細(xì)胞因子與缺血性腦卒中

張其梅 夏 杰 彭 玉

三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院(宜昌市中心人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科) 宜昌 443003

細(xì)胞因子是一種具有低分子量的多肽類(lèi)物質(zhì),主要包括白介素(interleukin,IL)、集落刺激因子(colony stimu lating factor,CSF)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transform ing grow th foctor,TGF)等,中樞神經(jīng)系統(tǒng)各類(lèi)組織細(xì)胞可產(chǎn)生多種細(xì)胞因子,這些細(xì)胞因子作為免疫反應(yīng)中的基本介質(zhì),在腦缺血后炎癥損傷過(guò)程中具有廣泛的作用,可以直接或間接參與炎癥細(xì)胞的活化和浸潤(rùn),并在神經(jīng)元的損傷與修復(fù)過(guò)程中起重要作用。本文就幾種細(xì)胞因子在腦缺血后病理生理過(guò)程中的作用作一簡(jiǎn)要綜述。

1 TNF-α與缺血性腦卒中

TNF-α主要是由激活的單核/巨噬細(xì)胞分泌產(chǎn)生的細(xì)胞因子,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,神經(jīng)元、星形細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞也可產(chǎn)生TNF-α,在正常情況下,具有抗腫瘤、感染和促進(jìn)組織修復(fù)等重要作用;但若持續(xù)釋放,則會(huì)引起機(jī)體發(fā)熱、休克、惡病質(zhì)和組織損傷。研究發(fā)現(xiàn)大鼠大腦中動(dòng)脈阻斷術(shù)后2 h,TNF-αm RNA表達(dá)升高,4～8 h TNF-α表達(dá)至高峰,且均至少持續(xù)24 h,在梗死中心和半暗帶均可檢測(cè)到TNF-α免疫標(biāo)記陽(yáng)性神經(jīng)元,與凋亡神經(jīng)元的分布具有一致性,表明腦缺血后TNF-α的表達(dá)水平增高與神經(jīng)元的凋亡有關(guān)[1]。TNF-α可促進(jìn)腦微血管內(nèi)皮粘附分子的表達(dá),并誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞化學(xué)趨化因子、單核細(xì)胞化學(xué)趨化因子的產(chǎn)生,致使粘附及趨化現(xiàn)象的出現(xiàn),這在腦缺血后白細(xì)胞-內(nèi)皮粘附及繼發(fā)的炎癥細(xì)胞穿越血管壁進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)中具有重要意義[2]。

Pradillo等[3]通過(guò)反復(fù)大腦中動(dòng)脈栓塞(10m in/次)使大鼠獲得缺血預(yù)適應(yīng)(Ischem ic preconditioning,IPC),再持續(xù)栓塞48h,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元腫瘤壞死因子受體1(TNFR1)表達(dá)上調(diào),并與獲得IPC前相比,梗死面積顯著減小,謂之缺血耐受(Ischem ic tolerance,IT),再行腦室內(nèi)注射TNFR1反義核苷酸后,發(fā)現(xiàn)IT被抑制,從而證明TNF-α的神經(jīng)元保護(hù)作用。

2 G-CSF與缺血性腦卒中

粒細(xì)胞克隆刺激因子(Granulocyte-colony stimu lating factor,G-CSF)是一種刺激粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞增殖、成熟和分化的酸性糖蛋白,有廣泛的免疫活性,具有重要的免疫調(diào)節(jié)功能。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi),巨噬細(xì)胞集落刺激因子主要由星形細(xì)胞產(chǎn)生,可分化為多能干細(xì)胞,包括神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等[4]。研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)大腦中動(dòng)脈栓塞小鼠,與預(yù)先動(dòng)脈或腦室注射G-CSF組相比,后者梗死灶和水腫面積顯著減少、梗死側(cè)腦組織含水量及皮層損傷范圍也顯著減少,同時(shí)抑制IL-1βmRNA表達(dá)的上調(diào)[5]。這種缺血保護(hù)作用可能與動(dòng)員造血干細(xì)胞、抗凋亡、促神經(jīng)元分化、血管生成、抗炎等機(jī)制有關(guān)[5-6]。G-CSF的抗凋亡機(jī)制可能與增加腦缺血后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄活化子3(STAT3)的活化、上調(diào)抗凋亡信號(hào)蛋白如細(xì)胞凋亡抑制蛋白2(cIAP2)、Pim-1、bcl-2的表達(dá)、抑制凋亡信號(hào)Caspace-3、細(xì)胞色素C的表達(dá)及Bax轉(zhuǎn)位至線粒體有關(guān)[7]。

3 IL-1與缺血性腦卒中

IL-1家族包括IL-1α、IL-1β以及IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra),是一類(lèi)前炎癥細(xì)胞因子。IL-1家族中,與腦缺血后神經(jīng)元損傷關(guān)系最密切的是IL-1β。腦組織中IL-1β的來(lái)源主要為神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,具有刺激膠質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化、誘導(dǎo)其他細(xì)胞因子產(chǎn)生的作用。早期研究已發(fā)現(xiàn)各種腦缺血模型缺血區(qū)均出現(xiàn)IL-1βm RNA表達(dá)增高。在大腦中動(dòng)脈栓塞大鼠模型中,大腦缺血皮質(zhì)區(qū)IL-1β表達(dá)明顯增多,而以IL-1β抗體預(yù)先阻斷后,大鼠梗死體積及神經(jīng)、行為缺失評(píng)分明顯降低[8]。研究表明,IL-1存在兩種受體即IL-1βⅠ型(IL-1βRⅠ)和IL-1βⅡ型(IL-1βRⅡ),IL-1主要通過(guò)IL-1βRⅠ介導(dǎo)神經(jīng)元損傷,因?yàn)镮L-1βRⅠ敲除小鼠在缺血條件下,神經(jīng)元損傷程度較野生型輕,且1月內(nèi)康復(fù)程度高[9]。IL-1β與腦缺血后神經(jīng)損傷關(guān)系密切。研究還發(fā)現(xiàn)IL-1α也參與了神經(jīng)元損傷過(guò)程,同時(shí)敲除IL-1α、IL-1β小鼠與野生型相比,神經(jīng)元損傷顯著減輕,而單獨(dú)敲除IL-1α或IL-1β時(shí)并未能獲得同樣效果[10]。IL-1在腦缺血后參與神經(jīng)元損傷的機(jī)制可能與其誘導(dǎo)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子及化學(xué)趨化細(xì)胞因子表達(dá)、促進(jìn)白細(xì)胞浸潤(rùn)等促炎作用有關(guān)。

有研究表明[11]似乎僅小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的內(nèi)源性IL-1Ra才具有神經(jīng)元保護(hù)作用,可能與IL-1β誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)生長(zhǎng)因子有利于腦缺血后的修復(fù)過(guò)程有關(guān)[11-12]。

4 IL-6與缺血性腦卒中

IL-6是由單核-巨噬細(xì)胞、活化的T、B-淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等分泌的一種蛋白質(zhì),其主要生物學(xué)功能是調(diào)節(jié)B細(xì)胞的增殖和分化,直接影響成熟B細(xì)胞分泌免疫球蛋白。IL-6在急慢性免疫反應(yīng)中占有重要地位,各種腦損傷均可誘導(dǎo)其表達(dá)升高。急性腦缺血患者血清IL-6表達(dá)水平增高,且與梗死灶面積、患者預(yù)后呈相關(guān)性,表明IL-6水平升高可能是腦血管炎性損害的標(biāo)志。IL-6能刺激前列腺素、血小板活化因子(p latelet activation factor,PAF)的產(chǎn)生,誘導(dǎo)一氧化氮合酶的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)炎癥的發(fā)展和血管內(nèi)皮的損害[13]。雖然目前許多研究都證實(shí)IL-6參與了腦缺血后的炎癥反應(yīng),但也有研究表明IL-6對(duì)缺血后神經(jīng)元具有保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)缺血再灌注區(qū)IL-6下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路JAKSTAT和Stat3大量激活,而這些信號(hào)通路被認(rèn)為與神經(jīng)元保護(hù)有關(guān)[14]。而Fujita等[15]認(rèn)為IL-6參與了星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)元修復(fù)過(guò)程。IL-6對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用究竟是保護(hù)性的還是損傷性的仍存有爭(zhēng)議,有學(xué)者提出在急性期參與了神經(jīng)元損傷過(guò)程,而在亞急性和恢復(fù)期因調(diào)節(jié)因子起到神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用[14]。

5 IL-10與缺血性腦卒中

白細(xì)胞介素-10(inter leukin-10,IL-10)主要由Th2細(xì)胞分泌,是一類(lèi)強(qiáng)有力的抗炎性細(xì)胞因子,與腦缺血后神經(jīng)元的保護(hù)過(guò)程密切相關(guān)。研究表明IL-10敲除小鼠在大腦中動(dòng)脈栓塞后,梗死面積超過(guò)正常野生型30%,在體外培養(yǎng)時(shí),其大腦皮層神經(jīng)元對(duì)興奮性神經(jīng)毒性敏感性較野生型小鼠增加,當(dāng)向培養(yǎng)基中加入重組小鼠IL-10后,神經(jīng)元對(duì)缺血缺氧耐受性顯著增強(qiáng),并呈濃度依賴性[16]。Ooboshi等[17]通過(guò)向局部或全腦缺血模型大鼠側(cè)腦室注入編碼IL-10(Ad IL-10)的腺病毒載體,發(fā)現(xiàn)腦梗死體積顯著縮小,且在全腦缺血后的海馬神經(jīng)元起到的保護(hù)作用更大,表明IL-10基因在腦缺血后轉(zhuǎn)入側(cè)腦室可減弱腦梗死和海馬破壞。IL-10的這種神經(jīng)元保護(hù)作用可能與其抑制血管內(nèi)皮粘附分子和細(xì)胞間粘附分子的表達(dá),進(jìn)而抑制腦缺血灶周?chē)鷧^(qū)非特異免疫反應(yīng)和前炎癥細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α的合成有關(guān)[17-18]。

6 IL-17與缺血性腦卒中

IL-17是目前發(fā)現(xiàn)的又一新的細(xì)胞因子,主要由活化記憶型CD4+T細(xì)胞亞群分泌,能誘導(dǎo)多種基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生多種前炎性細(xì)胞因子和造血活性因子,如IL-8、IL-6、G-CSF、TNFα、IL-1、PGE2等,具有促進(jìn)多種細(xì)胞釋放炎性因子、促進(jìn)細(xì)胞增殖及抑制部分腫瘤生長(zhǎng)等多種生物學(xué)作用。目前研究發(fā)現(xiàn)其與機(jī)體多種疾病相關(guān),如類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)骨破壞、腸道炎癥、肺部感染等。最近有研究發(fā)現(xiàn)缺血性腦卒中患者和大腦中動(dòng)脈栓塞模型大鼠患側(cè)IL-17表達(dá)水平均增強(qiáng),提示IL-17參與了缺血性腦損傷后的炎性反應(yīng)[19]。但這種缺血后IL-17表達(dá)規(guī)律的具體意義及可能的機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。

7 TGF-β與缺血性腦卒中

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming grow th factor-β,TGF-β)是具有調(diào)節(jié)和刺激細(xì)胞增殖分化的細(xì)胞因子,在組織修復(fù)中占重要地位。TGF-β是一重要的抗炎因子,對(duì)神經(jīng)元主要起保護(hù)作用,其機(jī)制可能為:(1)調(diào)節(jié)凋亡蛋白(Bad)和抗凋亡蛋白(Bcl-2,Bcl-x1)的表達(dá)平衡;(2)創(chuàng)造利于神經(jīng)元存活的環(huán)境,如促進(jìn)血管生成、抑制巨噬細(xì)胞自由基的產(chǎn)生和釋放、降低中性粒細(xì)胞-白細(xì)胞粘附等;(3)參與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(Erk1/2)的活化[20-21]。

8 IL-8與缺血性腦卒中

IL-8主要由單核細(xì)胞產(chǎn)生,具有趨化和激活中性粒細(xì)胞、調(diào)節(jié)粘附分子的表達(dá)、增強(qiáng)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的粘附、在腦缺血后的炎性損傷中起重要作用。IL-8已成為腦缺血抗炎治療的新靶分子,V illa[22]等研究發(fā)現(xiàn),在大鼠中動(dòng)脈栓塞3.5、6 h及3d后注射IL-8受體抑制劑,與對(duì)照組相比,梗死體積明顯減少,急性期及恢復(fù)期神經(jīng)功能獲得明顯改善。

腦缺血后炎癥反應(yīng)作為一個(gè)復(fù)雜的病理生理過(guò)程,各類(lèi)細(xì)胞因子在這一過(guò)程中具有廣泛的作用,或起促炎反應(yīng)介導(dǎo)神經(jīng)元損傷,或抗炎參與腦保護(hù),但表達(dá)順序和作用并不是孤立的,而是相互平衡、相互制約的關(guān)系。因此調(diào)節(jié)缺血后炎癥反應(yīng),并通過(guò)各種方法使他們發(fā)揮神經(jīng)元保護(hù)作用而拮抗其促炎效應(yīng),可能是今后治療腦缺血的一條新的有效途徑。

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