炎癥因子及其相關(guān)信號通路在脊髓損傷調(diào)控機(jī)制中的研究進(jìn)展

宋潔菲 周雨昕 張 宇 吳承杰,2 馬 勇,2 郭 楊,2

1.南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇南京 210023；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)骨傷修復(fù)與重建新技術(shù)實驗室，江蘇南京 210023

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是一種嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病。SCI 病變機(jī)制復(fù)雜，可分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。原發(fā)性損傷為脊椎斷裂、擠壓等方式對脊髓造成的機(jī)械性損傷；繼發(fā)性損傷為原發(fā)性損傷之后發(fā)生的多種放大式組織自毀級聯(lián)反應(yīng)，其中炎癥反應(yīng)是最重要的繼發(fā)性損傷之一[1]。炎癥因子是一種由外周免疫細(xì)胞及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的多肽類物質(zhì)，可與相應(yīng)靶細(xì)胞表面的受體結(jié)合，傳遞生物信息，介導(dǎo)免疫和炎癥反應(yīng)。相關(guān)研究顯示，在SCI 發(fā)生后，多種炎癥因子的含量發(fā)生明顯的變化，如白細(xì)胞介素6（interleukin 6，IL-6）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、IL-10 等[2-3]，提示這些炎癥因子積極參與SCI 發(fā)生發(fā)展的過程。因此，從調(diào)控炎癥因子的角度出發(fā)，改善神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，對促進(jìn)SCI 修復(fù)具有重要意義。本文重點針對IL、TNF 等炎癥因子及其相關(guān)信號通路在SCI 中的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在探討不同炎癥因子在SCI 中的作用，闡釋SCI 后炎癥反應(yīng)過程中的分子機(jī)制，為SCI 作用靶點的研究提供思路。

1 促炎性細(xì)胞因子及其相關(guān)通路在SCI 中的調(diào)控機(jī)制

促炎性細(xì)胞因子包括IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等，在SCI 急性期明顯增多，加重炎癥反應(yīng)，通過激活細(xì)胞凋亡和抑制神經(jīng)元再生，進(jìn)而導(dǎo)致各種代謝異常和功能損害[4]。

1.1 IL-6 相關(guān)通路

IL-6 是SCI 急性期和亞急性期最常見的促炎性細(xì)胞因子之一。IL-6 的產(chǎn)生受機(jī)體轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后機(jī)制嚴(yán)密調(diào)控，但當(dāng)這種調(diào)控異常時，就會持續(xù)過度產(chǎn)生IL-6，引起組織損傷。多種生物分子均可以調(diào)控IL-6 的產(chǎn)生。核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）是人IL-6 基因5’端順式調(diào)控元件之一，可以促進(jìn)IL-6 mRNA 的轉(zhuǎn)錄[5-7]。在轉(zhuǎn)錄后，調(diào)節(jié)性核糖核酸酶-1（Regnase-1）可以破壞IL-6 mRNA 表達(dá)，控制IL-6 的過度產(chǎn)生[8]。但是目前仍沒有研究顯示在SCI中這種調(diào)控為何會被打破。

IL-6 需要與非信號膜結(jié)合的IL-6 受體（mIL-6R）相互作用才能產(chǎn)生效應(yīng)。隨后他們所形成的結(jié)合體與膜蛋白gp130 結(jié)合，激活JAK/STAT 信號通路、MAPK/ERK 信號通路和PI3K/Akt 信號通路，誘導(dǎo)其他炎癥因子的產(chǎn)生，進(jìn)而活化小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞，導(dǎo)致局部炎癥反應(yīng)加劇[9-11]。此外，IL-6 還可聯(lián)合STAT3 通路導(dǎo)致肌肉萎縮和纖維化[12]，通過調(diào)節(jié)HMGB1/TLR4/MyD88/NF-κB 信號通路導(dǎo)致細(xì)胞腫脹[13]等，造成SCI后多種病變。

1.2 IL-8 相關(guān)通路

IL-8 是一種具有親血管效應(yīng)的白細(xì)胞介素，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能關(guān)系密切[14]，具有作為判斷SCI 嚴(yán)重程度及預(yù)后的生物標(biāo)志物的潛力[15]。IL-8 主要受到NF-κB、JNK 及AP-1 的調(diào)節(jié)，作用于G 蛋白偶聯(lián)受體CXCR1 和CXCR2，從而促進(jìn)中性粒細(xì)胞釋放[16]，并引導(dǎo)中性粒細(xì)胞向炎癥的方向移動[17]，最終加劇SCI。IL-8 在脊髓損傷中的具體作用機(jī)制尚未明確，但其表達(dá)特點提示IL-8 有可能成為治療脊髓損傷潛在的靶點之一。

1.3 TNF-α 相關(guān)通路

TNF-α 與炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)控密切相關(guān)，負(fù)責(zé)細(xì)胞間多種信號的傳遞，介導(dǎo)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞壞死和凋亡。研究顯示，TNF-α 可能通過激活不同信號通路發(fā)揮雙向調(diào)節(jié)作用。TNF-α 與腫瘤壞死因子受體2（tumor necrosis factor receptor 2，TNFR2）結(jié)合后可以引起細(xì)胞活化、遷移和增殖[18]；與含有死亡結(jié)構(gòu)域的TNFR1 結(jié)合時則誘導(dǎo)半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）產(chǎn)生，發(fā)揮細(xì)胞毒作用[19]。

TNF-α 可以作為反應(yīng)SCI 炎癥的指標(biāo)之一。TNF-α 是最早對SCI 做出反應(yīng)的細(xì)胞因子之一，在SCI 后幾分鐘至幾小時高度表達(dá)，通過激活NF-κB 信號通路，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞遷移、谷氨酸代謝受損、神經(jīng)元死亡[20]等。閱讀文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)TNF-α 生物合成過程受機(jī)體負(fù)反饋機(jī)制的調(diào)節(jié)。TNF-α 本身可以增加如IL-10等抗炎因子合成，這些抗炎因子同時能夠負(fù)向調(diào)節(jié)TNF-α 的表達(dá)，控制炎癥持續(xù)的時間[18]。SCI 后慢性炎癥的產(chǎn)生可能與負(fù)反饋調(diào)節(jié)失衡有關(guān)。維持這種良性平衡可能成為改善SCI 炎癥的方法之一。

1.4 IL-1β 相關(guān)通路

IL-1β 的生成受多重水平的調(diào)控。IL-β 前體需要通過信號激活NF-κB 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)型表達(dá)[21]，在細(xì)胞內(nèi)多以無活性的形式存在，激活后與白細(xì)胞介素-1 受體1（IL-1R1）結(jié)合才可發(fā)揮促炎效應(yīng)[22]。炎癥小體是由胞漿內(nèi)模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）參與組裝的多蛋白復(fù)合物，可分為NLRP1、NLRP3、NLRC4 等，在IL-1β 前體的激活中發(fā)揮重要的作用，是誘導(dǎo)SCI 后神經(jīng)炎癥和細(xì)胞凋亡的重要因素之一。PRRs、病原相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式可激活炎癥小體的組裝。在特定的刺激下，炎癥小體募集凋亡相關(guān)斑點樣蛋白，再將caspase-1前體引入復(fù)合體，轉(zhuǎn)化為具有生物活性的caspase-1，誘導(dǎo)IL-1β 成熟，并引起細(xì)胞凋亡[23-24]。IL-1β 介導(dǎo)激活I(lǐng)L-6 等促炎因子的前炎癥反應(yīng)[21]，繼而引發(fā)一系列炎癥反應(yīng)。

2 抑炎細(xì)胞因子及其相關(guān)通路在SCI 中的調(diào)控機(jī)制

抑炎細(xì)胞因子包括IL-4、IL-10 等，在SCI 恢復(fù)期增加明顯，可以抑制促炎因子產(chǎn)生，主要發(fā)揮激活免疫應(yīng)答、抑制炎癥反應(yīng)作用[3,25]。誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表型由經(jīng)典活化（M1 型）向替代活化（M2 型）轉(zhuǎn)變[26]是大多數(shù)抑炎細(xì)胞因子發(fā)揮抑炎效應(yīng)的方式之一。此外，部分抑炎因子還可以通過抑制促炎因子基因的轉(zhuǎn)錄直接控制炎癥反應(yīng)的發(fā)展。

2.1 IL-4 相關(guān)通路

IL-4 由活化的T 細(xì)胞產(chǎn)生，可調(diào)節(jié)多種免疫細(xì)胞。IL-4 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)由IL-4 受體α 鏈（IL-4Rα）介導(dǎo)。IL-4Rα 與其配體結(jié)合后，與共同的γ 鏈（γc）產(chǎn)生Ⅰ型信號復(fù)合體，使T 細(xì)胞向Th2 表型傾斜，促進(jìn)活化巨噬細(xì)胞的發(fā)育[27]。激活后，Ⅰ型信號復(fù)合體由Janus 家族激酶1（Janus kinase 1，JAK1）和JAK3 磷酸化后，與STAT6 二聚后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核發(fā)揮作用[27]。此外IL-4Rα配體結(jié)合體還可與IL-13 受體α1 結(jié)合，產(chǎn)生Ⅱ型復(fù)合體，主要影響哮喘等過敏性疾病的發(fā)生發(fā)展[28]，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的功能尚未闡明，需要進(jìn)一步研究。

IL-4 可以使M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞向M2 型轉(zhuǎn)變，促進(jìn)抑炎細(xì)胞因子IL-10 表達(dá)，進(jìn)而減輕炎癥，促進(jìn)SCI后組織的恢復(fù)[29-30]。研究顯示，IL-4 在炎癥和神經(jīng)性疼痛模型動物中表現(xiàn)出鎮(zhèn)痛作用[31]，為緩解SCI 后疼痛提供了一定參考。

2.2 IL-10 相關(guān)通路

IL-10 是一種作用突出的抑炎細(xì)胞因子。ERK 和p38 通過轉(zhuǎn)錄因子CREB 和ATF1 激活絲裂原和應(yīng)激激活的蛋白激酶1（MAPK-activated protein kinase 1，MSK1）和MSK2，促進(jìn)受TLR4 調(diào)控的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[32]，IL-10 與IL-10 受體結(jié)合后可通過JAK/STAT 信號通路激活單核/巨噬細(xì)胞，促進(jìn)M1 表型巨噬細(xì)胞向M2 表型轉(zhuǎn)化，從而抑制促炎性細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α 等的表達(dá)和活性氧的釋放，減少神經(jīng)元的死亡，減輕血脊髓屏障的破壞進(jìn)而防止脊髓進(jìn)一步損傷[33-34]。

在SCI 組織中，保持IL-10 的較高含量或許可以成為改善炎癥微環(huán)境、促進(jìn)SCI 恢復(fù)的潛在療法之一。Hellenbrand 等[33]利用礦物包覆微粒給SCI 大鼠損傷局部持續(xù)提供IL-10，發(fā)現(xiàn)在一定的時間內(nèi)可以改善軸突形態(tài)，促進(jìn)SCI 后各種功能恢復(fù)。

2.3 IL-37 相關(guān)通路

IL-37 是IL-1 家族中極少數(shù)有抑炎活性的細(xì)胞因子之一。SCI 患者血清IL-37 水平明顯升高，可作為評估SCI 的新型生物標(biāo)志物[35]。動物實驗顯示，IL-37可以降低促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，改善SCI 模型的運動功能[36]。促炎刺激后細(xì)胞產(chǎn)生IL-37 前體，在胞內(nèi)和胞外均可以發(fā)揮作用。IL-37 前體由caspase-1 裂解后形成成熟的IL-37，之后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，抑制促炎基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)胞外存在受體IL-1R8 時，IL-37 結(jié)合并募集IL-1R8，通過抑制NF-κB 和MAPK 以及激活Mer/PTEN/DOK 信號通路來轉(zhuǎn)導(dǎo)抗炎信號，發(fā)揮抗炎作用[37-38]。

3 小結(jié)

SCI 涉及多種病變，神經(jīng)組織修復(fù)緩慢，后期康復(fù)困難大，臨床尚無特效治療方法。炎癥因子及其相關(guān)通路種類多，系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)相互交錯，涉及許多生物分子。同時一些信號具有雙向傳導(dǎo)作用，如IL-10 的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子STAT3，它主要通過IL-10 發(fā)出信號誘導(dǎo)抗炎反應(yīng)，但是在收到IL-6 刺激時，則會驅(qū)動炎癥[39]。除介導(dǎo)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡外，炎癥因子還與神經(jīng)瘢痕[40]和疼痛[41]等多種SCI 后的繼發(fā)反應(yīng)有關(guān)，也可見調(diào)控炎癥因子及其相關(guān)信號通路的重要意義。

不足的是，現(xiàn)有研究通常停留在所涉及的炎癥因子或信號分子最終產(chǎn)生的作用，且多就單一信號通路，很少涉及多個信號通路的協(xié)調(diào)關(guān)系，能否通過調(diào)節(jié)多種生物分子的平衡達(dá)到更有效且穩(wěn)定的治療作用還需進(jìn)一步研究。本綜述還提示，今后的研究者還可以把明確各炎癥因子及相關(guān)信號通路的調(diào)控機(jī)制與臨床實驗相結(jié)合，為治療SCI 提供更好的方法。