自噬与炎症反应对缺血性脑卒中影响的研究进展

于 静，吴晓光

（承德医学院基础医学研究所，河北承德 067000）

缺血性脑卒中也称脑梗死，具有高发病率、高致残率、高死亡率、高复发率的特点，随着人口老龄化，现已成为我国成年人致死和致残的首位原因[1]，针对缺血性脑卒中的深入研究十分必要。有研究显示[2，3]，缺血性脑卒中与炎症和自噬在致病因素和治疗机制途径上都具有相关性，但对于炎症与自噬相互交叉作用在缺血性脑卒中方面的研究较为少见。本文将围绕引发缺血性脑卒中的发生与自噬、炎症的关系和缺血性脑卒中病变发生后炎症、自噬及其相互作用机制作一综述。

1 缺血性脑卒中的发生危险因素

血栓形成和动脉粥样硬化斑块脱落后，漂浮在血管内造成堵塞，致使局部血流量改变，以及造成血管狭窄是引发缺血性脑卒中的主要原因[4]。此外，吸烟、高血压和糖尿病也是脑卒中的相关危险因素[5]。

1.1 血栓的形成与自噬炎症相关

缺血性脑卒中的形成因素很多，其中血栓的形成成为缺血性脑卒中发生的常见诱因，它造成脑血管中阻塞，使得脑部血流量异常，引起局部缺血。造成缺血性脑卒中的血栓主要形成于脑动脉、颈动脉内，这类血栓的形成主要是源于血管内皮细胞受损，导致凝血系统开启凝血酶，以及血浆中的纤维蛋白使血小板凝块与血细胞缠结成血凝块。除此以外，血栓的形成与炎症因子有关，有研究者发现白介素-6（IL-6）与促血栓形成有关[6]。普遍认为炎症反应是机体对受损后产生的防御反应，产生多种炎性因子，由于炎症细胞因子可加剧血管内皮细胞的受损程度，进而影响血栓形成。重组血栓调节蛋白通过AKT以及mTOR通路抑制LC3、ATG5、Beclin-1自噬蛋白的表达，为血管内皮细胞提供保护，借此减轻动脉粥样硬化的病变，这项研究已被证实[7]。因此，针对血栓造成的缺血性脑卒中治疗，既可以使用抗血小板药物，也可尝试使用抗炎药与自噬抑制剂相结合。

1.2 动脉粥样硬化的形成与自噬炎症相关

动脉粥样硬化是引起心脑血管疾病众多诱因中最为常见的一种。动脉粥样硬化的形成造成动脉壁质地变硬、加厚, 管腔狭窄，闭塞后期形成斑块，斑块的破裂、脱落就会造成脑部缺血性梗死等一系列级联效应。在动脉粥样硬化引发的众多影响当中，动脉粥样硬化与炎症反应、自噬反应的相关性已有较多学者参与研究。Geng等[8]发现，通过诱导一种肿瘤抑制因子microRNA-129-5p的增加以减少内皮细胞中Beclin-1，影响其翻译过程，促进动脉粥样硬化的发展，以此说明内皮细胞自噬对动脉粥样硬化的形成有拮抗作用。一些炎症、自噬相关信号通路或标志物，如p38/MAPK信号通路、NF-κB/TLR4信号通路以及LC3-II、mTOR的表达与动脉粥样硬化都存在关系[9-13]，并且也有研究提示，抑制血清中的炎症因子可帮助改善由动脉粥样硬化引发的缺血性脑卒中[14]。姚伟娟等[15]也在动脉粥样硬化斑块的形成中发现，一种结合蛋白原肌球蛋白调节蛋白（Tmod1）在斑块的巨噬细胞中存在，敲除Tmod1可减少斑块面积，他们还在海马、嗅球中发现原肌球调节蛋白，且在轴突、树突状细胞数量和形成方面有关联，将此蛋白作为动脉粥样硬化对中枢神经系统疾病损伤后自噬修复的靶点是新的研究方向。

总之，引发缺血性脑卒中的两大主要因素—血栓与动脉粥样硬化的形成，都和机体的自噬反应、炎症反应呈现出相关性。既然缺血性脑卒中的形成与炎症自噬相关，那么缺血性脑卒中发生后引起的损伤、修复必然也脱离不了炎症与自噬的影响。因此，炎症和自噬之间存在的交叉影响、串扰关系也是必然的。

2 炎症与自噬的交叉影响

众所周知，神经元作为一种不可再生、不可分裂的脑内细胞，在脑内起着至关重要的作用。缺血性脑卒中的发生通过炎症和自噬的三种不同方式（巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬）对神经元表现出加剧损伤和保护的双重现象。

2.1 缺血性脑卒中后神经炎症反应

炎症反应作为一种以损伤诱导机体保护、修复能力增强为主要功能的免疫机制，在缺血性脑卒中发生后，脑中血管功能出现障碍，使得炎症反应进一步恶化，加速神经细胞的死亡过程。神经炎症的产生使白介素类细胞因子分泌增加，还会激活小胶质细胞产生一些一氧化氮、活性氧自由基等一系列具有神经毒性的介质物质。首先，在缺血性脑卒中发生后，梗死灶周围造成急性局部缺血的现象在短时间内很快引起三磷酸腺苷(ATP)的干涸，导致能量和蛋白质合成障碍，细胞膜通透性增加，血脑屏障的通透性随之发生改变，然后随着乳酸产生增多，细胞内外出现酸中毒，去极化和大量Ca2+内流引起失衡，进一步造成神经递质(多巴胺、谷氨酸、门冬氨酸、甘氨酸、γ-氨基丁酸、乙酰胆碱和天冬氨酸等)的异常累积，兴奋性神经毒性，细胞内外的离子梯度不能正常维持K+外流和Na+内流，最终引起脑水肿、炎性反应增强，梗死面积增大，引起神经细胞的炎症、凋亡等多种不良现象[16]。小胶质细胞的过度活化，释放TNF-α、IL-6等炎性因子，降低NO的含量，降低小胶质细胞对神经元的损伤现象[17]。在肺炎球菌脑膜炎的研究中，诱导小胶质细胞活化，也会产生肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-18（IL-18）和一些其他白细胞的炎性因子，由此导致脑水肿和脑神经功能障碍，对神经炎症的减轻表现为对脑血管的保护作用[17]。TRIM8是一种E3泛素连接酶，在调节炎症方面具有一定作用，通过抑制TRIM8来作用于NF-κB，激活相关炎症可减轻缺血再灌注介导的脑损伤[18]。因此，缺血后各种因素引发的炎症反应在缺血性脑卒中的病理生理学研究中的重要性毋庸置疑。

2.2 缺血性脑卒中后神经自噬反应

炎症反应、消除炎症与神经损伤修复三个关键环节相互影响，自噬作为体内神经细胞更新修复的一种机制，必然要在脑组织的损伤与修复中起到重要作用。通过不同的自噬途径将受损神经细胞分解，使其达到自我更新是自噬起保护作用的方式之一。其中热休克蛋白 70（heat shock proteins，Hsp70）作为热休克蛋白家族的明星蛋白研究较为广泛，它是主要的伴侣蛋白之一通过分子伴侣介导途径参与自噬，缺氧刺激是Hsp70呈现高表达的重要条件，且在多种组织器官中都有体现。有研究显示，Hsp70对缺血性脑卒中以及神经退行性疾病表现为一定的保护作用[19]。营养缺乏可能是诱发自噬现象的最主要因素，除此以外，像一些高温、缺氧等生理刺激也可促进自噬的产生。低氧环境可以加强胶质母细胞瘤的自噬作用[20]。自噬作为维持体内细胞平衡的一种调节机制，针对机体内外环境产生应激变化，在缺血性脑卒中发生后迅速进入双向调节状态。在正常细胞状态下，自噬处于低表达状态，在神经细胞受损不严重时适度增强自噬，从而产生神经保护作用，是机体进行自我调节、自我保护的一种现象。当细胞受损过久、自噬失控，则会逐渐演变为自噬性死亡，过度自噬会加剧损伤，此时通过抑制自噬减轻细胞的持续受损才是正确的选择。通过使用自噬抑制剂3-MA预处理发现，可降低LC3-II以及Beclin-1的表达量，对应验证使用自噬诱导剂雷帕霉素(RAPA)则出现相反的结果，说明适度自噬可以具有神经保护作用，而过度自噬则会出现脑水肿等加重神经损伤的现象[21]。金丝桃苷通过PI3K/Akt和MAPK通路降低自噬水平的过度激化，降低自噬相关蛋白的水平，对癫痫诱发的神经元损伤有保护作用[22]。在相关研究中发现，成年组的高水平自噬，自噬相关的p-ULK、p-ULK-1/ULK-1比值以及细胞存活率等足以维持海马神经细胞形态和数量，但是老年组自噬过度激活，这导致了CA1和CA3区的大量神经元死亡，自噬相关的Beclin-1、LC3II蛋白水平低，提示神经元出现死亡[23]。因此，自噬对神经的双重作用是肯定的，但损伤和保护双重作用转变临界时间界限还需进一步探索。

2.3 缺血性脑卒中后炎症与自噬相互作用

炎症和自噬在缺血性脑卒中等神经系统疾病中表现为交叉作用，相互调节。转录因子NF-f2是一种重要的氧化应激调节因子，在小鼠海马的小胶质细胞中增加其活化，升高促炎细胞因子IL-6和TNF-α水平，以及NFκB-p65途径的激活，同时伴随着自噬的增加[24]。近些年，自噬被看作炎症过程的仲裁者，是由于介导炎症反应的获得性免疫效应细胞和先天性免疫系统的细胞都会受到自噬的影响，自噬反应在这些细胞中的活动，影响同源免疫防御的发展以及炎症反应的进程。在永久性大脑中动脉闭塞的实验中可诱导自噬的激活，同时，TNF-α、IL-1、β和IL-6的蛋白水平显著降低，给予3-MA可显著降低相关炎症蛋白水平的表达，降低炎症反应[25]，而自噬诱导剂RAPA显著促进相关蛋白表达，促进炎症反应，提示自噬反应可在一定程度减轻脑缺血后引起炎症反应。自噬对炎症的抑制从来都不是单向的，也可通过抑制炎症来促进自噬。二甲双胍可以通过mTOR/p70S6K信号通路抑制细胞炎症，炎症蛋白降低，同时增强脊髓损伤后Beclin-1和LC3B-II的表达，降低雷帕霉素蛋白和p70S6K的磷酸化水平，增强自噬，从而减轻脊髓神经损伤[26]。α-芒果苷通过PI3K/Akt/mTOR信号通路减轻炎症程度，促进自噬[27]。也有研究表明，自噬与炎症不仅仅表现为拮抗作用。在IL-17A对脑出血的损伤作用的实验中，数据提示IL-17A促进了小胶质细胞自噬和小胶质细胞炎症，而在用自噬基因(ATG5和ATG7)的RNA干扰抑制自噬时，可以减少小胶质细胞的自噬和炎症，两者在此实验中显现出协同作用[28]。

3 小结与展望

综上所述，缺血性脑卒中的形成和损伤修复与自噬、炎症都具有相关性。自噬反应与炎症反应不管是在脑卒中等神经系统疾病还是其他疾病中并非单一作用[29]，而是发挥交叉交互作用，从而维持机体稳态平衡，尽量减小过度自噬与炎症对机体带来的损伤。自噬反应与炎症反应的关联机制以及维持二者平衡的关键节点还是一个未知领域，未来我们可以通过二者的交叉信号通路或是相关蛋白进一步探索发挥交互作用的标志性通路或物质。希望可以从基因组学以及蛋白组学方面入手，找到维持自噬反应与炎症反应平衡标志物、调控自噬与炎症在保护神经细胞作用过程中的关键调节剂，以及机制途径，根据不同的交互作用机制来选择不同的治疗药物、对应的治疗方案和预后措施，这将在未来治疗脑卒中疾病的研究中发挥重大作用。