腦出血后炎癥反應中小膠質細胞及其相關炎癥介質的作用研究進展

龔舉鑫，燕鵬，鄭傳華，覃成箭，羅起勝

腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)是起病急而兇險常見疾病，其病死率和后續嚴重并發癥的發生率都比較高。ICH的繼發腦組織損傷可能對患者預后極為不利，對生活水平造成很大的不可逆影響。揭示主要參與炎癥反應的細胞及與其相關的炎癥介質在ICH繼發損傷中的作用機制，探究在ICH恢復期藥物干預炎癥反應，從而預防性地減輕ICH后炎癥反應對患者腦組織的損傷，減輕腦水腫及其他并發癥對患者的影響成為目前研究ICH后繼發反應的主要方向。因此本文主要就炎癥細胞小膠質細胞及與其相關的幾種炎癥介質做一概述，旨在為臨床應對ICH繼發損傷指明新方向。

1 小膠質細胞

大量研究顯示，炎癥機制與ICH導致的腦損傷關系密切，尤其是小膠質細胞對及炎癥介質的激活，在整個發病過程中都發揮了不可忽視的生理病理作用。小膠質細胞是中樞神經系統(central nervous system，CNS)固有的先天免疫細胞，是覆蓋整個腦實質防御網絡的主要響應者，是公認的對各種急性腦損傷(包括ICH)作出反應的第一個非神經元細胞[1]。正常情況下，小膠質細胞通過修剪突觸或吞噬多余的神經元來維持大腦發育過程中的組織穩態。而因各種因素活化的小膠質細胞的主要作用是吞噬血腫和細胞碎片，從而維持組織穩定。同時它也是細胞因子、趨化因子、前列腺素、蛋白酶、亞鐵和其他免疫調節分子的主要分泌來源。這些因子會引發繼發性腦損傷和隨后的腦修復過程。

ICH后小膠質細胞被激活，并分化為兩個表型：經典活化型(M1，促炎性)或交替活化型(M2，抗炎性)，此過程稱為極化過程[2]。M1型分泌的炎癥因子主要作用為促進炎癥反應發生，損傷正常細胞及組織， 如白細胞介素(interleukins，IL)(IL-1β，IL-6等)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factors α，TNF-α)、趨化因子等。一些臨床研究表明ICH后，早期在核因子-κB(nuclear factor κB,NF-κB)的介導下，IL-1β和TNF的水平在1 d內增加，而這些炎癥因子正是早期促炎反應的關鍵物質。活化的M2小膠質細胞分為三種亞型(M2a，M2b和M2c)，每種亞型具有不同的細胞表面標記和獨特的生物學功能，M2a小膠質細胞主要促進細胞再生，而M2b和M2c細胞參與吞噬作用和組織碎片的清除；針對急性腦損傷，M2型小膠質細胞可以動態和暫時地改變其表型；它們分泌抗炎因子并上調神經保護性，主要包括IL-10，轉化生長因子-β(transforming growth factor beta,TGF-β)和糖皮質激素等[3]。

既往簡單地將活化的小膠質細胞分兩種表型，認為這兩種表型是孤立地表達作用。目前的研究已經證實，M1型和M2型之間可以相互轉化，并且根據病情的進展M1、M2之間處于動態演變過程，這種狀態被稱為極化狀態。研究表明ICH后1～3 d小膠質細胞以M1型為主，而3～5 d以M2型為主[4]。這種表現符合ICH病情進展，證實M1型為進展期的影響因素(促炎作用)，而M2型為恢復期的影響因素(抗炎作用)。在這種動態的演變過程中小膠質細胞表型的變化成為炎癥反應方向的指南針。

Zhang等[5]在實驗中測定了ICH后小鼠血清中的酪蛋白激酶2相互作用蛋白1(casein kinase 2 interacting protein,CKIP-1)、Let-7a、炎癥介質。CKIP-1已被確定為操縱小膠質細胞極化的轉錄分子。實驗發現Let-7a通過在ICH后靶向調節CKIP-1來增強小膠質細胞M2極化從而抑制ICH小鼠中促炎細胞因子的表達，減少腦水腫并改善神經功能。He等[6]則在小鼠的ICH模型中驗證了IL-4通過調節M1/M2極化來介導炎癥，即IL-4可通過促進M1型小膠質細胞轉變為M2型從而減輕ICH后的炎癥反應。通過調節M2型小膠質細胞的激化從而抑制炎癥反應，減輕腦水腫及腦組織損傷，該途徑目前仍停留在實驗室研究中。如未來可以應用到臨床，其治療效果可能比抑制單一種類炎癥因子更好。

2 與小膠質細胞相關的炎癥因子

ICH后，小膠質細胞與星形膠質細胞最早對滲出的血液作出炎癥反應，小膠質細胞活化后直接釋放炎癥因子以及間接引起眾多炎癥因子的產生[7]。M1型小膠質細胞分泌的TNF-α、IL-1β對早期炎癥的發生和發展有著舉足輕重的作用。而當炎癥反應達到高峰時，M2型小膠質細胞就開始占據主導地位，其分泌的IL-10與轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)開始抑制炎癥反應，直至炎癥反應的消失。另一種在炎癥反應中扮演重要角色的炎癥因子基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，尤其是MMP-9，其作用正被廣泛關注。盡管尚不清楚MMPs與小膠質細胞之間的確切關系，但目前研究表明小膠質細胞是MMPs的主要來源之一，同時小膠質細胞分泌的細胞因子(TNF-α和IL-1β)和自由基也可以激活MMPs。

2.1 TNF-α TNF-α在ICH炎癥反應中的功能已經經過反復論證，已在臨床及實驗室研究中達成共識[3]。TNF是由巨噬細胞分泌的一種小分子蛋白,主要分為TNF-α和TNF-β兩種，前者大部分由單核巨噬細胞分泌，后者是由活化的T淋巴細胞分泌而來。研究表明TNF具有多種生物學功能，可以調節和維持哺乳動物免疫和神經系統的平衡，其主要作用有：(1)通過作用于血管內皮細胞來激活和介導炎癥反應；(2)促進中性粒細胞的殺菌吞噬作用；(3)炎癥反應發生后局部濃度升高還會使周圍組織發生損傷壞死。TNF-α可激活NF-κB，同時TNF-α表達間接受到NF-κB的調節,而NF-κB通路是眾多炎癥因子激活的關鍵途徑。TNF-α除NF-κB的激活之外，也可由其他因素完成，如趨化因子、致病病毒、黏附分子等。在ICH研究過程中,許多學者認為TNF-α是眾多炎癥因子的始動因子，可以誘導小膠質細胞和白細胞分泌其他細胞因子,如IL-1、IL-6等[8]。

2.2 IL IL是一種由多種細胞分泌的重要細胞因子，可以廣泛作用于各種細胞。IL具有傳導信息，激活與調節免疫細胞，介導T、B淋巴細胞的增殖與分化等功能，其家族中成員眾多。

IL-1是其家族中最為常見且作用最強的炎癥因子之一，其主要分泌形式為IL-1β。處在生理狀況時IL-1β不表達，但在病理狀態下，如阿爾茨海默病、痛風、類風濕性關節炎等，其表達增加。在單核細胞中先合成再分泌到細胞外，誘發炎性反應并通過級聯反應放大炎癥反應[9]。在腦組織中主要由星形膠質細胞和小膠質細胞產生IL-1β。有學者研究表明，IL-1β導致血管內皮通透性增加，從而加重腦水腫[10]；同時提出，IL-1β與TNF-α在ICH時急劇上升，并在48 h處于最高值。相關研究提出，IL-1β可提示ICH后的炎癥水平，與腦組織損傷有一定關聯性，但與ICH嚴重程度相關性不大。Ren等[11]注射自體血液或細菌膠原酶誘導的ICH小鼠中，在誘導后，利用相關炎癥小體(NLRP3)的抑制劑(MCC950)降低了IL-1β的產生，并因此明顯減輕了神經損傷和血腫周圍腦水腫。實驗表明血清IL-1β與ICH大鼠腦水腫程度有關，可最終作為ICH后腦水腫進展的指標，并有助于選擇治療策略。

IL-10是一種由單核細胞、淋巴細胞分泌抗炎作用的免疫抑制因子，其結構為單肽鏈糖蛋白，具有抑制動脈粥樣硬化的形成，減少腦缺血后神經元損害和死亡的功能[12]。哺乳動物有多種細胞可分泌IL-10， 如Th細胞、單核巨噬細胞、肥大細胞等。IL-10抑制功能主要有：(1)抑制多種細胞因子，主要有IL-1β、 INF-γ 、TNF-α等；(2)降低單核細胞抗原的呈遞能力；(3)抑制NK細胞活性；(4)抑制T細胞凋亡。動物實驗表明IL-10可抑制T淋巴細胞產生細胞因子，從而降低炎癥反應，尤其是抑制細胞免疫應答。另外IL-10與ICH血腫大小程度有一定關聯且與腦水腫程度成正相關[13]。腦血管病變的原因與動脈粥樣硬化斑塊的形成有直接關系，而動脈硬化的最主要的成因和形成過程是炎癥反應。IL-10通過在一定程度上抑制和減輕炎癥反應，從而減少動脈粥樣硬化斑塊發生，促進愈合。所以IL-10可間接地保護腦血管，降低ICH的風險。由于IL-10可通過抑制炎性細胞產生炎癥介質, 同時阻斷NF-κB信號通路活性, 參與JAK-STAT信號通路的調控來抑制炎癥反應，表明ICH后IL-10具有保護腦組織的作用。Song等[14]在最新的研究中，通過轉染高表達的IL-10質粒在ICH后不同時間段的大鼠皮質星形膠質細胞內進行培養，結果顯示轉染IL-10高表達質粒可通過降低proNGF蛋白和p75NTR蛋白水平，從而改善ICH后炎癥反應及細胞凋亡，減輕ICH患者繼發性損傷。目前運用靶向上調抗炎因子及抑制抗炎因子對腦組織的治療也是對ICH治療的方法之一。除此之外，有研究表明IL家族中的 IL-17A可在ICH中促進小膠質細胞活化和炎癥因子的表達[15-16]。其抗體IL-17A Ab則可以顯著降低腦積水，并改善ICH小鼠的神經功能。IL-17A Ab阻止了ICH誘導的細胞因子表達(包括TNF-α、IL-1β和IL-6)以及下游信號分子的表達，并減弱了小膠質細胞活化，可能會為ICH治療的新線索。

2.3 TGF-β TGF-β是一種可以影響多種細胞生長、分化、凋亡及免疫調節等功能的多功能蛋白質，分為TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三種亞型，目前認為主要在腦組織中發揮作用的TGFβ1主要產生于小膠質細胞及星形膠質細胞[13]。在ICH后的炎癥反應中, 其主要有如下作用:(1)抑制部分免疫細胞，如中性粒細胞、T細胞和巨噬細胞等，在炎癥反應中的損傷作用；(2)促進軸突細胞的生長及促進神經生長因子的分泌；(3)促血管生成；(4)促進損傷的修復；(5)抗凋亡作用。Taylor等[17]通過對大鼠模型的研究證實了TGF-β1可以改善ICH后的腦功能恢復，同時該研究也在觀察到早期TGF-β1血漿濃度高的患者ICH后90 d有更好的預后。這些研究表明，TGF-β1可通過調節ICH后的炎癥反應從而促進神經功能恢復。由此可見，TGF-β1可能是ICH繼發腦損傷的治療靶點。

2.4 MMPs 1962 年 Gross 和 Lapiere 通過研究蝌蚪尾巴首次發現了MMPs，自此人們對MMPs的認識不斷加深，尤其是其在腦血管意外中的關鍵作用，人們越來越重視MMPs的研究。MMPs 是一組鋅-鈣依賴的肽鏈內切酶家族，主要分為四大組：膠原酶(MMP-1、MMP-8、MMP-13),基質溶解素(MMP-3、MMP-10、MMP-11),明膠酶(MMP-2、MMP-9)和膜型金屬蛋白酶 (MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17 等)。

不同的信號可誘導MMPs的轉錄，主要包括炎性細胞因子(主要是TNF-α,IL-1βand IL - 6)、趨化因子、核因子等。MMPs被激活后通過降解細胞外基質，參與組織結構的重塑，從而對正常生長、發育和創傷的修復具有重要作用。在生理情況下，MMPs以非活化的狀態位于各種細胞(主要包括小膠質細胞、血管內皮細胞、中性粒細胞等)的胞漿中。當ICH發生后，外滲的血液成分激活凝血系統(凝血酶活化)，活化炎性細胞因子(TNF-α、IL-1β)，釋放大量蛋白酶和自由基，從多個環節激活MMPs參與ICH的病理過程[18]。目前MMP-9被研究較多，因其在分類上屬于明膠酶，故也稱為明膠酶B，是MMPs家族的重要成員，在ICH后炎癥反應中也尤為關鍵。MMP-9活躍時，可加大ICH風險，其原因可能在于其對血管基底膜具有降解作用。活化的MMP-9通過加速降解細胞外基質，使毛細血管通透性增加，改變血管內外滲透壓，使血管中水分進入細胞間，從而加重腦水腫[19]。MMPs和凝血酶等蛋白酶之間的相互作用和相互依賴也存在于神經損傷的發展過程中。值得注意的是，MMP-3可以將MMP-9酶原轉化為活性形式，并且MMP-9和凝血酶協同作用促進神經毒性[20]。

Manuel等[21]對比了105例非創傷性ICH患者MMP-1、MMP-2、MMP-7、MMP-9、MMP-10和MMPs抑制劑(tissue metalloproteinase inhibitor factor，TIMP)的血漿水平及其與臨床、放射學和功能變量的關系。該研究表明MMP-9對腦水腫形成有促進作用。該研究還通過對小鼠注射TIMP-1觀察ICH小鼠恢復情況，實驗表明TIMP的使用對ICH的恢復是有一定的治療效果的。此外MMPs還參與神經修復，通過參與神經干細胞遷移、促血管生成和神經營養因子的釋放和激活、血管重構、my-elin形成和軸突生長。也有學者認為，MMP-9的活性程度與ICH發生率成正比，就意味著MMP-9的高濃度和高活性增大了ICH的風險[22]。在ICH急性期抑制MMPs是一個重要的減輕繼發性腦損傷的靶點，從而改善臨床治療效果。所以調控MMPs的表達和活性，使適量血管形成同時又降低了血管的通透性，可以緩解腦水腫程度，繼而改善ICH患者的預后，甚至降低ICH發病率及病死率。所以MMPs抑制劑短期使用可以減輕炎癥，減輕腦組織水腫，但長期使用不利于腦組織恢復(抑制MMPs的神經修復作用)。目前對MMPs抑制劑的使用尚在研究階段，還沒有明確指南指導使用MMPs抑制劑，對于其療效尚無明確判定，其使用時間也沒有系統有效的治療方案，目前使用只能依靠臨床經驗。

3 通過下調炎癥介質治療ICH

目前臨床上對于藥物與炎癥介質相關性研究較多，但較少有能明確解釋其下調炎癥介質、減輕炎癥反應機制的文獻。目前在藥物作用機制研究上主要有二甲胺四環素及吡格列酮。

二甲胺四環素是一種研究較多的可以減輕ICH后炎癥反應的藥物，其具有抗炎、保護神經和抗凋亡的特性，這些特性可能歸因于通過對TrkB / BDNF通路的上調來誘導M2小膠質細胞極化[23]以及對MMPs抑制能力。 Wu等[24]對24只大鼠的右基底神經節注射100 μL自體動脈血,用二甲胺四環素或媒介物處理，進行免疫組化、TUNEL和蛋白質印跡分析,以探究二甲胺四環素對ICH治療的有效性。研究表明二甲胺四環素能有效減輕ICH后炎癥反應及ICH后腦水腫。二甲胺四環素的作用不僅能減少炎癥介質的生成，還能通過維持血腦屏障(blood brain barrier，BBB)的完整性從而保護腦組織[25]。 二甲胺四環素目前還是主要作為抗生素在臨床上使用，而對于其對炎癥因子的清除作用以及對腦組織的保護作用，還停留在實驗室和基礎研究上。對于臨床運用二甲胺四環素從而在抑制炎癥反應減輕腦組織損傷，還需要進一步的研究。

吡格列酮在臨床上常作為胰島素增敏劑，常用于糖尿病的治療。近年來，在一些動物試驗的研究中發現，吡格列酮可抑制炎性因子的釋放從而起到保護腦組織的作用。其可能的機制為吡格列酮使過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑(peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonist，PPARγ)水平顯著升高，而BBB通透性和神經功能缺損評分則顯著降低[26]。而PPARγ激活劑可拮抗NF-κB活性從而抑制IL-6、IL-1β、一氧化氮合酶、MMP-9和A型清道夫受體等。

4 總結與展望

目前對于ICH后炎癥反應的研究較多，本文就目前小膠質細胞與其相關的部分炎癥介質作出一點總結。作為一系列炎癥反應的第一響應者和主導者，小膠質細胞發揮了促炎和抑炎的雙重作用。亦有學者希望通過促進M2型小膠質細胞從而盡早抑制炎癥反應減輕腦水腫，改善ICH后繼發腦組織損傷，但目前研究仍處于理論階段。小膠質細胞通過各種不同的炎癥因子發揮著不同的作用：IL-1β、TNF-α對炎癥的進程有著促進作用，同時也伴隨著對腦組織的損傷和腦水腫的產生；而IL-10、TGFβ可以抑制炎癥反應，對腦水腫的改善及神經功能的恢復有著促進作用。MMPs存在于多種細胞中，在ICH的病程中具有至關重要的影響。一方面MMPs具有降解血管基底膜，改變毛細血管通透性從而加重水腫；另一方面，在ICH血管形成的過程中，MMPs有促進血管形成的作用。

對于藥物和炎癥因子關系的研究，目前仍是研究人員熱衷的。促進M1型小膠質細胞的轉化，抑制其分泌各種對組織有損傷的物質是研究的最終目標。如二甲胺四環素、吡格列酮等藥物，其研究仍停留在實驗室，運用于臨床治療仍有一段距離。相信未來隨著對ICH后炎癥因子探究的不斷加深，通過炎癥因子指標及早針對ICH患者進行對癥處理，從而減輕炎癥反應對腦組織繼發損害，改善ICH的預后效果。

在整個炎癥反應的進程中，參與的細胞以及各種因子十分龐雜，本文所探討的僅僅是這個過程的冰山一角。早期炎癥反應所導致的腦組織損傷是毋庸置疑的，但各種炎癥細胞、炎癥因子作用各不相同，甚至同一種物質同時有著利害兩種特性，而如同運用MMPs抑制劑治療究竟對患者的疾病治療利大于弊還是弊大于利仍然是需要不斷探索和總結的。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。