趋化因子受体对卒中后神经炎症的调控作用

刘杨波 谌浩东 冯聚玲 楚世峰 陈乃宏，

1.湖南中医药大学药学院，长沙，410208，中国

2.中国医学科学院北京协和医学院药物研究所，北京，100050，中国

卒中是指由于脑血管阻塞或爆裂而引起脑部血液供应异常，从而导致局部脑组织发生不可逆的缺血、缺氧性坏死，进而导致神经功能障碍的急性脑血管疾病，包括缺血性卒中和出血性卒中［1］。缺血性卒中在所有脑卒中类型中约占85%［2］。尽管在过去20 年中，治疗策略取得了重大进展，但在世界范围内卒中仍是最常见的致残原因，也是第三大致死原因［3］。

卒中后的脑损伤是由兴奋性毒性、氧化和硝化应激、炎症和细胞凋亡等一系列复杂的病理生理事件引起的［4］。炎症是其中的重要环节，许多研究表明，脑卒中后神经炎症对于疾病长期预后影响重大。脑缺血损伤和血流再灌注引起的炎症级联反应，包括小胶质细胞和星形胶质细胞的活化，炎性细胞浸润和炎性细胞因子、趋化因子、黏附分子以及金属蛋白酶等炎症介质的释放增加，从而进一步导致神经组织损伤和细胞死亡［5-6］。

趋化因子是一类在炎症发生和发展过程中具有重要作用的细胞因子。作为炎症反应过程中白细胞浸润的直接介质［7］，趋化因子通常通过与其在白细胞和其他细胞类型上表达的同源受体相互作用而发挥作用［8］。趋化因子受体最初在白细胞中发现，随后被证明是向炎症部位募集免疫细胞的关键调节因子［9］。近年来的研究显示，在众多调控炎症和免疫分子的治疗靶点中，趋化因子受体是其中较为理想的靶点，且已有用于治疗炎症与免疫性疾病的趋化因子受体拮抗剂进入了临床前及临床阶段［10］。因此，本文就趋化因子受体对卒中后神经炎症的调控作用展开综述。这些趋化因子受体有望成为未来缺血性卒中治疗的新靶点，能够为今后卒中后神经炎症的靶向治疗提供理论依据。

1 趋化因子

趋化因子又被称作趋化激素或趋化素，是一类小分子分泌蛋白组成的家族，分子量通常小于10 kDa［11］，以其定向细胞趋化作用而得名，能够吸引循环白细胞至炎症或损伤部位。1987 年，第一个趋化因子白细胞介素8（interleukin-8，IL-8）被发现，并被证明是一种选择性中性粒细胞趋化因子。从那时起，趋化因子家族稳步扩大，目前已有50 多个成员。大多数趋化因子含有四个保守的半胱氨酸残基，并形成两个二硫键维持趋化因子单体的结构。趋化因子单体由一个中心的三链β-折叠和一个覆盖于其上的C 末端α-螺旋，以及一个在受体激活中起关键作用的非结构化N 末端组成［12］。根据其肽链N 末端两个半胱氨酸残基的数量和位置变化，趋化因子可以被分为4 个亚族：C、CC、CXC 和CX3C［13］。在这4 个亚族之中，CC 和CXC 趋化因子是两个主要的亚族，其前两个半胱氨酸相邻的是CC 基序，被一个氨基酸残基隔开的是CXC 基序。C 型趋化因子缺少第一和第三个半胱氨酸，而CX3C 趋化因子在前两个半胱氨酸残基之间有三个氨基酸［14］。

趋化因子通过与靶细胞表面表达的趋化因子受体相结合来发挥其生物学功能。在缺血性卒中的炎症环境中，由驻留在脑内的小胶质细胞和浸润的免疫细胞产生释放趋化因子，从而进一步募集和激活白细胞，加剧炎症反应［8］。大脑发生炎症反应后，受损脑组织和外周血液中的多种细胞因子释放增加。这些细胞因子是卒中诱导的免疫炎症反应的重要介质，参与脑梗死的进展，并影响疾病的严重程度和预后［15］。

2 趋化因子受体

趋化因子受体（chemokine receptor，CCR）是G 蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）超家族中的重要成员，具有7 个跨膜α-螺旋结构域。受体分子被其跨膜结构分割成膜内C 端、3 个膜内环、3 个膜外环和膜外N 端，G 蛋白与其中一个膜内环偶联，介导受体与配体结合后的胞内信号级联反应，进而发挥生物学功能［16］。趋化因子受体一般由340～370 个氨基酸组成，具有25%～80%的氨基酸同源性［17］，其在免疫细胞、中性粒细胞、内皮细胞等细胞膜上都有表达，主要介导趋化因子的信号传导［18］。

自1991 年发现趋化因子受体CXCR1、CXCR2 到现在，发现并克隆的趋化因子受体已有20 多种。根据对应结合的趋化因子配体的种类不同，可将趋化因子受体也分为4 个亚族：XCR、CCR、CXCR、CX3CR。趋化因子的特异性在很大程度上局限于属于同一亚族的受体。然而，趋化因子与其受体之间相互作用具有交叉性，即一种趋化因子特别是炎性趋化因子，可以激活多种趋化因子受体，反过来一种趋化因子受体也可以识别多种趋化因子［19］。

在被趋化因子等配体激活之后，趋化因子受体主要通过与胞内的β-arrestin 等信号分子结合以转导下游信号。另一方面，除了在趋化白细胞中的关键作用外，趋化因子及其受体在细胞及器官的发育、病原体的清除、肿瘤的形成及其转移等方面都起到重要的作用［18］。

3 趋化因子受体与卒中后神经炎症

3.1 CC 族趋化因子受体（CC chemokine receptor-2，CCR2)

CCR2 是CC 型趋化因子的代表性受体，共有5 种配体，趋化因子配体2（chemokines ligand 2，CCL2）是其中最主要的一个。CCR2 与CCL2 在神经炎症中的作用与炎症细胞的激活、浸润密切相关。在成年大鼠脑组织中，CCR2 的基础性表达主要存在于脑神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中，并广泛分布在大脑皮层、纹状体、丘脑、海马等多个部位［20］。通常脑组织细胞内CCR2 的蛋白水平极低，而在脑组织受损的情况下CCR2 的表达会显著增加。近年来研究发现，大鼠大脑海马体中CCL2 与CCR2 的mRNA 和蛋白表达在脑缺血再灌注损伤后6 h 均显著增加［21］。与野生型对照相比，CCR2 基因缺陷小鼠在缺血再灌注后脑梗死较小，脑水肿减轻，血脑屏障通透性降低［22］，提示在脑缺血再灌注损伤中CCR2 可能发挥着重要功能，抑制CCR2具有神经保护作用。

脑缺血后炎症反应的一个关键特征是免疫细胞的募集，这一过程受到众多炎症介质的协同作用调节，而趋化因子及其受体是其中的关键［11］。CCR2 加重卒中后炎症反应的生物学作用研究表明，CCR2-/-小鼠在再灌注期间减少了多种促炎细胞因子的释放，而在CCR2+/+鼠中会出现一系列炎症因子的过表达［22］，说明CCR2 与炎症因子的释放有关。此外，有研究显示，CCR2 的缺失降低了再灌注后24 h 和72 h 中脑动脉栓塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠的梗死面积，同时减少了受损脑内炎性单核细胞的积聚［23］。另一项研究也表明，与野生型动物相比，CCR2-/-小鼠脑缺血再灌注后巨噬细胞和中性粒细胞水平降低［24］，提示抗CCR2 可通过减少单核/巨噬细胞的浸润入脑，减轻脑内的炎症反应，进而抗脑缺血损伤。

最近的报道表明，CCR2 依赖的单核/巨噬细胞的募集是一把双刃剑，在卒中后早期它们加剧了急性脑损伤，但在晚期又促进了神经功能的恢复，其作用可能是通过将CCR2 依赖的机制募集的促炎性巨噬细胞在脑缺血再灌注损伤的后期转化为抗炎表型巨噬细胞来实现的［25］。也有研究显示，CCR2/CCR5 的双拮抗剂PF4178903 可以抑制巨噬细胞向M1 型极化，同时介导M2 型极化［26］，说明对CCR2 的抑制能够减少M1 型巨噬细胞的极化，进而减轻脑缺血后的炎症反应。

CCR2 主要在小胶质细胞中表达，CCL2 在向组织损伤部位募集炎症细胞中起主要作用。星形胶质细胞也会功能性地表达CCR2，同时，星形胶质细胞还是神经炎症中内源性CCL2 的主要来源，其可以通过释放CCL2 与CCR2 结合的方式刺激小胶质细胞向M1 极化［27］。有研究显示，使用CCR2 抑制剂可以抑制体外小胶质细胞的活化、M1 极化和迁移能力［28］，还能降低炎症因子的表达并减少神经元的损伤和凋亡［29］。

3.2 CCR5

作为CC 家族配体CCL3、CCL4 和CCL5 的受体，生理条件下，CCR5 在包括巨噬细胞、小胶质细胞、T 淋巴细胞、粒细胞、树突状细胞和成纤维细胞等多种细胞上表达［30］。CCR5 是炎性趋化因子受体，其参与免疫过程和神经调节，Joy 等［31］研究证明，卒中后CCR5 在免疫细胞、星形胶质细胞和神经元中均有不同程度的上调，提示CCR5 在脑缺血再灌注损伤中起重要作用，是卒中后康复有希望的分子靶点。

有研究显示，CCR5 在脑缺血发生后能够促进中性粒细胞向缺血部位聚集，以此加重缺血损伤［32］。通过CCR5 基因敲除、基因沉默或药物阻滞剂降低CCR5的激活，可以改善人类和小鼠的认知功能，增强可塑性并减少脑损伤［33］。Maraviroc 是目前市场上用来治疗HIV 的CCR5 拮抗剂，最近被发现能有效促进卒中患者的功能恢复［31］。研究表明，使用Maraviroc 阻断CCR5 可以抑制T 淋巴细胞对趋化因子的趋化活性，并在体外调节促炎细胞因子的产生［34］。在灵长类动物的大脑中，低剂量的Maraviroc 和其它CCR5 拮抗剂已被证明可以减弱胶质细胞的激活，维持内皮细胞单层的完整性，减少T 细胞的浸润，并减轻神经炎症［35］。Tene等［36］提出了抑制CCR5 活性在脑损伤恢复过程中的两种作用机制：一是减少缺血性损伤后出现的炎症反应；二是通过神经调节改善突触可塑性。

另有文献报道，脑源性CCR5 在卒中亚急性期的神经保护和大脑修复中起着关键作用，这些有益作用的细胞基础与增加少突胶质细胞和Ibal+巨噬细胞、减少神经元变性以及促进梗死周围皮层的髓鞘再生有关［37］。

3.3 CXCR4

CXCR4 属于CXCR 类趋化因子受体，是一种高度保守的7 次跨膜G 蛋白偶联受体，由352 个氨基酸组成。CXCR4 在免疫细胞和造血细胞中均有表达。它也存在于神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、骨髓源性细胞和神经前体细胞中［38］。CXCR4 只有一种内源性趋化因子配体CXCL12，另外还有几种天然的非趋化因子配体，如胞外泛素和巨噬细胞移动抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）等非同源配体。CXCR4 与CXCL12 紧密结合，能够介导免疫和炎症反应，参与心肌梗死、缺血性卒中和急性肾损伤等疾病的发生［17］。

CXCR4/CXCL12 在中枢神经系统中具有多种功能。脑损伤后，CXCR4+炎性细胞被CXCL12 诱导向受损部位迁移。CXCR4 在缺血脑中的表达上调，MCAO 后2～4 天在缺血半暗带中可发现CXCR4 的mRNA 表达增加［39］。卒中脑内CXCR4 与小胶质细胞之间也存在相互作用。MCAO 后96 h，梗死灶周围的CXCR4 和小胶质细胞免疫反应增强。同样，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）能够增加原代培养小胶质细胞中CXCR4 的表达，而CXCR4 失活可抑制小胶质细胞的活化和增殖［40］。CXCR4 拮抗剂CX549或AMD3100 减少了缺血半球的小胶质细胞激活和T 细胞浸润，促进了卒中动物的功能恢复［38］。这些数据表明缺血性脑损伤通过CXCR4 增强炎症反应，而CXCR4 拮抗剂可通过在卒中后大脑中的抗炎作用起到神经保护作用。

3.4 CX3CR1

由355 个氨基酸组成的功能蛋白CX3CR1 在全身的单核细胞、树突细胞和自然杀伤细胞中都有表达，但通常这些细胞很少能经血脑屏障进入健康大脑内，因此小胶质细胞被认为是唯一的CX3CR1 表达来源［41］。趋化因子CX3CL1 及其特异性受体CX3CR1 已被证明在中枢神经系统中具有重要作用，尤其是在调节神经元和小胶质细胞之间的交流方面［42］，能够调节小胶质细胞的激活，使其保持在静息状态，从而抑制炎性细胞因子的释放。

有报道发现缺乏CX3CR1 受体的小鼠在MCAO后脑损伤减轻，凋亡细胞和CD45 阳性浸润白细胞数量减少，以及IL-1β和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表达下降［43］。这些结果表明CX3CR1 参与了脑缺血模型小鼠的病理生理过程，缺乏CX3CR1 受体可显著减少小鼠脑中缺血性损伤和炎症反应。另一项研究也表明，与野生型对照相比，在MCAO 之后CX3CR1-/-小鼠的脑梗死面积减小，神经功能缺损改善，部分原因是神经炎症反应的减少。CX3CR1 的缺失可以减弱脑缺血后小胶质细胞的增殖，消除周围巨噬细胞的募集，并减弱了它们合成和释放炎性细胞因子的能力，从而起到神经保护作用［44］。因此，CX3CR1 可能是选择性减少卒中后神经破坏性炎症级联反应的重要治疗靶点。

3.5 其它趋化因子受体

其他趋化因子受体在卒中后神经炎症中的研究现在仍然较少。CCR1 是一种在大脑中广泛表达的膜受体，属于CC 型趋化因子受体。多项研究观察到CCR1在大脑中的神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞上的表达。CCR1 与其内源性配体CCL5 的结合可促进脑缺血的炎症过程。有研究表明，CCR1 激活可能通过CCR1/TPR1/ERK1/2 信号通路促进小鼠脑出血后的神经炎症反应。选择性CCR1 拮抗剂Met-RANTES 通过减轻神经炎症，从而减轻脑水肿，改善神经行为功能。靶向CCR1 激活可能为脑出血患者的治疗提供一种很有前景的治疗方法［45］。

CCR4 首先在人类嗜碱性细胞系中被发现，随后在自然杀伤细胞、调节性T 细胞（regulatory T cell，Treg）、单核细胞、小胶质细胞、神经元和星形胶质细胞中大量表达。CCL17 是CCR4 的特定配体，二者广泛参与调节免疫和炎症反应。研究表明，依赖rCCL17 的CCR4激活缓解了脑出血后的神经功能缺损，减轻了脑水肿，改善了神经炎症和神经元凋亡。这些反应至少部分是通过PI3K/AKT/Foxo1 信号通路介导的［46］。

一些证据表明，缺血性脑组织病变内累积的T 细胞可能是导致卒中后诱导CXCR3 表达的细胞来源。CXCR3 mRNA 的高表达与巨噬细胞在缺血区中的聚集有关，提示CXCR3 可能在脑损伤后炎性细胞向脑内募集起作用［19］。CXCR5 是CXCL13 的受体，与野生型小鼠相比，CXCR5-/-小鼠在MCAO 后纹状体和大脑皮层都表现出更大的缺血性损伤，并且促炎性M1 小胶质细胞/巨噬细胞密度增加，提示小胶质细胞来源的CXCL13 通过CXCR5 发挥作用，可能参与卒中后的神经保护作用［47］。

4 总结与展望

综上所述，趋化因子受体在对卒中后神经炎症的调控中起着重要作用。脑卒中具有发病率高、致残率高和病死率高的特点，严重威胁人类健康，给患者、家庭及社会带来了沉重的负担［48］。对于急性缺血性卒中，重组组织型纤溶酶原激活剂（recombinant tissue plamnipen activator，rt-PA）是目前美国食品药品监督管理局批准的唯一可用于临床溶栓治疗的药物，但由于治疗时间窗狭窄和存在出血转化的潜在风险，因而限制了其临床应用［49］。近年来趋化因子受体成为了调控炎症和免疫反应的具有吸引力的药物靶点，为研发趋化因子受体拮抗剂用于治疗炎症与免疫性疾病提供了新思路。目前随着对趋化因子及其受体家族更加系统全面的研究，脑卒中患者个体化治疗呈现出更多的靶向选择，有望真正提高脑卒中患者的生存率。所以对趋化因子及其受体进行更深一步的研究对抗卒中治疗具有重要意义，以该系统为靶点的药物可为治疗脑卒中提供前景。