血清sST2与脑损伤的相关性研究进展

石悦桐 冯贵龙

1）山西医科大学第一临床医学院，山西 太原 030001 2）山西医科大学第一医院，山西 太原 030001

脑损伤是导致人类死亡和残疾的主要原因之一，随着经济水平的发展，其发生率不断升高，造成严重的社会经济影响。根据发病原因，脑损伤分为两类：创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）和非创伤性脑损伤（non-traumatic brain injury，NTBI）。创伤性脑损伤是指在交通事故、爆炸等伤害中由机械力造成的损害，其病死率很高，尤其是重型颅脑损伤的病死率高达50%［1］。非创伤性脑损伤主要指发生在心脏或呼吸骤停、代谢紊乱、脑卒中、濒死经历等之后的脑损伤［2-3］，其中脑卒中是成人永久性残疾的主要原因，包括缺血性脑卒中（约占脑卒中的80%）及出血性脑卒中（占脑卒中的10%～20%）。根据病理生理机制，脑损伤又分为原发性脑损伤和继发性脑损伤。原发性脑损伤是出血、缺血及外力直接引起的一种损伤，这种直接损伤导致的病理生理失衡引起继发性脑损伤，包括神经炎症、血-脑脊液屏障（BBB）破坏、细胞凋亡、坏死、能量代谢改变和自由基产生［4-6］，其中神经炎症为继发性脑损伤的重要机制之一，控制神经炎症的发展也成为治疗脑损伤、改善患者预后的重要手段。

生长刺激表达基因2（ST2）为白细胞介素-33 受体，属于白细胞介素-1 受体家族，ST2与白细胞介素33 结合可激活炎症反应，并参与某些炎症性疾病的病理生理过程，如创伤、急性胰腺炎［7-9］。与白细胞介素-1受体家族的其他成员一样，ST2 也以可溶性形式存在（sST2）。sST2 以其半衰期短、生物变异性低、不受年龄、性别、体重指数及肾功能影响的特点及其已知的预测价值成为一种新的生物标志物［10-11］，如心肌梗死及脓毒血症［12-13］，其单独或与其他工具联合使用有助于监测治疗及指导用药［14］。本文将从sST2 的生理特性作用、在脑损伤中的作用机制及其作为脑损伤生物标志物的前景三个方面对sST2与脑损伤的相关性做一综述。

1 sST2的概述

1989年日本学者TOMINAGA等［15］在研究细胞周期G0-G1的转变机制时发现了一种cDNA 克隆，其编码的蛋白质在序列上与免疫球蛋白超家族成员高度相似，特别是与小鼠白细胞介素1 受体的胞外部分，暂将其命名为T1/ST2蛋白，并推测其作用可能与生长信号传导有关。后研究证实ST2 是白细胞介素-1 受体样-1（interleukin-1 receptor-like-1，IL1RL1）家族成员，位于人类染色体2q12 上［15-16］。ST2 mRNA 经过替代启动子剪接和3 次转录处理后，产生了4种ST2蛋白亚型，包括两种基本形式，其一是跨膜形式，即相对分子质量为67 000的ST2 配体（ST2L）和3 个细胞外IgG 结构域；其二是较小的可溶性分泌形式，相对分子质量为37 000，具有类似的细胞外结构，但没有跨膜和细胞内部分［17］。2002年，WEINBERG等［9］发现sST2 在心肌梗死后小鼠的血清中短暂增加，且在人心肌梗死1 d后体循环内水平升高，而其具体的表达机制仍是一团迷雾。直至2005 年由SCHMITZ 等［18］发现的白介素-33 证实是其特异性功能配体，ST2的作用机制才逐渐明了。

ST2L主要存在于TH2细胞和肥大细胞表面，在活化的白细胞包括TH1 细胞、调节性T（Treg）细胞、2 组固有淋巴样细胞（ILC2s）、CD8+T 细胞和自然杀伤细胞（NK）中也有表达，在受到促炎刺激后，ST2L 与IL-33 的IL-1样细胞因子结构域结合，招募并绑定IL-1受体辅助蛋白质（IL-1RAcP）形成一个异源三聚体信号复合物，通过核转录因子κB（NF-κB），丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶ERK/MAPK 以及MAPK主要后续通路c-Jun n 端激酶（JNK）激活细胞内信号通路，这些通路又能促进促炎细胞因子1L-3、IL-4 和IL-5 的释放［19-21］。而血清可溶性生长刺激表达基因2作为IL-33可溶性受体和靶细胞效应阻滞剂［18］，在循环中通过与IL-33结合抑制IL-33/ST2L信号转导和有益效应，如抑制Th2 细胞的活化反应和抗炎细胞因子（IL-4、IL-5、IL-10、IL-13）的释放，调节Th1 淋巴细胞的激活与炎性细胞因子的释放［22-23］。已有研究证明，ST2L 在T 细胞介导的免疫性疾病，如哮喘和类风湿性关节炎中发挥了重要作用［7，24］，而给予外源性sST2则会阻断其与配体结合从而下调Th2淋巴细胞功能，提示sST2具有抑制炎症反应的作用。

2 sST2与脑损伤机制

2.1 sST2与小胶质细胞介导的神经炎症炎症在脑损伤的发病机制中起至关重要的作用［25］，其过程涉及常驻小胶质细胞和星形胶质细胞、外周血白细胞穿透减弱的血-脑脊液屏障以及炎症介质的释放等。其中，小胶质细胞在将炎症传播到损伤核心部位附近的组织中起关键作用。小胶质细胞有两种亚型：M1和M2，其中M1亚型能够分泌较高水平的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）与较低水平的抗炎细胞因子白细胞介素-10（IL-10）。相反，M2激活会产生较低水平的TNF-α，但会产生较高水平的IL-10。在脑损伤急性期，小胶质细胞被招募到损伤部位，并从静止状态过渡到M1表型，分泌高水平的TNF-α和低水平的IL-10，从而导致神经发生抑制、神经元丢失和器官功能障碍（所谓的小胶质细胞激活Ⅰ）。随着疾病的进展或在特定刺激下，小胶质细胞的M1 表型可能会切换到M2表型，M2表型小胶质细胞的激活能够促进神经发生和组织恢复（所谓的小胶质细胞激活Ⅱ）［26］。脑损伤的严重程度取决于小胶质细胞激活Ⅰ和小胶质细胞激活Ⅱ之间的净效应［27］。

目前发现ST2 信号是调控小胶质细胞表型的重要因素［28］。ST2 一般在包括小胶质细胞在内的多种免疫细胞上表达，其配体IL-33是细胞损伤后释放的一种免疫警报蛋白，在CNS 中主要由少突胶质细胞和星形胶质细胞产生［29］。虽然IL-33/ST2L 通路在大脑中的功能仍存在争议，但大多数研究已经证明，该通路在不同类型的中枢神经系统炎症进程中起负调节作用［29-30］。Toll 样受体（TLRs），包括TLR2和TLR4，已被确定为介导促炎反应的先天免疫识别受体［31］，TLR 信号通过接头蛋白MyD88介导炎症反应，在炎症早期阶段诱导小胶质细胞转化为M1 表型，增强其吞噬活性和IL-1 家族细胞因子编码基因的转录［32-33］。ST2L与其配体结合，阻断接头蛋白MyD88，减弱了Toll样受体4（TLR4）促炎级联反应［34］，诱导Th2 型免疫应答，使小胶质细胞极化为M2型。ST2 诱导的M2 型小胶质细胞通过释放IL-10，抑制细胞因子的产生、下调MHC-II抗原、降低NF-κB的活动从而发挥神经保护作用［35］。相反，sST2 作为IL-33 可溶性受体和靶细胞效应阻滞剂，通过与IL-33 结合减少IL-33 与ST2L 的相互作用，可抑制IL-33/ST2L 信号转导，同时ST2L 与MyD88 结合增加，与TLR4 相互作用［34］使小胶质细胞表型向促炎的M1型转变。TLR4 的激活使小胶质细胞吞噬活性增强，在炎症条件下小胶质细胞吞噬会主动诱导神经元死亡［36］，增强缺血缺氧事件后的脑损伤。流式细胞仪分析显示静息状态下小胶质细胞上ST2表达水平较高，缺血缺氧事件发生后这种表达进一步增强［37］，且sST2 的分泌随着ST2L 表达的升高而升高［38］，其机制可能是直接的病理生理过程和疾病恶化的象征，或是相关细胞上IL-33/ST2L 相互作用的结果和反馈。

2.2 sST2 通过增强自噬、细胞凋亡及内质网激活参与继发性脑损伤自噬、细胞凋亡及内质网激活也是导致继发性脑损伤的重要机制。自噬普遍存在于细胞中，包括正常生理状态下的神经元，自噬通量对细胞的存活至关重要。在轻度的应激状态下，自噬的激活有利于细胞内容物的循环，但在严重的病理应激下，自噬的过度激活可能导致坏死或凋亡的结局［39］。研究发现，自噬途径的异常激活是导致急慢性脑损伤后的继发性损害的重要因素［40］。内质网压力也是自噬的有效触发因素，内质网应激反应可由各种条件触发，这些条件扰乱了内质网中蛋白质的折叠［41］，大量证据表明，内质网应激诱导的细胞功能障碍是许多不同疾病和损伤的主要原因之一，包括继发性脑损伤［42］。细胞凋亡是一个高度复杂的程序性细胞死亡过程，在正常生理条件下与神经元发育和稳态密切相关［43］。细胞凋亡也参与了病理条件下的神经功能紊乱过程，被认为是患者病情进展和预后的关键因素。脑损伤发生后，sST2 通过与IL-33结合，下调凋亡相关抑制蛋白Bcl-2基因表达，增加内质网应激相关蛋白（GRP-78）、自噬相关蛋白Beclin-1 的分泌，增强细胞凋亡、自噬及内质网应激，导致更严重的继发性损伤［44］。已有研究证明，在小鼠脑损伤模型中给予外源性sST2，通过TUNEL染色发现凋亡神经细胞数量显著增加，GRP-78及自噬标记物LC3-Ⅱ的含量也较假手术组升高［45-46］，表明sST2确实影响了脑损伤后细胞凋亡、自噬及内质网激活的进程。

3 sST2作为脑损伤的生物标志物

考虑到脑损伤后sST2的上调和在相关机制中的作用，其可能反映神经损伤的发生和严重程度。而脑内诱导产生的sST2浓度与血液中sST2的增加同步，这可能是由于血-脑脊液屏障通透性增强而使sST2 进入循环。因此，血清sST2 可作为一种新的脑损伤的生物标志物。

3.1 sST2 作为缺血性脑卒中的生物标志物PAULA等［30］对4.5 h内入院的急性缺血性脑卒中患者的血液样本进行分析，发现其血清sST2 水平较健康对照组增加，且是脑卒中预后的独立预测因子。此后，一项针对无脑缺血病史健康人群的前瞻性研究证实了这一观点，不仅如此，还发现血清sST2水平与短暂性脑缺血的发生显著相关，且较高的sST2 浓度与较低的总脑体积及较差的延迟视觉再现测试结果之间存在统计学意义，提示sST2 可能在脑缺血早期炎症反应中发挥作用［47］。CHEN 等［48］进一步研究发现，急性缺血性脑卒中患者血清sST2 浓度随梗死体积和卒中严重程度的增加而增加。这些研究表明血清sST2 作为缺血性脑卒中的生物标记物具有潜在价值。

3.2 sST2 作为出血性脑卒中的生物标志物出血性脑卒中是由于各种原因导致脑血管破裂而引起局部脑组织损伤的一种疾病，其中以蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）最为常见。MATTHEW 等［49］研究表明SAH患者的血浆sST2水平显著高于健康对照组，且动脉瘤破裂后早期测定血浆sST2 能够预测DCI、神经功能预后和病死率，表明早期血清sST2是SAH患者预后和生存的独立预测因子。根据mRS评分对SAH患者的预后进行分级发现，预后不良（mRS 3～6）的患者sST2水平显著高于预后良好的患者，其中继发迟发性脑缺血及癫痫样异常患者中可观察到更高的sST2 浓度［50］，进一步证实了血清sST2 对SAH结局转归的预测作用。

3.3 sST2 作为创伤性颅脑损伤的生物标志物虽然理论研究证明sST2 在TBI 继发性损伤中发挥作用［46］，但目前关于sST2与TBI的相关研究较少。DU等［51］纳入106例孤立性脑损伤患者及106例健康对照者，对比其血清sST2浓度发现TBI患者显著高于对照组，且其浓度与GCS评分显著相关，是预后不良的独立预测指标。

4 结语与展望

目前临床上对反映脑损伤的严重程度及预后的指标仍在探索中。而血清sST2作为一种白细胞介素-1受体样-1的家族成员，在不同的组织中都表现出了其复杂的抗炎及免疫调节作用，且以其半衰期短、生物变异性低的优势，在很多慢性、急性炎症疾病中都作为独立的诊断及预后指标。现关于IL-33/ST2通路在脑损伤事件后的调控作用已经有坚实的理论基础，血清sST2 作为脑损伤严重程度和预后的新生物标志物也有一定实验基础，但其对脑损伤的早期干预及治疗的指导作用仍然需要进一步的探索。