脑出血后的炎症机制

刘娜娜，祝继原(综述)，戚基萍，吴　鹤(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院病理科，哈尔滨 150001)

脑出血后的炎症机制

刘娜娜△，祝继原(综述)，戚基萍※，吴鹤(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院病理科，哈尔滨 150001)

摘要：炎症可以加重脑出血后的继发性损伤，并在其中发挥重要作用。脑出血后，血肿成分通过激活小胶质细胞触发炎性通路。活化的小胶质细胞释放促炎性细胞因子和炎症趋化因子来募集周围的炎性细胞。渗入的炎性细胞和小胶质细胞释放炎性因子，最终导致细胞死亡。死亡的细胞释放危险相关分子，加重炎症反应，最终导致脑水肿和神经功能障碍。该文对脑出血后的炎症机制及其最新研究进展予以综述，以期发现脑出血新的治疗靶点。

关键词：脑出血；炎症；小胶质细胞； Toll样受体4

脑出血是一种严重的中枢神经系统损伤，其具有较高的致残率和病死率。脑出血后脑损伤是由多种基因和信号通路参与的复杂的病理生理过程，包括血肿扩张和颅内压增高导致的原发性损伤和细胞毒性、兴奋性毒性、氧化性及炎症引起的继发性损伤；有效控制和减轻脑出血后继发性损是脑出血神经保护治疗的关键，而炎症在脑出血后继发性损伤中起重要作用；炎症机制涉及小胶质细胞的活化、炎性细胞的渗入及细胞因子和炎症趋化因子的释放，最终导致细胞死亡，进而加重大脑损伤[1]。现对脑出血后炎症损伤的机制及其最新进展予以综述。

1小胶质细胞

1.1小胶质细胞小胶质细胞是大脑内固有的非神经元细胞。当小胶质细胞活化时，其本身发生形态和功能上的改变(包括：变大和深染、增殖、迁移和吞噬)，同时其内的促炎症蛋白的表达发生上调[1]。小胶质细胞在脑出血后早期即被激活，Wang[1]在胶原酶诱导的脑出血模型中发现，出血后1 h内即能观察到活化的小胶质细胞。Zhao等[2]发现，在全血注入大鼠纹状体后1~4 h，活化的小胶质细胞出现在血肿周围区域，在3~7 d达到高峰。以上研究说明，小胶质细胞在脑出血后发生活化，并且可能参与早期的炎症应答。

1.2小胶质细胞的活化由于脑是无菌器官，因此炎症反应可能由血肿成分触发。血肿成分包括血细胞(红细胞、白细胞和血小板)、凝血因子、补体成分和免疫球蛋白；体外研究发现，红细胞可以刺激小胶质细胞呈天线样变形[2]。另外，红细胞通过与小胶质细胞表面经典Ⅱ型清道夫受体CD36结合，激活小胶质细胞的吞噬活性，并上调促炎性因子，如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)1β和基质金属蛋白酶9的表达[3]。凝血因子纤维蛋白原通过促进炎症趋化因子的释放诱导小胶质细胞活化；此外，其他血肿成分(如凝血酶和补体)也可以激活小胶质细胞[4-5]。血液凝固因子凝血酶可以增加小胶质细胞中的钙离子浓度，同时促进TNF-α、IL-12和IL-6的释放[4]。脑出血后凝血酶诱导的脑损伤，也有部分是由于补体的激活介导的；凝血酶可以促进补体C3的裂解，促进了脑出血介导的脑损伤[5]。使用药物抑制补体系统减弱了凝血酶诱导的脑水肿形成和神经功能损伤的作用[6]。

1.3小胶质细胞活化的作用脑出血后小胶质细胞/巨噬细胞中活化的核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)可以上调促炎性因子的表达，并且导致脑损伤[7]。NF-κB活化发生在脑出血后数分钟并持续数周[8]。红细胞和血浆可能通过自由基、细胞因子和谷氨酸受体等一系列的信号通路激活NF-κB[7]。 研究发现，抑制小胶质细胞NF-κB信号通路可以改善神经功能损伤[9]。活化的NF-κB通过上调下游基因TNF-α和IL-1β的表达，加重脑出血后血脑屏障的破坏和脑水肿[10-11]。和动物实验一致，在临床中，血浆TNF-α水平与脑出血患者血肿周围脑水肿程度有关[12]。早期抑制小胶质细胞的活化可改善脑出血后的脑损伤[13]。然而，长时程的抑制有可能会削弱小胶质细胞的有益作用。脑出血后血肿成分触发小胶质细胞/巨噬细胞活化，活化后的小胶质细胞/巨噬细胞对血液和损伤、坏死组织进行吞噬清除，进而为组织修复提供一个更有营养的环境[14]。因此，活化的小胶质细胞清除毒性物质的特性可能具有神经保护作用。有研究报道，在自体血和胶原酶两种方式诱导的脑出血模型中均发现，血肿体积在脑出血后7 d开始减小，并发现脑出血后小胶质细胞活化的时间也接近7 d[15]。尽管血肿导致早期小胶质细胞的活化和炎性因子的释放，但是小胶质细胞活化的高峰和血肿吸收的时间窗更接近。

2脑出血后炎性细胞及细胞应答

2.1白细胞在脑出血早期白细胞渗入血肿，而中性粒细胞是最早出现在血肿中的白细胞[1]。在鼠类动物模型中，脑出血早期发现中性粒细胞渗入，约3 d达到高峰[16]。脑出血患者的尸检显示，中性粒细胞渗入最迟发生在脑出血后8 h，并在3 d时消失[17]。这些数据提示，早期中性粒细胞的渗入与脑出血后的急性炎症有关。虽然还没有研究指出中性粒细胞参与脑出血后脑损伤加重的确切机制，但人们发现，在脑出血后中性粒细胞通过产生活性氧类、释放促炎性因子(如TNF-α和IL-1β)、上调基质金属蛋白酶9表达、调节血脑屏障通透性和诱导小胶质细胞/巨噬细胞活化等机制来加重脑损伤[18]。此外，中性粒细胞在2 d内死亡，死亡的中性粒细胞通过刺激小胶质细胞/巨噬细胞释放多种细胞因子、炎症趋化因子、自由基和其他毒性生物分子来加重脑损伤[16]。因此，中性粒细胞的渗入可能加重脑损伤。临床研究也发现，脑出血患者血肿周围区域有中性粒细胞聚集，并且在脑出血发生后最初的72 h内周围中性粒细胞的数量与患者的不良预后有关[17]。最近，Easton[19]认为，中性粒细胞在中枢神经系统中依据环境的不同存在两种表型，一种是促炎症的N1型，另一种是抗炎症的N2型；当中性粒细胞的数量超过临界阈值时，中性粒细胞表现出N2型，这暗示在卒中和其他中枢神经系统炎症疾病中，促进中性粒细胞的浸润可以改善预后。

2.2T细胞研究发现，T细胞参与脑出血后大脑继发性损伤的调控；在动物模型中发现，CD8阳性T细胞水平在脑出血后24 h增加，并在2~7 d达到高峰[20]。此外，还发现CD4阳性细胞数量在脑出血后4 d也发生增加，这暗示CD4、CD8阳性T细胞可能参与脑出血后的炎症反应[21]。Fingolimod是一种减少T细胞循环池的药物，在鼠类自体血或胶原酶诱导的脑出血模型中发现，其可以减少血肿周围T细胞数量，减小脑水肿并下调炎性介质(如γ干扰素、IL-17和细胞内黏附分子1)的表达；在小鼠纹状体自体血和胶原酶诱导的脑出血模型中发现， Fingolimod改善神经功能并减小脑出血后24 h和72 h的脑水肿；Fingolimod处理组的血和脑样本中的淋巴细胞明显比对照组少，并且Fingolimod治疗明显降低了脑出血后72 h小鼠脑内细胞间黏附分子1、γ干扰素和IL-17的表达[22]。这些结果初步暗示，脑出血后T细胞参与加重炎症性损伤。

2.3Toll样受体(Toll like receptors,TLR)4信号通路TLR4在自身免疫和炎症应答中具有重要作用。TLR由富含亮氨酸的重复区域和细胞内Toll-IL-1受体(Toll-interleukin 1 receptor,TIR)区域组成；其中，TLR通过富含亮氨酸的重复区域与配体结合，TIR区域募集细胞内接头蛋白；细胞内接头蛋白包括骨髓分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)、TLR相关的干扰素活化子(TIR domain-containing adaptor-inducing interferons,TRIFs)、含TIR功能区域的接头蛋白和TRIF相关接头蛋白分子；一旦发生募集，这些接头蛋白激活下游信号通路，包括转录因子的活化(如NF-κB)和下游多种促炎性细胞因子的表达(如IL-6、IL-1和TNF-α)[23]。TLR4主要在CD11b阳性小胶质细胞中表达，在血肿周围的白细胞、巨噬细胞和血小板中也有表达[10]。TLR4信使RNA和蛋白在脑出血后6 h显著增加，3 d时达到高峰，之后下降，但是在脑出血后7 d仍维持较高水平[24]。这说明TLR4对脑出血后的炎症可能具有一定的作用。TLR4抑制剂可改善炎症损伤和神经缺陷[25]。同样，TLR4剔除的小鼠也表现出明显的神经功能的改善，包括脑水肿减轻、炎性细胞渗入和炎性因子释放的减少[10]。这暗示TLR4可能通过调节炎性因子的表达介导脑出血后的炎症性损伤。和动物研究一致，脑出血患者TLR4表达的增加与患者不良的临床表现和较大的损伤面积有关[26]。最近发现，MyD88和TRIF信号通路参与TLR4介导的脑出血后炎症应答；MyD88和TRIF缺失的转基因小鼠表现出神经功能的改善，并且炎性细胞因子的释放和巨噬细胞渗入也发生减少；脑出血后TLR4剔除的小鼠中MyD88和TRIF的表达降低；此外，在TLR4剔除的小鼠中，NF-κB活性明显降低，暗示TLR4介导的炎症通过激活NF-κB，进而调节促炎性细胞因子的表达[10]。TLR4剔除导致血肿周围CD36表达的上调，而CD36在脑出血后的小胶质细胞/巨噬细胞中表达并介导对红细胞的吞噬，因此TLR4在血肿吸收中也具有一定的作用[27]。总之，抑制TLR4通路可以减弱脑出血诱导的炎症性损伤，然而TLR4的抑制在临床研究中的作用还有待进一步研究。

3细胞死亡与炎症的正反馈作用

炎症最终导致细胞凋亡和坏死。一些动物和临床研究显示，脑出血后存在细胞凋亡和坏死[28-29]。细胞凋亡或坏死后，释放大量细胞信号分子，其可触发炎症，被称为危险相关分子，包括高迁移率族蛋白(high mobility group box 1,HMGB1)、热激蛋白、透明质酸和硫酸肝素等[30]。除了HMGB1直接触发炎症反应，其余可以通过降解基质蛋白(如胶原蛋白、纤维蛋白和透明质酸)来促进促炎性细胞因子的产生[31]。目前对HMGB1的研究比较多，HMGB1是一种细胞内DNA结合蛋白，可以调节转录；在动物模型和脑出血患者中均发现脑出血后早期HMGB1增多[32-33]，且增多的HMGB1与疾病严重程度有关[33]。活化的小胶质细胞/巨噬细胞也可以分泌HMGB1，HMGB1可以刺激TLR2和TLR4诱导炎症应答；HMGB1的抑制剂甘草皂苷可以减弱脑出血后的脑水肿，并抑制神经元死亡和改善神经功能[17]。以上研究提示，HMGB1参与脑出血后的炎症损伤。

4小结

炎症在脑出血后的继发性损伤中具有重要作用。血肿成分触发的炎症信号导致小胶质细胞活化、周围炎性细胞的渗入和促炎性介质的释放，进而导致细胞死亡和脑损伤。细胞死亡进一步反馈性加重炎症反应，最终加重脑出血后继发性损伤。因此，发现抑制炎症的药物对减小继发性损伤非常重要。近年来，发现了一些抑制炎症通路的药物，都具有不同程度的抑制炎症的作用。未来还需要进一步研究这些药物的临床实用性，并发现更有效的抑制炎症通路的药物。

参考文献

[1]Wang J.Preclinical and clinical research on inflammation after intracerebral hemorrhage[J].Prog Neurobiol,2010,92(4):463-

477.

[2]Zhao X,Sun G,Zhang J,etal.Hematoma resolution as a target for intracerebral hemorrhage treatment:role for peroxisome proliferator-activated receptor gamma in microglia/macrophages[J]. Ann Neurol,2007,61(4):352-362.

[3]Zhao X,Grotta J,Gonzales N,etal.Hematoma resolution as a therapeutic target:the role of microglia/macrophages[J].Stroke,2009,40(Suppl 3):92-94.

[4]Möller T,Hanisch UK,Ransom BR.Thrombin-induced activation of cultured rodent microglia[J].J Neurochem,2000,75(4):1539-1547.

[5]Babu R,Bagley JH,Di C,etal.Thrombin and hemin as central factors in the mechanisms of intracerebral hemorrhage-induced secondary brain injury and as potential targets for intervention[J].Neurosurg Focus,2012,32(4):E8.

[6]Gong Y,Xi GH,Keep RF,etal.Complement inhibition attenuates brain edema and neurological deficits induced by thrombin[J].Acta Neurochir Suppl,2005,95:389-392.

[7]Wagner KR.Modeling intracerebral hemorrhage:glutamate,nuclear factor-kappa B signaling and cytokines[J].Stroke,2007,38(Suppl 2):753-758.

[8]Zhao X,Zhang Y,Strong R,etal.Distinct patterns of intracerebral hemorrhage-induced alterations in NF-kappaB subunit,iNOS,and COX-2 expression[J].J Neurochem,2007,101(3):652-663.

[9]Su X,Wang H,Zhu L,etal.Ethyl pyruvate ameliorates intracerebral hemorrhage induced brain injury through anti-cell death and anti-inflammatory mechanisms[J].Neuroscience,2013,245:99-

108.

[10]Lin S,Yin Q,Zhong Q,etal.Heme activates TLR4-mediated inflammatory injury via MyD88/TRIF signaling pathway in intracerebral hemorrhage[J].J Neuroinflamm,2012,9:46.

[11]Zhang X,Li H,Hu S,etal.Brain edema after intracerebral hemorrhage in rats:the role of inflammation[J].Neurol India,2006,54(4):402-407.

[12]Castillo J,Dávalos A,Alvarez-Sabín J,etal.Molecular signatures of brain injury after intracerebral hemorrhage[J].Neurology,2002,58(4):624-629.

[13]Wu J,Yang S,Hua Y,etal.Minocycline attenuates brain edema,brain atrophy and neurological deficits after intracerebral hemorrhage[J].Acta Neurochir Suppl,2010,106:147-150.

[14]Cox G,Crossley J,Xing Z.Macrophage engulfment of apoptotic neutrophils contributes to the resolution of acute pulmonary inflammation in vivo[J].Am J Respir Cell Mol Biol,1995,12(2):232-237.

[15]Wang J,Rogove AD,Tsirka AE,etal.Protective role of tuftsin fragment 1-3 in an animal model of intracerebral hemorrhage[J].Ann Neurol,2003,54(5):655-664.

[16]Wang J,Doré S.Inflammation after intracerebral hemorrhage[J].J Cereb Blood Flow Metab,2007,27(5):894-908.

[17]Zhou Y,Wang Y,Wang J,etal.Inflammation in intracerebral hemorrhage:from mechanisms to clinical translation[J].Prog Neurobiol,2014,115:25-44.

[18]Moxon-Emre I,Schlichter LC.Neutrophil depletion reduces blood-brain barrier breakdown,axon injury,and inflammation after intracerebral hemorrhage[J].J Neuropathol Exp Neurol,2011,70(3):218-235.

[19]Easton AS.Neutrophils and stroke-can neutrophils mitigate disease in the central nervous system?[J].Int Immunopharmacol,2013,17(4):1218-1225.

[20]Xue M,Del Bigio MR.Comparison of brain cell death and inflammatory reaction in three models of intracerebral hemorrhage in adult rats[J].J Stroke Cerebrovasc Dis,2003,12(3):152-159.

[21]Loftspring MC,McDole J,Lu A,etal.Intracerebral hemorrhage leads to infiltration of several leukocyte populations with concomitant pathophysiological changes[J].J Cereb Blood Flow Metab,2009,29(1):137-143.

[22]Rolland WB,Lekic T,Krafft PR,etal.Fingolimod reduces cerebral lymphocyte infiltration in experimental models of rodent intracerebral hemorrhage[J].Exp Neurol,2013,241:45-55.

[23]Kong Y,Le Y.Toll-like receptors in inflammation of the central nervous system[J].Int Immunopharmacol,2011,11(10):1407-

1414.

[24]Teng W,Wang L,Xue W,etal.Activation of TLR4-mediated NFkappaB signaling in hemorrhagic brain in rats[J].Mediators Inflamm,2009，2009:473276.

[25]Wang YC,Wang PF,Fang H,etal.Toll-like receptor 4 antagonist attenuates intracerebral hemorrhage-induced brain injury[J].Stroke,2013,44(9):2545-2552.

[26]Rodríguez-Yáez M,Brea D,Arias S,etal.Increased expression of Toll-like receptors 2 and 4 is associated with poor outcome in intracerebral hemorrhage[J].J Neuroimmunol,2012,247(1/2):75-80.

[27]Sansing LH,Harris TH,Welsh FA,etal.Toll-like receptor 4 contributes to poor outcome after intracerebral hemorrhage[J].Ann Neurol,2011,70(4):646-656.

[28]Huang M,Hu Y,Dong XQ,etal.The protective role of oxymatrine on neuronal cell apoptosis in the hemorrhagic rat brain[J].J Ethnopharmacol,2012,143(1):228-235.

[29]Zhu X,Tao L,Tejima-Mandeville E,etal.Plasmalemma permeability and necrotic cell death phenotypes after intracerebral hemorrhage in mice[J].Stroke,2012,43(2):524-531.

[30]Rivest S.Regulation of innate immune responses in the brain[J].Nat Rev Immunol,2009,9(6):429-439.

[31]Kono H,Rock KL.How dying cells alert the immune system to danger[J].Nat Rev Immunol,2008,8(4):279-289.

[32]Lei C,Lin S,Zhang C,etal.Highmobility group box1 protein promotes neuroinflammation after intracerebral hemorrhage in rats[J].Neuroscience,2013,228:190-199.

[33]Zhou Y,Xiong KL,Lin S,etal.Elevation of high-mobility group protein box-1 in serum correlates with severity of acute intracerebral hemorrhage[J].Mediators Inflamm,2010,2010：142458.

Mechanisms of Inflammation after Intracerebral Hemorrhage

LIUNa-na,ZHUJi-yuan，QIJi-ping,WUHe.

(DepartmentofPathology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedeicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:Numerous studies have demonstrated that inflammation can aggravate the secondary injury after intracerebral hemorrhage,which is very important.Hematoma components activate inflammatory via activating microglia after intracerebral hemorrhage.Activated microglia release inflammatory cytokines and chemokines which recruit inflammatory cells.The recruited inflammatory cells and microglia induce cell death via releasing inflammatory cytokines.Danger-associated molecules released from dead cells aggravates inflammatory injury,which lead to cerebral edema and neurological deficit ultimately.To identify new therapeutic targets for the treatment of intracerebral hernorrhag,here summarizes recent progress concerning the mechanism of intracerebral hernorrhag-induced inflammation.

Key words:Intracerebral hemorrhage; Inflammation; Microglia; Toll like receptor 4

收稿日期：2014-07-14修回日期：2014-10-17编辑：郑雪

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金(81200885)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.002

中图分类号：R363.21

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)10-1732-04