趋化因子及其受体在出血性卒中中的研究进展

宋建成，周桂银，杜自力 综述曹芳 审校

遵义医科大学附属医院脑血管病科，贵州 遵义 563000

卒中是全球第二大死亡原因，仅次于心脏病[1]。卒中可分为缺血性卒中和出血性卒中，其中出血性卒中约占发病的15%，但占卒中相关死亡的比例高达40%[2]。不仅如此，高达50%的卒中患者在初次发作1年后仍依赖护理，并有记忆、语言和日常活动障碍[3]。出血性卒中是由脑血管破裂和随后的脑出血引起的，根据出血部位进一步划分为脑内出血（intracerebral hemorrhage，ICH）、蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）等亚型。出血后病灶周围组织会发生缺氧和葡萄糖剥夺，引发继发性炎症反应，导致病灶扩张，不利于患者的预后[4-5]。因此，针对早期脑损伤、继发性炎症级联反应的治疗，有望改善患者的生存，减少功能障碍。

趋化因子是一类分子量较小的细胞因子，为8～14 kDa，通过控制免疫细胞的生长、分化和激活来调节淋巴组织的发育、免疫和炎症反应[6-7]。在结构上，趋化因子含有保守的半胱氨酸残基，其数量和位置定义了4个亚型的结构特征，即CXC、CC、XC和CX3C[8]。趋化因子CC组最大，由27名成员组成，其次是17名成员的CXC组[9]。趋化因子在组织损伤部位，由常驻组织细胞、激活的常驻白细胞、招募的白细胞、激活的内皮细胞和一些神经元大量产生，并且在转录、翻译和翻译后水平受调节[10]。趋化因子的释放也受到炎症或有害刺激的调节，它们作为免疫炎症介质，在创伤或炎症期间调节白细胞渗入大脑。趋化因子受体是G蛋白偶联的7个跨膜受体，与趋化因子形成复杂的功能网络。近年来，研究显示趋化因子受体传递的趋化因子信号对中枢神经系统的免疫反应至关重要，可以通过各种中枢神经系统细胞表达，并与广泛的临床疾病有关[11-14]。值得注意的是，趋化因子对中枢神经系统细胞具有保护性或退行性作用[15]。本文系统综述了目前趋化因子及其受体在出血性卒中中的研究进展，探讨其具体的作用机制，以期为出血性卒中提供新的治疗策略。

1 脑内出血与趋化因子及其受体

脑内出血是指颅脑内的血管破裂，血液流入脑组织所引起严重脑损害的脑血管疾病。脑内出血约占所有卒中的10%～15%，具有高死亡率、高发病率和较高的社会经济负担[16]。脑内出血发生后，大脑中沉积的血液会导致局部组织受压变形，其占位效应被认为是发生脑组织损伤的主要原因[17]。红细胞碎片和血肿分解产物会引起继发性脑损伤，诱发一系列的炎症反应和氧化应激等，进一步导致脑组织损伤、血脑屏障破坏和脑水肿。大量研究表明，趋化因子及其受体在脑内出血诱导的脑损伤、血脑屏障完整性破坏、炎症反应等发挥重要作用。

1.1 脑内出血与CCR1 CCR1是编码趋化因子受体家族的一个成员，可以在神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞检测到CCR1的表达。YAN等[18]研究表明，在小鼠脑内出血模型中，CCR1的激活可能部分通过细胞外调节蛋白激酶信号通路促进急性神经炎症；选择性地抑制CCR1活性可以改善神经行为缺陷，减轻脑水肿和神经炎症。由此认为，靶向CCR1的激活可以为脑内出血患者的治疗提供一种较有前景的治疗策略。

1.2 脑内出血与CCL2/CCR2 CCL2也称为单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemoattractant protein1，MCP1），由整个中枢神经系统的神经元组成性表达，而其唯一的受体CCR2仅存在于中枢神经系统中的小胶质细胞。CCL2可以促进小胶质细胞的增殖、存活和细胞因子的分泌，在脑内出血诱导的脑损伤和过度炎症激活中起着重要作用。轻度脑内出血后，患者血清中CCL2表达水平的持续升高可能会导致脑内出血急性阶段的损伤，并且影响恢复阶段的中枢神经系统的修复[19]。不仅如此，CCL2是脑内出血患者单核细胞招募的主要趋化因子，患者24 h血清CCL2的水平与第7天的功能不良独立相关。由此认为炎症单核细胞会加重脑内出血后的早期运动缺陷，在发病早期拮抗或调节这个靶点有可能减少脑内出血后的神经障碍[20]。随后研究发现下调CCL2或CCR2可以显著降低脑损伤体积和脑水肿程度，提高神经功能损伤评分，但却延迟了血肿的恢复和清除[21]。早期缺乏CCL2的有益作用可能是由于细胞因子和趋化因子的分泌减少，从而减少神经元的死亡。延迟血肿的恢复可能是炎症反应失调引起的，由于趋化因子信号通路的激活和微胶质细胞/巨噬细胞的过度激活可能会延长炎症的有害阶段。因此，干预CCL2从有益阶段到有害阶段的过渡，可能是进一步的研究重点。近年来，CCL2在脑内出血后的临床和基础研究不断深入，致力于探索其在脑内出血后的具体作用机制。研究发现CCL2参与了红细胞裂解液诱导的小胶质细胞激活，产生细胞毒性，而CCL2shRNA可以抑制体内的炎症反应，减轻神经系统症状，改善脑功能[22]。GUO等[23]提出CCL2可能通过激活脑内出血后的p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路来介导继发性脑损伤，首次证明免疫治疗可以通过抑制脑内出血后的CCL2/CCR2/p38MAPK信号通路来有效保护血脑屏障的完整性，发挥神经保护作用。进一步研究发现脑内出血后CCL2的高表达受到1-磷酸鞘氨醇受体3（sphingosine-1-phosphate receptor 3，S1PR3）的调节，下调S1PR3的表达可以减少CCL2和P38MAPK的表达，从而减少脑水肿体积，改善血脑屏障完整性和行为缺陷[24]。此外，CCR2b基因存在190G/A多态性，可引起CCR2蛋白第一个跨膜中缬氨酸至亮氨酸的变异，这可能是湖南地区汉族人群脑内出血的一种保护性基因多态[25]。综上所述，CCL2可能参与了脑内出血早期炎症反应的免疫调节、血脑屏障完整性调节等病理生理过程，针对CCL2通路的干预可能是未来脑内出血的一种很有前途的治疗策略。

1.3 脑内出血与CCL12、CCL17、CCL21 CCL12又名单核细胞趋化蛋白5（monocyte chemoattractant protein，MCP5），主要由单核巨噬细胞、中性粒细胞等外周免疫细胞分泌产生。其在趋化诱使外周免疫细胞向受损的组织迁移并参与炎症反应中发挥重要作用。新近研究对脑内出血小鼠的血浆进行蛋白组学分析后，发现CCL12在老年和年轻小鼠血浆中差异最显著，表明衰老可以导致脑内出血小鼠血浆中的CCL12进一步上调，并通过招募外周巨噬细胞和T细胞加重脑内出血后的炎症反应，进而加重了脑损伤[26]。CCL17由小鼠大脑海马CA1神经元产生，在稳态条件下维持海马小胶质细胞典型的高度分支形态，并促进小胶质细胞适应急性脂多糖诱导的神经炎症。小鼠脑内出血后，内源性CCL17、CCR4的表达增加，并在72 h达到峰值。重组CCL17干预可激活CCR4，显著促进细胞外调节蛋白激酶和蛋白激酶B的磷酸化，使转录因子Nrf2、CD163蛋白、胞内磷脂酰肌醇激酶和基因BCl-2表达上调，并降低转录因子Foxo1、白介素-1β、肿瘤坏死因子-α和凋亡相关基因Bax的表达，从而改善脑内出血的神经功能缺陷，减少脑水肿，促进血肿清除[27-28]。CCL21亦是趋化因子CC家族的重要成员，与其受体CCR7参与T细胞亚群和抗原呈递树突细胞的抗原特异性激活。使用CCL21单抗干预脑内出血小鼠，可显著减少神经功能损害，这可能是通过激活Janus激酶2/信号传导与转录激活因子3信号通路，抑制下游分泌肿瘤坏死因子-α、白介素-1β等细胞炎性因子，从而起到神经保护作用[29]。

1.4 脑内出血与CXCL12 CXCL12可以调节造血细胞的转运，与神经细胞凋亡、生存和增殖密切相关，在局灶性血管形成、炎症反应启动中发挥关键作用。CXCL12可以剂量依赖性增强血管内皮祖细胞的增殖、迁移和黏附，通过激活CXCR4信号通路刺激血管生成，从而诱导脑内出血后的血管生成[30]。在脑内出血发生早期，及时应用CXCL12可能会促进早期血管修复和血管生成，改善受损区域的微环境，在预防继发性神经元损伤和神经元再生方面发挥着重要作用[31]。另有研究发现脑内出血患者入院时、入院后第1天、第3天、第7天、第14天时CCL17和CXCL12的水平明显高于对照组志愿者，病情严重组外周血清CCL17和CXCL12的水平明显高于轻度和中度组患者，提示CCL17和CXCL12有望成为脑内出血病情严重程度的参考指标[32]。不仅如此，术后6个月内死亡者血清中的CXCL12水平明显高于存活者，预后不良者明显高于预后良好者，其效能与美国国立卫生研究院卒中量表评分、血肿体积评估相当，提示血清中CXCL12的表达水平有可能成为预测急性脑内出血患者生存和预后的潜在指标。

1.5 脑内出血与CX3CR1 CX3CR1是一种在小胶质细胞和Ly6Clo单核细胞亚群中发现的趋化因子受体。在稳定状态下，Ly6Clo、CX3CR1会充满单核内皮细胞，通常被称为“常驻单核细胞”。脑内出血发生后，Ly6Clo、CX3CR1巨噬细胞会迅速募集于血肿周围区域，但它们的募集不依赖于CX3CR1，而且CX3CR1信号通路不影响脑内出血后功能恢复，由此推测出CX3CR1不是脑内出血术后改善预后的目标[33]。

2 蛛网膜下腔出血与趋化因子及其受体

蛛网膜下腔出血是脑底部或脑表面血管破裂后，血液流入蛛网膜下腔引起相应临床症状的一种出血性卒中。蛛网膜下腔出血中最常见的原因是颅内动脉瘤破裂所引起，约占85%[34]。动脉瘤性蛛网膜下腔出血后可引起颅内压升高，颅内血流量的减少，早期脑损伤等病理反应，进一步引发晚期脑血管痉挛、脑水肿、免疫炎性反应、神经元的凋亡以及氧化应激反应等，对中枢神经系统造成严重的损害[35]。特别是血凝块及其分解产物存在于蛛网膜下腔，能够诱导炎症反应，从而引起小动脉收缩、动静脉闭塞和延迟性动脉痉挛。趋化因子及其受体是炎症反应中必须的趋化细胞因子，在蛛网膜下腔出血的发生发展过程中起着重要的作用。

2.1 蛛网膜下腔出血与MCP-1早在十多年前就有学者检测出MCP-1在蛛网膜下腔出血模型的基底动脉壁中表达升高，在第5天达到峰值，而且MCP-1的表达与脑血管痉挛的发展呈平行的时间进程，提示MCP-1的表达和信号可能参与蛛网膜下腔出血引起脑血管痉挛的发病机制[36]。随后有研究检测了不同时间点动脉瘤破裂患者血清中MCP-1的水平，结果显示动脉瘤患者临床分级与MCP-1的水平相关，随着蛛网膜下腔出血患者格拉斯哥昏迷评分的降低和Hunt-Hess分级的提高，MCP-1的血清水平显著增加，提示MCP-1可能是无全身表现的脑动脉瘤的局部炎症标志物[37]。此外，通过检测蛛网膜下腔出血患者脑脊液中MCP-1的含量，发现MCP-1的表达从病发后第1天增加到第5天，在第3天达到峰值，随后有所下降，并且白介素-6表达的增加可能会诱导蛛网膜下腔出血后脑脊液中MCP-1的表达，这可能与延迟缺血性神经缺陷的发展密切相关[38]。

2.2 蛛网膜下腔出血与CCL5 CCL5由多种细胞分泌，包括上皮细胞、内皮细胞、血小板、胶质细胞、神经元等。CCL5可以与多个G蛋白偶联受体结合，参与多种中枢神经系统相关疾病的病理生理学。早期研究发现，小鼠蛛网膜下腔出血模型导致血管痉挛时，脑组织中CCL5的水平显著增加，但骨髓样细胞的免疫调节可减少CCL5的分泌，表明CCL5可能是蛛网膜下腔出血后炎症信号的来源，骨髓样细胞的免疫调节可能提供新的治疗策略[39]。CHANG等[40]发现丙戊酸可以通过抑制CCL5的表达，减少蛛网膜下腔出血诱导的细胞黏附分子和神经炎症，发挥抗血管痉挛的作用。随后，有研究通过收集动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者的外周血清和脑脊液，研究CCL5与临床预后和并发症的关系，得到了一个有趣的结论：与对照组患者相比，动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者术后第1天和第7天的脑脊液和血清CCL5水平显著增加，且术后第1天脑脊液CCL5水平与不良的临床预后相关，但术后第7天的血清CCL5水平与良好的临床预后相关，提示针对CLL5的治疗方法可能对动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者大有益处[41]。

2.3 蛛网膜下腔出血与CCL20 CCL20由多种上皮细胞和免疫细胞表达，在炎症刺激下上调，导致炎症级联反应。蛛网膜下腔出血后CCL20的表达上调，这可能与病发后的炎症反应相关[42]。进一步研究发现，表达上调的CCL20主要局限于神经元和小胶质细胞，在星形胶质细胞中只有少量表达，并且CCL20可以通过增加CCR6的活性，诱导炎症反应和神经细胞凋亡，加重早期脑损伤[43]。抑制CCL20可以抑制神经细胞凋亡和微胶质细胞的激活，但CCL20调节蛛网膜下腔出血后早期脑损伤、神经元损伤和炎症反应的潜在分子机制需要更深入的研究。

2.4 蛛网膜下腔出血与CXCL12 CXCL12又被称为基质细胞衍生因子1（stromal cell-derived factor 1，SDF1），具有6个亚型，参与先天免疫系统。蛛网膜下腔出血患者血清中CXCL12的水平显著升高，其表达水平与世界神经外科医生联合会量表评分和改良的Fisher评分独立相关[44]。不仅如此，血清CXCL12水平可以独立预测患者6个月死亡率和6个月功能预后，血清中CXCL12的升高与动脉瘤性蛛网膜下腔出血的严重程度和临床不良预后密切相关，有望成为预测动脉瘤性蛛网膜下腔出血预后的生物标志物。此外，CXCL1、CXCL2、CXCL9、CXCL10和CXCL11在蛛网膜下腔出血后均表达增加，这可能与病发后单核细胞和淋巴细胞驱动脑内免疫激活相关，其具体作用机制还有待研究[45-46]。

3 展望

综上所述，本文系统描述了趋化因子及其受体在出血性脑卒中的最新研究进展。大量研究表明，趋化因子及其受体在脑内出血和蛛网膜下腔出血发生后存在失调，而趋化因子及其受体的失调参与了多种病理生理过程。在脑内出血中，趋化因子及其受体的失调可能参与神经胶质细胞的激活、血肿的清除、神经炎症反应、免疫调节、血脑屏障完整性恢复等过程，从而参与脑损伤修复和后期神经功能的恢复。在蛛网膜下腔出血中，趋化因子及其受体的失调可能参与脑血管痉挛、免疫炎性反应、免疫调节等过程，参与早期脑损伤和延迟缺血性神经缺陷的发展。不仅如此，一些趋化因子及其受体的水平与出血性卒中患者病情的严重程度和预后结局独立相关，被认为是出血性卒中病情诊断和预测预后的潜在生物标志物，也可能是出血性卒中某些生物学过程的潜在治疗靶点，有助于出血性卒中临床治疗的发展。但目前大多数的研究还是基于动物的出血性卒中模型，对于临床患者的研究只是较小的一部分，导致对于趋化因子及其受体在出血性卒中的认识仍然存在差距，需要去探索更多的趋化因子及其受体在出血性卒中的表达及其生物学调控功能，挖掘其参与的病理生理的具体途径，为出血性卒中的诊断和治疗提供帮助。