Tim-3在腦梗死后膠質細胞和巨噬細胞中作用的研究進展

張娟梓， 趙遠瑜綜述， 韓江全審校

腦梗死是由于各種原因阻塞顱內動脈，從而導致腦缺血、腦組織損傷以及隨之而來的神經功能障礙和殘疾。具有高致殘率、高致死率、高復發率等特點，給患者、家庭和社會造成慘重的負擔。多重病理生理機制參與腦梗死的發生、發展，其中炎癥細胞參與的炎癥反應在其病程中扮演了重要的角色。T細胞免疫球蛋白及粘蛋白-3 (T-cell Ig-mucin-3，Tim-3)作為一種重要的免疫檢點分子，參與炎癥反應的調節。本文就Tim-3在腦梗死后主要炎癥細胞中的作用做一簡要概述。

1 腦梗死與炎癥反應

腦梗死初期，損傷區可分為中心壞死區和周圍缺血半暗帶區[1]。中心壞死區已損傷的神經元是不可逆的；半暗帶區由于旁路血管的存在，神經元在功能上受損，但細胞結構仍完整，可通過干預來挽救該區尚存活的神經元。腦梗死后的病理生理過程復雜多樣[2]，包括氧化應激、Ca2+離子內流、線粒體能量代謝障礙、炎癥反應等，其中炎癥反應是研究最為廣泛的機制之一。生理條件下，由于血腦屏障(blood brain barrier，BBB)的存在，限制了外周血中各種物質及免疫細胞自由進出腦組織，即所謂的免疫豁免區[3]，但這種豁免不是絕對的。免疫系統和中樞神經系統之間互相作用，共同參與中樞神經系統各種疾病的病理過程。腦梗死后，最先激活腦內膠質細胞，形成針對缺血的炎癥表型并釋放炎癥介質，破壞BBB并募集外周免疫細胞，包括中性粒細胞、巨噬細胞、淋巴細胞等到缺血部位引起繼發性炎癥反應，并以背景依賴的方式加速或減輕缺血性腦損傷[4]。可見腦梗死涉及特異性和非特異性免疫應答參與的炎癥反應。

2 Tim-3概述

2.1 Tim-3的結構 T細胞免疫球蛋白及粘蛋白-3(T-cell Ig-mucin-3，Tim-3)最初鑒定表達于小鼠終末分化的CD4+Th1細胞和CD8+Tc1細胞表面，屬于Tim蛋白家族[5]。該蛋白家族在人類由位于5q33.2染色體上的3個基因HAVCR1、HAVCR2和TIMD4組成，分別編碼Tim-1、Tim-3、Tim-4且與小鼠相應的Tim結構類似[6]。Tim-3為單次跨膜糖蛋白，包括胞外結構域、跨膜區和胞內結構域。胞外N-端結構域主要包括V結構域和緊隨其后的粘蛋白結構域。所有Tim家族V結構域都包括4個保守的半胱氨酸，且位于該區的FG-CC’環形成獨特的配體結合口袋[5]。粘蛋白結構域在不同Tim亞型差別較大，但共同特征是以絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸為主要糖基化位點。胞質C-端結構域除Tim-4外，Tim-1和Tim-3屬于人和小鼠同源基因結構域，尾端含5個酪氨酸殘基，其中酪氨酸激酶磷酸化基序Y265與人類和小鼠Tim-3介導的胞內信號轉導相關[6]，但其精確的信號轉導機制有待進一步明確。

2.2 Tim-3的功能 Tim-3參與多種炎癥反應，并發揮調節作用。最初的研究發現其表達于終末期分化的Th1和Tc1細胞表面，上調后抑制Th1和Tc1細胞的功能、形成免疫耐受[7]，參與特異性免疫反應。Tim-3也表達于調節性T細胞(Treg細胞)、樹突狀細胞(DCs)、巨噬細胞、膠質細胞等，參與非特異性免疫反應[5,8]。研究表明，慢性病毒感染及腫瘤患者[5,9]，Tim-3在T淋巴細胞中表達上調與預后不良有關。Wu等[8]報道在前列腺癌中，癌細胞低表達Tim-3與不良預后相關。上述差異可能是由于表達在腫瘤細胞和腫瘤相關性免疫細胞中的Tim-3有著不同的致瘤模式。Tim-3在不同類型腫瘤細胞中表達，對患者預后有著矛盾的價值[10]，例如，Tim-3在肝細胞癌、膀胱癌患者中高表達常意味著生存期更短；而在結腸癌細胞中高表達，可被視為一個保護性因素。Wang等[11]報道了Tim-3升高可抑制單核細胞對阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(obstructive sleep apnea syndrome，OSAS)患兒在缺氧間歇期的炎癥反應。Koh等[12]報道了在缺氧缺血性大鼠模型中抗膠質Tim-3治療及缺氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)缺陷小鼠在大腦缺氧缺血后神經功能顯著改善，說明在缺氧條件下通過HIF-1/膠質Tim-3加重炎癥相關性腦損傷。由上可知，Tim-3是以背景依賴的方式調節炎癥反的，既可發揮免疫抑制作用，又能發揮刺激性作用，這可能是它在不同背景下發揮不同作用的原因之一。

2.3 Tim-3的配體 Tim-3作為一種細胞膜受體分子，參與多種炎癥反應的調節，多種配體參與其信號通路調節。半乳糖凝素-9(Galectin-9，Gal-9)[6]是第一個被發現的Tim-3配體，屬于半乳糖凝集素家族，是一種可溶性蛋白，識別Tim-3上的IgV結構域碳水化合物基序誘導Th1細胞凋亡從而對其發揮負性調節作用。然而Gal-9與M1型巨噬細胞上的Tim-3結合有助于其釋放促炎細胞因子，從而加重炎癥反應[13]。表明Gal-9與不同類型炎癥細胞上的Tim-3結合，可對炎癥反應起到促進或抑制作用。其他配體包括癌胚抗原相關細胞粘附分子1(CEACAM1)、磷脂酰絲氨酸(PtdSer)、高遷移率族蛋白1(HMGB1)等。

3 Tim-3與參與腦梗死的炎癥細胞

3.1 Tim-3與膠質細胞 小膠質細胞和星形膠質細胞屬于大腦固有免疫細胞，參與腦梗死后的神經炎癥反應[14,15]。小膠質細胞在維持腦內穩態及調節非特異性免疫反應中起著重要的作用。腦梗死后，小膠質細胞在血源性巨噬細胞入侵前被激活，分泌各種化學因子參與神經炎癥反應。研究發現[16]，腦梗死后小膠質細胞表型改變，發生極化，形成具備促炎表型的M1型小膠質細胞和抗炎表型的M2型小膠質細胞：前者分泌TNF-α、INF-γ、IL-1β發揮促炎作用；后者分泌IL-4、IL-10、IGF-1發揮抗炎作用，同時參與神經元及星形膠質細胞功能狀態的調節。盡管體外實驗證明小膠質細胞表現出促炎及細胞毒性作用，但缺乏小膠質細胞中風后結果表現更差[17]。這可能與卒中后小膠質細胞向M2表型轉化限制炎癥反應及分泌神經營養因子IGF-1有關。星形膠質細胞參與包括維持腦內穩態、突出發育、神經元支持、腦血流調節、BBB形成和功能等[18]。Liddelow等[19]將反應性星形膠質細胞分為兩種亞型：A1型由激活的小膠質細胞分泌的IL-1α、TNF-α誘導激活，對炎癥有促進癥作用，引起神經元的死亡；A2型則上調神經營養因子，為保護性膠質細胞。可見，膠質細胞參與腦梗死后的調節依不同背景及階段而不同，詳細調節機制仍有待進一步研究。

研究表明[12,15]，腦內膠質細胞表達Tim-3參與多種神經病變。Koh等[12]在缺氧缺血性大鼠模型中發現，腦缺氧缺血后，Tim-3以HIF-1依賴方式顯著上調，同時促炎細胞因子分泌增多；而當阻斷Tim-3時，小鼠腦梗死體積、促炎細胞因子及神經功能預后明顯較對照組改善。Kossatz等[20]報道了與野生型小鼠相比，CB2大麻素受體基因敲除組小鼠腦缺血后膠質細胞Tim-3表達明顯高于對照組，腦梗死體積及神經功能缺損情況更加嚴重，這提示膠質細胞Tim-3表達上調與加重腦梗死及不良預后相關。Chen等[15]在大鼠實驗性腦出血模型研究中發現膠質細胞Gal-9和Tim-3表達水平升高，IL-1β在Tim-3抑制后分泌明顯減少，抑制Tim-3表達可促使小膠質細胞表型由M1向M2轉變，說明Tim-3參與腦出血后的神經炎癥和小膠質細胞的極化。研究表明[21]，Tim-3對炎癥小體NLRP3有調節作用。膠質細胞表達NLRP3炎癥小體參與腦梗死后的炎癥反應，且NLRP3炎癥小體和膠質細胞都可被DAMPs及病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns，BAMPs)激活參與炎癥反應[18,22]。提示Tim-3調節腦梗死后的炎癥反應可能與對膠質細胞NLRP3的調節有關。

3.2 Tim-3與巨噬細胞 巨噬細胞是固有免疫系統重要成員之一，包括早期定植于組織、體腔和粘膜表面的巨噬細胞(如肺臟中的塵細胞、肝臟的庫普佛細胞等)及由血源性單核細胞演變而來的巨噬細胞[23]。巨噬細胞受刺激后發生極化，形成M1和M2兩種表型：M1表型與IFN-γ、TLR受體激動劑LPS有關，為經典激活的M1巨噬細胞，產生促炎因子加劇腦損傷；M2表型與Th2細胞因子IL-4刺激有關，為非經典激活的M2巨噬細胞，具有抗炎及有助于組織保護和腦修復功能[24]。腦梗死后由于膠質細胞分泌趨化因子及BBB的破壞，使外周血中巨噬細胞進入梗死病灶及周圍參與繼發性腦損傷過程。研究表明[25]，在腦缺血后的早期，外周巨噬細胞表達非傳統激活標志物，包括Arg1、YM1和CD206與保護作用一致。隨后表達經典的促炎表型，可能與導致預后不良及慢性炎癥有關。說明巨噬細胞在早期入侵可能參與腦保護作用，隨后因為過度激活加劇缺血后腦損傷。Yu等[26]報道了在腦出血誘發的炎癥反應小鼠模型中，Tim-3基因敲除組巨噬細胞IL-10和Arg-1表達較野生組顯著升高，而TNF-α和IL-6表達野生組高于Tim-3基因敲除組，說明Tim-3在小鼠腦出血后通過促進巨噬細胞向M1型轉化而加重大腦炎癥反應。巨噬細胞表達Tim-3及NLRP3炎癥小體參與腦梗死后的炎癥反應[20,27]，提示Tim-3對腦梗死后炎癥反應的調節與對巨噬細胞NLRP3炎癥小體的調節有關。Wang等[28]報道了Tim-3通過抑制巨噬細胞NLRP3炎癥小體激活發揮對小鼠腹膜炎的揮保護作用。隨后Du等[21]發現，增加Tim-3可通過下調巨噬細胞NLRP3表達，從而減輕MCD誘導的非酒精性脂肪性肝炎。這些看似矛盾的結果實則與Tim-3發揮調節作用具有細胞和背景依賴的特性相關。腦梗死后Tim-3能否通過抑制NLRP3起到緩解作用，需進一步研究證實。

3.3 Tim-3與其他免疫細胞 DCs是經典的抗原提呈細胞，但DCs與TLRs相互作用通過PAMPs或DAMPs參與固有免疫[29]，提示DCs可能參與腦梗死后適應性與固有免疫反應；腦梗死后CD4+T細胞進入梗死灶被活化，分化成Th1或Th2細胞，發揮腦損傷或保護作用[30]；Treg細胞識別自身和外來抗原在腦梗死后的神經炎癥中通過釋放IL-10發揮保護作用[30]。如前所述，上述細胞均可表達Tim-3，但大多基于病毒相關感染性疾病及腫瘤的研究，Tim-3在腦梗死后上述細胞中的作用及機制需后續的研究證實。

4 小結與展望

目前關于腦梗死后有關炎癥細胞的研究已取得很大進步，參與腦梗死的炎癥細胞在不同階段可通過不同的表型及細胞因子既可發揮腦保護性作用，同時也可加重腦缺血后神經元的損傷產生不良預后結果。Tim-3作為一種免疫撿點分子，在多種炎癥細胞上均有表達，參與多種炎癥反應的調節，在不同炎癥細胞亞型及炎癥背景下產生不同的效應，但大多數關于Tim-3的研究基于腫瘤及病毒感染性疾病。Tim-3在腦梗死后作用的研究相對不足，目前已有研究提示Tim-3在腦梗死后神經炎癥反應中發揮著重要作用，但其具體作用及機制尚需進一步探索，這有助于臨床上腦梗死的防治。