腫瘤壞死因子-α在腦缺血再灌注炎癥損傷中的作用

趙 培 朱金墻 梁鈺彬

(天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 300193)

?

腫瘤壞死因子-α在腦缺血再灌注炎癥損傷中的作用

趙 培 朱金墻1梁鈺彬

(天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 300193)

腦缺血再灌注；炎癥；腫瘤壞死因子-α

腦卒中發(fā)病中缺血性腦卒中占大多數(shù)，深入研究腦缺血再灌注(CIR)損傷的機(jī)制并尋求新的神經(jīng)保護(hù)策略迫在眉睫，而抑制炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)及炎性細(xì)胞因子、黏附分子等的表達(dá)有望成為防治腦缺血性疾病的新途徑〔1〕。腫瘤壞死因子(TNF)-α具有顯著的促炎癥反應(yīng)作用，可被作為CIR損傷的治療靶點(diǎn)。但是，TNF-α在CIR損傷中具有損傷與保護(hù)雙重作用，現(xiàn)綜述如下。

1 腦缺血炎癥反應(yīng)

腦缺血損傷的機(jī)制極為復(fù)雜，主要包括細(xì)胞內(nèi)Ca2+失衡、自由基生成增多、興奮性氨基酸釋放增加、炎性反應(yīng)等〔2〕。腦缺血炎癥反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，由CIR損傷產(chǎn)生一系列炎癥介質(zhì)，包括TNF-α、核因子(NF)-κB、白細(xì)胞介素等。這些炎癥介質(zhì)具有功能多樣性和趨化作用，可以介導(dǎo)中性粒細(xì)胞向腦缺血區(qū)微血管內(nèi)皮細(xì)胞移動(dòng)、黏附、滲透，中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，一方面可以促使內(nèi)皮細(xì)胞皺縮、破裂、凝集和壞死，破壞血腦屏障〔3〕,另一方面還可以導(dǎo)致血管阻塞，造成無(wú)復(fù)流現(xiàn)象，加重了腦組織缺血，同時(shí)，外周炎性細(xì)胞向缺血區(qū)域移動(dòng)、增殖、浸潤(rùn)，可直接導(dǎo)致細(xì)胞毒性損傷，造成腦組織水腫和炎癥形成，中性粒細(xì)胞在微血管內(nèi)聚集、釋放一些炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子可以刺激炎癥細(xì)胞的增殖與分化，又可吸引更多的中性粒細(xì)胞的聚集、浸潤(rùn)，加重炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步誘導(dǎo)腦缺血損傷。

2 TNF-α與腦缺血損傷

TNF-α既具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能的作用，又可以介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、組織損傷等生理病理反應(yīng)。TNF-α必須與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用，腦內(nèi)TNF-α受體主要有兩種：Ⅰ型TNF受體(TNFR-1，P55)和Ⅱ型TNF受體(TNFR-2，P75)〔4〕。目前TNF-α合成的確切機(jī)制仍然不太清楚，在腦缺血等損傷中，其主要是通過(guò)誘導(dǎo)前體肽proTNF合成，損傷后刺激蛋白水解酶水解proTNF,從而釋放TNF-α到細(xì)胞外，TNF-α通過(guò)與TNFR-1和TNFR-2相結(jié)合發(fā)揮作用。TNF-α作為一種重要的促炎性細(xì)胞因子在腦缺血損傷中發(fā)揮著重要作用，其作用由特異性受體決定，TNF-α與受體結(jié)合后激活蛋白激酶，磷脂酶等信使因子，從而激活NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核，促使細(xì)胞間黏附分子、環(huán)氧合酶、鈣結(jié)合蛋白和一些細(xì)胞因子的表達(dá)。已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證實(shí)腦損傷后血清和腦脊髓液中TNF的表達(dá)升高。Liu等〔5〕建立大鼠大腦中動(dòng)脈阻塞模型1 h后即可在大腦缺血皮層檢測(cè)到TNF-α mRNA的表達(dá)，3 h表達(dá)升高，12 h達(dá)到頂峰，5 d后，TNF-α水平仍然呈升高趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)第一次證明了大鼠局灶性腦缺血損傷導(dǎo)致了缺血神經(jīng)元中TNF-α mRNA和蛋白的升高,結(jié)果還顯示出早期TNF-α的表達(dá)增加主要發(fā)生在神經(jīng)元，而5 d后TNF-α主要發(fā)生在星形膠質(zhì)細(xì)胞中。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)TNF-α的上升伴隨著白細(xì)胞的浸潤(rùn)，這與TNF-α加重炎癥反應(yīng)的觀點(diǎn)相一致。Meistrell等〔6〕在建立大鼠大腦中動(dòng)脈缺血(MCAO)模型24 h后，應(yīng)用Western印跡檢測(cè)到TNF-α在大腦皮質(zhì)區(qū)表達(dá)增加，也證實(shí)了上述結(jié)果。然而，也有實(shí)驗(yàn)〔7〕證實(shí)TNF-α?xí)诓煌膮^(qū)域被激活，Saito等〔8〕建立短暫全腦缺血模型(5～10 min)，應(yīng)用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測(cè)TNF-α的表達(dá)，結(jié)果顯示，在再灌注的前期(<6 h)TNF-α在海馬和紋狀體中表達(dá)增加，在小腦和丘腦中未見(jiàn)表達(dá)。推測(cè)表達(dá)區(qū)域不同與建立腦卒中模型的方法及再灌注的時(shí)間有著密切關(guān)系。另外，Vila等〔9〕臨床研究也證實(shí)，腦缺血48 h內(nèi)，腦卒中患者腦脊液和血漿中TNF-α的濃度即開(kāi)始升高。

3 TNF-α的神經(jīng)損傷作用

研究表明，TNF-α可促進(jìn)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(ICAM)-1的表達(dá)，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞趨化因子的表達(dá)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞黏附在微血管周?chē)?〕。TNF-α還可以影響血管舒縮活性物質(zhì)的表達(dá)，促使血管舒張因子含量下降和內(nèi)毒素含量增加，促進(jìn)血管收縮，從而加重腦缺血損傷程度〔10，11〕。此外，TNF-α對(duì)血管有直接毒性作用，可導(dǎo)致血管痙攣，增加血管通透性〔12〕。Barone等〔13〕在建立永久性MCAO模型前進(jìn)行預(yù)處理，分為提前給予TNF-α組、注射TNF-α抗體(mAb)后給予TNF-α組和只給予TNF-α抗體組，隨后進(jìn)行腦組織形態(tài)學(xué)檢測(cè)。結(jié)果顯示，提前注射TNF-α組腦梗死面積增加，并且呈劑量遞增關(guān)系(P<0.05；2.5 pmol組增加18.9%，25 pmol組增加27.1%)，而給予TNF-α抗體后再注射TNF-α則梗死面積減小，水腫和神經(jīng)損傷程度都減輕，提示外源性的TNF-α可以加重腦損傷；另外，在模型前給予TNF-α抗體可以減少腦梗死面積，表明阻斷內(nèi)源性的TNF-α可以顯著減輕腦缺血對(duì)大腦的損傷。推測(cè)TNF-α可能通過(guò)增加內(nèi)皮細(xì)胞上中性粒細(xì)胞的吸附，造成微血管阻塞，腦水腫加重，從而引發(fā)神經(jīng)損傷。另外，實(shí)驗(yàn)中還使用培養(yǎng)的小鼠神經(jīng)元細(xì)胞觀察TNF-α對(duì)細(xì)胞有無(wú)直接毒性作用。結(jié)果顯示，TNF-α并沒(méi)有直接影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放及增加谷氨酸和氧自由基對(duì)神經(jīng)元造成的毒性作用。提示TNF-α導(dǎo)致的損傷并不是由神經(jīng)因素引起的。由于TNF-α必須與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用，采用TNF受體抑制劑降低TNF-α的表達(dá)也可以發(fā)揮減輕神經(jīng)損傷的作用。Dawson等〔14〕建立永久性MCAO模型誘導(dǎo)缺血性損傷，用TNF-α受體抑制劑抑制TNF-α的激活〔在MCAO前0.5 h給予腫瘤壞死因子結(jié)合蛋白(TNFbp)〕，結(jié)果顯示，給予TNFbp可以顯著減弱微血管灌注障礙，減輕腦缺血損傷程度。說(shuō)明TNF-α加重腦缺血損傷，抑制TNF-α產(chǎn)生明顯的神經(jīng)保護(hù)作用?？梢?jiàn)，TNFbp的神經(jīng)保護(hù)作用是通過(guò)提高微血管灌注來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也表明炎癥和血管狀態(tài)與TNF-α的病理作用有關(guān)。Yang等〔15〕實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了上述結(jié)果。TNF-α具有損傷作用，應(yīng)用TNF-α抗體或受體抑制劑抑制TNF-α的作用，可以明顯地縮小腦梗死面積，減輕腦組織水腫，發(fā)揮腦保護(hù)作用。

4 TNF-α的神經(jīng)保護(hù)作用

TNF-α的損傷作用已經(jīng)被大家所熟知，然而也有不少研究〔16〕表明TNF-α在缺血過(guò)程中有神經(jīng)保護(hù)作用，其作用的發(fā)揮主要通過(guò)誘導(dǎo)腦缺血耐受，刺激抗炎因子的分泌和促進(jìn)神經(jīng)元修復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究表明，基礎(chǔ)釋放量的TNF-α對(duì)正常的生長(zhǎng)發(fā)育是很重要，包括神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的生存和功能維持。Gary等〔17〕選用缺乏TNFR的小鼠來(lái)研究TNF-α在腦損傷中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，缺乏TNFR小鼠神經(jīng)損傷程度更加嚴(yán)重，提示基礎(chǔ)釋放量的TNF-α對(duì)神經(jīng)具有保護(hù)作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在腦卒中前給予TNF-α預(yù)處理造成腦組織對(duì)缺血刺激的耐受狀態(tài)具有神經(jīng)保護(hù)作用，Nawashiro等〔18〕在建立小鼠MCAO模型前經(jīng)不同途徑(靜脈、腹腔、腦池)給予不同劑量的TNF-α，并于MCAO術(shù)后24 h處死取腦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦池內(nèi)給藥效果優(yōu)于其他組(腹腔、靜脈)，表明TNF-α預(yù)處理可以降低梗死面積。推測(cè)TNF-α的保護(hù)作用可能與其調(diào)節(jié)腦缺血耐受的信號(hào)通路有關(guān)。Tasaki等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)在建立MCAO模型前注射單一劑量脂多糖可以明顯減小梗死面積，而給予TNFbp抑制TNF-α的合成則使這種保護(hù)作用消失。提示TNF-α可能在脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的腦缺血保護(hù)中發(fā)揮作用。另外，TNF-α還可以通過(guò)介導(dǎo)其他保護(hù)因子的分泌和抑制炎性細(xì)胞的激活以減輕腦缺血損傷〔20〕。Bruce等〔21〕建立局灶性腦缺血模型，TNFR缺失大鼠梗死面積增加，氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，神經(jīng)保護(hù)酶和超氧化物歧化酶(SOD)分泌減少，提示TNF-α是通過(guò)刺激抗氧化通路，促進(jìn)SOD表達(dá)上調(diào)而發(fā)揮保護(hù)作用。同時(shí)在敲除TNF-α受體大鼠腦中，誘導(dǎo)損傷的小膠質(zhì)細(xì)胞激活受到了抑制，證明了TNF-α在誘導(dǎo)損傷的免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。TNF-α還可以促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)因子分泌，保護(hù)神經(jīng)元。Watters等〔22〕的實(shí)驗(yàn)表明，低濃度的TNF-α預(yù)處理可以增加神經(jīng)元對(duì)谷氨酸刺激的抵抗作用。另外，覃玉群〔23〕的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)建立細(xì)胞在體和動(dòng)物活體模型，觀察到TNF-α預(yù)刺激可以使得腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2分泌增多，促進(jìn)大鼠CIR損傷皮質(zhì)區(qū)血管新生以減輕腦組織損傷。以上結(jié)果均表明TNF-α預(yù)處理對(duì)神經(jīng)損傷具有修復(fù)的作用，然而給予抑制劑或敲除受體基因可使這種保護(hù)作用消失，證明了TNF-α具有神經(jīng)保護(hù)作用，其保護(hù)機(jī)制包括許多方面，TNF-α通過(guò)刺激神經(jīng)酰胺的分泌、激活腦缺血耐受通路、提高損傷區(qū)域?qū)θ毖哪褪苄?，可以激活錳SOD、促進(jìn)鈣結(jié)合蛋白和一些抗炎因子的釋放、清除自由基、調(diào)節(jié)Ca2+平衡、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞上一氧化氮合酶分泌增加、降低NO毒性作用、促進(jìn)星型膠質(zhì)細(xì)胞中神經(jīng)生長(zhǎng)因子的合成，并且TNF-α對(duì)培養(yǎng)的神經(jīng)元在受興奮性、代謝性及氧化性損害后起保護(hù)作用，能促進(jìn)軸索在損傷后再生〔24〕。

5 結(jié) 語(yǔ)

TNF-α對(duì)腦組織發(fā)揮損傷和保護(hù)雙重作用，其在腦缺血損傷中的有害或有利取決于多種因素，主要包括：①TNF-α劑量不同；②來(lái)源差異。預(yù)處理給予的TNF-α都是高度人工合成的，與機(jī)體遭遇腦卒中時(shí)分泌的TNF-α存在一定的差異；③TNF-α與其受體空間上表達(dá)不同。比如有時(shí)在大腦皮質(zhì)區(qū)表達(dá)，有時(shí)在海馬和紋狀體；④同時(shí)也受表達(dá)時(shí)間的影響。比如在腦缺血前期及恢復(fù)期給予TNF-α能發(fā)揮不同的作用。梁慶成等〔25〕實(shí)驗(yàn)表明，在腦缺血前和再灌注后分別注射不同劑量TNF-α，結(jié)果顯示TNF-α預(yù)注射對(duì)CIR損傷有神經(jīng)保護(hù)作用,而在CIR后給予TNF-α則加重腦缺血。Wilde等〔26〕實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了上述結(jié)果，體外培養(yǎng)神經(jīng)元細(xì)胞，通過(guò)糖氧剝奪建立腦損傷模型，24 h后用免疫熒光法檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)提前給予TNF-α組可抑制神經(jīng)元的死亡，而在腦損傷后期給予TNF-α，則出現(xiàn)細(xì)胞毒性。此外，有實(shí)驗(yàn)表明機(jī)體自身合成的TNF-α在缺血早期具有毒性作用，腦缺血損傷后TNF-α可能介導(dǎo)其他炎癥介質(zhì)〔如活性氧(ROS)〕的激活。然而在后期，TNF-α的表達(dá)速度下降，ROS消除，TNF-α激活抗凋亡通路，有利于損傷組織的修復(fù)，保護(hù)機(jī)制出現(xiàn)。在腦缺血后急性期阻礙TNF-α的合成或者用TNF-α進(jìn)行預(yù)處理激活腦缺血耐受方面的研究，可為治療缺血性腦損傷提供新的治療思路和方法，另外，在已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)的機(jī)制研究，探索TNF-α在腦缺血中損傷-保護(hù)的開(kāi)關(guān)及平衡點(diǎn)，讓其在最適宜的時(shí)間發(fā)揮其最有利的作用對(duì)臨床急性腦卒中的治療極為重要。

1 Wang ZQ,Wu DC,Huang FP,etal.Inhibition of MEK/ERK1/2 pathway reduces pro-inflammatory cytokine interleukin-1 expression in focal cerebral ischemia〔J〕.Brain Res,2004；996(1):55-66.

2 劉啟鋒，劉 明，劉玉河，等.腦缺血再灌注損傷機(jī)制研究進(jìn)展〔J〕.中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2006；5(6)：566-8.

3 張 莉,杜冠華.細(xì)胞因子在腦缺血損傷機(jī)制中的作用〔J〕.國(guó)外醫(yī)學(xué)·腦血管疾病冊(cè),2004；12(5):379-82.

4 邱彥龍,李樹(shù)華,穆象山,等.腫瘤壞死因子-α的藥理學(xué)和病理學(xué)研究〔J〕.中國(guó)當(dāng)代醫(yī)藥,2012；19(19):18-9.

5 Liu T,Clark RK,McDonnell PC,etal.Tumor necrosis factor-alpha expression in ischemic neurons〔J〕.Stroke,1994；25(7):1481-8.

6 Meistrell ME 3rd,Botchkina GI,Wang H,etal.Tumor necrosis factor is a brain damaging cytokine in cerebral ischemia〔J〕.Shock,1997；8(5):341-8.

7 阮 洋.TNF-α通過(guò)下調(diào)NFκB信號(hào)傳導(dǎo)減輕KA誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用〔D〕.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

8 Saito K,Suyama K,Nishida K,etal.Early increases in TNF-alpha,IL-6 and IL-1 beta levels followingtransient cerebral ischemia in gerbil brain〔J〕.Neurosci Lett，1996;206:149-52.

9 Vila N,Castillo J,Dávalos A,etal.Proinflammatory cytokines and early neurological worsening in ischemic stroke〔J〕.Stroke,2000；31(10):2325-9.

10 Zhang H,Park Y,Wu J，etal.Role of TNF-α in vascular dysfunction Clin Sci(Lond),2009;116:219-30

11 Gao X,Belmadani S,Picchi A,etal.Tumor necrosis factor-alpha induces endothelial dysfunction in Lepr(dp) mice〔J〕.Circulation,2007;115:245-54.

12 劉青青,郭 虹,王少峽,等.腦缺血損傷機(jī)制的研究進(jìn)展〔J〕.中華中醫(yī)藥學(xué)刊,2012；30(6):1228-30.

13 Barone FC,Arvin B,White RF,etal.Tumor necrosis factor-α A mediator of focal ischemic brain injury〔J〕.Stroke,1997；28(6):1233-44.

14 Dawson DA,Martin D,Hallenbeck JM.Inhibition of tumor necrosis factor-alpha reduces focal cerebral ischemic injury in the spontaneously hypertensive rat〔J〕.Neurosci Lett,1996；218(1):41-44.

15 Yang G Y,Gong C,Qin Z,etal.Inhibition of TNF-α attenuates infarct volume and ICAM-1 expression in ischemic mouse brain〔J〕.Neuroreport,1998；9(9):2131-4.

16 董 梅，宋學(xué)琴，劉秀玲，等.TNF-α在腦血管病不同時(shí)期的作用研究〔J〕.腦與神經(jīng)疾病雜志，2003；11(1)：14-6.

17 Gary DS,Bruce-Keller AJ,Kindy MS,etal.Ischemic and excitotoxic brain injury is enhanced in mice lacking the p55 tumor necrosis factor receptor〔J〕.J Cerebral Blood Flow Metab,1998；18(12):1283-7.

18 Nawashiro H,Tasaki K,Ruetzler CA,etal.TNF-α pretreatment induces protective effects against focal cerebral ischemia in mice〔J〕.J Cerebral Blood Flow Metab,1997;17(5):483-490.

19 Tasaki K,Ruetzler C A,Ohtsuki T,etal.Lipopolysaccharide pre-treatment induces resistance against subsequent focal cerebral ischemic damage in spontaneously hypertensive rats〔J〕.Brain Res,1997；748(1):267-70.

20 Shohami E,Ginis I,Hallenbeck JM.Dual role of tumor necrosis factor alpha in brain injury〔J〕.Cytok Growth Factor Revi,1999；10(2):119-30.

21 Bruce AJ,Boling W,Kindy MS,etal.Altered neuronal andd micreglial responses to excitotoxic and ischemic brain injury in mice lacking TNF-α receptor〔J〕.Nat Med,1996；2:788.

22 Watters O,O'Connor JJ.A role for tumor necrosis factor-α in ischemia and ischemic preconditioning〔J〕.J Neuroinflamm,2011；8:87.

23 覃玉群.TNF-α對(duì)腦缺血再灌注血管新生作用的研究〔D〕.杭州：杭州師范大學(xué)，2013.

24 Mattson MP,Barger SW,Furnkawa K,etal.Cellular signaling roles of TGF beta TNFalpha and beta App in brain injury responses ans Alzheimer's disease〔J〕.Brain Res Rev,1997；23:747.

25 梁慶成,吳 云,史淑杰,等.注射腫瘤壞死因子-α 對(duì)大鼠腦缺血再灌注的影響 (英文)〔J〕.中國(guó)臨床康復(fù),2005；9(41):168-71.

26 Wilde GJC,Pringle AK,Sundstrom LE,etal.Attenuation and augmentation of ischaemia-related neuronal death by tumour necrosis factor-α in vitro〔J〕.Europ J Neurosci,2000；12(11):3863-70.

〔2016-03-12修回〕

(編輯 苑云杰/杜 娟)

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.81273815)

朱金墻(1985-)，男，助理研究員，主要從事中醫(yī)藥藥理學(xué)研究。

趙 培(1993-),女,碩士,主要從事中醫(yī)藥防治心腦血管疾病研究。

R36

A

1005-9202(2017)14-3628-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.14.109

1 天津中醫(yī)藥大學(xué)研究院