腦出血后神經炎癥反應相關生物標志物的研究進展*

谷天艷,鄒志浩 綜述,史清海 審校

1.新疆醫科大學研究生院,新疆烏魯木齊 830000;2.新疆軍區總醫院神經外科,新疆烏魯木齊 830000;3.新疆軍區總醫院全軍臨床檢驗診斷中心,新疆烏魯木齊 830000

腦出血(ICH)是非創傷性腦實質內血管破裂引起的出血,是一種常見的致死、致殘性神經系統疾病,占全球腦卒中的10%～15%,早期病死率為30%～40%,約40%的ICH患者在30 d內死亡,1年內病死率高達50%左右[1-2],并且大多數幸存者預后極差,存在嚴重的殘疾。高血壓和高齡是ICH發病的主要危險因素,大約80%的ICH患者為高血壓性ICH,并且隨著人口老齡化進程不斷發展,ICH發病率和病死率可能進一步上升。ICH可導致原發性或繼發性腦損傷。原發性腦損傷主要歸因于血腫的占位效應,而外滲的血液成分誘導炎癥反應和氧化應激途徑,引起繼發性腦損傷[3]。神經炎癥反應在繼發性腦損傷中發揮重要作用,ICH后出血灶周圍腦組織缺血、缺氧環境會損傷神經細胞,繼而釋放大量炎癥細胞因子,造成繼發性腦損傷,引起腦部神經功能障礙,而調控和治療ICH后神經炎癥反應對于改善繼發性腦損傷和神經病變有重要意義。通過研究神經炎癥反應相關的生物標志物,發掘有效評估ICH后神經炎癥反應嚴重程度的實驗室指標,可為繼發性腦損傷早期診斷或療效評估提供有效手段。因此,本文將多種與神經炎癥反應相關的生物標志物在ICH后腦損傷中的作用和功能進行綜述,以期為ICH的診斷和治療提供參考依據。

1 炎癥細胞因子

細胞因子是一類具有廣泛生物活性的小分子蛋白質,由多種細胞,特別是激活的淋巴細胞和巨噬細胞產生。根據其在炎癥反應中所扮演的角色,炎癥細胞因子被分為促炎性細胞因子和抗炎性細胞因子。ICH后大量炎癥細胞因子被分泌釋放入腦組織中,參與腦組織損傷和修復過程。抗炎性細胞因子具有保護作用,它可以參與清除血腫及壞死的腦組織,能夠降低促炎性細胞因子水平并促進腦組織修復。而促炎性細胞因子可促使炎癥細胞產生更多的炎癥細胞因子,增加下游信號分子表達,進一步加劇炎癥反應,并形成炎癥軸、增加急性期蛋白產生,破壞血腦屏障,增加腦水腫,促使細胞死亡,引發和加重繼發性腦損傷[4]。

1.1腫瘤壞死因子-α(TNF-α) TNF-α是一種細胞信號蛋白,具有重要的促炎作用,其在ICH后神經炎癥反應中的作用和功能已獲得臨床反復論證,并且達成一定共識,它被認為是通過多種信號通路導致ICH后的腦損傷。TNF-α由神經元、激活的小膠質細胞和星形膠質細胞分泌,并且在ICH后早期腦組織中增加,通過改變細胞骨架、緊密連接蛋白的表達和絲氨酸蛋白酶的產生降低血腦屏障的穩定性,例如,它通過核因子-κB信號通路抑制緊密連接蛋白5抗體啟動子活性,從而下調內皮細胞中緊密連接蛋白5表達,血腦屏障受損最終導致腦水腫及白細胞滲出,進一步加重腦損傷。在ICH動物實驗模型中,ICH后TNF-α水平升高,與繼發性腦損傷的發生密切相關[5]。ICH患者血清TNF-α水平升高,與患者腦水腫程度、神經功能損傷程度均具有相關性,病情越嚴重其水平越高,且神經功能損傷也更嚴重[6]。有研究表明,檢測外周血TNF-α水平有助于客觀、定量地評估ICH患者的病情嚴重程度及預后,對選擇合適的治療方案具有一定意義[7]。因此,TNF-α可以作為反映ICH患者神經炎癥反應嚴重程度、預測患者預后的生物標志物,在臨床診斷和治療中發揮作用。此外,在ICH動物實驗模型中證實,使用TNF-α抑制劑對ICH進行治療可有效減少神經炎癥反應并改善神經功能[8-9],表明抑制TNF-α有可能是降低ICH腦損傷發生率的潛在治療策略,但還需要做進一步的臨床研究來驗證這一結論。

1.2白細胞介素(IL)-1β 大腦中的IL-1β主要由星形膠質細胞和小膠質細胞分泌,具有調節炎癥反應和免疫反應等多種功能,被認為是ICH的關鍵炎癥靶標,有促進ICH后腦損傷病情進展的作用[10]。既往有研究表明,IL-1β水平通常在ICH早期升高,一般在第1～3天達峰值,隨后逐漸下降[11],可作為一種可靠的生物標志物用于ICH發病早期的預警和指示。ICH后補體系統的激活和膜攻擊復合體的構建介導了小膠質細胞上核苷酸結合結構域和富含亮氨酸重復序列蛋白(NLRP3)的激活,NLRP3炎癥體的激活最終導致半胱天冬酶-1(caspase-1)激活,caspase-1將前IL-1β轉化為成熟的IL-1β,成熟后的IL-1β與IL-1受體結合,參與炎癥反應調節。ZIAI等[12]研究發現,ICH患者腦脊液IL-1β水平與腦出血量呈正相關,可通過腦脊液IL-1β水平反映神經炎癥反應程度,以及其與ICH病情嚴重程度相關。此外,鄭占軍等[13]研究表明,ICH患者血清及腦脊液IL-1β水平均升高,可用于反映ICH后腦損傷的嚴重程度,為評估ICH患者的預后提供實驗室依據。

1.3IL-17 IL-17作為一種促炎細胞因子,主要由輔助性T淋巴細胞(Th)17、γδT淋巴細胞和自然殺傷細胞產生。IL-17家族有多個亞型,其中最主要為IL-17A,IL-17/IL-17A受體在大腦中廣泛表達。IL-17及其主要生產者γδT淋巴細胞在ICH的發病機制中具有神經毒性作用,可誘導小膠質細胞自噬,繼而促進小膠質細胞炎癥反應。此外,IL-17還可直接導致內皮細胞釋放趨化因子,從而增加白細胞滲透、血腦屏障通透性和腦損傷。有研究表明,ICH后Th免疫調節功能失調,導致Th17活性增強,釋放大量IL-17等炎癥細胞因子,并將大量中性粒細胞聚集至ICH病灶處,進一步加重炎癥反應[14]。ICH患者外周血中IL-17水平上升,在第3天達峰值,隨后下降[14-15],可以在一定程度上反映患者神經炎癥反應的嚴重程度,同時對療效的評估也有一定價值,可作為1項有效的神經炎癥反應生物標志物。但目前的臨床研究還不夠深入,還需更多的臨床證據予以支持。

1.4IL-23 IL-23是IL-12家族的一員,ICH早期主要由活化的巨噬細胞和樹突狀細胞釋放,誘導CD4+T淋巴細胞分化為Th17,以及驅動γδT淋巴細胞產生IL-17,形成IL-23/IL-17炎癥軸,以促進炎癥反應發生。然而,IL-23也可以通過其他途徑誘導IL-17產生,而IL-1在這一過程中發揮非常重要的作用,在沒有Th受體激活的情況下,病原體相關分子模式激活IL-1β和IL-23,從而促進非常規Th產生IL-17,而當Th受體激活時,IL-1β和IL-23誘導γδT淋巴細胞產生IL-17和IL-23。此外,IL-1β和IL-23激活的γδT淋巴細胞可以直接與CD4+T淋巴細胞相互作用,也可以間接與樹突狀細胞相互作用,從而促進IL-17產生。相關動物實驗研究已揭示了IL-23/IL-17炎癥軸在ICH繼發性腦損傷中的作用[16]。1項臨床研究表明,ICH患者外周血IL-17、IL-23水平均明顯升高,而抑制IL-23產生或阻斷IL-23/IL-17炎癥軸可以改善ICH患者神經功能及預后[14]。因此,IL-23可作為評估神經炎癥反應嚴重程度或預后的生物標志物,而且為治療ICH繼發性腦損傷提供了新靶點,但目前關于IL-23的研究主要集中在自身免疫性疾病方面,與中樞神經系統相關的研究有限,未來需要更大樣本量的多中心研究及更多的臨床數據和信息支持此觀點。

1.5IL-4 IL-4是一種多功能細胞因子,能夠影響小膠質細胞/巨噬細胞的Th2亞群分化和極化[17]。在中樞神經系統疾病中,IL-4通常作為一種抗炎性細胞因子發揮保護作用,它拮抗促炎性細胞因子,維持腦膜免疫,調節認知功能,可以對抗由缺血性腦血管疾病引起的炎癥反應,并促進Th1反應向Th2反應轉變。功能性IL-4基因多態性可預測缺血性中風的演變和功能結果。神經元上IL-4受體的激活通過蛋白激酶B和絲裂原活化蛋白激酶通路增強神經營養信號,從而保護和幫助損傷組織中受損的神經元。盡管對IL-4與ICH關系的研究有限,但有研究表明,ICH后IL-4可通過促進小膠質細胞/巨噬細胞分化為M2樣細胞和抑制其分化為M1樣細胞發揮抗炎作用[18]。此外,IL-4還可抑制IL-1β和TNF-α等促炎性細胞因子的分泌和促進其他抗炎性細胞因子產生,減輕神經炎癥反應。在ICH動物模型中,IL-4水平早期升高可以改善神經功能缺損[19],并且在早期腦內注射IL-4能夠減輕神經炎癥反應和促進神經功能恢復[20],這為改善ICH患者預后帶來了新的希望,應盡快開展臨床試驗驗證。

1.6IL-10 IL-10是一種經典的抗炎細胞因子,在腦組織損傷時表達,有助于炎癥級聯反應消退。IL-10可降低T淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞的活化和效應功能,終止腦組織神經炎癥反應[21]。有研究表明,ICH后血漿和腦組織IL-10水平升高,可能有利于ICH患者的預后恢復[5],因為體內IL-10信號通路可交替激活小膠質細胞/巨噬細胞,增強吞噬功能,從而促進血腫溶解和受損腦組織修復。IL-10還可通過JAK-STAT信號通路抑制巨噬細胞產生IL-8、TNF-α等促炎性細胞因子,繼而減輕ICH后繼發性腦損傷而改善患者預后。ICH后血腫大小直接影響患者預后,可通過增強IL-10信號通路及表達加速血腫清除[21]。此外,ICH后IL-10水平與腦損傷嚴重程度有相關性[4]。以上研究提示IL-10可作為ICH后一種有效的監測腦組織神經炎癥反應和病情嚴重程度的生物標志物。目前,關于IL-10對ICH的作用及機制主要集中于臨床前研究,較少探討其在臨床ICH診斷和治療中的應用價值。

1.7轉化生長因子-β(TGF-β) TGF-β是一種多功能炎癥細胞因子,既參與正常生理過程,又參與腦血管疾病的炎癥反應等病理過程。TGF-β亞型以TGF-β1為主,TGF-β1是一種抗炎性細胞因子,腦損傷時TGF-β1的主要來源是小膠質細胞和星形膠質細胞,能夠減輕ICH后神經炎癥反應,主要通過調節小膠質細胞介導的神經炎癥反應,促進ICH后神經功能恢復[22]。有研究發現,ICH患者血清TGF-β1水平低于健康對照者,神經功能損傷越嚴重的患者血清TGF-β1水平越低,表明TGF-β1水平與神經功能損傷的嚴重程度密切相關[23]。有研究還發現,TGF-β1是ICH后患者預后的獨立預測因子,并且能夠改善ICH后患者的長期結局[24],可作為ICH患者臨床預后評估的生物標志物。

1.8IL-6 IL-6通常被認為是一種雙向炎癥細胞因子,同時具有促炎和抗炎作用,是一種公認的急性腦損傷中全身炎癥反應的生物標志物。在正常生理條件下,中樞神經系統IL-6水平很低,但在損傷或其他病理條件下,神經元、小膠質細胞,特別是星形膠質細胞會大量產生IL-6釋放到外周循環中,使其能夠在外周血和腦脊液中被檢測到。在ICH中,IL-6主要作為促炎性細胞因子促進炎癥反應。有研究表明,ICH后IL-6水平升高,并且可能導致ICH的早期神經炎癥反應[25]。臨床研究發現,IL-6參與ICH后繼發性腦損傷,造成患者神經功能損傷,促進神經炎癥反應發生和發展,并進一步加重腦組織損傷,影響患者預后[26-27]。ICH患者最早期IL-6水平與不良預后具有相關性,IL-6水平與腦水腫體積也具有相關性,當血清IL-6水平急劇升高時,巨噬細胞被激活,可能會導致神經系統再次損傷,破壞血腦屏障,增加腦血管通透性,加重患者腦水腫。但IL-6也可以通過在小膠質細胞上發現的膜結合受體在ICH中發揮抗炎作用,可能與IL-4在ICH后繼發性腦損傷中起協同作用,繼而發揮保護作用。總之,IL-6水平升高與ICH后神經炎癥反應密切相關,與神經功能損傷程度相關,可以為評估ICH疾病嚴重程度提供參考,但還需要進一步研究IL-6是否具有ICH潛在干預靶點的作用。

2 炎癥反應相關指標

2.1中性粒細胞與淋巴細胞比值(NLR) NLR是反映神經炎癥反應的重要指標之一,是腦血管疾病相關神經炎癥反應的生物標志物,被認為是一種可靠的神經炎癥反應衡量指標,可動態監測機體的免疫功能和全身炎癥反應狀態。NLR預測臨床結局的能力已在缺血性腦卒中、動脈瘤、帕金森病和神經膠質瘤的臨床模型中得到驗證。NLR升高表明炎癥反應加重,總體NLR越高炎癥反應越劇烈。有研究表明,在ICH患者中,NLR可作為醫院內病死率的潛在預測指標,NLR與ICH的發病率和病死率均相關[28-29]。相關研究發現,高水平NLR可獨立預測早期血腫生長,并且可能有助于入院時對ICH患者進行風險分級[30]。NLR被認為是反映先天性和適應性免疫反應之間平衡的綜合指數,它的動態變化可迅速反映ICH后繼發性腦損傷的可能性。因此,NLR可能是功能不良結果發生率、病死率、血腫生長、發生感染的風險和早期神經系統惡化率的可靠預測指標。雖然NLR不是預測ICH患者預后的特異性生物標志物,但其可以與其他相關的生物標志物聯合檢測,以提高預測能力。

2.2半乳糖凝集素-3(Gal-3) Gal-3是凝集素的一種,在體內廣泛分布,在神經系統的生理和病理狀態中起重要作用,ICH后Gal-3水平增加,通過與Toll樣受體4結合,可誘導小膠質細胞轉化為M1型,從而增加神經炎癥激活和神經細胞死亡,加重ICH誘導的腦損傷。相關研究表明,Gal-3水平下降可減少M1型小膠質細胞和外周炎癥細胞浸潤,有助于減少中樞神經系統炎癥反應,減少細胞死亡,減少腦水腫,保護血腦屏障的完整性,減輕ICH對中樞神經系統的損害,可促進神經功能恢復[31]。YAN等[32]通過對ICH患者和健康對照者的Gal-3水平比較發現,Gal-3水平升高與ICH后的神經炎癥反應、腦組織損傷程度和預后不良均密切相關,由此表明參與腦部炎癥反應的Gal-3有可能成為評估出血性腦卒中患者預后的生物標志物。但目前針對Gal-3在ICH發生和發展過程中的作用及機制研究仍然相對較少見,尚需做進一步深入研究。

2.3S100鈣結合蛋白A12(S100A12) S100A12屬于S100鈣結合蛋白家族成員,是晚期糖基化終產物受體、Toll樣受體4和CD36的配體,通過與糖基化終產物受體結合激活細胞內信號級聯,誘導靶細胞中的促炎癥反應[33]。QIU等[34]研究發現,血清S100A12水平早期升高與ICH患者神經炎癥反應程度、功能結局不良和早期神經系統惡化均密切相關。既往研究表明,急性ICH患者血清S100A12水平能有效預測患者預后結局,早期監測血清S100A12水平對評估患者預后有較高的臨床價值[35]。因此,血清S100A12可能是ICH潛在的神經炎癥反應生物標志物,可用于預測功能性轉歸和評估ICH的嚴重程度。目前S100A12在ICH發生和發展過程中的具體機制仍不清楚,需要做更深層次的研究與探索。

2.4巨噬細胞遷移抑制因子(MIF) MIF是一種高度保守的分泌蛋白,其相對分子質量為12.5×103,可由大量細胞表達,例如成纖維細胞、單核細胞/巨噬細胞、垂體細胞和內皮細胞。MIF已被確定為促炎性細胞因子,可誘導大量促炎性分子產生,因此,可能參與炎癥反應相關疾病的病理、生理過程。在感染性疾病中,MIF可參與清除病原體發揮保護作用,也可作為免疫調節劑加重炎癥反應從而惡化疾病狀況[36]。腦血管疾病發生時,MIF可活化機體中的多種細胞因子,促進腦血管疾病的發生和發展,加劇神經炎癥反應。有研究發現,ICH患者MIT水平與疾病進展密切相關,并且可以評估病情嚴重程度和患者預后情況,有助于指導臨床治療[37]。LIN等[38]研究表明,ICH患者血清MIF水平與血腫體積、美國國立衛生研究院卒中量表評分均相關,是ICH患者半年總生存期和預后的獨立預測因素。因此,血清MIF可能是反映ICH患者腦損傷嚴重程度和預后的潛在生物標志物,但MIF與ICH患者預后之間的確切關系還需進一步探討。

3 小 結

神經炎癥反應在ICH后早期繼發性腦損傷和后期階段的神經功能恢復方面均表現出明顯的相關性,對調控和改善神經炎癥反應具有重要意義。本文綜述的這些神經炎癥反應相關生物標志物在ICH患者發病的不同階段起不同作用,能夠評估和預測神經炎癥反應發生的嚴重程度,其中一些抗炎性細胞因子還可能是藥物治療的潛在靶點。未來需要進一步探討神經炎癥反應相關生物標志物與ICH發生和發展過程中的關系,了解其在疾病中的作用機制,以期為ICH的診斷和治療提供參考依據。