免疫细胞在血管性痴呆炎症反应中的调控作用

徐文秀，张 双，任北大，晋 娜，孙 璐，王雪茜，程发峰，王庆国

2011年7月21日，美国心脏协会/美国卒中协会(AHA/ASA)发表了关于血管性痴呆的最新科学声明，称血管因素是导致认知障碍和血管性痴呆(vascular dementia，VD)的重要原因之一，其中由脑血管疾病引发的血管性痴呆是目前唯一可治疗和预防的痴呆病。出血性或缺血性脑血管疾病可通过炎症引起慢性缺血性脑白质病变影响认知功能，并激活胶质细胞，破坏血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)，吸引外周炎性细胞浸润，进一步损伤中枢神经系统，最终导致血管性痴呆的发生。免疫细胞之间的相互作用可影响血管性痴呆炎症反应的转归。

血管性痴呆是指由各种脑血管疾病(如缺血、出血及急慢性缺氧性脑血管病)损伤脑组织而引起的进行性智能障碍综合征，是继阿尔茨海默病(AD)之后的第二大痴呆疾病。随着人口老龄化进程的日益加速，脑血管病及其危险因素导致的血管性痴呆的致残率及死亡率日益升高，发病以后将严重影响病人的生活质量及生命安全，已成为主要公共卫生挑战之一[1-2]。近年来，越来越多的研究关注于神经免疫调节在神经系统疾病发生发展中的重要作用。脑内的免疫炎症反应普遍存在于血管性痴呆病变的整个病理过程中，主要包括固有免疫和适应性免疫，其反应的转归是由免疫细胞群动态调控的结果[3]。现以免疫细胞为切入点，探讨免疫细胞群及其诱导的细胞因子在血管性痴呆炎症反应中的调控机制。

1 脑内固有免疫细胞

固有免疫是感染的第一道防线，在组织修复、清除凋亡细胞和细胞碎片以及对肿瘤的反应中起着关键作用[4]。中枢神经系统中关键的固有免疫细胞是小胶质细胞(microglia，MG)和星形胶质细胞，另有研究表明少突胶质细胞也有助于中枢神经系统的免疫监测和调节[5]，在血管性痴呆炎症反应中发挥重要作用。

1.1 小胶质细胞 小胶质细胞是中枢神经系统中固有的免疫成分细胞，亦是神经免疫炎症反应中的主要效应细胞。正常情况下处于静止状态，缺乏吞噬功能，但具有吞饮功能和一定的迁移能力[6]。急性和慢性缺血状态下的小胶质细胞活化是血管性痴呆抑郁症状加重和血管性痴呆记忆功能恶化的关键[7]。在病理情况下，小胶质细胞的慢性过度激活会导致细胞毒性因子如基质金属蛋白酶-2(MMP-2)、活性氧和促炎细胞因子的过量产生，促进神经毒性和神经元损伤，加重脑白质损伤，引起认知功能障碍，推动血管性痴呆进展。MMP-2在慢性脑低灌注后的血脑屏障破坏、胶质细胞活化和脑实质损害中起关键作用[8]。小胶质细胞根据不同损伤环境信号的变化，可以分化成两种形态相近、功能不同的细胞亚型M1和M2，在炎症反应过程中发挥着不同作用。M1型(经典活化型)小胶质细胞可以产生高水平的氧化代谢产物和促炎细胞因子，如白介素(IL )-12 、IL-1β、IL-6、诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等，其作用是增强局部抗原递呈作用、消灭入侵的病原，加剧少突胶质细胞死亡，促进炎症反应和神经元损伤。M2型(选择活化型)小胶质细胞又分为 M2a、M2b、M2c、Mox等亚群，可以分泌大量抗炎细胞因子，如IL-4、IL-10、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等，上调脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)，并修复精氨酸酶活性，发挥抑制炎症反应、促进组织修复和功能重塑的作用[3]。相关神经病理学及临床研究表明激活的小胶质细胞亦在帕金森病(PD)、阿尔茨海默病(AD)、多发性硬化症(MS)等神经退行性疾病的发病机制中起到十分重要的作用[3，9-10]。

1.2 星形胶质细胞 星形胶质细胞约占中枢神经系统细胞的30%，是大脑和脊髓不可或缺的组成部分，在未损伤的脑组织中，星形胶质细胞为神经元提供结构和营养支持，保持血脑屏障的完整性。在病理条件下，活化的星形胶质细胞通过调节T细胞的活性来影响血管内皮细胞的紧密连接，破坏血脑屏障，此外，高度表达许多补体成分、细胞因子、趋化因子吸引外周免疫细胞进入中枢神经系统发挥免疫调节作用[11]。与小胶质细胞的M1/M2极化相似，在神经炎症或缺血的状态下活化的星形胶质细胞可极化为两种不同的类型，分别为A1和A2型星形胶质细胞。活化的小胶质细胞通过分泌IL-1α、TNF-α和补体成分亚基1q(C1q)诱导A1型星形胶质细胞，在体外分泌神经毒素损伤神经元和少突胶质细胞，并诱导细胞凋亡，抑制辅助性T细胞(help T cell，Th)的活化、增殖和功能。相反，A2型星形胶质细胞具有神经保护作用，可上调神经营养因子，促进神经元生长、存活和突触修复。JAK-STAT3通路是参与各种组织和器官缺血缺氧和氧化应激的重要信号通路，与神经系统结构和功能有着千丝万缕的联系[12]，JAK-STAT3信号通路是调控活化星形胶质细胞功能变化的主要开关。有研究表明Stat3介导的A2型星形胶质细胞在急性创伤模型中可支持神经元再生[13]，并通过JAK-STAT3途径调节多种细胞功能，包括细胞增殖、分化和生长，以及改善一些炎症功能[14]。核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)家族由5个不同的DNA结合蛋白组成，在细胞的炎症反应、免疫应答等过程中起关键性作用，NF-κB的错误调节会引发自身免疫病、慢性炎症以及很多癌症。并与细胞凋亡有关的NF-κB信号通路介导的A1型星形胶质细胞可促进多种疾病小鼠模型中的神经变性，加重神经慢性炎症反应[15]。星形胶质细胞也可与其他免疫细胞发生交互作用。例如，在生理条件下，CD4+T细胞激活星形胶质细胞释放一种物质，继而促使 CD4+T细胞向Treg极化。在病理条件下，星形胶质细胞来源的IL-15能诱导CD8+T 细胞和自然杀伤细胞(NK)聚集，加重脑血管疾病的炎症反应[5，16]。

1.3 少突胶质细胞 少突胶质细胞的主要功能是在中枢神经系统中包绕轴突、形成绝缘的髓鞘结构、协助生物电信号的跳跃式高效传递并维持和保护神经元的正常功能，通过表达受体，产生免疫调节细胞因子和趋化因子，帮助中枢神经系统发挥免疫监测和调节作用。脑缺血后大量激活的炎性胶质细胞，与通过损伤的血脑屏障进入脑实质的白细胞、免疫球蛋白、补体等共同引起免疫炎症反应，通过毒性蛋白酶和IL-1β、IL-6和TNF-α等炎症介质引起脑白质损伤。脑白质在缺血后免疫炎症反应中释放大量的炎性细胞因子、蛋白酶和活性氧(ROS)等，直接或间接促进少突胶质细胞死亡。少突胶质细胞数目的减少可导致脱髓销病变[17]。脱髓鞘是包括多发性硬化、阿尔茨海默病、血管认知障碍和痴呆在内的多种疾病中的突出病理表现。在疾病的后期，小胶质细胞通过增加髓磷脂碎片的吞噬作用和营养因子的分泌，刺激少突胶质细胞促进髓鞘再形成[18]。体外实验证实，M1型小胶质细胞加剧了氧糖剥夺诱导的少突胶质细胞死亡[19]，引起炎症反应导致髓鞘损伤加剧脑白质病变，影响认知功能。另有研究表明缺血损伤后的小胶质细胞通过分泌TGF-α、趋化因子CXCL10、TGF-β1、血小板衍生生长因子A(platelet derived growth factor，PDGFA)和PDGFB对少突胶质前体细胞(oligodendrocyte progenitor cells，OPCs)和少突胶质细胞起到保护作用，有助于髓鞘再形成和脑白质的完整性[20]，修复神经功能损伤。

2 参与适应性免疫应答的免疫细胞

适应性免疫在血管性痴呆中的作用是由疾病过程中血液、脑脊液和脑组织中的T细胞和B细胞亚群以及(自身)抗体水平的变化支持的。缺血性脑损伤后中枢神经系统释放三磷酸腺苷(ATP)、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)、缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)、S100β、脑源性抗原等危险信号，通过嘌呤受体、Toll样受体(TLRs)和晚期糖基化终产物受体(the receptor of advanced glycation endproducts，RAGE)激活外周免疫系统[21]。适应性免疫应答开始启动。不同的免疫细胞亚群与大脑中胶质细胞和非胶质细胞的相互作用决定了组织损伤的程度，从而决定了血管性痴呆的预后[7]。

2.1 CD4+/CD8+成熟T细胞(即CD3+T细胞)按CD抗原不同可分为CD4+T细胞和CD8+T细胞两大亚群。CD8+T细胞主要通过直接或间接杀死靶细胞来促进血脑屏障损伤并发挥促炎作用[22]。CD4+/CD8+比值与感染程度呈负相关，CD4+/CD8+比值的大小可作为一个反映机体免疫功能状态的重要指标[23]。通常体内CD4+和 CD8+T细胞的数量会在一些特异性的病毒感染情况下增加，但是在慢性、多因素条件引起的神经退行性疾病中，CD4强+和 CD8弱+T细胞也出现了持续性增长[24]。

2.2 CD4+Th细胞亚群 CD4+T细胞称为辅助性T细胞，按其功能不同分为促炎的Th1、Th17亚群和抑炎的Th2亚群。Th1细胞通过分泌促炎细胞因子IL-2、IL-12、干扰素-γ(IFN-γ)和TNF-α，介导细胞免疫应答来促进血脑屏障的通透性，加重炎症反应[25]。Th1细胞还可以通过释放可溶性细胞因子与M1表型相互作用，将小胶质细胞转化为M1型，从而增加继发性缺血性损伤[26]。Th17细胞与慢性炎症反应密切相关，通过释放促炎细胞因子IL-17、IL-21和IL-22[27]，募集中性粒细胞引发局部炎症[28]，激活IL-17A破坏血脑屏障[29]，发挥区别于Th1细胞的促炎症作用。Th2细胞通过释放IL-4、IL-5、IL-10和IL-13等抗炎细胞因子[30]，促进小胶质细胞向M2型极化，来抑制破坏性的Th1型免疫应答，促进神经元再生[5]，有助于恢复大脑免疫微环境稳态。Th1/Th2失衡可导致大量炎性因子分泌加重炎症反应，有研究表明，IL-10通过调节细胞凋亡和NF-κB通路相关蛋白表达参与血管性痴呆的发生和发展，应用免疫抑制剂IL-10可降低半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)活性，减少IL-2和TNF-α分泌，增强IL-4和IL-6分泌来调节Th1/Th2平衡[31]。

2.3 CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞(regulatory T cell，Treg) Treg是近年来被广泛认为可以抑制炎症反应的后天性免疫细胞，在生理条件下，Treg细胞通过脉络丛进入大脑，以确保对大脑中枢神经系统的免疫监控作用，在病理条件下，Treg细胞能够抑制Th1、Th2、Th17和其他效应细胞的功能，作为缺血后神经炎症的关键内源性调节剂发挥作用[32]。有研究者发现CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞在血管性痴呆病人外周血中表达降低，且功能减弱，提示Treg可能参与了血管性痴呆的发生发展[33]。Treg细胞会通过抑制小胶质细胞的激活和减弱神经炎性应答来阻止神经元的退化，并与Th17细胞发生拮抗作用来缓解神经炎症反应[34]。Treg细胞通过抑制中性粒细胞并降低MMP-9的水平以防止血脑屏障的破坏，释放TGF-β和IL-10[35]，以保持免疫耐受和对抗脑组织损伤[36]。

2.4 B细胞 B细胞是重要的适应性免疫细胞，缺乏B细胞显著增加了各种白细胞亚群向大脑的渗透，并加剧了血脑屏障的破坏[37]。B细胞也可能通过引发抗体介导的免疫反应而对缺血性脑损伤产生不利影响[38]。在病理条件下，受损神经元和调节B细胞发出IL-10和IL-4等信号驱动小胶质细胞向M2状态极化，抑制中枢神经系统的炎症反应[39]。

3 清热解毒中药对免疫细胞的调节作用

出自《肘后备急方》黄连解毒汤具有很好的清热解毒功效，其乙醇提取物主要包含栀子苷、黄芩苷和小劈柴碱。研究显示黄连解毒汤的乙醇提取物可以改善双侧颈总动脉夹闭(BCCAO)模型诱导的血管性痴呆大鼠的认知障碍，可逆转BCCAO模型大鼠海马胆碱能功能障碍和神经元损伤，减弱小胶质细胞活化，降低p38丝裂原活化蛋白激酶和JNK的磷酸化[40]。黄芩苷可通过降低RORγt和白介素6受体(IL-6R)的表达来抑制新产生的Th17细胞的分化，同时上调Foxp3蛋白表达促进Treg细胞分化和调节活性，来抑制RORγt介导的IL-17在Th17细胞中的表达，可部分抑制IL-17诱导的炎症反应[41-42]。清开灵注射液是在传统急救丸剂安宫牛黄丸组方基础上创新研制而成，具有清热解毒、化痰通络、醒神开窍的功效。清开灵注射液能够通过调控小胶质细胞表型发挥抗炎作用，通过降低M1型小胶质细胞特异性蛋白CD16、CD32、iNOS的mRNA的表达，上调M2型小胶质细胞特异性蛋白CD206、TGF-β的mRNA的表达，促进活化的小胶质细胞向有益的M2表型转换，发挥抗炎和脑保护作用[43]。

4 结 语

大多数血管性痴呆病人的认知功能障碍都是由于脑血管病造成的，在缺乏基于机制疗法的情况下，预防脑血管疾病和促进大脑健康的措施是目前防治由脑血管疾病导致的血管性痴呆唯一可行的选择[44]。脑血管疾病引发的炎症反应在血管性痴呆的发生发展过程中发挥重要作用，胶质细胞和淋巴细胞亚群之间的分子动态调控可有效减少神经炎症对血管性痴呆症状进展的影响。诸多研究表明，具有清热解毒功效的中药，如复方黄连解毒汤的乙醇提取物、清开灵注射液、黄芩提取物黄芩苷等，都可通过调控免疫细胞群及其诱导的细胞因子的动态来抑制脑内炎症反应，修复神经功能损伤，有效改善血管性痴呆进展。因此，更好地理解生理和病理期间神经免疫相互作用，发挥中药多作用、多靶点、多途径的治疗优势，将是减少神经炎症影响，进一步研发防治血管性痴呆新疗法，提高病人生活质量的关键。