炎性細(xì)胞因子在腦外傷繼發(fā)性腦損害中的作用及研究進(jìn)展

沈 斌（綜述），杭春華（審校）

（1．南京市六合區(qū)人民醫(yī)院腦科，南京 211500;2．南京軍區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科，南京 210002）

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）為一種常見(jiàn)的外傷，有著較高的致殘率和病死率。由于醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，腦創(chuàng)傷的病死率有所下降，但繼發(fā)性腦損傷仍是臨床治療和實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年來(lái)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明腦損傷導(dǎo)致急性全身炎性反應(yīng)，細(xì)胞因子作為體內(nèi)重要的炎性介質(zhì)，參與多種病理生理過(guò)程，在腦損傷后的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)中起著重要的作用。根據(jù)細(xì)胞因子對(duì)炎性反應(yīng)的不同調(diào)節(jié)作用，可分為促炎性細(xì)胞因子和抗炎性細(xì)胞因子兩大類，兩者參與了腦創(chuàng)傷后的繼發(fā)性腦損傷及損傷修復(fù)，主要包括腦水腫、腦血流紊亂、血腦屏障通透性改變、神經(jīng)元死亡及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)和再生［1］?，F(xiàn)就TBI后炎性反應(yīng)中相關(guān)炎性細(xì)胞因子、反應(yīng)機(jī)制及其與TBI后繼發(fā)腦損傷的關(guān)系予以綜述。

1 促炎性細(xì)胞因子

促炎性細(xì)胞因子是由機(jī)體免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞分泌，與免疫活化和炎性反應(yīng)具有重要關(guān)系的一類可溶性多肽，正常情況下人體含量極微，在各種因素刺激如感染、外傷后，其表達(dá)可急劇增加。核因子κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、可溶性細(xì)胞間黏附分子1、血管內(nèi)皮黏附分子1和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6、IL-8、IL-16 是幾種主要的促炎性細(xì)胞因子。

1．1 NF-κB NF-κB 是一種具有多向性轉(zhuǎn)錄激活功能的調(diào)節(jié)因子，可以被多種刺激因素或刺激物激活（如應(yīng)激、炎癥、氧自由基、細(xì)胞因子等），其主要作用是調(diào)控編碼多種細(xì)胞因子，參與免疫、炎癥、細(xì)胞凋亡等生理和病理過(guò)程中的基因表達(dá)調(diào)控。NF-κB廣泛存在于大腦皮質(zhì)、海馬和小腦突觸上的神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞中。NF-κB活化是機(jī)體效應(yīng)細(xì)胞大量釋放促炎細(xì)胞因子，導(dǎo)致組織炎性反應(yīng)過(guò)度和組織損傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［2］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究顯示NF-κB與腦外傷密切相關(guān)。通過(guò)大鼠腦損傷模型觀察NF-κB在大鼠腦皮質(zhì)內(nèi)的水平，發(fā)現(xiàn)損傷早期（1～2 h）NF-κB即在軸突被激活，而且傷后24 h在神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核中就可發(fā)現(xiàn)激活的NF-κB，并且這種活化能夠持續(xù)1周。正是由于NF-κB在腦外傷炎性反應(yīng)中的重要作用，控制NF-κB的水平成為腦外傷臨床治療新的思路及研究方向。

1．2 TNF-α TNF-α 是TNF的主要亞型，是一種生物學(xué)功能廣泛的細(xì)胞因子，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中參與免疫應(yīng)答和炎性反應(yīng)的重要的介質(zhì)［3］。人們?cè)谀X損傷模型中發(fā)現(xiàn)TNF-α是引發(fā)其炎性反應(yīng)的主要物質(zhì)。腦損傷后，由神經(jīng)系統(tǒng)中星形細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)元等釋放的TNF-α可激活多形核白細(xì)胞，增加白細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)，促進(jìn)白細(xì)胞黏附于毛細(xì)血管壁，并浸潤(rùn)至腦組織。活化的白細(xì)胞還可釋放多種炎性介質(zhì)、氧自由基，在腦缺血/再灌注后的組織損傷中起重要作用。TNF-α尚可進(jìn)一步激活巨噬細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞，使之產(chǎn)生炎性代謝產(chǎn)物，維持并加重炎性反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致腦組織再次損傷。另外，TNF-α對(duì)毛細(xì)血管有直接毒性作用，可損傷內(nèi)皮細(xì)胞并致微小動(dòng)脈痙攣，增加毛細(xì)血管通透性，加重外周白細(xì)胞浸潤(rùn)及腦水腫［4］。

1．3 細(xì)胞黏附分子 急性顱腦損傷患者的預(yù)后取決于損傷程度和繼發(fā)性腦損害。繼發(fā)性損害通常有白細(xì)胞的滲透進(jìn)入腦組織內(nèi)。白細(xì)胞黏附分子表達(dá)于血管內(nèi)皮和白細(xì)胞表面，調(diào)節(jié)白細(xì)胞的滲透、遷移。近年來(lái)，細(xì)胞黏附分子在腦損傷中作用的研究已成為腦損傷研究的熱點(diǎn)之一。細(xì)胞黏附分子可分為整合素家族、選擇素家族、免疫球蛋白超家族和鈣黏蛋白家族。此外，還有一些尚未歸類的黏附分子。白細(xì)胞黏附分子1、2和血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1屬于免疫球蛋白超家族成員。Mckeating等［5］通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究顯示，急性顱腦損傷患者細(xì)胞黏附分子1水平在傷后早期無(wú)變化，但在48 h后開始升高，血清中細(xì)胞黏附分子1水平變化反映顱腦損傷程度，而且與患者的預(yù)后密切相關(guān)。因此通過(guò)測(cè)量顱腦損傷患者血清中可溶性細(xì)胞間黏附分子1的水平可以判斷患者預(yù)后。

1．4 IL-1 IL是由免疫細(xì)胞或其他非免疫細(xì)胞產(chǎn)生的具有炎癥活性的小分子多肽類細(xì)胞因子，自1979年命名以來(lái)，已報(bào)道的有IL-1～I(xiàn)L-27。IL-1是一種能激活多種免疫和炎性細(xì)胞的前炎性細(xì)胞因子，主要由單核/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分泌。IL-1包括IL-1α和 IL-1β，IL-1β是腦組織中的主要形式［6］。顱腦損傷后，IL-1β激活血管內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞表面的黏附分子的表達(dá)明顯上調(diào)，白細(xì)胞在血管內(nèi)的滾動(dòng)減慢，牢固黏附。一方面，通過(guò)滲透進(jìn)入血管外的組織中，活化的白細(xì)胞釋放大量的氧自由基和蛋白水解酶，損傷腦組織;另一方面，白細(xì)胞的牢固黏附導(dǎo)致微血管阻塞，腦組織缺血缺氧，從而加重腦組織的損傷。其細(xì)胞因子IL-1βmRNA的表達(dá)與炎癥程度呈正相關(guān)，反映了顱內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞炎性反應(yīng)［7］，其升高程度可作為臨床上判斷疾病嚴(yán)重程度和療效的指標(biāo)。

1．5 IL-6 IL-6是由單核細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和其他細(xì)胞對(duì)IL-1和少量TNF-α起反應(yīng)時(shí)合成的多效性細(xì)胞因子。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)IL-6主要由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞合成和分泌，特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。近年實(shí)驗(yàn)表明，IL-6及其受體IL-6R存在于腦組織不同部位和細(xì)胞中，并發(fā)揮著一定的生理作用［8］。在腦損傷中IL-6對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響是雙向的［9］。一方面，IL-6作為一種重要的炎性介質(zhì)，在腦損傷的腦組織中顯著增高，過(guò)度表達(dá)可能參與繼發(fā)性腦損傷的過(guò)程;另一方面，IL-6也是一種具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)作用的因子。

1．6 IL-8 IL-8屬趨化因子，主要由白細(xì)胞和造血微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞分泌，可結(jié)合在內(nèi)皮細(xì)胞表面。根據(jù)半胱氨酸排列方式的不同可分為α、β和γ3個(gè)亞族。IL-8是α亞族的主要代表，為重要的趨化因子，對(duì)神經(jīng)組織早期炎性反應(yīng)的中性粒細(xì)胞具有趨化活性和激活作用，并生成氧化代謝產(chǎn)物，釋放細(xì)胞內(nèi)酶［10］。此外，IL-8可調(diào)節(jié)黏附分子，如內(nèi)皮細(xì)胞白細(xì)胞黏附分子1、血管內(nèi)皮黏附分子1和細(xì)胞黏附分子1的表達(dá)，從而增強(qiáng)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附。臨床研究發(fā)現(xiàn)，重度TBI患者腦脊液中IL-8水平均升高，TBI病死率與IL-8升高密切相關(guān)［11］，可見(jiàn)IL-8是炎性細(xì)胞募集的調(diào)節(jié)因子，可促進(jìn)繼發(fā)性腦損傷。

1．7 IL-16 IL-16是淋巴細(xì)胞的趨化素和重要的促炎細(xì)胞因子，它可誘導(dǎo)具有的T淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞產(chǎn)生游走應(yīng)答。研究結(jié)果表明，外傷組患者血清和腦脊液中IL-16水平變化與腦外傷后炎性細(xì)胞浸潤(rùn)的高峰、炎性因子的水平增高相一致。可能與IL-16誘導(dǎo)了T淋巴細(xì)胞及單核細(xì)胞等炎性細(xì)胞產(chǎn)生游走應(yīng)答，促發(fā)炎性反應(yīng)有關(guān)［12］。近幾年研究發(fā)現(xiàn)，IL-17、IL-18和等對(duì)繼發(fā)性腦損傷也有一定的促進(jìn)作用。研究顯示IL-17、干擾素γ與疾病發(fā)展呈正相關(guān)。IL-18是結(jié)構(gòu)上與IL-1β類似的促炎性細(xì)胞因子，大鼠腦損傷后48 h才檢測(cè)到 IL-18 mRNA，在7～14 d達(dá)到高峰，主要在小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上表達(dá)，這提示IL-18可能對(duì)腦損傷晚期炎性反應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)作用［13］。

2 抗炎細(xì)胞因子

2．1 IL-2 在一系列的淋巴細(xì)胞因子中，IL-2是第一個(gè)確定其特征的淋巴因子。IL-2被認(rèn)為在神經(jīng)和免疫系統(tǒng)之間起著重要的作用。它不僅影響著免疫系統(tǒng)的活動(dòng)，而且也控制著中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。IL-2是一種由T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的多肽激素，單鏈可溶的蛋白質(zhì)，能夠促進(jìn)T淋巴細(xì)胞的增生和分化。早期的研究表明，腦損傷后傷區(qū)腦組織中IL-2樣物質(zhì)升高，10 d達(dá)高峰，提示IL-2樣物質(zhì)可能是腦內(nèi)源性的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，參與腦保護(hù)作用。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-2對(duì)海馬神經(jīng)元有明顯的促成活作用，且與劑量相關(guān)，表明其具有良好的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用，可促進(jìn)神經(jīng)元的存活和軸生長(zhǎng)。近年已成功地將重組人的IL-2應(yīng)用于免疫治療，但大劑量時(shí)具有嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)不良反應(yīng)，如發(fā)熱、嗜睡、抑郁等。

2．2 IL-4 IL-4是重要的抑炎因子之一，主要生物學(xué)特性是刺激B細(xì)胞生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)造血功能、增強(qiáng)正常休止期T細(xì)胞的活性和生長(zhǎng)能力?？纱龠M(jìn)IgG和IgE的生成，能下調(diào) CD14的表達(dá)，并抑制 TNF-α、IL-1β、IL-6 mRNA 的表達(dá)［14］。初步的研究表明，在脂多糖刺激之前，預(yù)先經(jīng)IL-4孵化的肝細(xì)胞、單核/吞噬細(xì)胞中可溶性IL-1受體拮抗劑表達(dá)增多，從而抑制炎性反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展。

2．3 IL-13 IL-13通常是Th2細(xì)胞產(chǎn)生的、具有調(diào)節(jié)炎癥和免疫應(yīng)答功能的細(xì)胞因子。研究表明，IL-13能普遍抑制單核巨噬細(xì)胞合成和分泌炎性細(xì)胞因子和趨化因子，局部應(yīng)用IL-13后有抑制炎性細(xì)胞因子和趨化因子產(chǎn)生，阻止炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)及減輕炎癥損害的作用［15］。早期研究發(fā)現(xiàn)，腦外傷后血清和腦脊液中IL-13水平第1天就升高，7 d時(shí)達(dá)到高峰，且重型組與輕中型組之間及與對(duì)照組之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與腦外傷后單核細(xì)胞浸潤(rùn)的高峰相一致，證明了IL-13的抗炎作用。

2．4 IL-10 IL-10又稱為細(xì)胞因子合成抑制因子，是抗炎性細(xì)胞因子之一，能抑制腎小球系膜細(xì)胞及其炎性因子的分泌。作為輔助T細(xì)胞及單核/巨噬細(xì)胞所產(chǎn)生的重要因子，能抑制多種免疫活性細(xì)胞因子mRNA的轉(zhuǎn)錄，能抑制激活的單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞產(chǎn)生其他的細(xì)胞因子，如 TNF-α、IL-1β 等［16］。IL-10在TBI中的作用也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。TBI后局部活化的膠質(zhì)細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞等均能分泌 IL-10，IL-10通過(guò)抑制 TNF、IL-1、IL-6等細(xì)胞毒性因子的產(chǎn)生，減少小膠質(zhì)細(xì)胞等的抗原遞呈作用;IL-10還可通過(guò)上調(diào)抗凋亡基因的表達(dá)水平來(lái)調(diào)節(jié)谷氨酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，以減少谷氨酸的細(xì)胞毒性作用;IL-10也可增加TBI局部神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)?？梢?jiàn)，IL-10在TBI后對(duì)神經(jīng)元主要起保護(hù)作用。

3 小結(jié)

急性腦損傷后，機(jī)體出現(xiàn)炎性反應(yīng)，抗炎性細(xì)胞因子隨之產(chǎn)生，形成炎性反應(yīng)與抗炎性反應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)失衡或反應(yīng)過(guò)度時(shí)，可引起繼發(fā)性腦損害。對(duì)這些細(xì)胞因子的研究為治療腦創(chuàng)傷提供了高特異性的靶點(diǎn)。近幾年來(lái)模擬細(xì)胞因子及其抗體的藥物預(yù)防炎性反應(yīng)動(dòng)物模型試驗(yàn)成為熱點(diǎn)，深入研究其病理生理機(jī)制和有關(guān)治療方法將對(duì)防治腦損傷后繼發(fā)性腦損害有所幫助。

［1］Merrill JE，Benvenisete EN．Cytokines in inflammatory brain lesions:helpful and harmful［J］．Trends Neurosci，1996，19（3）:331-338．

［2］Karin M，Yamamoto Y，Wang QM．The IKK NF-kB system:a treasure trove for drug development［J］．Nat Rev Drug Discov，2004，3（1）:17-26．

［3］Zheng WX，Liu P，Sun XG．Relation of neurologic impairmentandvoluMof cerebral infarction with seruMferritin and tumor necrosis factor［J］．Chin JClin Rehabil，2005，9（5）:100-101．

［4］Pera J，Zawadzka M，Kaminska B，etal．Influence of chemical and ischemic preconditioning on cytokine expression after focal brain ischemia［J］．JNeurosci Res，2004，78（1）:132-140．

［5］Mckeating EG，Andrews PJ，Mascia L．The relationship of soluble adhesionmolecule concentration in systemic and jugular venous seruMto injury severity and outcome after traumatic brain injury［J］．Anesth Analg，1998，86（9）:759-765．

［6］丁永忠，孫群周，張建生，等．急性顱腦損傷后血清TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8含量變化及其臨床意義［J］．中國(guó)臨床神經(jīng)外科雜志，2006，11（1）:17-18．

［7］Kosaku K，Katina C，Elizabeth V，etal．Interleukin-1βmessenger ribonucleic acid and protein levelsafter fluid-percussion brain injury in rats:importance of injury severity and brain temperature［J］．Neurosurgery，2002，51（3）:195-203．

［8］Hans VH，Kossmann T，Lenzlinger PM，etal．Experimental axonal injury triggers interleukin 26 mRNA，protein synthesis and release into cerebrosp inal fluid［J］．JCereb Blood Flow Metab，1999，19（2）:184-194．

［9］Morganti-Kossmann MC，Rancan M，Stahel PF，etal．Inflammatory response in acute traumatic brain injury:a double-edged sword［J］．Curr Opin Crit Care，2002，8（2）:101-105．

［10］尹昌林，徐世偉，文亮．重型顱腦損傷后腦脊液IL-8的變化及意義［J］．中華創(chuàng)傷雜志，2001，17（5）:621-622．

［11］Whalen MJ，Carlos TM，Kochanek PM，etal．Interleukin-8 is increased in cerebrospinal fluid of children with severe head injury（see comments）［J］．Crit Care Med，2000，28（2）:929-934．

［12］韓汝政，趙洪洋，李化偉，等．顱腦損傷后腦脊液和血清中白細(xì)胞介素13，16的動(dòng)態(tài)變化及其意義［J］．中華創(chuàng)傷雜志，2006，22（1）:49-51．

［13］朱力．急性顱腦損傷后血清lL-10和IL-18的含量變化及臨床意義［J］．臨床和實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志，2009，8（3）:11-12．

［14］Schwarze J，Cieslewicz G，JoethaMA，etal．Critical roles for interleukin-4 and interleukin-5 during respiratory syncytial virus infection in the development of airway hyperresponsiveness after airway sensitization［J］．AMJRespir Crit Care Med，2000，162（2 Pt1）:380-386．

［15］McKenzie AN，Zurawski G．Interleukin-13:characterization and biologic properties［J］．Cancer Treat Res，1995，80（5）:367-378．

［16］賀曉生．重視對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷炎性反應(yīng)的研究［J］．第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，25（4）:769．