缺血性腦卒中后免疫反應(yīng)及免疫抑制相關(guān)研究進(jìn)展

鐘懿，熊曉星

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院神經(jīng)外科，武漢 430060)

腦卒中是由多種因素導(dǎo)致的腦內(nèi)血流阻塞(缺血性腦卒中)或腦血管破裂出血(出血性腦卒中)，其中缺血性腦卒中約占87%[1-2]，且缺血性腦卒中具有病情進(jìn)展快、致死率和致殘率高等特點(diǎn)。據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，全世界范圍內(nèi)每年約500萬人死于缺血性腦卒中，僅我國(guó)每年就有約100萬人因腦卒中失去生命，而幸存者每年要丟失約1億傷殘調(diào)整生命年[3]。因此，缺血性腦卒中是全球死亡和殘疾的主要原因之一，給社會(huì)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。研究表明，免疫系統(tǒng)貫穿腦卒中的全過程，從危險(xiǎn)因素的作用機(jī)制到神經(jīng)毒性的產(chǎn)生，再到組織修復(fù)與重構(gòu)，免疫系統(tǒng)與大腦相互影響共同調(diào)控疾病的發(fā)展趨勢(shì)；腦卒中后嚴(yán)重的腦缺血可誘發(fā)初始免疫炎癥反應(yīng)，加劇神經(jīng)功能缺損，導(dǎo)致全身免疫系統(tǒng)發(fā)生改變，產(chǎn)生免疫抑制，使患者對(duì)感染的易感性增加，進(jìn)而導(dǎo)致患者的死亡事件增加[3]。因此，探究免疫系統(tǒng)在腦卒中發(fā)生、發(fā)展中的效應(yīng)，尋找潛在治療靶點(diǎn)迫在眉睫。現(xiàn)就缺血性腦卒中后免疫反應(yīng)及免疫抑制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 缺血性腦卒中與免疫激活

缺血性腦卒中的炎癥反應(yīng)過程主要分為三個(gè)階段，即初始期(數(shù)小時(shí))、進(jìn)展期(數(shù)天)和消散期(數(shù)周)，每個(gè)階段均與特定的免疫反應(yīng)和細(xì)胞外信號(hào)分子有關(guān)[4]。

1.1非特異性免疫 在缺血性腦卒中初期，非特異性免疫占主導(dǎo)地位。動(dòng)脈阻塞后，由于局灶性缺血缺氧，腦內(nèi)和外周的固有免疫細(xì)胞首先募集到損傷部位，大量釋放促炎細(xì)胞因子和趨化因子，在氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及下調(diào)的內(nèi)皮連接蛋白和上調(diào)的血管源性蛋白酶的綜合作用下，血腦屏障通透性增加，為免疫細(xì)胞、可溶性物質(zhì)和水分子進(jìn)入大腦開放通道，導(dǎo)致間質(zhì)炎癥反應(yīng)和水腫的發(fā)生，進(jìn)而損害神經(jīng)組織[5]。隨著血腦屏障完整性的逐漸喪失，內(nèi)皮細(xì)胞被激活，其通過活化白細(xì)胞表面的高親和力整合素分子和上調(diào)內(nèi)皮上相應(yīng)配體(如血管細(xì)胞黏附分子-1和細(xì)胞間黏附分子-1)的表達(dá)[6-8]，促進(jìn)巨噬細(xì)胞、白細(xì)胞和其他炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。在血管周圍區(qū)域，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌谷氨酸、自由基和一氧化氮等有害分子，促進(jìn)血管收縮和血小板聚集，加重神經(jīng)毒性；肥大細(xì)胞脫顆粒導(dǎo)致組胺、蛋白酶類和腫瘤壞死因子-α釋放，促進(jìn)中性粒細(xì)胞募集[9]。而被激活的巨噬細(xì)胞作用較為復(fù)雜，在缺血性腦卒中早期，經(jīng)典活化的M1型巨噬細(xì)胞大量分泌促炎細(xì)胞因子，促進(jìn)中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞等黏附和滲出；在缺血性腦卒中后期，替代激活的M2型巨噬細(xì)胞發(fā)揮主要作用，其可分泌保護(hù)性重塑因子，促進(jìn)軸突生長(zhǎng)和血管生成[10]。由于中性粒細(xì)胞的表型不同，故對(duì)腦卒中造成的影響也存在差異，治療性地使用吡格列酮激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ，可使中性粒細(xì)胞向N2表型分化，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)減輕[11]。但缺血性腦卒中后，小鼠腦內(nèi)主要存在N1型中性粒細(xì)胞，加速了炎癥反應(yīng)的進(jìn)展[12]。小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞及其釋放的因子加重了血-腦屏障損傷，導(dǎo)致各種破壞性酶和有毒物質(zhì)(基質(zhì)金屬蛋白酶9、S100-β蛋白、氧自由基及興奮性氨基酸等)持續(xù)堆積于大腦，加劇了腦損傷，導(dǎo)致患者的病死率顯著增加[5]。在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)，低灌注導(dǎo)致氧和葡萄糖豐度降低，使大腦不能合成足夠的ATP，導(dǎo)致質(zhì)膜上離子梯度消失，谷氨酸大量釋放，而低糖低氧持續(xù)刺激谷氨酸受體可導(dǎo)致神經(jīng)元去極化，產(chǎn)生活性氧類，并造成線粒體功能障礙，最終觸發(fā)興奮性毒性以及自由基誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死和凋亡途徑[13]。壞死細(xì)胞釋放損傷相關(guān)模式分子，刺激病原體識(shí)別Toll樣受體2和Toll樣受體4，并激活核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和促分裂原活化的蛋白激酶通路，傳播并放大固有免疫反應(yīng)，加速血管破壞以及細(xì)胞死亡，最終造成血管損傷、炎癥和神經(jīng)元死亡的惡性循環(huán)[14]。

1.2特異性免疫 在缺血性腦卒中后24 h，特異性免疫反應(yīng)被激活[15]，炎癥反應(yīng)進(jìn)入進(jìn)展期。基于前期血腦屏障滲透性增加，淋巴細(xì)胞在腦卒中后進(jìn)入中樞，并通過識(shí)別中樞神經(jīng)系統(tǒng)抗原誘發(fā)自身免疫反應(yīng)。T淋巴細(xì)胞亞群中的CD4+、CD8+T細(xì)胞以及這兩種亞群間的平衡與缺血性腦卒中后炎癥反應(yīng)、神經(jīng)功能缺損和細(xì)胞免疫功能的改變密切相關(guān)。臨床研究顯示，患者外周血中CD4+、CD8+、CD4+/CD8+T淋巴細(xì)胞水平與缺血性腦卒中的嚴(yán)重程度及預(yù)后相關(guān)[16]。在缺血性腦卒中的動(dòng)物模型中，抑制CD4+、CD8+T細(xì)胞由外周向中樞神經(jīng)系統(tǒng)遷移或特異性阻斷CD8+T細(xì)胞釋放細(xì)胞毒素，可減輕大鼠腦卒中后的免疫反應(yīng)并減小腦梗死體積[17]；缺乏T細(xì)胞的小鼠也表現(xiàn)出更輕微的神經(jīng)損害，而回輸T細(xì)胞后，這種神經(jīng)保護(hù)作用消失[18]。CD4+T細(xì)胞以非抗原依賴性方式分泌γ干擾素(interferon-γ,IFN-γ)和白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-17等細(xì)胞因子，促進(jìn)腦內(nèi)的膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)趨化因子，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)增加，加重缺血性腦卒中早期的神經(jīng)損傷，而γδT細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞毒性[7]。同時(shí)，T淋巴細(xì)胞也存在復(fù)雜的雙重效應(yīng)，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cell，Treg細(xì)胞)是CD4+T淋巴細(xì)胞亞組的一員，腦缺血后的7 d和14 d在梗死組織可以檢測(cè)到大量聚集和增殖的Treg細(xì)胞，Treg細(xì)胞可通過釋放免疫抑制因子等對(duì)腦損傷進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而維持機(jī)體的免疫穩(wěn)態(tài)[19]，為后期腦損傷部位結(jié)構(gòu)和功能的重建奠定基礎(chǔ)。此外，B淋巴細(xì)胞也參與了缺血性腦卒中后的免疫反應(yīng)，但目前B淋巴細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用尚不明確。一方面，B淋巴細(xì)胞可分泌IL-10，減輕脾臟萎縮，減少活化的炎癥T淋巴細(xì)胞進(jìn)入缺血腦組織，同時(shí)增加CD8+CD122+Treg細(xì)胞，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，因此B淋巴細(xì)胞缺乏的小鼠梗死灶增大，預(yù)后更差[20]；另一方面，Doyle等[21]研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦卒中發(fā)生數(shù)周后，活化的B淋巴細(xì)胞進(jìn)入腦組織，產(chǎn)生抗腦源性因子抗體，在疾病發(fā)作后的數(shù)周內(nèi)造成更嚴(yán)重的神經(jīng)元損傷，并可能帶來神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥和遲發(fā)性認(rèn)知功能障礙等后遺癥。

缺血性腦卒中后期為炎癥反應(yīng)的消散期。多種免疫細(xì)胞、神經(jīng)元及神經(jīng)細(xì)胞聯(lián)合參與缺血部位的修復(fù)和重建，通過清除壞死細(xì)胞和組織碎片或產(chǎn)生生長(zhǎng)因子和蛋白酶，促進(jìn)神經(jīng)元的發(fā)生、血管生成以及細(xì)胞基質(zhì)的再生，使組織結(jié)構(gòu)得以重構(gòu)，恢復(fù)正常功能[5]。

2 缺血性腦卒中后免疫抑制

生理?xiàng)l件下，免疫系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)通過多種途徑相互作用以維持穩(wěn)態(tài)，但嚴(yán)重的腦損傷(如腦卒中)可能會(huì)打破這一平衡。缺血性腦卒中發(fā)作后24 h內(nèi)，初級(jí)和次級(jí)淋巴器官被激活并產(chǎn)生全身性炎癥反應(yīng)，同時(shí)細(xì)胞因子、趨化因子和促炎介質(zhì)在血循環(huán)中的水平顯著升高；缺血性腦卒中發(fā)作24 h后外周免疫重塑，免疫系統(tǒng)的功能狀態(tài)受到抑制，表現(xiàn)為細(xì)胞免疫功能迅速且持續(xù)減弱、單核細(xì)胞和輔助性T細(xì)胞1失活、淋巴細(xì)胞減少[22]以及次級(jí)淋巴器官萎縮[23]，這種現(xiàn)象被稱為腦卒中誘導(dǎo)的免疫抑制(stroke-induced immunodepression，SIID)。SIID可能是大腦自身對(duì)急性損傷的一種適應(yīng)性反應(yīng)，以減輕腦內(nèi)的炎癥反應(yīng)，阻止損傷的進(jìn)一步發(fā)展。

2.1SIID的發(fā)生機(jī)制 中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過復(fù)雜的神經(jīng)途徑和體液途徑調(diào)控免疫功能，具體包括交感神經(jīng)系統(tǒng)、副交感神經(jīng)系統(tǒng)和下丘腦-垂體-腎上腺軸[24]。

2.1.1交感神經(jīng)系統(tǒng) 缺血性腦卒中后1～3 d，交感神經(jīng)系統(tǒng)被過度激活，通過β抑制蛋白-2/NF-κB通路[25]或環(huán)腺苷酸-蛋白激酶A/NF-κB通路[26]誘導(dǎo)免疫抑制。兒茶酚胺通常包括腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺三種物質(zhì)，是交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要效應(yīng)物，由外周器官的腎上腺髓質(zhì)和神經(jīng)末梢分泌，主要作用于腎上腺素能受體，當(dāng)交感腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮時(shí)，兒茶酚胺大量釋放入血，一方面可抑制細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4的表達(dá)，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞凋亡，減少IFN-γ的產(chǎn)生，促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞的分化；另一方面，兒茶酚胺還可下調(diào)NF-κB，抑制促炎細(xì)胞因子(腫瘤壞死因子-α、IL-6和IL-1β)的基因轉(zhuǎn)錄，并促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子(如IL-10)的產(chǎn)生[27]。

2.1.2下丘腦-垂體-腎上腺軸 下丘腦-垂體-腎上腺軸是神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的重要組成部分，通過下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素調(diào)節(jié)機(jī)體的功能。腦卒中后缺血缺氧刺激腦組織分泌IL-1β、腫瘤壞死因子-α和IL-6，增加促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素的合成，導(dǎo)致腎上腺束狀帶分泌過量的糖皮質(zhì)激素[28]。在臨床上，尿皮質(zhì)醇水平較高的腦卒中患者更易罹患感染，這也間接反映了較高的血液糖皮質(zhì)激素水平[29]。糖皮質(zhì)激素具有強(qiáng)大的抗炎作用，可減少T細(xì)胞導(dǎo)致的IFN-γ的生成并誘導(dǎo)其凋亡，同時(shí)促進(jìn)單核細(xì)胞分泌IL-10，這可能是缺血性腦卒中后淋巴細(xì)胞減少的原因。流行病學(xué)調(diào)查顯示，入院前服用糖皮質(zhì)激素與缺血性腦卒中患者短期病死率增加相關(guān)[30]。

2.1.3副交感神經(jīng)系統(tǒng) 膽堿能抗炎途徑主要包括迷走神經(jīng)、脾臟和煙堿乙酰膽堿受體α7。缺血性腦卒中后，激活的副交感神經(jīng)系統(tǒng)通過分泌乙酰膽堿激活膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)，乙酰膽堿可抑制外周炎癥細(xì)胞因子的釋放，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激，并促進(jìn)腦功能恢復(fù)。有研究發(fā)現(xiàn)，延遲給予小鼠腦卒中模型Varenicline(一種煙堿乙酰膽堿受體α7的高親和力激動(dòng)劑)可減少大腦炎癥反應(yīng)，改善小鼠運(yùn)動(dòng)功能，表明活化的副交感神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)缺血性腦卒中有神經(jīng)保護(hù)作用[31]。

2.2SIID對(duì)缺血性腦卒中的影響 SIID可以通過下調(diào)免疫反應(yīng)而減少炎癥反應(yīng)，保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受自身免疫的侵?jǐn)_，與此同時(shí)也減弱了機(jī)體對(duì)病原體的抵抗力，導(dǎo)致感染風(fēng)險(xiǎn)增加。流行病學(xué)數(shù)據(jù)表明，腦卒中后感染是患者死亡和殘疾的主要原因，且與較高的復(fù)發(fā)率和再入院率相關(guān)；腦卒中相關(guān)性肺炎(stroke-associated pneumonia，SAP)和尿路感染是腦卒中后感染的主要形式，且兩者患病率相似；肺炎是臨床最常見的感染類型，與腦卒中患者的不良預(yù)后獨(dú)立相關(guān)，對(duì)神經(jīng)功能的恢復(fù)影響最大，而SAP可顯著增加患者30 d、1年和3年的病死率[24]。因此，有效控制SAP對(duì)改善患者存活率和生活質(zhì)量均具有重要意義。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，誤吸及其相關(guān)危險(xiǎn)因素(如意識(shí)障礙和吞咽困難)是導(dǎo)致SAP的關(guān)鍵，由于多巴胺傳遞異常[32]，腦卒中患者的吞咽反射和P物質(zhì)的釋放被抑制，使患者更有可能暴露于病原微生物中，而有吞咽困難的患者發(fā)生肺炎的可能性是普通患者的11倍[27]。研究表明，在同等程度的吞咽困難或意識(shí)障礙的情況下，腦卒中患者更易發(fā)生肺炎[33]，提示可能有另一種機(jī)制參與其中。有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠腦卒中模型中，僅需200個(gè)肺炎鏈球菌菌落形成單位進(jìn)行鼻腔接種即可導(dǎo)致小鼠患嚴(yán)重肺炎，而對(duì)照小鼠需接種幾百倍甚至更多的菌落形成單位，才能誘發(fā)肺炎；使用β受體阻滯劑阻滯小鼠的交感神經(jīng)系統(tǒng)功能可以防止INF-γ缺乏和細(xì)菌感染的發(fā)生，但阻滯下丘腦-垂體-腎上腺軸卻無這種效果[34]。表明SAP是多種機(jī)制綜合作用的結(jié)果，誤吸等因素為病原菌的侵入提供了可能，而SIID加速了感染的發(fā)生。更重要的是，是交感神經(jīng)系統(tǒng)而非下丘腦-垂體-腎上腺軸在其中起主導(dǎo)作用。

3 免疫調(diào)節(jié)治療

對(duì)于免疫反應(yīng)，機(jī)體直接的反應(yīng)為發(fā)生感染，而感染也是影響預(yù)后與結(jié)局的關(guān)鍵事件，因此預(yù)防或減少感染是急性缺血性腦卒中的重要治療方向之一。研究人員嘗試預(yù)防性使用廣譜抗生素減少致病菌以達(dá)到防治缺血性腦卒中后感染的目的，但各種試驗(yàn)結(jié)果并不理想。如一項(xiàng)小型隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，美洛西林和舒巴坦聯(lián)合應(yīng)用可改善腦卒中患者的臨床癥狀，其他抗生素如頭孢菌素也表現(xiàn)出神經(jīng)保護(hù)作用[35]。但在缺血性腦卒中早期應(yīng)用氟喹諾酮類藥物治療則不利于嚙齒動(dòng)物的預(yù)后[36]。另有研究認(rèn)為，與無抗生素預(yù)防性治療相比，缺血性腦卒中前使用氟喹諾酮類藥物可提高小鼠腦卒中后的存活率，并有助于神經(jīng)功能的恢復(fù)[37]。由于存在爭(zhēng)議，目前預(yù)防性抗生素治療尚不推薦用于急性腦卒中患者。鑒于缺血性腦卒中治療的現(xiàn)狀以及SIID在病理生理機(jī)制中的重要性，多種預(yù)防SIID的免疫調(diào)節(jié)療法逐漸出現(xiàn)。β受體阻滯劑通過與兒茶酚胺競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合β受體，從而阻斷交感神經(jīng)系統(tǒng)，改善SIID。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，使用普萘洛爾和糖皮質(zhì)激素受體拮抗劑米非司酮雙重阻斷交感神經(jīng)系統(tǒng)和下丘腦-垂體-腎上腺軸可顯著減小腦梗死體積，增加長(zhǎng)期存活率，促進(jìn)腦卒中小鼠感染后的恢復(fù)[38]。此外，普萘洛爾還能減少脾臟中凋亡細(xì)胞的數(shù)量，增強(qiáng)免疫細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子的能力[39]，普萘洛爾對(duì)免疫反應(yīng)的影響或許正是導(dǎo)致小鼠腦梗死體積縮小的原因。Prass等[40]進(jìn)一步評(píng)估了β受體阻滯劑對(duì)SAP易感性的影響，他們通過構(gòu)建局灶性腦缺血模型并鼻內(nèi)注射肺炎鏈球菌模擬細(xì)菌性肺炎發(fā)現(xiàn)，缺血性腦卒中發(fā)作后4 d，小鼠肺炎患病率達(dá)峰值，而缺血處理前給予普萘洛爾可減少肺炎的發(fā)生，并將易患風(fēng)險(xiǎn)期延長(zhǎng)至14 d，為預(yù)防感染提供了足夠的時(shí)間窗。在臨床研究中，β受體阻滯劑的治療價(jià)值也得到了一定的認(rèn)可。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，β受體阻滯劑與缺血性腦卒中病死率及醫(yī)院獲得性肺炎發(fā)病率相關(guān)，住院期間接受β受體阻滯劑治療的患者30 d病死率均較低，而在缺血性腦卒中發(fā)作前使用β受體阻滯劑可減輕腦缺血的嚴(yán)重程度，并逆轉(zhuǎn)肺部感染[33,41]。但也有研究認(rèn)為，β受體阻滯劑僅能抑制尿路感染，并不能影響SAP，這可能與患者年齡以及基礎(chǔ)合并癥等有關(guān)[42]。由于交感神經(jīng)系統(tǒng)抑制在發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的同時(shí)并不會(huì)惡化腦卒中患者的神經(jīng)功能，因此研發(fā)靶向抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)的藥物可能成為一種可行的腦卒中治療方法，但要將其真正推廣應(yīng)用于臨床仍需多中心、大樣本的對(duì)照試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

4 小 結(jié)

腦卒中對(duì)大腦的損害是一種免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)，作為對(duì)大腦中高度炎癥環(huán)境的反饋，交感神經(jīng)系統(tǒng)、副交感神經(jīng)系統(tǒng)和下丘腦-垂體-腎上腺軸過度活化產(chǎn)生多種免疫抑制分子，這是大腦防止自身受損的防御機(jī)制。預(yù)防和治療腦血管疾病具有長(zhǎng)期用藥和多藥聯(lián)合的特征，但效果甚微。因此，研究和開發(fā)相關(guān)藥物并采取個(gè)體化的治療方案迫在眉睫。有效改善缺血性腦卒中后的炎癥可在免疫系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)間形成穩(wěn)態(tài)，不僅能夠阻斷炎癥細(xì)胞分泌有害因子，還能防止SIID的發(fā)生。未來應(yīng)進(jìn)一步研究缺血性腦卒中后的炎癥免疫及SIID的精確機(jī)制，探尋更多的非傳統(tǒng)療法，以實(shí)現(xiàn)免疫系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的雙重保護(hù)。