脑梗死的免疫学研究进展

张雷 陆正齐

脑梗死是神经科最常见的疾病之一，其发病率高，致残率高，已成为人类致死的主要疾病之一。其发病机制、病理生理过程非常复杂，目前尚缺乏直接、有效的治疗方法来降低脑组织的损伤。大量研究结果表明，免疫反应在其发病机制中起着非常重要的作用，涉及多种免疫因子及免疫细胞，它们既与脑缺血损伤有关，又可对脑缺血产生保护作用。对脑梗死免疫机制的研究将有助于为脑梗死的治疗提出新手段。该文就脑梗死的免疫学进展进行综述。

1 脑缺血早期的炎性反应信号通路

脑缺血和再灌注触发一系列的炎性反应，其范围涉及脑组织、脑血管、血液和淋巴器官。脑血管阻塞后，脑组织缺氧、血流剪切力的改变和活性氧族（reactive oxygen species，ROS）的产生触发了凝血瀑布反应，同时导致补体、血小板和血管内皮细胞的活化［1－2］。随后，血小板和白细胞被纤维素包裹，导致微血管阻塞［3］。在脑缺血数分钟内，黏附分子P选择素被转运到血小板和内皮细胞膜的表面，并迅速产生促炎信号［4］。氧化应激使内皮细胞产生一氧化氮（NO）减少，而NO是一种强有力的血管扩张剂，并能抑制血小板聚集和白细胞黏附。NO功能的下降加速了血管的阻塞，同时使血流量下降，从而加重缺血区的损伤。此外，氧化应激引起周细胞收缩，导致更多的微血管阻塞［5］。氧化应激和炎性反应介质还增加了血－脑脊液屏障的通透性，使内皮细胞胞质中的胞饮小泡增多，从而增强了跨内皮细胞的转运［6］。在缺血缺氧的情况下，血管细胞表达蛋白酶，白细胞也释放蛋白酶，内皮细胞间的连接蛋白被降解，导致细胞和蛋白从血管漏出。缺血和再灌注损伤激活了血管周隙的巨噬细胞和肥大细胞，肥大细胞脱颗粒释放出血管活性介质，如组胺、蛋白酶和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF），而活化的巨噬细胞则释放各种促炎细胞因子［7］。这些促炎介质有助于内皮细胞表达黏附分子，并能加重血－脑脊液屏障的破坏从而促进白细胞浸润。

2 脑梗死与获得性免疫

脑梗死后针对中枢神经系统（central nervous system，CNS）抗原产生的抗体的出现提示体液免疫参与其中，也表明循环中的T细胞增强了诸如髓鞘碱性蛋白及相关肽段等CNS抗原的敏感性。在啮齿类动物和人类的脑梗死，抗原递呈细胞的数量在外周血减少，在缺血的脑部则增加［8］。在缺血区脑组织，抗原递呈细胞的聚集和白细胞浸润的高峰吻合，而且与主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）Ⅱ类分子和共刺激分子CD80的表达相关，这些都表明在梗死区存在抗原递呈的过程。通过探讨啮齿类动物局灶脑缺血中淋巴细胞的作用研究结果也支持获得性免疫参与其中。缺血导致主要的淋巴细胞亚型进入脑部，而且越来越多的证据表明其与缺血性损伤有关。另一方面，淋巴细胞缺陷对小鼠缺血性损伤具有保护作用［9］。这种保护作用与T细胞有关，因为对B细胞缺陷小鼠进行B细胞重建后仍对缺血性损伤具有保护作用。研究结果显示T细胞通过释放促炎细胞因子白细胞介素17（interleukin-17，IL-17）参与缺血性损伤［10］。相反，调节性 T细胞（regulatory T cell，Treg）在脑缺血后期具有保护作用，但这种作用只有在损伤较轻的情况下才明显［11－12］。此外，诱导动物对髓鞘源性肽段耐受的实验也支持细胞免疫参与脑梗死的观点。在动脉阻塞前反复经黏膜给予髓鞘抗原可以减轻啮齿类动物的缺血性脑损伤。尽管这种耐受是抗原特异性的，但其保护性效果并不局限于由该抗原直接导致的免疫反应损伤，其保护性效果更加广泛，这种现象称为旁观者抑制［13］。给幼稚小鼠主动输注经过诱导耐受的动物的脾细胞或CD4＋T细胞也能诱导出这种保护作用，提示细胞免疫机制参与其中［14］。有部分T细胞能对脑梗死所暴露的抗原产生耐受，对其功能进行检测发现，这种T细胞介导的是Th2细胞因子反应。这种效应被归因于IL－4和IL-10的产生，这两种细胞因子有利于分泌转化生长因 子－β（transforming growth factor-β，TGF-β）的Treg细胞的产生。另外还有研究发现，给予由MHCⅡ复合物的1和1结构域与一种髓鞘肽抗原结合所组成的重组T细胞受体配体能减小局灶性脑梗死的体积［15］。这种保护作用可能与浸润的炎性反应细胞的减少有关，也有可能是因为针对髓鞘的自身反应性T细胞受到抑制。尽管重组T细胞受体配体可能不与T细胞结合，而是与抗原递呈细胞（antigen presenting cell，APC）和血小板结合［16］，但这些发现仍提示细胞免疫在缺血性脑损伤的机制中发挥着作用。

尽管有证据支持脑缺血后存在自身免疫反应的观点，但对于由经典的获得性免疫导致缺血性脑损伤的这种假说仍存矛盾之处。首先，T细胞参与脑损伤的时相特点与获得性免疫的不一致。不管是淋巴细胞缺陷小鼠，还是通过阻断脑梗死后T细胞进入缺血区，其保护作用都出现在缺血后的24～48h；而在获得性免疫反应，从抗原递呈到自身反应性T细胞克隆扩增并对靶器官进行免疫攻击需要7～10d。其次，对淋巴细胞缺陷小鼠进行针对非CNS抗原的T细胞重建也会加重缺血性损伤，而且共刺激分子的缺乏对小鼠的脑缺血并无保护作用，众所周知，共刺激分子是抗原特异性T细胞反应所必需的。出乎意料的是，CD4＋和CD8＋T细胞均参与缺血性脑损伤，这和其他器官的自身免疫反应不同，在其他器官是以T辅助细胞和T效应细胞中的一种占优势［17］。上述证据均不支持由于脑梗死导致CNS抗原释放和递呈所导致的自身免疫攻击。

3 炎性反应的消退与组织修复

脑缺血后的炎性反应是一种自限性过程，随后发生损伤脑组织的结构和功能的重组。调控炎性反应消退和组织稳态重建的因素尚不清楚，尤其是在脑部。越来越多的证据提示炎性反应的消退并不是一个由相关信号通路耗竭的被动过程，相反，大量能抑制炎性反应的介质参与其中。这一过程主要步骤包括死亡细胞的清除、抗炎环境的形成、加快组织重建和修复的促生存因子的产生［18］。

4 脑梗死与全身免疫

在脑梗死，除脑部有炎性反应外，在血液、骨髓、脾和其他淋巴器官中也可观察到免疫学改变［19］。对脑梗死患者外周血的基因组分析发现特征性的炎性反应基因表达模式，这有助于确定脑梗死的病因，也反映了系统性炎性反应对脑损伤的特异性［20］。在啮齿类动物的脑梗死模型中，白细胞计数与细胞因子和炎性反应标记物的表达于缺血后数小时内升高，这和人体的情况相同。在这种急性期反应过后的1～2d内出现显著的免疫抑制，尤其是在大面积梗死的个体，特征性表现为淋巴细胞减少，单核细胞功能活性下降，抗炎细胞因子上调，淋巴细胞凋亡和脾萎缩。这些免疫学改变和呼吸道及泌尿道感染的高发生率相关，后者是导致脑梗死后相当部分患者死亡的原因。感染常出现在大面积梗死的患者，并伴有CD4＋淋巴细胞计数减少和血浆IL-6和IL-10水平升高，这些现象均提示存在免疫抑制。这些全身性免疫改变是如何介导的尚不清楚，但有证据表明交感激活和应激下类固醇和儿茶酚胺的释放参与其中。因此，脑梗死后最易患感染的患者血浆皮质醇和儿茶酚胺水平升高，而在啮齿类动物的脑梗死模型中，使用类固醇拮抗剂和 肾上腺素能受体拮抗剂普萘洛尔能抑制淋巴细胞凋亡和感染的倾向［21］。

脑梗死后的免疫抑制有两方面的生物学意义。有利的一方面是，淋巴细胞减少和免疫抑制能限制针对CNS抗原的自身反应性T细胞的产生，从而减轻对脑部的自身免疫攻击。不利的一方面是，脑梗死后的免疫抑制增加感染的发生率，感染是脑梗死预后不良的一个主要决定因素。急性感染也能通过上调共刺激分子和促进抗原递呈对脑梗死预后造成不利影响。动物实验表明，在再灌注时给予细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）来诱发脑卒中后感染可使脑卒中结局恶化，还会增加脑梗死后1个月的脑萎缩程度［22］。这种作用与T细胞对CNS抗原致敏和Th1细胞因子反应有关，也与B7.1的表达增加相关，B7.1是抗原递呈必不可少的共刺激分子。

5 脑梗死的免疫治疗

脑梗死的治疗仍面临着重大挑战，目前重组组织型纤溶酶原激活剂（recombinant human tissuetype plasminogen activator，rt-PA）溶栓是惟一有效的治疗方法，但因其治疗时间窗仅有4.5h，只有不到5%的急性脑梗死患者能及时接受这种治疗［23］。在啮齿类动物的临床前研究中，抑制炎性反应显示出独特的优势，此治疗方式具有更加宽松的时间窗，在脑卒中后的12～24h给药仍然有效。

此外，考虑到炎性反应的损伤作用与再灌注明显相关，抑制炎性反应有可能成为应用溶栓药或取栓术进行再灌注治疗的有效补充手段。尽管这些想法都基于动物实验，可能并不能完全在人体得到一样的效果，但炎性反应作为一个关键的致病因素仍然是吸引研究者们探讨治疗脑梗死的方向。

5.1 抗炎药物 直接针对黏附分子的阻断性抗体和重组的中性粒细胞抑制因子在临床试验中均未取得成功。其原因可能是炎症炎性反应可通过多条通路起作用，因此仅阻断一个细胞因子或黏附分子并不能有效地抑制炎性反应。基于这种想法，中和信号通路上游的介质或者同时阻断多条炎性反应通路可能会取得更好的效果。动物实验表明，阻断补体、Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）或清道夫受体等炎性反应通路的上游成分具有很好的治疗效果［24－25］。此外，米诺环素是一种具有包括广泛抗炎作用在内的多种神经保护作用的药物，在临床试验中已取得初步的成效［26］。

5.2 基于免疫调节和T细胞的方法 缺血耐受具有保护性的免疫调节作用。通过对缺血后免疫反应的调节，它能同时抑制缺血瀑布反应的多条通路。同样，通过给予低剂量的LPS诱导耐受也对缺血性脑损伤具有保护作用。通过黏膜给予髓鞘抗原和E选择素能促进具有保护作用的Th2反应，这种反应能作用于多条通路抑制炎性反应的损害作用。近期研究发现分泌IL-17的T细胞（Th17细胞）在自身免疫性疾病和脑缺血的组织损伤中起着关键的作用［27］，因此通过拮抗IL-17可能对脑梗死有治疗作用。此外，通过促进Treg细胞的保护作用也可能有效，尽管也有研究者指出这种细胞具有破坏作用。

综上所述，免疫在脑梗死的发病机制中发挥极其重要的作用，其机制十分复杂。免疫和炎性反应既有加重缺血性脑损伤的作用，又有促进组织恢复的作用。对其双重作用的机制尚未完全清楚，免疫系统对CNS抗原的记忆作用是否与复发性脑梗死有关也未有定论。尽管脑梗死的免疫治疗在临床上尚未获得成功，但目前正在进行的临床试验依然值得期待，而且随着研究的不断深入，相信在脑梗死的治疗中免疫治疗将占据重要的地位。

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