缺血性卒中炎症免疫反应机制及炎症免疫调节的研究现状

张祥钦综述，姜永军审校

卒中现已成为我国排名第一的致死病因，缺血性卒中占其中的69.6%～70.8%，3个月内病死率9%～9.6%，致死/残疾率34.5%～37.1%[1]。目前缺血性卒中的有效药物治疗方法是静脉溶栓，但因其有时间窗限制且可能造成严重出血，受益患者范围小。研究者开始寻求应用更广泛、更安全的治疗手段。近年的许多研究发现，机体在缺血性卒中发生后产生的炎症免疫反应早期对脑组织起保护作用，但随着炎症激活浸润加重反而会造成损害，而且伴随淋巴细胞消耗减少和免疫器官萎缩，机体可发生卒中诱导的免疫抑制(SIDS)，增加了感染的风险。卒中引发的感染，如卒中相关性肺炎(SAP)和尿路感染(UTI)是卒中不良事件增加的重要因素[2]。因此，通过炎症免疫调节或许可以起到减少脑部损伤、改善预后的作用。

1 缺血性卒中后机体的炎症免疫反应机制

当缺血性卒中发生后，缺血部分脑组织的ATP合成被破坏致细胞死亡，死亡的细胞产生大量炎症介质和损伤相关分子模式(DAMPs)。DAMPs通过模式识别受体(PRRs)激活附近的小胶质细胞，激活后的小胶质细胞可分泌趋化因子和促炎因子，诱导中性粒细胞、单核细胞/巨噬细胞等向病灶转移、浸润。血管旁边的小胶质细胞可吞噬血管内皮，从而破坏血脑屏障(BBB)的完整性。外周的免疫细胞，如T淋巴细胞、B淋巴细胞和自然杀伤(NK)细胞等因BBB的通透性增加被调集到病灶处，病灶神经组织的免疫表型暴露，与淋巴细胞产生免疫反应，对脑组织造成损害。如此循环，缺血部位的炎症进一步加重。早期的炎症可起到清除坏死组织、促进神经修复的作用，但过多的免疫细胞在大脑聚集及消耗会使得外周的免疫细胞减少、免疫器官萎缩，引起免疫抑制，使机体感染的风险增加[3～5]。中枢神经系统卒中后的免疫反应主要通过体液途径和神经途径来调节，具体包括下丘脑-垂体-肾上腺素轴(HPA轴)、交感神经系统(SNS)和副交感神经系统(PNS)。其中起重要作用的免疫细胞是T淋巴细胞。

1.1 HPA轴 炎症反应在缺血性脑卒中发生后6 h内产生，分泌的炎性细胞因子，如白细胞介素-1(IL-1)、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)会刺激下丘脑室旁核(PVN)的神经元合成促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)。CRF被分泌入垂体门脉血流系统后促进促肾上腺皮质激素(ACTH)的分泌。ACTH可促进糖皮质激素分泌，而糖皮质激素可诱导淋巴细胞数量的减少[2]。

1.2 交感神经系统(SNS) 交感神经纤维在所有的原发性(骨髓和胸腺)免疫器官和次级免疫器官(脾脏和淋巴结)均有分布。当脑部的CRF升高后会增加交感神经激活放电，SNS过度激活肾上腺素能神经元可引起肾上腺髓质和周围器官分泌儿茶酚胺。儿茶酚胺通过 β-受体作用于免疫细胞减少促炎因子TNF-α和增加抗炎因子IL-10的释放。儿茶酚胺虽然增加了血液中性粒细胞和淋巴细胞，但持续的升高可能会减少循环淋巴细胞的数量，从而导致免疫器官(如脾脏)萎缩[2]。

1.3 副交感神经系统(PNS) PNS主要通过由迷走神经介导的胆碱能抗炎通路(CAIP)来调节大脑和全身的炎症反应。CIAP由迷走神经、脾脏及α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7nAChR)组成。炎症介质可以通过迷走神经刺激脾脏分泌乙酰胆碱，乙酰胆碱作用于免疫细胞上的α7nAChR，而α7nAChR调节大脑中的小胶质细胞，并能抑制调节炎症因子表达的NF-κB转录，最终导致单核细胞失活，使TNF、IL-6等促炎因子降低，保护神经细胞免受氧化应激和改善功能恢复[3,6]。

1.4 T细胞 T细胞是介导细胞免疫应答的主要免疫细胞，卒中诱导的免疫抑制主要也是表现为循环、脾脏和胸腺的T细胞急剧消耗。T细胞的常见亚群为：辅助性T细胞(Th)、调节性T细胞(Treg)和细胞毒性T细胞(Tc)。CD4+是辅助性T细胞亚群，具有调节免疫反应活性的功能；CD8+是抑制性T细胞亚群，有抑制B淋巴细胞产生抗体、抑制细胞毒性T细胞杀伤的作用。T细胞分化模型主要有Th1细胞和Th2细胞。Th1免疫的特征是炎症细胞因子(如IFN-γ、TNF-α和IL-2)的升高，而Th2型免疫的特征是免疫抑制细胞因子(如IL-4和IL-10)水平升高。随着外周的免疫细胞向大脑聚集，胸腺的T细胞免疫会从促炎的Th1型转向抗炎的Th2型，Th1/Th2比值下降。

2 炎症免疫调节的研究现状

如上所述，炎症免疫反应有3个关键环节：炎症激活浸润、淋巴细胞减少、免疫器官萎缩。越来越多的研究围绕这3个环节开展，许多关键靶点及调节方法被发现或已经投入试验当中。

2.1 炎症激活浸润环节

2.1.1 小胶质细胞 小胶质细胞占大脑胶质细胞的10%，是中枢神经系统常驻免疫细胞。在炎症免疫反应中小胶质细胞被激活是反应启动的最关键步骤[7]，因此对小胶质细胞的研究越来越多。小胶质细胞最常见的激活类型分为M1和M2。M1型分泌促炎因子，如IL-1、IL-6、TNF-α、IFN-γ和诱导一氧化氮合酶，并可通过分泌基质金属蛋白酶(MMP)破坏BBB；M2型分泌抗炎因子，如IL-10、TGF-β、IL-4、IL-3、胰岛素样生长因子-1以及神经营养因子。小胶质细胞在缺血性卒中急性期主要为M2型，而在亚急性期、慢性期则转化为M1型。M2小胶质细胞的早期调集巨噬细胞在病灶聚集以清除坏死组织，对机体起到保护作用。卒中后7 d内M2型小胶质细胞逐渐减少，M1小胶质细胞开始支配损伤区域，诱导吞噬作用，增加促炎介质的分泌，转为慢性炎症，加重脑组织损伤[8]。因此，通过调节小胶质细胞的状态来治疗缺血性卒中可能是一个新的突破点[7]。Mamun等[9]研究发现介导巨噬细胞在周围免疫细胞和其他炎症性疾病中激活的干扰素调节因子(IRF)可以调节小胶质细胞激活状态的转换。他们发现IRF5信号可转导M1，IRF4信号转导M2，通过IRF5-IRF4调节轴可以使M1-M2相互转换，从而在基因层面控制小胶质细胞促炎和抗炎反应，达到满足卒中不同时期的炎症状态需求。他汀类药物也因其可以减弱小胶质细胞激活功能而起到减轻卒中后的炎症损伤的作用[10]。Xin等[8]的综述提到上调中枢神经细胞胞内cAMP信号来抑制小胶质细胞的迁移和激活以达到减轻免疫介导损伤的目的。但这样一来会阻止了早期有益的炎症反应，其应用的价值还有待证实。另外一些研究另辟途径，不去干预小胶质细胞的激活状态，而是减少小胶质细胞的数量以达到减轻免疫反应的效果。Chen等[11]的一项研究使用了浓度为2 mg/kg的K+通道激活剂NS309对脑外伤模型的小鼠进行腹腔内注射，发现NS309可明显减少小胶质细胞的数量，降低小鼠的免疫功能。因此认为NS309在卒中的治疗上也有同样的潜力[11]。

2.1.2 损伤相关分子模式(DAMPs) DAMPs-RRs途径在炎症激活中也起到重要作用。DAMPs包括高迁移率族蛋白 B1(HMGB1)、热休克蛋白(HSP)、三磷酸腺苷(ATP)、S100B 蛋白、硫酸肝素、DNA、RNA、氧化低密度脂蛋白、β淀粉样蛋白和透明质酸等，可触发炎性小体和激活先天免疫[3]。HMGB1可通过作用于T淋巴细胞，导致外周血及脾脏中T淋巴细胞及CD4+T淋巴细胞减少，从而下调外周免疫。Liesz A等[12]的研究表明采用药物或基因工程的方法阻断HMGB1和RRs可减轻细胞的免疫抑制并恢复淋巴细胞的活化状态。

2.1.3 细胞因子 细胞因子在卒中的过程中具有两面性，一方面可加重脑损伤;另一方面又可促进脑部神经的恢复。具有促炎作用的Thl类炎性细胞因子如IFN-7、TNF-α、IL-2、IL-1、IL-6、IL-8和具有抗炎作用的Th2类炎性细胞因子如IL-4和IL-10这些细胞因子都被认为是潜在的急性卒中的治疗靶点[2]。Zhang等[13]的研究将IL-11蛋白(10 μg/kg、20 μg/kg、40 μg/kg)注入小鼠尾部，发现IL-11治疗组(20 μg/kg、40 μg/kg)与MCAO比较脑梗死体积和神经功能缺损评分(NDS)明显下降，虽然IL-11治疗组(10 μg/kg)下降不明显。但这也足以证明IL-11可减小脑梗死的体积，并促进神经的修复。那他珠单抗具有抑制白细胞向中枢神经系统浸润的作用，当前多用在多发性硬化的治疗上，应用于卒中治疗上尚缺乏有效证据，需要更大范围的临床试验去证实其效果[4]。

2.2 外周淋巴细胞减少环节

2.2.1 HAP轴和SNS 如上所述，HAP轴分泌的糖皮质激素及SNS分泌的儿茶酚胺均可使外周的淋巴细胞减少，但多项研究表明使用糖皮质激素受体拮抗剂米非司酮(RU486)并不能显著降低卒中患者30 d死亡率，但β-受体阻滞药治疗却可以[14]。可见SNS在免疫应答中起到的作用要比HAP轴大。这或许与儿茶酚胺具有使T淋巴细胞和NK细胞分泌的INF-γ下降并且减少TNF-α、促进IL-10的作用有关。在儿茶酚胺介导的免疫反应中，自然杀伤细胞(iNKT细胞)起着重要作用，通过激活iNKT细胞上的β肾上腺能受体，可以使T细胞由Th1向Th2转移。一些研究开始使用iNKT细胞激活物α-GalCer来改善宿主的免疫力以减少卒中后感染并发症[14]。另外，近年也有人开始关注SNS在卒中后诱导肠道通透性方面的作用，Doyle等[15]证实脑卒中后β-肾上腺素能受体的激活可以触发肠道屏障的破坏，从而使肠道内的共生细菌扩散到周围，进而发生致命的感染。

2.2.2 PNS 在CAIP通路中，α7nAChR由大多数CD4+T淋巴细胞表达，使用烟碱刺激α7nAChR可抑制Th17分化(Th17作用见下文)从而达到减轻炎症作用。另一项实验表明，使用nAChRα7的激动剂伐伦克林延迟给药可减轻脑卒中小鼠的大脑炎症及改善其运动功能[16]。

2.2.3 淋巴细胞 在卒中急性期，T细胞的作用比B细胞要重要。如上所述，利用T细胞治疗的关键是改善Th1/Th2比值下降，使抗炎的Th2重新转向促炎的Th1。近年，CD4+T细胞的一种亚群Th17(Th17细胞)引起了关注，它可产生IL-17。Th17、Th1是主要的促炎细胞，Treg细胞具有广泛的抑制功能，可以同时抑制Th17、Th1细胞的产生。IL-17，Th17、Th1之间的比例调节同样可改善卒中的免疫失衡状态。Treg/Th17失衡在急性脑梗死的发生和发展过程中具有重要作用，因此维持Treg/Th17平衡成为探索急性脑梗死新治疗方案的方向之一，但目前仍需更多的动物实验及临床试验去验证其治疗作用[17]。Wang等[18]的研究表明使用ACC1抑制可维持Treg/Th17平衡，从而改善卒中的神经预后。Jin等[19]的研究认为CD147参与了免疫突触的形成、T细胞的激活及分化Th17细胞，通过抑制CD147可改善脑卒中后的肺部感染和免疫反应。B细胞在卒中后的炎症免疫反应中主要起到保护、防御的作用，因B细胞经抗原刺激后可分化为浆细胞，而浆细胞可合成和分泌抗体(免疫球蛋白)以起防御作用[2]。在感染早期，脾脏的B细胞因对抗感染而消耗明显[20]。维持B细胞的数量是治疗卒中的另一个手段。Sterling等[20]的实验使用B细胞移植至小鼠体内，发现小鼠的3 d和7 d的梗死体积减少。McCulloch等[21]的研究证明β-肾上腺素能受体拮抗剂可防止脾脏B细胞的丢失，从而维持脾脏B细胞的数量及免疫球蛋白的正常水平，减轻机体感染。

2.3 免疫器官萎缩环节 脾脏是人体最大的淋巴组织，对它的研究比其他的免疫器官要更多。它的萎缩主要是SNS分泌的儿茶酚胺所引起[2]。针对免疫器官的萎缩环节的治疗需要抑制儿茶酚胺的作用及减少脾脏淋巴细胞向脑部转移。目前一种鞘氨醇1-磷酸盐受体调节剂芬戈莫德(fingolimod)备受关注，它可以使淋巴细胞阻留于淋巴结和脾脏中，减少外周淋巴细胞进入脑内，可起到减轻脑内炎症反应作用[4]。多项关于芬戈莫德治疗脑卒中的实验已经证明芬戈莫德可明显减少外周淋巴细胞数量，抑制梗死面积扩大，并改善BBB通透性。Dang等[22]的一篇荟萃分析认为芬戈莫德的用量0.5 mg/kg或1 mg/kg疗效较好。目前也有关于干细胞治疗的方法提出，包括各种类型的干细胞或祖细胞(如造血干细胞或骨髓间充质干细胞)，目的是促进Tregs的分化，减少自身淋巴细胞的消耗[2]。对于干细胞的来源，有人使用人类脐带血来源的多能干细胞、人脂肪源性干细胞等[23,24]。另一项研究在急性卒中早期使用全身性粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)治疗，可以增加肺、脾和血液中的髓细胞，并刺激脾细胞和外周血免疫细胞释放促炎细胞因子[25]。Shucheng He等[26]发现CCR2可招募缺血性脑卒中后免疫细胞迁移入脑，于是利用CCR2等抑制剂PG对在模拟缺血性脑卒中后大脑中动脉阻塞(MCAO)的小鼠进行试验，结果提示PG治疗组MCAO小鼠的梗死面积明显变小，而脑水肿减轻。Lee等[27]使用一种新型的部分MHC II类结构—DRmQ来将炎症隔绝在脾脏，从而逆转脾脏的萎缩。但这些治疗方法也还只是停留在动物试验上，需要更加深入的研究开发。

3 结 语

目前炎症免疫反应是被广泛认可的缺血性卒中导致脑损伤的机制，但炎症免疫调节治疗缺血性脑卒中尚在探索的阶段，仍有许多问题需解决。有人认为卒中后的炎症免疫反应本身是机体的一种保护性改变，抑制这种反应将会得不偿失；另外抑制了脑部的免疫反应也许能够减轻脑组织的损害，但同时也可能导致外周的免疫力下降，同样增加了感染的风险。在卒中的早期，炎症免疫反应是有积极保护作用的，后期的炎症浸润及免疫抑制才对机体造成损害，所以如何选择炎症免疫调节的时机是一个需解决的问题。有许多研究在卒中发生后6 h内开始治疗，认为这一时期可抑制先天的免疫反应发生，但它却抑制了良性的炎症反应。另外一些研究选择在卒中后数天或数周开始治疗被认为更加适合，因为它在针对了机体的适应性免疫的同时，又保留了早期保护性的炎症反应[28]。无论如何，当前的许多研究结果均表明对卒中的小鼠进行炎症免疫调节治疗确实可明显改善梗死的体积、减少感染。另外研究发现运用炎症免疫调节的方法同样可改善卒中后痴呆[29]。随着上述的各个作用靶点的研究深入及临床试验开展，相信炎症免疫调节的方法在缺血性卒中治疗上将会拥有一个广阔的应用前景。