脑缺血再灌注后免疫损伤分子机制研究进展

付如意，毛 露，孙 硕，Dirk Hermann综述，陈艾东，审校

随着分子生物学和分子免疫学的发展逐步深入，大量研究表明，急性炎症反应所造成的免疫损伤在继发性脑损伤中起着越来越重要的作用[1]。脑缺血再灌注后，大量免疫细胞会在损伤部位聚集，大量释放细胞分裂素和氧自由基等物质直接损伤内皮细胞，造成内皮结构和功能的受损，引发血小板聚集和免疫细胞相互作用，导致微血管阻塞，引发损伤[2]。这一过程造成神经元损伤、血脑屏障遭到破坏，脑出血和脑水肿等症状出现；同时，微血管中积累的免疫细胞被激活并释放大量的炎性细胞因子和炎性介质，引发更多的免疫粒细胞聚集[3]，造成局部炎症反应过度激活，导致脑缺血再灌注的二次损伤。最新研究表明多种炎性细胞因子在脑缺血后大量表达，缺血区域中炎性细胞的浸润促进脑组织中炎性病变的发生和发展，导致脑组织中缺血性坏死，脑水肿和神经元损伤的增加[4]。之前的脑缺血再灌注治疗方面主要关注点还是溶栓和对症等治疗，但疗效甚微，免疫损伤的重要作用并没有得到重视。我们在德国埃森大学神经生物学实验室的最新研究表明抑制这种免疫损伤，可以减少神经元的死亡和改善动物行为学表现和神经评分，本文就脑缺血再灌注损伤中炎症反应的作用和相关分子机制作一综合阐述，旨在为本病的治疗梳理出新的治疗思路。

1 参与脑缺血再灌注损伤的免疫细胞

1.1 中性粒细胞 再灌注损伤的炎症反应过程的主要参与者便是中性粒细胞[5，6]。众多科学家对小鼠和犬的再灌注损伤的研究[7]，均从不同层面反应了再灌注损伤时、中性粒细胞浸润现象透明般地增加。研究表明，中性粒细胞可以通过释放大量的炎性因子来恶化脑局部的炎症反应、从而间接加剧再灌注损伤，此外它也可以释放大量活性氧簇(ROS)和蛋白质水解酶，从而直接导致脑细胞受损。与此同时，再灌注损伤时中性粒细胞大量活化，它们在脑血管中的集聚致使再灌注受到脑循环障碍的影响[8]。最近，在德国埃森大学神经生物学实验室的研究表明用LY6G抑制中性粒细胞无论短期还是中期都可以很好地改善脑缺血再灌注损伤的严重程度，这将给脑缺血再灌注损伤的治疗提供新的治疗思路。

1.2 淋巴细胞 包括T细胞和B细胞，该类炎性细胞在免疫系统中占据举足轻重的地位，我们在德国埃森大学神经生物学实验室最近的研究表明抑制T细胞后可以改善小鼠脑缺血再灌注损伤。近年来的研究结果显示，脑缺血再灌注损伤中恒定型自然杀伤T细胞(iNKT)的作用不容忽视[9]。iNKT细胞活化后能够释放多种Th1及Th2细胞因子，炎症反应过程的进行均有它们的参与。iNKT细胞是自然杀伤性细胞的一种，但由于它在活化时存在内源性和外源性的不可逆差异，iNKT细胞对再灌注损伤在不同层面有着相反的作用。研究发现，该类淋巴细胞不仅可以借促进炎性因子释放、加剧再灌注损伤，还可以通过释放白细胞介素-10去调控炎症反应、从而起到抗炎作用，这种复杂的双重效应，有待进一步研究。

1.3 单核-巨噬细胞 大量研究显示单核-巨噬细胞对炎症反应的作用具有双向性，其对脑缺血再灌注损伤机制的影响自然也成为一把双刃剑，可改善、亦可恶化。就在此情况下最经典的单核巨噬细胞而言，Ly6Chigh单核细胞将会在到达炎症组织后分化为M1巨噬细胞，它们通过有效地清除坏死细胞、使淋巴细胞活化并诱导浸润中性粒细胞的显著增强，进而加重再灌注损伤后的炎症反应[10]；而Ly6Clow单核细胞则在到达炎症组织后分化为M2巨噬细胞，它们的功能是分泌转化生长因子和抗炎因子有效改善损伤组织的恶化程度。Heidt等[11]对小鼠模型的研究结果，突破进展性地显示了脑缺血再灌注损伤后，M1巨噬细胞的表达显著增加，同时大量中性粒细胞的浸润伴随现象出现，而M2巨噬细胞则急剧减少。这就明确地说明了再灌注损伤发生后单核巨噬细胞对损伤组织的作用更倾向于负面效果。我们最新的研究表明同时用GW2580抑制单核系统和LY6G抑制中性粒细胞后，并没有出现更好的改善效果，说明二者存在有趣的交互抑制现象。这可能是因为这二类细胞都来源于同一类型的造血干细胞，因为造血干细胞在不断分化，就像水库的两条支流，阻断其中的一个支流，势必会造成另外一个支流水位上涨，相关的分子机制则有待进一步的深入研究。

2 免疫系统参与脑缺血再灌注损伤机制

细胞的侵袭性聚集，尤其是嗜中性粒细胞和单核巨噬细胞是炎症反应发展的关键步骤，而部分炎症反应的过度发生在一定意义上成为脑缺血再灌注损伤恶化的主要推动力[12]。这种炎症反应有多种炎症细胞和炎症因子的参与。研究表明，在脑缺血再灌注损伤后的短时间内，炎症因子的大量表达在缺血性脑细胞中更加明显，且其数量透明般地上升，这一显著的表现又引发各种机制，从而导致脑组织损伤，这些机制的具体表现包括变化血管舒缩性、阻塞微血管、释放分泌细胞毒性酶和产生氧自由基等，细胞因子在趋化因子，由组织损伤机制之一所释放的激活诱导下，其通过促进细胞炎症反应加重脑损伤。

2.1 炎症细胞因子的介入 炎症细胞因子的产生大部分与单核巨噬细胞和血管内皮细胞有关，即有免疫细胞和相关细胞的参与，其产生还有部分归因于细胞，在一定程度上是由与细胞体和神经元及其他胶质细胞的相互交织的延伸小胶质细胞的过程决定[13]。在脑缺血发生的1～2 h内，脑内血管内皮细胞被细胞因子诱导激活，由于这些细胞因子在局部缺血区大量产生，所以使白细胞粘附分子得到表达，白细胞聚集可导致微血管阻塞、而使脑血流减少和血栓形成，内皮细胞与白细胞之间识别、黏着后，白细胞迁移并穿过血管壁进入炎症组织，进一步恶化脑损伤。

炎症细胞因子主要有肿瘤坏死因子、白细胞介素、核转录因子、干扰素-γ、细胞间粘附因子-1、血小板活化因子等[14]。肿瘤坏死因子在脑缺血时大量表达TNF-d蛋白，蛋白质进一步激活细胞因子，进而加剧脑缺血性损伤；有研究显示，TNF-d也可诱导细胞释放出血管强效活性物质，导致血管的收缩和局部脑血流量的减少，并可使毛细血管通透性增加I2OL，这进一步促使血脑屏障的损害加重、引起脑水肿及缺血的发生；白细胞介素具有多种生物学功能，作用范围和地位也十分广泛和重要，包括免疫中的炎症反应[15]。它可诱导免疫活性物质产生炎性介质，促使炎性反应失控而造成脑缺血后的继发性损伤，然而，该过程也仅限于IL-1[16]。实验表明，IL-6对急性缺血性脑损伤没有直接影响；核转录因子可激活诱导引起促炎症反应基因的转录，介导外周炎症细胞进入脑组织导致脑损伤；干扰素-γ在正常脑组织中不表达，脑组织损伤后，缺血诱导的神经毒性作用得到增强，参与脑损伤后期的炎症反应、诱导细胞凋亡；细胞间粘附分子-1：当脑缺血再灌注损伤后，多种细胞因子如IFN-γ等可上调其表达，在缺血区聚集浸润的炎症细胞释放大量的神经毒性物质，如细胞因子、蛋白质衍生物和氧自由基，进一步加重脑损伤；血小板活化因子激活中性粒细胞并聚集这些中性粒细胞，增加血管壁的渗透性[17]。迄今为止，PAF已成为体内最强的血小板聚集剂，PAF会在脑缺血再灌注损伤中生成过多并异常释放，这可能导致脑血管收缩、炎性细胞的趋化性、内皮细胞的损伤和血脑屏障的损伤。

最近，使用双光子显微镜的研究表明，小胶质细胞似乎扮演传感器的角色，检测来自受损神经元和中枢神经系统其他细胞的信号，此外，即使是神经元传导的微小变化，细胞外电解质的组成、或可溶性因子如嘌呤核苷酸的释放，也足以使小胶质细胞被触发而释放细胞因子。中枢神经系统中最突出的和小胶质细胞相关的促炎细胞因子是IL-1。

2.2 炎症反应相关细胞的激活 参与炎症反应的细胞主要是星形胶质细胞，小胶质细胞和中性粒细胞。小胶质细胞有吞噬、呈递抗原和表达大量相关免疫因子的功能，脑缺血后，免疫细胞渗入脑内迅速激活小胶质细胞，继而促使小胶质细胞数量的迅速增加，而大量的促炎症介质和神经毒性分子由活化的小胶质细胞释放，在某种程度上进一步促使脑损伤加剧和脑炎症反应更加剧烈[13]；脑损伤后神经元的修复与存活在一定意义上与星形胶质细胞[7]有关，正常情况下星形胶质细胞在这一方面有着积极的影响，但星形胶质细胞在短期脑缺血损伤中易被激活并大量增殖并产生细胞肥大，我们称之为星形胶质细胞增生潮。星形胶质细胞增殖分化时还会产生胶质瘢痕，胶质瘢痕在脑缺血晚期对脑损伤起到了某种程度上的有益作用。脑缺血大约4 h后，星形胶质细胞似乎在受损的核心区域起反应，并且活化的星形胶质细胞产生大量炎症介质和细胞毒性分子，导致炎症反应加重脑损伤组织的坏死；而脑缺血后，缺血组织部分的血管内皮细胞有中性粒细胞[3]粘附，该细胞通过移向缺血区域而引起急性炎症反应，脑缺血发生后的短时间内，半个小时至数小时，缺血组织处中性粒细胞被浸润，但最大程度的浸润却需要时间，约在脑缺血3、4 d之后，浸润高峰之后中性粒细胞则迅速减少并消失，这一机制使得中性粒细胞浸润在脑缺血再灌注损伤中占据着意义重大的地位。脑损伤可以触发中枢和周围的免疫反应，浸润大脑的外周细胞包括巨噬细胞、中粒性细胞和淋巴细胞。激活外周血免疫反应的机制尚不清楚，但可能发生在外周血与脑组织交界处或通过循环因子在外周血免疫反应中完全发挥作用。这两种机制都可能影响脑缺血损伤和脑恢复。

2.3 脑缺血再灌注免疫损伤过程 脑缺血再灌注损伤的过程中会发生一系列生理上的变化。巨噬细胞、内皮细胞和其它免疫细胞在脑缺血阶段会产生大量活性氧[18]，诱导 NF-κB、NOS和促炎因子的表达，导致血管内皮细胞粘附分子表达上调。这些因素导致脑血管阻力和通透性增加，进一步导致脑组织水肿、气体交换障碍等，形成脑缺血性损伤；进行再灌注时，巨噬细胞和中性粒细胞释放大量细胞因子和趋化因子及细胞间的粘附分子过量表达，使脑组织发生无菌性的炎症反应，进一步恶化脑组织损伤。急性炎症反应机制是脑缺血再灌注损伤后的复杂临床表现的主要推动力和构成因素。

2.4 炎症反应对脑缺血的双重效应 脑缺血损伤后有大量炎性细胞因子的表达和浸润，炎性细胞因子可作用于血管内皮细胞，促使趋化因子、粘附分子和E/P-选择素的表达增加，这就会使血脑屏障的结构功能遭到破坏并形成脑水肿，炎性细胞因子还可通过使花生四烯酸的代谢增强来增加自由基的释放和加重应激氧化损伤。此外，炎症反应可引起局部血管痉挛甚至栓塞，导致更严重的脑组织缺血和缺氧[19]。其过度表达会引起一系列炎症反应，加剧脑损伤。

然而，抑炎细胞因子也可以在炎症反应过程中产生，如白细胞介素[15]IL-10、IL-13等。保护脑组织的途径是：抑制炎性细胞因子的合成、抑制受体的表达及受体活性、清除细胞的坏死或凋亡碎片、重塑部分脑组织结构和抑制炎症反应等；与此同时，星形胶质细胞在脑缺血损伤后增殖分化而产生的胶质瘢痕，它虽然一方面使轴突向内的生长及神经修复功能受到阻止或拉慢，令脑组织愈合遭到妨碍，但另一方面它也分离开了受损的组织与有活力的组织，从而有效地起到神经支持和保护的重要作用。

炎症反应在脑缺血再灌注损伤的病理生理过程中的作用十分复杂。脑缺血损伤的程度和持续时间成为炎症反应利弊作用的关键。一方面，在炎症反应早期，促炎细胞因子诱导表达，加重脑组织损伤；另一方面，在炎症反应晚期，又表现为脑损伤修复。炎症反应的有害作用转变为有益作用的中间点成为决定脑缺血损伤治疗的核心。

3 展 望

目前，脑损伤后的炎症反应情况是脑缺血再灌注损伤这一病理过程研究的焦点。造成脑缺血再灌注损伤的主要因素，是脑损伤时大量炎性因子的释放和炎症细胞的浸润引起了强烈的炎症反应。而炎症反应本身在不同的时间段又对脑缺血损伤有利弊不同的作用影响，因此，深入研究脑缺血再灌注损伤后的免疫炎症反应表现，将帮助医学家们为脑缺血再灌注损伤的诊治找到新的方法，有效地为脑缺血性损伤的预防和治疗提供新途径。