腦缺血再灌注后免疫損傷分子機(jī)制研究進(jìn)展

付如意，毛 露，孫 碩，Dirk Hermann綜述，陳艾東，審校

隨著分子生物學(xué)和分子免疫學(xué)的發(fā)展逐步深入，大量研究表明，急性炎癥反應(yīng)所造成的免疫損傷在繼發(fā)性腦損傷中起著越來越重要的作用[1]。腦缺血再灌注后，大量免疫細(xì)胞會(huì)在損傷部位聚集，大量釋放細(xì)胞分裂素和氧自由基等物質(zhì)直接損傷內(nèi)皮細(xì)胞，造成內(nèi)皮結(jié)構(gòu)和功能的受損，引發(fā)血小板聚集和免疫細(xì)胞相互作用，導(dǎo)致微血管阻塞，引發(fā)損傷[2]。這一過程造成神經(jīng)元損傷、血腦屏障遭到破壞，腦出血和腦水腫等癥狀出現(xiàn)；同時(shí)，微血管中積累的免疫細(xì)胞被激活并釋放大量的炎性細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)，引發(fā)更多的免疫粒細(xì)胞聚集[3]，造成局部炎癥反應(yīng)過度激活，導(dǎo)致腦缺血再灌注的二次損傷。最新研究表明多種炎性細(xì)胞因子在腦缺血后大量表達(dá)，缺血區(qū)域中炎性細(xì)胞的浸潤促進(jìn)腦組織中炎性病變的發(fā)生和發(fā)展，導(dǎo)致腦組織中缺血性壞死，腦水腫和神經(jīng)元損傷的增加[4]。之前的腦缺血再灌注治療方面主要關(guān)注點(diǎn)還是溶栓和對癥等治療，但療效甚微，免疫損傷的重要作用并沒有得到重視。我們在德國埃森大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的最新研究表明抑制這種免疫損傷，可以減少神經(jīng)元的死亡和改善動(dòng)物行為學(xué)表現(xiàn)和神經(jīng)評分，本文就腦缺血再灌注損傷中炎癥反應(yīng)的作用和相關(guān)分子機(jī)制作一綜合闡述，旨在為本病的治療梳理出新的治療思路。

1 參與腦缺血再灌注損傷的免疫細(xì)胞

1.1 中性粒細(xì)胞 再灌注損傷的炎癥反應(yīng)過程的主要參與者便是中性粒細(xì)胞[5，6]。眾多科學(xué)家對小鼠和犬的再灌注損傷的研究[7]，均從不同層面反應(yīng)了再灌注損傷時(shí)、中性粒細(xì)胞浸潤現(xiàn)象透明般地增加。研究表明，中性粒細(xì)胞可以通過釋放大量的炎性因子來惡化腦局部的炎癥反應(yīng)、從而間接加劇再灌注損傷，此外它也可以釋放大量活性氧簇(ROS)和蛋白質(zhì)水解酶，從而直接導(dǎo)致腦細(xì)胞受損。與此同時(shí)，再灌注損傷時(shí)中性粒細(xì)胞大量活化，它們在腦血管中的集聚致使再灌注受到腦循環(huán)障礙的影響[8]。最近，在德國埃森大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究表明用LY6G抑制中性粒細(xì)胞無論短期還是中期都可以很好地改善腦缺血再灌注損傷的嚴(yán)重程度，這將給腦缺血再灌注損傷的治療提供新的治療思路。

1.2 淋巴細(xì)胞 包括T細(xì)胞和B細(xì)胞，該類炎性細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中占據(jù)舉足輕重的地位，我們在德國埃森大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室最近的研究表明抑制T細(xì)胞后可以改善小鼠腦缺血再灌注損傷。近年來的研究結(jié)果顯示，腦缺血再灌注損傷中恒定型自然殺傷T細(xì)胞(iNKT)的作用不容忽視[9]。iNKT細(xì)胞活化后能夠釋放多種Th1及Th2細(xì)胞因子，炎癥反應(yīng)過程的進(jìn)行均有它們的參與。iNKT細(xì)胞是自然殺傷性細(xì)胞的一種，但由于它在活化時(shí)存在內(nèi)源性和外源性的不可逆差異，iNKT細(xì)胞對再灌注損傷在不同層面有著相反的作用。研究發(fā)現(xiàn)，該類淋巴細(xì)胞不僅可以借促進(jìn)炎性因子釋放、加劇再灌注損傷，還可以通過釋放白細(xì)胞介素-10去調(diào)控炎癥反應(yīng)、從而起到抗炎作用，這種復(fù)雜的雙重效應(yīng)，有待進(jìn)一步研究。

1.3 單核-巨噬細(xì)胞 大量研究顯示單核-巨噬細(xì)胞對炎癥反應(yīng)的作用具有雙向性，其對腦缺血再灌注損傷機(jī)制的影響自然也成為一把雙刃劍，可改善、亦可惡化。就在此情況下最經(jīng)典的單核巨噬細(xì)胞而言，Ly6Chigh單核細(xì)胞將會(huì)在到達(dá)炎癥組織后分化為M1巨噬細(xì)胞，它們通過有效地清除壞死細(xì)胞、使淋巴細(xì)胞活化并誘導(dǎo)浸潤中性粒細(xì)胞的顯著增強(qiáng)，進(jìn)而加重再灌注損傷后的炎癥反應(yīng)[10]；而Ly6Clow單核細(xì)胞則在到達(dá)炎癥組織后分化為M2巨噬細(xì)胞，它們的功能是分泌轉(zhuǎn)化生長因子和抗炎因子有效改善損傷組織的惡化程度。Heidt等[11]對小鼠模型的研究結(jié)果，突破進(jìn)展性地顯示了腦缺血再灌注損傷后，M1巨噬細(xì)胞的表達(dá)顯著增加，同時(shí)大量中性粒細(xì)胞的浸潤伴隨現(xiàn)象出現(xiàn)，而M2巨噬細(xì)胞則急劇減少。這就明確地說明了再灌注損傷發(fā)生后單核巨噬細(xì)胞對損傷組織的作用更傾向于負(fù)面效果。我們最新的研究表明同時(shí)用GW2580抑制單核系統(tǒng)和LY6G抑制中性粒細(xì)胞后，并沒有出現(xiàn)更好的改善效果，說明二者存在有趣的交互抑制現(xiàn)象。這可能是因?yàn)檫@二類細(xì)胞都來源于同一類型的造血干細(xì)胞，因?yàn)樵煅杉?xì)胞在不斷分化，就像水庫的兩條支流，阻斷其中的一個(gè)支流，勢必會(huì)造成另外一個(gè)支流水位上漲，相關(guān)的分子機(jī)制則有待進(jìn)一步的深入研究。

2 免疫系統(tǒng)參與腦缺血再灌注損傷機(jī)制

細(xì)胞的侵襲性聚集，尤其是嗜中性粒細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞是炎癥反應(yīng)發(fā)展的關(guān)鍵步驟，而部分炎癥反應(yīng)的過度發(fā)生在一定意義上成為腦缺血再灌注損傷惡化的主要推動(dòng)力[12]。這種炎癥反應(yīng)有多種炎癥細(xì)胞和炎癥因子的參與。研究表明，在腦缺血再灌注損傷后的短時(shí)間內(nèi)，炎癥因子的大量表達(dá)在缺血性腦細(xì)胞中更加明顯，且其數(shù)量透明般地上升，這一顯著的表現(xiàn)又引發(fā)各種機(jī)制，從而導(dǎo)致腦組織損傷，這些機(jī)制的具體表現(xiàn)包括變化血管舒縮性、阻塞微血管、釋放分泌細(xì)胞毒性酶和產(chǎn)生氧自由基等，細(xì)胞因子在趨化因子，由組織損傷機(jī)制之一所釋放的激活誘導(dǎo)下，其通過促進(jìn)細(xì)胞炎癥反應(yīng)加重腦損傷。

2.1 炎癥細(xì)胞因子的介入 炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生大部分與單核巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞有關(guān)，即有免疫細(xì)胞和相關(guān)細(xì)胞的參與，其產(chǎn)生還有部分歸因于細(xì)胞，在一定程度上是由與細(xì)胞體和神經(jīng)元及其他膠質(zhì)細(xì)胞的相互交織的延伸小膠質(zhì)細(xì)胞的過程決定[13]。在腦缺血發(fā)生的1～2 h內(nèi)，腦內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞被細(xì)胞因子誘導(dǎo)激活，由于這些細(xì)胞因子在局部缺血區(qū)大量產(chǎn)生，所以使白細(xì)胞粘附分子得到表達(dá)，白細(xì)胞聚集可導(dǎo)致微血管阻塞、而使腦血流減少和血栓形成，內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞之間識(shí)別、黏著后，白細(xì)胞遷移并穿過血管壁進(jìn)入炎癥組織，進(jìn)一步惡化腦損傷。

炎癥細(xì)胞因子主要有腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素、核轉(zhuǎn)錄因子、干擾素-γ、細(xì)胞間粘附因子-1、血小板活化因子等[14]。腫瘤壞死因子在腦缺血時(shí)大量表達(dá)TNF-d蛋白，蛋白質(zhì)進(jìn)一步激活細(xì)胞因子，進(jìn)而加劇腦缺血性損傷；有研究顯示，TNF-d也可誘導(dǎo)細(xì)胞釋放出血管強(qiáng)效活性物質(zhì)，導(dǎo)致血管的收縮和局部腦血流量的減少，并可使毛細(xì)血管通透性增加I2OL，這進(jìn)一步促使血腦屏障的損害加重、引起腦水腫及缺血的發(fā)生；白細(xì)胞介素具有多種生物學(xué)功能，作用范圍和地位也十分廣泛和重要，包括免疫中的炎癥反應(yīng)[15]。它可誘導(dǎo)免疫活性物質(zhì)產(chǎn)生炎性介質(zhì)，促使炎性反應(yīng)失控而造成腦缺血后的繼發(fā)性損傷，然而，該過程也僅限于IL-1[16]。實(shí)驗(yàn)表明，IL-6對急性缺血性腦損傷沒有直接影響；核轉(zhuǎn)錄因子可激活誘導(dǎo)引起促炎癥反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)外周炎癥細(xì)胞進(jìn)入腦組織導(dǎo)致腦損傷；干擾素-γ在正常腦組織中不表達(dá)，腦組織損傷后，缺血誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用得到增強(qiáng)，參與腦損傷后期的炎癥反應(yīng)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；細(xì)胞間粘附分子-1：當(dāng)腦缺血再灌注損傷后，多種細(xì)胞因子如IFN-γ等可上調(diào)其表達(dá)，在缺血區(qū)聚集浸潤的炎癥細(xì)胞釋放大量的神經(jīng)毒性物質(zhì)，如細(xì)胞因子、蛋白質(zhì)衍生物和氧自由基，進(jìn)一步加重腦損傷；血小板活化因子激活中性粒細(xì)胞并聚集這些中性粒細(xì)胞，增加血管壁的滲透性[17]。迄今為止，PAF已成為體內(nèi)最強(qiáng)的血小板聚集劑，PAF會(huì)在腦缺血再灌注損傷中生成過多并異常釋放，這可能導(dǎo)致腦血管收縮、炎性細(xì)胞的趨化性、內(nèi)皮細(xì)胞的損傷和血腦屏障的損傷。

最近，使用雙光子顯微鏡的研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞似乎扮演傳感器的角色，檢測來自受損神經(jīng)元和中樞神經(jīng)系統(tǒng)其他細(xì)胞的信號(hào)，此外，即使是神經(jīng)元傳導(dǎo)的微小變化，細(xì)胞外電解質(zhì)的組成、或可溶性因子如嘌呤核苷酸的釋放，也足以使小膠質(zhì)細(xì)胞被觸發(fā)而釋放細(xì)胞因子。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最突出的和小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的促炎細(xì)胞因子是IL-1。

2.2 炎癥反應(yīng)相關(guān)細(xì)胞的激活 參與炎癥反應(yīng)的細(xì)胞主要是星形膠質(zhì)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞和中性粒細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞有吞噬、呈遞抗原和表達(dá)大量相關(guān)免疫因子的功能，腦缺血后，免疫細(xì)胞滲入腦內(nèi)迅速激活小膠質(zhì)細(xì)胞，繼而促使小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的迅速增加，而大量的促炎癥介質(zhì)和神經(jīng)毒性分子由活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放，在某種程度上進(jìn)一步促使腦損傷加劇和腦炎癥反應(yīng)更加劇烈[13]；腦損傷后神經(jīng)元的修復(fù)與存活在一定意義上與星形膠質(zhì)細(xì)胞[7]有關(guān)，正常情況下星形膠質(zhì)細(xì)胞在這一方面有著積極的影響，但星形膠質(zhì)細(xì)胞在短期腦缺血損傷中易被激活并大量增殖并產(chǎn)生細(xì)胞肥大，我們稱之為星形膠質(zhì)細(xì)胞增生潮。星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖分化時(shí)還會(huì)產(chǎn)生膠質(zhì)瘢痕，膠質(zhì)瘢痕在腦缺血晚期對腦損傷起到了某種程度上的有益作用。腦缺血大約4 h后，星形膠質(zhì)細(xì)胞似乎在受損的核心區(qū)域起反應(yīng)，并且活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì)和細(xì)胞毒性分子，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)加重腦損傷組織的壞死；而腦缺血后，缺血組織部分的血管內(nèi)皮細(xì)胞有中性粒細(xì)胞[3]粘附，該細(xì)胞通過移向缺血區(qū)域而引起急性炎癥反應(yīng)，腦缺血發(fā)生后的短時(shí)間內(nèi)，半個(gè)小時(shí)至數(shù)小時(shí)，缺血組織處中性粒細(xì)胞被浸潤，但最大程度的浸潤卻需要時(shí)間，約在腦缺血3、4 d之后，浸潤高峰之后中性粒細(xì)胞則迅速減少并消失，這一機(jī)制使得中性粒細(xì)胞浸潤在腦缺血再灌注損傷中占據(jù)著意義重大的地位。腦損傷可以觸發(fā)中樞和周圍的免疫反應(yīng)，浸潤大腦的外周細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、中粒性細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。激活外周血免疫反應(yīng)的機(jī)制尚不清楚，但可能發(fā)生在外周血與腦組織交界處或通過循環(huán)因子在外周血免疫反應(yīng)中完全發(fā)揮作用。這兩種機(jī)制都可能影響腦缺血損傷和腦恢復(fù)。

2.3 腦缺血再灌注免疫損傷過程 腦缺血再灌注損傷的過程中會(huì)發(fā)生一系列生理上的變化。巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和其它免疫細(xì)胞在腦缺血階段會(huì)產(chǎn)生大量活性氧[18]，誘導(dǎo) NF-κB、NOS和促炎因子的表達(dá)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子表達(dá)上調(diào)。這些因素導(dǎo)致腦血管阻力和通透性增加，進(jìn)一步導(dǎo)致腦組織水腫、氣體交換障礙等，形成腦缺血性損傷；進(jìn)行再灌注時(shí)，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放大量細(xì)胞因子和趨化因子及細(xì)胞間的粘附分子過量表達(dá)，使腦組織發(fā)生無菌性的炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步惡化腦組織損傷。急性炎癥反應(yīng)機(jī)制是腦缺血再灌注損傷后的復(fù)雜臨床表現(xiàn)的主要推動(dòng)力和構(gòu)成因素。

2.4 炎癥反應(yīng)對腦缺血的雙重效應(yīng) 腦缺血損傷后有大量炎性細(xì)胞因子的表達(dá)和浸潤，炎性細(xì)胞因子可作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，促使趨化因子、粘附分子和E/P-選擇素的表達(dá)增加，這就會(huì)使血腦屏障的結(jié)構(gòu)功能遭到破壞并形成腦水腫，炎性細(xì)胞因子還可通過使花生四烯酸的代謝增強(qiáng)來增加自由基的釋放和加重應(yīng)激氧化損傷。此外，炎癥反應(yīng)可引起局部血管痙攣甚至栓塞，導(dǎo)致更嚴(yán)重的腦組織缺血和缺氧[19]。其過度表達(dá)會(huì)引起一系列炎癥反應(yīng)，加劇腦損傷。

然而，抑炎細(xì)胞因子也可以在炎癥反應(yīng)過程中產(chǎn)生，如白細(xì)胞介素[15]IL-10、IL-13等。保護(hù)腦組織的途徑是：抑制炎性細(xì)胞因子的合成、抑制受體的表達(dá)及受體活性、清除細(xì)胞的壞死或凋亡碎片、重塑部分腦組織結(jié)構(gòu)和抑制炎癥反應(yīng)等；與此同時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦缺血損傷后增殖分化而產(chǎn)生的膠質(zhì)瘢痕，它雖然一方面使軸突向內(nèi)的生長及神經(jīng)修復(fù)功能受到阻止或拉慢，令腦組織愈合遭到妨礙，但另一方面它也分離開了受損的組織與有活力的組織，從而有效地起到神經(jīng)支持和保護(hù)的重要作用。

炎癥反應(yīng)在腦缺血再灌注損傷的病理生理過程中的作用十分復(fù)雜。腦缺血損傷的程度和持續(xù)時(shí)間成為炎癥反應(yīng)利弊作用的關(guān)鍵。一方面，在炎癥反應(yīng)早期，促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)表達(dá)，加重腦組織損傷；另一方面，在炎癥反應(yīng)晚期，又表現(xiàn)為腦損傷修復(fù)。炎癥反應(yīng)的有害作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸孀饔玫闹虚g點(diǎn)成為決定腦缺血損傷治療的核心。

3 展 望

目前，腦損傷后的炎癥反應(yīng)情況是腦缺血再灌注損傷這一病理過程研究的焦點(diǎn)。造成腦缺血再灌注損傷的主要因素，是腦損傷時(shí)大量炎性因子的釋放和炎癥細(xì)胞的浸潤引起了強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。而炎癥反應(yīng)本身在不同的時(shí)間段又對腦缺血損傷有利弊不同的作用影響，因此，深入研究腦缺血再灌注損傷后的免疫炎癥反應(yīng)表現(xiàn)，將幫助醫(yī)學(xué)家們?yōu)槟X缺血再灌注損傷的診治找到新的方法，有效地為腦缺血性損傷的預(yù)防和治療提供新途徑。