肿瘤坏死因子-α与脊髓损伤的研究进展

赵梦滢，朱钰文，黄立丹，吴淑芳，刘学红

肿瘤坏死因子-α与脊髓损伤的研究进展

赵梦滢，朱钰文，黄立丹，吴淑芳，刘学红

近年来，研究发现，肿瘤坏死因子-α（TNF-α）在急性脊髓损伤后炎症反应的发生中发挥着重要的作用。TNF-α可以上调其他炎性因子的产生，被认为是其他炎性因子的启动因子，参与损伤区炎症级联反应。本文就脊髓损伤后损伤区TNF-α的表达水平、介导的炎症信号通路以及不同浓度TNF-α的作用机制等方面进行综述。

脊髓损伤；炎症反应；肿瘤坏死因子-α；信号通路

脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)可以导致损伤平面以下的感觉、运动功能发生障碍，严重者甚至会导致截瘫或死亡[1]，目前治疗方法多样，但对于完全性SCI修复重建临床有效性受限。SCI后多种炎症因子的表达呈现增高趋势,包括主要的抗炎因子（IL-4、IL-10、TGF-β），趋化因子（MCP-1、MIP-1）和促炎因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）[2]。炎症因子的表达能够导致相应的炎症细胞进入受损脊髓局部而产生炎症反应，使损伤区域的内环境紊乱，在SCI重建中无法重建损伤的神经轴突，加重SCI。在众多促炎因子中，TNF-α是一个关键的炎症因子,介导上游和下游多条炎症反应信号通路[3]。本文就SCI后损伤区TNF-α的表达水平、介导的炎症信号通路以及不同浓度TNF-α的作用机制等方面进行了综述。

1 TNF-α的生物学特征

TNF-α可由体内多种细胞产生,在外周可以由自然杀伤细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞产生，其中活化的巨噬细胞是其最主要的来源；在中枢神经系统则主要来源于神经元和神经胶质细胞。TNF-α作为一种促炎细胞因子,在中枢神经系统中起调节稳态的病理生理学作用。在病理条件下，小胶质细胞释放大量TNF-α，这些TNF-α是一些神经系统疾病的神经炎症反应的重要组成部分，在细胞信息传递和创伤后炎症反应中有着重要的作用[4]。

TNF-α可调节TNF的转录水平，生物学作用广泛，它的生物活性主要通过两个不同的细胞表面受体TNFR1、TNFR2来实现,它们的细胞外域可以被释放的蛋白质水解形成可溶性TNF受体(sTNFR1和sTNFR2)[5]。I型TNF-α受体(TNFRI)分布广泛,表达在有核细胞表面，基因定位于第12号染色体12 p13，由10个外显子组成；而II型TNF-α受体(TNFRII)主要表达在免疫系统的细胞，基因定位于第1号染色体1 p36，包含1个外显子[6]。这两种受体的相互作用介导相同的和不同的下游信号通路。TNFR1激活MAPK和核转录因子（NF-κB）信号通路，介导许多促炎细胞因子的产生[7]。TNFRII可以结合TNF受体相关因子 (TRAF)形成复合体激活NF-κB和JNK激酶，生物学功能除了主要集中配体增强TNFR1信号传导、诱导内源性TNF的分泌以加强活化TNFR1诱导炎症反应和细胞凋亡[8]，还诱导增殖[9]。

2 TNF-α在SCI中的作用

SCI分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤是神经元、胶质细胞或血管组织由于暴力作用受到伤害而引起的即时性损伤。当原发性损伤产生后几分钟，机体将出现多种病理生理变化，包括缺血、水肿、出血、炎症反应、能量代谢系统紊乱,引起氧化损伤，最后导致继发性损伤的发生[10]。SCI后发生的局部缺血缺氧、血管活性物质的释放以及脊髓血液灌流的改变等血管因素的改变被视为脊髓缺血再灌注损伤。缺血再灌注损伤被认为是二次脊髓损伤[11]，其机制综合多方面因素，其中炎症反应产生细胞因子、趋化因子的释放以及免疫细胞的补充是其损伤的因素之一[12]。炎症反应和脊髓缺血再灌注这些血管因素综合起来是脊髓继发性损伤级联反应的一部分。TNF-α可促进微血管内皮细胞粘附分子的表达，诱导中性粒细胞和单核细胞趋化因子的产生，导致白细胞聚集、黏附，从毛细血管迁移到组织损伤区而加剧炎症反应；能激活胶质细胞，导致胶质增生和瘢痕形成及继发毒性作用；破坏血脊髓屏障[13]；诱导花生四烯酸代谢产物的释放和脂质过氧化物,破坏神经细胞和增加氧自由基生成,最终导致脊髓组织坏死[14]。

现已证实NF-κB对SCI后TNF-α有精确调控。NF-κB是在胞浆中的一种快反应转录因子，位于炎症反应信号通路的枢纽位置，被视为炎症反应的关键信号转导因子，在SCI后细胞因子的转录方面扮演了一个重要的角色[15，16]。脊髓神经元、胶质细胞的激活涉及免疫系统的重要组成,触发快速的信号转导造成NF-κB瀑布式产生，推进促炎细胞因子的基因表达，在损伤中引起病理生理改变[17]。NF-κB信号通路激活过程[18]如下：TNF-α主要和其靶细胞膜上特异性受体TNFR1结合，可引起TNFR1三聚化及其胞内区死亡区域沉默子SODD的释放，其胞内区的死亡结构域DD即可与TRADD死亡结构域相关蛋白结合,通过TNFR1-TRADD-TRAF2一系列级联反应激活NF-κB，但在休眠期细胞,NF-κB二聚体隐藏在IκB家族的抑制蛋白质的胞质中。IKKs（主要是IKKβ）是激活NF-κB的主要蛋白激酶，使得IκB磷酸化降解，从而解除NF-κB的抑制状态，NF-κB p65随后从细胞质转移到细胞核中与细胞因子基因中启动子或增强子上特定的κB序列结合，激活靶基因的转录，包括促炎细胞因子（如IL-β和TNF-α）[19，20]。

在SCI炎症反应中也存在着MAPK信号转导途径的激活，一些炎症因子如IL-1β、TNFα和IL-6的产生对它的激活是必要的[2]。该信号通路的激活类似于NF-κB信号通路，同样是TNF-α与胶质细胞膜上的 TNFR1结合，依次 通过 TNFR1-TRADD-TRAF2激活MAPKs[3],之后进行MAPK三步级联反应，即MAPKK激酶(MKKK)磷酸化激活MAPK激酶(MKK)，后者磷酸化后激活MAPK，活化的MAPK再激活一些转录因子，从而调控基因表达。MAPKs家族成员中ERK1/2和P38磷酸化后调控炎症效应细胞中转录因子的活性[11]，诱导趋化因子的分泌，活化并募集更多的炎症细胞，产生IL-1、IL-6、TNF-α等多种细胞因子，加剧损伤区的炎症反应。MAPK家族也可通过参与激活IκB，从而活化NF-κB间接调控TNF-α的转录和表达。在SCI后MAPKs信号转导通路和NF-kB信号转导通路共同参与TNF-α的诱生机制。TNF-α生成后又可经受体TNFRI激活p38、ERK1/2、NF-κB，诱导包括TNF-α本身在内的促炎性细胞因子的表达。TNF-α作为NF-κB和MAPKs强有力的激活因子，其高表达激活了NF-κB和MAPKs，两者又能进一步促进TNF-α的转录，导致最初的炎症级联反应扩大，实现了活化与再活化的循环，表明它们之间有着正反馈调节现象。功能性TLR4的缺乏可以显著减少促炎因子的分泌[21]。LPS／LBP／CD14复合物激活TLR4受体可以迅速激活小胶质细胞并启动下游多个信号通路，最常见的是ERK1/2和p38 MAPK信号通路和IKK-NF-κB信号通路，导致快速激活炎症因子，包括IL-1β、IL-6和TNF-α[11，22]。Martorana等[23]用醉茄素A预处理和后处理胶质细胞都能通过LPS/TLR4信号通路减弱NF-κB的活动和随之而来的TNF-α、COX-2和iNOS的产生，减轻神经系统炎症反应方面的疾病。基于这些，调制LPS诱导的NF-κB和MAPK信号通路减少TNF-α等炎症因子的表达可能是减轻SCI后炎症反应的新策略[24]。

低浓度的TNF-α参与抗感染、促进组织修复和清除坏死物质，保护机体免受损伤，但如果诱导产生了高浓度的TNF-α，将会引发细胞因子的级联反应，出现过度炎症反应，对机体造成损伤。TNF-α在SCI后的创伤部位快速产生，可引起神经元凋亡,在早期直接抑制TNF-α表达可以减轻脊髓病理变化和改善功能障碍[16]。对大鼠压迫性SCI模型的研究中发现，损伤后30 min TNF-α mRNA表达显著增强，损伤后4 h损伤区组织TNF-α表达最高[25]。TNF-α大量表达后，可通过直接的细胞毒作用、收缩血管、降低脑和脊髓血流及聚集中性粒细胞和单核细胞，造成创伤局部的炎症反应；能刺激TNF-α等炎性细胞因子的释放，以协同其本身的效应，进一步加重创伤局部的炎症反应，导致细胞凋亡[26]；能诱导花生四烯酸、脂质过氧化物及氧自由基的产生，损伤细胞膜并增加血管通透性，这些特性可能与SCI后水肿形成的机制有关。Yang等[27]在动物实验中使用TNF-α抗体来中和TNF-α，证明可改善大鼠SCI损伤区域局部血流再灌注，有利于脊髓功能恢复。但对SCI进一步研究发现，中枢神经系统损伤后免疫反应产生的细胞因子可诱导免疫细胞产生神经营养因子，增强神经元的黏附和促进轴突的生长，并且释放蛋白水解酶，促进损伤脊髓功能恢复，这些SCI后TNF-α的变化方面表现很突出，从而认为TNF-α的活性对于调节内生性细胞死亡抑制机制起重要作用。TNF-α是一种多效性的细胞因子[28]，一方面TNF-α在SCI后参与炎症反应、髓鞘的破坏、凋亡神经细胞的死亡以及星形胶质细胞的产毒作用；另一方面,TNF能刺激神经突触产物,诱导生长因子的分泌,帮助组织重构[29]。以上说明TNF-α参与了脊髓继发性损伤过程，控制TNF-α的高表达对减轻脊髓继发性损伤具有重要意义。

3 展望

TNF-α在SCI后炎症反应发生的过程中发挥着双重的作用，保持一定浓度的TNF-α可以促进神经功能的恢复，TNF-α过度表达则造成对神经细胞的损伤。激素甲基强地松龙能抑制NF-κB的活性和TNF-α的表达，但它长期使用易导致代谢并发症和伤口感染的风险增加,作为一种治疗方法存在一定的争议[12，15]。目前，TNF-α抑制剂英夫利昔单抗和甲基强地松龙联合使用，在SCI治疗方面取得了很好的效果，但是对其联合治疗机制和用药疗程还不是很明确[30-32]。此外，TNF-α诱导产生和发挥效应涉及多条信号转导通路，信号通路之间又存在复杂的交错关系，治疗也只是控制单一信号通路，所以理清信号通路相互的网络关系，深入探索TNF-α炎性机制，研制临床抗炎药物将是SCI治疗研究领域的一个潜在方向。抑制TNF-α的表达，达到最佳的起始效应和维持效应,还缺乏统一的认识，有待进一步研究。

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（本文编辑：雷琪）

R741;R651.2

A DOI 10.16780/j.cnki.sjssgncj.2016.02.020

绍兴文理学院医学院浙江绍兴312000

浙江省自然科学基金（LY15H170001)；绍兴市公益性技术应用研究计划资助项目(2013D10035)

2015-08-25

刘学红liuxueh6588@126. com