的治療思路。

1.2 淋巴細胞 包括T細胞和B細胞，該類炎性細胞在免疫系統中占據舉足輕重的地位，我們在德國埃森大學神經生物學實驗室最近的研究表明抑制T細胞后可以改善小鼠腦缺血再灌注損傷。近年來的研究結果顯示，腦缺血再灌注損傷中恒定型自然殺傷T細胞(iNKT)的作用不容忽視[9]。iNKT細胞活化后能夠釋放多種Th1及Th2細胞因子，炎癥反應過程的進行均有它們的參與。iNKT細胞是自然殺傷性細胞的一種，但由于它在活化時存在內源性和外源性的不可逆差異，iNKT細胞對再灌注損傷在不同層面有著相反的作用。研究發現，該類淋巴細胞不僅可以借促進炎性因子釋放、加劇再灌注損傷，還可以通過釋放白細胞介素-10去調控炎癥反應、從而起到抗炎作用，這種復雜的雙重效應，有待進一步研究。

1.3 單核-巨噬細胞 大量研究顯示單核-巨噬細胞對炎癥反應的作用具有雙向性，其對腦缺血再灌注損傷機制的影響自然也成為一把雙刃劍，可改善、亦可惡化。就在此情況下最經典的單核巨噬細胞而言，Ly6Chigh單核細胞將會在到達炎癥組織后分化為M1巨噬細胞，它們通過有效地清除壞死細胞、使淋巴細胞活化并誘導浸潤中性粒細胞的顯著增強，進而加重再灌注損傷后的炎癥反應[10]；而Ly6Clow單核細胞則在到達炎癥組織后分化為M2巨噬細胞，它們的功能是分泌轉化生長因子和抗炎因子有效改善損傷組織的惡化程度。Heidt等[11]對小鼠模型的研究結果，突破進展性地顯示了腦缺血再灌注損傷后，M1巨噬細胞的表達顯著增加，同時大量中性粒細胞的浸潤伴隨現象出現，而M2巨噬細胞則急劇減少。這就明確地說明了再灌注損傷發生后單核巨噬細胞對損傷組織的作用更傾向于負面效果。我們最新的研究表明同時用GW2580抑制單核系統和LY6G抑制中性粒細胞后，并沒有出現更好的改善效果，說明二者存在有趣的交互抑制現象。這可能是因為這二類細胞都來源于同一類型的造血干細胞，因為造血干細胞在不斷分化，就像水庫的兩條支流，阻斷其中的一個支流，勢必會造成另外一個支流水位上漲，相關的分子機制則有待進一步的深入研究。

2 免疫系統參與腦缺血再灌注損傷機制

細胞的侵襲性聚集，尤其是嗜中性粒細胞和單核巨噬細胞是炎癥反應發展的關鍵步驟，而部分炎癥反應的過度發生在一定意義上成為腦缺血再灌注損傷惡化的主要推動力[12]。這種炎癥反應有多種炎癥細胞和炎癥因子的參與。研究表明，在腦缺血再灌注損傷后的短時間內，炎癥因子的大量表達在缺血性腦細胞中更加明顯，且其數量透明般地上升，這一顯著的表現又引發各種機制，從而導致腦組織損傷，這些機制的具體表現包括變化血管舒縮性、阻塞微血管、釋放分泌細胞毒性酶和產生氧自由基等，細胞因子在趨化因子，由組織損傷機制之一所釋放的激活誘導下，其通過促進細胞炎癥反應加重腦損傷。

2.1 炎癥細胞因子的介入 炎癥細胞因子的產生大部分與單核巨噬細胞和血管內皮細胞有關，即有免疫細胞和相關細胞的參與，其產生還有部分歸因于細胞，在一定程度上是由與細胞體和神經元及其他膠質細胞的相互交織的延伸小膠質細胞的過程決定[13]。在腦缺血發生的1～2 h內，腦內血管內皮細胞被細胞因子誘導激活，由于這些細胞因子在局部缺血區大量產生，所以使白細胞粘附分子得到表達，白細胞聚集可導致微血管阻塞、而使腦血流減少和血栓形成，內皮細胞與白細胞之間識別、黏著后，白細胞遷移并穿過血管壁進入炎癥組織，進一步惡化腦損傷。

炎癥細胞因子主要有腫瘤壞死因子、白細胞介素、核轉錄因子、干擾素-γ、細胞間粘附因子-1、血小板活化因子等[14]。腫瘤壞死因子在腦缺血時大量表達TNF-d蛋白，蛋白質進一步激活細胞因子，進而加劇腦缺血性損傷；有研究顯示，TNF-d也可誘導細胞釋放出血管強效活性物質，導致血管的收縮和局部腦血流量的減少，并可使毛細血管通透性增加I2OL，這進一步促使血腦屏障的損害加重、引起腦水腫及缺血的發生；白細胞介素具有多種生物學功能，作用范圍和地位也十分廣泛和重要，包括免疫中的炎癥反應[15]。它可誘導免疫活性物質產生炎性介質，促使炎性反應失控而造成腦缺血后的繼發性損傷，然而，該過程也僅限于IL-1[16]。實驗表明，IL-6對急性缺血性腦損傷沒有直接影響；核轉錄因子可激活誘導引起促炎癥反應基因的轉錄，介導外周炎癥細胞進入腦組織導致腦損傷；干擾素-γ在正常腦組織中不表達，腦組織損傷后，缺血誘導的神經毒性作用得到增強，參與腦損傷后期的炎癥反應、誘導細胞凋亡；細胞間粘附分子-1：當腦缺血再灌注損傷后，多種細胞因子如IFN-γ等可上調其表達，在缺血區聚集浸潤的炎癥細胞釋放大量的神經毒性物質，如細胞因子、蛋白質衍生物和氧自由基，進一步加重腦損傷；血小板活化因子激活中性粒細胞并聚集這些中性粒細胞，增加血管壁的滲透性[17]。迄今為止，PAF已成為體內最強的血小板聚集劑，PAF會在腦缺血再灌注損傷中生成過多并異常釋放，這可能導致腦血管收縮、炎性細胞的趨化性、內皮細胞的損傷和血腦屏障的損傷。

最近，使用雙光子顯微鏡的研究表明，小膠質細胞似乎扮演傳感器的角色，檢測來自受損神經元和中樞神經系統其他細胞的信號，此外，即使是神經元傳導的微小變化，細胞外電解質的組成、或可溶性因子如嘌呤核苷酸的釋放，也足以使小膠質細胞被觸發而釋放細胞因子。中樞神經系統中最突出的和小膠質細胞相關的促炎細胞因子是IL-1。

2.2 炎癥反應相關細胞的激活 參與炎癥反應的細胞主要是星形膠質細胞，小膠質細胞和中性粒細胞。小膠質細胞有吞噬、呈遞抗原和表達大量相關免疫因子的功能，腦缺血后，免疫細胞滲入腦內迅速激活小膠質細胞，繼而促使小膠質細胞數量的迅速增加，而大量的促炎癥介質和神經毒性分子由活化的小膠質細胞釋放，在某種程度上進一步促使腦損傷加劇和腦炎癥反應更加劇烈[13]；腦損傷后神經元的修復與存活在一定意義上與星形膠質細胞[7]有關，正常情況下星形膠質細胞在這一方面有著積極的影響，但星形膠質細胞在短期腦缺血損傷中易被激活并大量增殖并產生細胞肥大，我們稱之為星形膠質細胞增生潮。星形膠質細胞增殖分化時還會產生膠質瘢痕，膠質瘢痕在腦缺血晚期對腦損傷起到了某種程度上的有益作用。腦缺血大約4 h后，星形膠質細胞似乎在受損的核心區域起反應，并且活化的星形膠質細胞產生大量炎癥介質和細胞毒性分子，導致炎癥反應加重腦損傷組織的壞死；而腦缺血后，缺血組織部分的血管內皮細胞有中性粒細胞[3]粘附，該細胞通過移向缺血區域而引起急性炎癥反應，腦缺血發生后的短時間內，半個小時至數小時，缺血組織處中性粒細胞被浸潤，但最大程度的浸潤卻需要時間，約在腦缺血3、4 d之后，浸潤高峰之后中性粒細胞則迅速減少并消失，這一機制使得中性粒細胞浸潤在腦缺血再灌注損傷中占據著意義重大的地位。腦損傷可以觸發中樞和周圍的免疫反應，浸潤大腦的外周細胞包括巨噬細胞、中粒性細胞和淋巴細胞。激活外周血免疫反應的機制尚不清楚，但可能發生在外周血與腦組織交界處或通過循環因子在外周血免疫反應中完全發揮作用。這兩種機制都可能影響腦缺血損傷和腦恢復。

2.3 腦缺血再灌注免疫損傷過程 腦缺血再灌注損傷的過程中會發生一系列生理上的變化。巨噬細胞、內皮細胞和其它免疫細胞在腦缺血階段會產生大量活性氧[18]，誘導 NF-κB、NOS和促炎因子的表達，導致血管內皮細胞粘附分子表達上調。這些因素導致腦血管阻力和通透性增加，進一步導致腦組織水腫、氣體交換障礙等，形成腦缺血性損傷；進行再灌注時，巨噬細胞和中性粒細胞釋放大量細胞因子和趨化因子及細胞間的粘附分子過量表達，使腦組織發生無菌性的炎癥反應，進一步惡化腦組織損傷。急性炎癥反應機制是腦缺血再灌注損傷后的復雜臨床表現的主要推動力和構成因素。

2.4 炎癥反應對腦缺血的雙重效應 腦缺血損傷后有大量炎性細胞因子的表達和浸潤，炎性細胞因子可作用于血管內皮細胞，促使趨化因子、粘附分子和E/P-選擇素的表達增加，這就會使血腦屏障的結構功能遭到破壞并形成腦水腫，炎性細胞因子還可通過使花生四烯酸的代謝增強來增加自由基的釋放和加重應激氧化損傷。此外，炎癥反應可引起局部血管痙攣甚至栓塞，導致更嚴重的腦組織缺血和缺氧[19]。其過度表達會引起一系列炎癥反應，加劇腦損傷。

然而，抑炎細胞因子也可以在炎癥反應過程中產生，如白細胞介素[15]IL-10、IL-13等。保護腦組織的途徑是：抑制炎性細胞因子的合成、抑制受體的表達及受體活性、清除細胞的壞死或凋亡碎片、重塑部分腦組織結構和抑制炎癥反應等；與此同時，星形膠質細胞在腦缺血損傷后增殖分化而產生的膠質瘢痕，它雖然一方面使軸突向內的生長及神經修復功能受到阻止或拉慢，令腦組織愈合遭到妨礙，但另一方面它也分離開了受損的組織與有活力的組織，從而有效地起到神經支持和保護的重要作用。

炎癥反應在腦缺血再灌注損傷的病理生理過程中的作用十分復雜。腦缺血損傷的程度和持續時間成為炎癥反應利弊作用的關鍵。一方面，在炎癥反應早期，促炎細胞因子誘導表達，加重腦組織損傷；另一方面，在炎癥反應晚期，又表現為腦損傷修復。炎癥反應的有害作用轉變為有益作用的中間點成為決定腦缺血損傷治療的核心。

3 展 望

目前，腦損傷后的炎癥反應情況是腦缺血再灌注損傷這一病理過程研究的焦點。造成腦缺血再灌注損傷的主要因素，是腦損傷時大量炎性因子的釋放和炎癥細胞的浸潤引起了強烈的炎癥反應。而炎癥反應本身在不同的時間段又對腦缺血損傷有利弊不同的作用影響，因此，深入研究腦缺血再灌注損傷后的免疫炎癥反應表現，將幫助醫學家們為腦缺血再灌注損傷的診治找到新的方法，有效地為腦缺血性損傷的預防和治療提供新途徑。