免疫炎性反应在继发性脊髓损伤中作用的研究进展

王建民(综述)，唐 开(审校)

(大连医科大学附属第一医院骨科，辽宁大连 116011)

目前相关继发性脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)的机制研究主要包括:脊髓微循环障碍机制、氧自由基脂质过氧化反应损伤机制、兴奋性氨基酸毒性作用机制、钙离子内流学说机制、免疫炎性反应机制等［1］。SCI诱发的免疫炎性反应可通过免疫炎性细胞、细胞因子作用于损伤组织，也可通过与其他机制相互作用最终影响损伤组织的恢复［2］。近年来，应用免疫抑制剂治疗SCI 取得良好的结果［3］，表明SCI后的免疫炎性反应在继发性SCI中占重要地位。目前，关于继发性脊髓损伤机制的认识仅限于将各种损伤机制简单地罗列，本课题组通过分析发现SCI后的免疫炎性反应可能是继发性脊髓损伤发生机制的核心，是继发性脊髓损伤的其他各种损伤机制的源头，其他各种损伤机制只是免疫炎性反应机制的下游过程或结果，故免疫炎性反应在继发性损伤中起着重要的作用。现就此予以综述，以期指导SCI的治疗。

1 继发性脊髓损伤相关免疫炎性细胞及细胞因子

1.1 免疫炎性细胞

1.1.1 淋巴细胞 淋巴细胞是免疫细胞中的核心细胞群体，根据其表型和功能的不同可分为T细胞、B细胞、自然杀伤细胞等，并进一步分为若干亚群。

正常情况下，由于血脊髓屏障的存在，除极少活化的淋巴细胞外，外周血中的淋巴细胞很难进入脊髓组织。SCI后，随着血脊髓屏障通透性的改变和损伤部位释放各种趋化因子，淋巴细胞浸润到脊髓组织。值得注意的是，SCI后局部淋巴细胞升高的同时，外周淋巴细胞却降低［4］。目前，应用免疫抑制剂治疗SCI已经取得良好的效果［3］，但免疫抑制剂可使已经降低的淋巴细胞继续降低，从而使机体免疫功能下降，感染概率增加，故在应用免疫制剂治疗SCI时需要注意其不良反应。

SCI后局部浸润的T淋巴细胞对神经功能的恢复表现出双重作用［5］。活化的T淋巴细胞可以产生氧自由基、蛋白水解酶等物质诱导细胞凋亡，加重SCI。同时，还可以破坏微血管的完整性导致组织水肿。Lee等［6］应用免疫抑制剂 FTY720治疗大鼠SCI，发现与对照组相比，治疗组脊髓组织内淋巴细胞明显减少，治疗组双下肢功能和膀胱功能的恢复也优于对照组。这提示T细胞可以加重组织的损坏。然而，胡福广等［7］在大鼠SCI模型中用髓鞘碱性蛋白进行主动免疫，发现激活的自身免疫T细胞能够显著提高SCI后运动功能的恢复，同时能减少神经细胞的死亡。目前关于自身免疫T细胞对SCI恢复的作用机制尚不明了，Kipnis等［8］认为这种自身免疫反应能否促进神经元的恢复与自然发生的调节性T细胞(CD4+和CD25+)存在与否有关。推测淋巴细胞对SCI的恢复，表现出不同的作用可能与淋巴细胞亚群的不同有关。

1.1.2 中性粒细胞 中性粒细胞是白细胞中数量最多的细胞，其胞质内含许多小颗粒。颗粒可分为嗜天青颗粒和特殊颗粒，前者含髓过氧化物酶、酸性磷酸酶等，后者含碱性磷酸酶、吞噬素、溶菌酶等。髓过氧化物酶为中性粒细胞所特有，其活性高低可以敏感地反映中性粒细胞的数量和活性，故一般将其作为中性粒细胞的标志［9］。

中性粒细胞趋化因子可特异性趋化中性粒细胞穿越血管内皮进入损伤组织。大鼠体内的中性粒细胞趋化因子与人类白细胞介素(interleukin，IL)8相对应，两者的结构和功能相近。

中性粒细胞是SCI后免疫炎性反应的主要炎性细胞，也是第一个到达损伤组织的炎性细胞［5］。SCI后，内皮细胞受肿瘤坏死因子α、脂多糖、组胺和凝血酶等刺激活化后，表达细胞黏附分子。细胞黏附分子促使中性粒细胞和内皮细胞间相互作用，最终导致中性粒细胞的浸润和活化。SCI后，局部浸润的中性粒细胞能够加重继发性脊髓损伤［9］。活化的中性粒细胞可以吞噬局部坏死的组织，同时也可以释放弹性蛋白酶和活性氧加重组织的损伤。弹性蛋白酶可以增加血管通透性、损伤内皮完整性，使局部微循环紊乱。活性氧通过脂质过氧化、补体等途径损坏神经元，加重神经功能障碍。

1.1.3 小胶质细胞 在哺乳动物中枢神经系统中，小胶质细胞占胶质细胞的10%～20%，是中枢神经系统中主要的免疫细胞。

在正常生理环境下，小胶质细胞处于静止状态，在神经元的生理活动中起着营养、支持、保护的功能［10］。小胶质细胞需要被激活才能参与炎性反应。小胶质细胞对极小的病理变化也会做出相应的适应性反应。小胶质细胞可因缺血、缺氧、干扰素、细胞外钾离子浓度改变等因素激活。激活的小胶质细胞可以释放细胞因子(巨噬细胞集落刺激因子、肿瘤坏死因子α)、蛋白酶类(胶原酶、弹性蛋白酶、组织纤溶酶原激活物、基质金属蛋白酶)、一氧化氮、花生四烯酸、兴奋性氨基酸、活性氧等物质加重组织的损伤。小胶质细胞是中枢神经系统内固有免疫效应细胞，可作为抗原递呈细胞，刺激T淋巴细胞的增殖活化。也有研究认为，SCI后，小胶质细胞可以通过分泌如IL-10、地诺前列酮、生长因子、IL-6等多种细胞因子对神经系统的恢复起到营养和保护作用。

1.1.4 星形胶质细胞 星形胶质细胞是胶质细胞中体积最大、数量最多的一种，胶质纤维酸性蛋白是其特征性标志物。在损伤早期，星形胶质细胞可以合成和分泌20多种细胞因子，如神经生长因子、睫状神经营养因子、转化生长因子家族、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、前列腺素、胰岛素样生长因子及其他细胞外基质成分、IL-1、IL-3、IL-6、S100β、碱性成纤维细胞生长因子，星形胶质细胞还可以合成神经活性物质，如血管紧张素和产生促红细胞生成素。这些因子对维持神经元的生长、发育、再生与分化发挥重要作用。

然而，星形胶质细胞也有其对继发性脊髓损伤恢复不利的方面，比如星形胶质细胞过度增生可导致胶质瘢痕的形成，胶质瘢痕可成为轴突再生、延长、融合的机械性屏障［11-12］。星形胶质细胞可产生大量一氧化氮，介导神经元发生坏死。

1.2 细胞因子

1.2.1 肿瘤坏死因子 肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)主要由单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞［13］产生。在正常脊髓组织中无TNF-α表达。SCI后，早期即有TNF-α的表达，而且主要分布在损伤脊髓局部。苗巍巍等［14］研究发现，TNF-α在损伤后24 h即有明显表达，且在48、72、96 h表达持续增加。

TNF-α在继发性脊髓损伤中具有极其重要的作用。TNF-α作用于内皮细胞，提高细胞间黏附分子的表达，继而促进对中性粒细胞的黏附，引起内皮细胞损害，并能活化聚集的中性粒细胞使其释放大量的细胞毒素，如氧自由基、蛋白水解酶等，从而对组织产生破坏作用。TNF-α破坏内皮细胞间的紧密联结，使血脊髓屏障通透性增加，血液中的成分进入脊髓实质，从而加重免疫炎性反应。TNF-α还诱使内皮细胞产生其他炎性介质，比如 IL-1、IL-6、IL-8和TNF本身等。TNF-α可以诱导花生四烯酸代谢物的释放及脂质过氧化物、氧自由基的产生，这些物质均可损害细胞膜。TNF-α还可通过兴奋性氨基酸、一氧化氮［15］等途径介导细胞凋亡。

1.2.2 白细胞介素 目前已知的与继发性脊髓损伤关系密切的IL至少包括IL-1、IL-6、IL-10三种。

SCI后IL-1和IL-6的表达具有时间上的早期性和空间上的局限性。SCI后局部升高的IL-1，可使损伤局部出现炎症及水肿反应，调控趋化因子，激活免疫炎性细胞，刺激其他细胞因子的合成。IL-1β可诱导体外培养的多种神经细胞的凋亡。Lloyd等［16］学者在脑损伤模型中发现，抑制IL-1可以促进机体神经功能的恢复。

IL-6具有致炎作用，可以促进SCI炎性细胞浸润到损伤局部，抑制神经功能的恢复［17］。另外，IL-6也可起到神经营养因子样作用。最近研究［18］还发现IL-6也可促进神经干细胞向神经胶质细胞分化。

IL-10具有强烈的炎症抑制活性，对免疫炎性反应过程中的多个环节具有抑制作用［19-20］。可以抑制多种细胞因子的合成，如干扰素 γ、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-12和趋化因子;抑制炎性细胞的迁移;抑制Th0细胞向Th1细胞的转化。IL-10具有神经保护功能，可成为SCI的有效辅助治疗方法［19-20］。

1.2.3 一氧化氮与一氧化氮合酶 一氧化氮(nitric oxide，NO)在继发性脊髓损伤机制中扮演着重要的角色。中枢神经系统内的NO主要是由血管内皮细胞、神经细胞等细胞内的一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)催化L-精氨酸而生成的。人体内的NOS按来源可分为三种亚型:神经型NOS(neuronal NOS，nNOS)、内皮型 NOS(endothelial NOS，eNOS)和诱生型 NOS(inducible NOS，iNOS)。其中 nNOS和eNOS又称为结构型NOS(constitutive NOS，cNOS)。SCI时局部聚集的大量免疫细胞均能产生NOS，NOS在损伤脊髓局部合成大量NO。SCI后即刻到12 h，NO水平逐渐增加，此高峰可能由nNOS引起。在SCI后的24 h和72 h出现NO表达的第二高峰，此高峰可能由iNOS引起［21］。

NO具有神经毒性和神经保护的双重作用［21］。SCI后适量的NO可以舒张毛细血管，恢复局部血液供应，改善局部组织缺血、缺氧状态，减少血小板的黏附、聚集，从而起到神经保护的作用。但是，大量释放的NO通过介导兴奋性氨基酸、活性氧等途径对局部组织产生损害作用。

2 免疫抑制剂治疗脊髓损伤

2.1 FK506 FK506 又名他克莫司(tacrolimus)，属大环内酯类药物，具有强大的免疫抑制作用。FK506可与细胞内相应的FK受体结合形成具有生物活性的复合物，继而阻断辅助性T细胞释放IL-2以及杀伤性T细胞的增殖，抑制小胶质细胞、巨噬细胞在损伤局部的聚集与活化，减轻继发性脊髓损伤的程度。FK506可通过血脊髓屏障，在SCI局部的浓度远高于外周血中的浓度。

除免疫抑制作用外，FK506尚有强有力的神经再生与神经保护作用［3，22］。Lopez-Vales 等［22］应用FK506治疗大鼠SCI，发现FK506对损伤的脊髓起保护作用，能加速神经再生，促进肢体功能的恢复。同时，也比较了FK506与甲泼尼松龙在治疗SCI时的作用，发现 FK506对 SCI的保护作用要优于甲泼尼龙。

但FK506作为常规免疫抑制剂有明显的不良反应，长期应用可严重抑制机体的免疫功能，导致机体的免疫功能下降，而且可损害肝肾功能，引起血糖升高［23］。尤其对于SCI患者，本身抵抗力已严重下降，容易继发感染，因此使用FK506更要谨慎。

2.2 FTY720 FTY720是一种极有潜力的新型免疫抑制剂，具有广泛的科研和临床应用前景。1994年日本的Fujita教授［24］从冬虫夏草中的培养液中分离提取出ISP-1，又名嗜热菌杀醇母素，随后，又在其结构基础上，经一系列化学修饰加工而合成此药物［25］。FTY720可以高选择性地作用于淋巴细胞，降低外周血中的淋巴细胞数量。FTY720对T淋巴细胞的作用强于对B淋巴细胞的作用，也强于对自然杀伤细胞的作用，对CD4+T细胞的作用强于对CD8+T细胞的作用［26］。FTY720导致的外周血淋巴细胞数量的降低是可逆的，停药后淋巴细胞数量很容易恢复到原来状态。FTY720主要通过诱导淋巴细胞归巢和凋亡来降低外周血中的淋巴细胞数量，从而阻止活化的淋巴细胞迁移至移植器官或炎症组织部位，达到免疫抑制作用［27］。

与传统免疫抑制剂相比，FTY720作用机制独特，不良反应小，免疫抑制效果强大，不影响免疫记忆，不影响外周血单核细胞、粒细胞、红细胞的数量，尚未发现对肝、肾、胃肠道和骨髓的毒性反应［28］，在发挥免疫调节作用的同时并不降低患者的免疫功能，与其他免疫抑制剂(如环孢素、FK506等)联合使用时，具有良好的协同作用［29］。目前关于FTY720的研究主要集中在器官移植、自身免疫性疾病、肿瘤等领域，在治疗SCI方面研究甚少。但由于其具有上述众多优点，且在治疗SCI时，效果优于甲泼尼龙、FK506［29］等传统药物，可以预期在未来 SCI的治疗中，FTY720将发挥极为重要的作用。

3 展望

免疫炎性反应在继发性脊髓损伤中的作用提示，可以通过干预免疫炎性反应来达到治疗SCI的目的。目前，关于此方面的研究已有很多，但尚有众多问题亟待解决，比如免疫炎性反应对继发性脊髓损伤有其有利的一方面也有其不利的一方面，如何适当地干预免疫炎性反应仍需进一步研究;单一地干预免疫炎性反应中的一个因素，治疗效果往往是有限的，寻求新的干预免疫炎性反应的方法对治疗SCI有着重要的意义;FTY720作为一种新型免疫抑制剂，在治疗SCI方面有着良好的前景。

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