缺血性卒中后的炎癥與免疫反應(yīng)

鄭天洋， 姜 宏， 金日華綜述， 許海洋審校

腦缺血性疾病是高致死性、致殘性疾病，在全世界范圍內(nèi)有極高的發(fā)病率，給患者及社會造成沉重的負(fù)擔(dān)，每年造成約600萬人死亡，是目前世界第三大高死亡性疾病[1]。腦缺血由大腦關(guān)鍵血管被血栓或栓子阻塞形成，這種大腦血管的阻塞可導(dǎo)致多種不同的病理生理過程，包括：腦內(nèi)能量代謝失調(diào)，酸中毒、神經(jīng)興奮性中毒，細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡，血腦屏障被破壞等，最終結(jié)局是經(jīng)由壞死或凋亡的形式導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡。而炎癥和免疫是其中的重要組成部分：瀕死的細(xì)胞釋放出多種促炎因子引發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，且這些炎癥介質(zhì)在整個機(jī)體內(nèi)的傳播又將進(jìn)一步激活系統(tǒng)性的免疫反應(yīng)：包括固有免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。固有免疫反應(yīng)是通過低親和性受體獲得廣泛目標(biāo)識別并快速激活；適應(yīng)性免疫反應(yīng)是通過高親和性受體，由體細(xì)胞突變隨機(jī)產(chǎn)生，并且適應(yīng)性免疫反應(yīng)需要抗原驅(qū)動性同源細(xì)胞擴(kuò)增，需要時間更長，可保持對特定抗原的記憶力。與以往傳統(tǒng)的認(rèn)知不同，免疫反應(yīng)不僅形成炎癥損傷，對外周血和全身的免疫器官都可造成不同程度的影響：既可以通過自我神經(jīng)系統(tǒng)控制淋巴器官發(fā)起強(qiáng)大的免疫抑制，加重感染；又可以在腦缺血后神經(jīng)組織的重建和修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用。本綜述將著重闡述腦缺血發(fā)生后炎癥與免疫反應(yīng)的關(guān)系，并從免疫調(diào)節(jié)角度為腦缺血性卒中的臨床治療提供新策略。

1 缺血早期的炎癥級聯(lián)反應(yīng)

缺血的炎癥級聯(lián)反應(yīng)由一系列復(fù)雜的分子及細(xì)胞機(jī)制引起，最終通過壞死或凋亡導(dǎo)致細(xì)胞缺血性死亡。首先，在經(jīng)受缺血性打擊后發(fā)生灌注不足，使組織缺乏氧氣和能量物質(zhì)，整個過程直接導(dǎo)致細(xì)胞無法產(chǎn)生足量的ATP，僅僅幾分鐘后細(xì)胞膜的穩(wěn)定性就會被破壞，導(dǎo)致過量的鈉離子內(nèi)流、鉀離子外流，形成神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞大范圍的缺氧去極化[2]。大量的鈉離子內(nèi)流又使水分大量滲透進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞水腫、壞死。同時鈉鉀泵由于缺少ATP供應(yīng)而失活，導(dǎo)致谷氨酸鹽無法通過主動運(yùn)輸進(jìn)行再攝取而內(nèi)化，多余的谷氨酸鹽將持續(xù)刺激谷氨酸鹽受體，產(chǎn)生大量神經(jīng)興奮性毒性，進(jìn)一步使鈣離子內(nèi)流失控，最終線粒體被破壞，細(xì)胞凋亡。

2 腦缺血后的炎癥與免疫反應(yīng)關(guān)系

2.1 腦缺血后的局灶性炎癥反應(yīng) 當(dāng)大腦局灶性缺血，發(fā)生早期炎癥級聯(lián)反應(yīng)，瀕死的細(xì)胞可以釋放三磷酸腺苷(ATP)危險(xiǎn)信號[3]，使ATP含量瞬時增加，激活小膠質(zhì)細(xì)胞上的P2X7受體，引起前炎癥因子釋放，促進(jìn)IL-1β和IL-18等前炎癥因子釋放；并使小膠質(zhì)細(xì)胞具備巨噬細(xì)胞的特性，如變形、遷移、吞噬作用。細(xì)胞死亡后，損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)激活中樞固有的小膠質(zhì)細(xì)胞，而這一過程是通過刺激病原識別受體(PRRs)完成的 。比較典型的如：TLR2和TLR4。DAMP可與嘌呤一起誘導(dǎo)前炎癥因子表達(dá)，促進(jìn)樹突細(xì)胞抗原呈遞[4]。這一靶點(diǎn)又可通過激活NF-κB和促分裂原活化蛋白激酶(MAP)啟動下游炎癥反應(yīng)。幾分鐘后，前炎癥細(xì)胞就會聚集在梗死的部位。如炎癥趨化因子及其受體、IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子、整合素和黏附分子、細(xì)胞間黏附分子(ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附分子(VCAM-1)。而炎癥進(jìn)一步發(fā)展，因缺氧、切應(yīng)力變化、活性氧生成，以及上述細(xì)胞因子將改變血腦屏障通透性，誘導(dǎo)外周免疫細(xì)胞聚集，試圖進(jìn)行細(xì)胞殘片清理及腦組織治愈。然而過多的淋巴細(xì)胞滲透將使最終結(jié)果適得其反。過多的免疫細(xì)胞滲透將導(dǎo)致顱內(nèi)壓力上升，水腫。直接導(dǎo)致缺血患者死亡率上升[5]。

2.2 腦缺血后的外周免疫抑制 腦缺血后，腦血流供應(yīng)的中斷將導(dǎo)致腦內(nèi)細(xì)胞缺乏營養(yǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致壞死、凋亡，這將激活局部炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生大量炎癥因子前體，導(dǎo)致大腦實(shí)質(zhì)進(jìn)一步損害。另外，腦缺血再灌注后，將會產(chǎn)生活化氧自由基以及血腦屏障破壞。這將使免疫循環(huán)細(xì)胞過量的滲透進(jìn)腦組織，使腦組織發(fā)生水腫、顱內(nèi)壓增高，腦損傷更加嚴(yán)重。至此，腦組織為進(jìn)行止損、減輕炎癥，通過激活交感神經(jīng)、下丘腦-垂體-腎上腺軸釋放兒茶酚胺及類固醇。此兩者可激活i-NKT細(xì)胞和T細(xì)胞，以此進(jìn)行免疫抑制。同時中性粒細(xì)胞APC的殺菌能力也受到削弱(為了對病原體持續(xù)、特異、和有效的進(jìn)行免疫反應(yīng)，抗原呈遞細(xì)胞必須通過組織相容性復(fù)合物MHC[6，7]識別外來的肽抗原)。上述改變將導(dǎo)致免疫反應(yīng)的削弱，使缺血后的機(jī)體更容易遭受感染。

2.3 腦缺血后的炎癥反應(yīng)與免疫系統(tǒng)變化所形成的惡性循環(huán) 腦缺血事件會對人體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。不僅僅發(fā)生在腦組織，缺血后外周血、骨髓、脾臟和其他淋巴器官也會產(chǎn)生強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)：幾小時內(nèi)就可在血漿中檢測到C反應(yīng)蛋白、IL-6以及許多其他種類的炎癥促進(jìn)因子含量上升[8]；骨髓、脾臟和其他淋巴器官中也會發(fā)生相應(yīng)的免疫變化。但之后的1～2 d外周免疫系統(tǒng)的免疫應(yīng)答能力將被削弱，卒中患者出現(xiàn)顯著的淋巴細(xì)胞減少，單核細(xì)胞數(shù)量下降，抗炎能力減弱、脾萎縮等免疫抑制現(xiàn)象。導(dǎo)致患者腦缺血后發(fā)生感染的機(jī)率大大提高(以術(shù)后墜積性肺炎和尿路感染多見)。而由細(xì)菌引起的感染又可以引發(fā)固有免疫與適應(yīng)性免疫的激活，再次加重炎癥級聯(lián)反應(yīng)(相關(guān)的PAMPs可對抗感染)形成：“腦缺血-炎癥-免疫抑制-感染-免疫反應(yīng)-炎癥”的惡性循環(huán)，使死亡率與發(fā)病率大大增加。

近年來亦有學(xué)者提出：腦缺血對于腸道菌群、腸道免疫系統(tǒng)也存在相關(guān)影響。腸道免疫系統(tǒng)對于外周免疫系統(tǒng)的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)具有重要作用，腸道內(nèi)的微生物群可通過不同的生物信號調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)。有動物實(shí)驗(yàn)證明，腸道菌群失調(diào)將導(dǎo)致外周免疫系統(tǒng)功能紊亂[9，10]。最近已經(jīng)有文獻(xiàn)闡述腸道菌群及胃腸道微生物與腦缺血的關(guān)系：小鼠短暫的MCA阻塞后，腸道內(nèi)給予阿莫西林，可上調(diào)Treg細(xì)胞表達(dá)量并抑制IL17+γδT分泌，使缺血梗死灶縮小[11]。但也有大鼠實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)用廣譜抗生素對大鼠腸道菌群進(jìn)行預(yù)處理將使大鼠腦缺血后的腦組織損傷程度加重[12]。此外，大腦中動脈阻塞(MCA)后的交感神經(jīng)活動可造成腸動力下降，菌群組成發(fā)生變化[13]。

3 以炎癥免疫調(diào)節(jié)為治療方法

腦缺血往往急性起病，傳統(tǒng)的治療方法為溶栓治療，運(yùn)用組織型纖溶酶原激活物(t-PA)，但近些年從臨床反饋結(jié)果來看，這種治療方法存在治療窗狹窄，應(yīng)用范圍苛刻，只有10%的患者可從其中收益。且易誘發(fā)出血等弊端。而從炎癥免疫調(diào)節(jié)方面進(jìn)行治療具有治療窗長，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)；同時也可以輔助傳統(tǒng)溶栓方法進(jìn)行治療。因此后者也成為了近年來學(xué)者們研究的熱點(diǎn)：不僅僅將認(rèn)識停留于缺血后炎癥免疫反應(yīng)具有負(fù)面效果的傳統(tǒng)印象，而是利用腦缺血后炎癥免疫反應(yīng)本身所具有的積極方面——即炎癥免疫反應(yīng)對神經(jīng)組織的再生和修復(fù)也存在有益的功效，以此為突破點(diǎn)尋找新的治療手段。

3.1 炎癥抑制劑 炎癥本身可加重腦缺血后的損傷，應(yīng)用抗炎抑制劑來輔助溶栓治療無疑在理論上具有可行性。目前有實(shí)驗(yàn)證明用阻斷性抗體作用于黏附分子ICAM-1，或添加重組中性粒細(xì)胞抑制因子可有效治療缺血腦損傷，但遺憾的是在臨床上未見奏效[14]。推測與相關(guān)炎癥信號通路單一，小鼠抗體不適用于人類有關(guān)。米諾環(huán)素作為新近開發(fā)的抗炎制劑與蛋白酶抑制劑具有良好的神經(jīng)保護(hù)效果，在臨床和實(shí)驗(yàn)中都被證明有明顯的效果，可輔助溶栓治療聯(lián)合用藥[15]。

3.2 腦缺血前預(yù)處理治療 缺血后腦組織會產(chǎn)生一系列調(diào)節(jié)因子，參與到整個卒中過程。最近有研究發(fā)現(xiàn)，這些炎癥因子在特殊條件下，可以誘導(dǎo)腦組織對缺血事件產(chǎn)生耐受。改善預(yù)后，起到神經(jīng)保護(hù)作用。其中之一便是進(jìn)行預(yù)處理治療。所謂的預(yù)處理，即用特殊的方法，對細(xì)胞、組織乃至整個機(jī)體進(jìn)行亞致死刺激的分子運(yùn)動或生物化學(xué)事件。目前有記載的最早的預(yù)處理治療方法是對于心臟進(jìn)行的[16]。至今為止已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了動物卒中缺血預(yù)處理模型實(shí)驗(yàn)，即用不同的方法對腦組織進(jìn)行短暫的缺血預(yù)處理可以對抗之后發(fā)生的更嚴(yán)重的腦組織缺血事件，減輕對錐體系、海馬等易損組織的缺血損害[17]。

3.2.1 前炎癥因子 某些前炎癥因子如IL-1，TNF，DAMPs可以激活細(xì)胞間的信號通路，以此調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)，并在配體-受體中起作用，誘導(dǎo)形成耐受狀態(tài)。已有學(xué)者通過IL-1對沙土鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的保護(hù)作用證明：IL-1可誘發(fā)全腦缺血耐受[18]。

3.2.2 Toll樣受體(TLR) 將TLR2和TLR9應(yīng)用于預(yù)處理實(shí)驗(yàn)：在小鼠卒中模型中，提前24 h運(yùn)用三酰脂肽(Pam3CysSerLys4)對TLR2受體進(jìn)行預(yù)處理，可顯著減小卒中缺血區(qū)面積并使死亡率下降，提高其術(shù)后行為學(xué)評分[19]；用非甲基化CpG寡脫氧核苷酸(CpG-ODN))預(yù)處理TLR9受體也可以對小鼠起到一定神經(jīng)保護(hù)作用[20]。此外，分別對實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)行TLR4受體、TLR9受體預(yù)處理以及缺血預(yù)處理，對比發(fā)現(xiàn)：Ⅰ型干擾素為所有3個預(yù)處理實(shí)驗(yàn)的決定性因素(當(dāng)去除掉IRF3和IRF7這兩個Ⅰ型干擾素反應(yīng)所必需的因子時，TLR預(yù)處理的神經(jīng)保護(hù)作用將大大下降)，說明Ⅰ型干擾素有可能作為一個共同的下游通路 存在于不同的預(yù)處理方法中[21]。

3.2.3 細(xì)菌脂多糖(LPS)與過氧亞硝基陰離子(ONNO-) 有實(shí)驗(yàn)指出在心臟和大腦的缺血再灌注過程中細(xì)菌脂多糖(LPS)都具有保護(hù)作用。目前已知的一氧化氮、熱休克蛋白70和超氧化物歧化酶都參與了LPS誘導(dǎo)的腦缺血耐受[22]。提前24 h對動物卒中模型使用LPS，通過增加神經(jīng)活動、血中的碳酸含量或乙酰膽堿(舒張血管作用)可有效減少腦血管損害及預(yù)防腦血管功能紊亂。此外新近研究發(fā)現(xiàn)：缺乏誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(NOS)、超氧化物歧化酶所產(chǎn)生的NADPH氧化酶2(NOX2)的LPS卻并不具備上述功能[23]。LPS預(yù)處理后，動物腦血管中的(ROS)、由過氧亞硝基陰離子標(biāo)記(ONNO-)(由誘導(dǎo)型NOS來源的NO與NOX2衍生所得)的3-硝基酪氨酸含量上升，而經(jīng)缺少(NOX2)的LPS預(yù)處理的動物則無此現(xiàn)象；且使用過氧亞硝酸鹽分解催化劑對LPS進(jìn)行影響后，對磺基苯、卟啉鐵(Ⅲ)將抵消LPS的有益效果[23]，這說明LPS的血管保護(hù)作用是由ONNO-調(diào)節(jié)。這與以往ONNO-僅對缺血組織產(chǎn)生損害作用的認(rèn)知不同，對ONNO-進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)以產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用將是未來腦缺血的治療方向之一。

3.2.4 基因在缺血預(yù)處理中的作用 預(yù)處理誘導(dǎo)的嚴(yán)重缺血耐受主要涉及基因反應(yīng)的重編程。同樣處于嚴(yán)重的缺血情況下，與對照組相比，經(jīng)過亞致死預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)組動物普遍具有高比例的獨(dú)特基因轉(zhuǎn)錄和廣泛的特異性基因表達(dá)抑制。此外，在缺血過程中，不同的預(yù)處理方法也會使基因表達(dá)譜有所不同，比如缺血預(yù)處理和LPS預(yù)處理[24]。

3.3 腦缺血后的免疫細(xì)胞治療 在免疫調(diào)節(jié)和抗炎的治療過程中，應(yīng)將其對神經(jīng)組織的再生和修復(fù)功能考慮在內(nèi)。近年來，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病中，免疫細(xì)胞治療方案被不斷發(fā)掘出來成為熱點(diǎn)[25]。盡管干細(xì)胞治療被評為首選治療方案，但有證據(jù)表明骨髓單核細(xì)胞(BMMNCs)同樣具有對抗缺血與損傷的積極作用。BMMNCs組成比較復(fù)雜，包括成熟白細(xì)胞、紅系祖細(xì)胞、髓系祖細(xì)胞和淋巴系祖細(xì)胞以及造血和間充質(zhì)干細(xì)胞，因此很難將神經(jīng)保護(hù)作用歸因于某一特定的細(xì)胞系。有小鼠MCAO實(shí)驗(yàn)表明：剝離了骨髓單核細(xì)胞中的髓系祖細(xì)胞將使其失去神經(jīng)保護(hù)功能；而剝離紅細(xì)胞和淋巴細(xì)胞卻不會造成上述影響[26]。BMMNCs的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制目前還不能完全闡明，考慮到靜脈輸注后只有少量的骨髓源性或臍帶血細(xì)胞植入缺血腦組織，其余大部分仍在外周組織循環(huán)中。因此BMMNCs是經(jīng)由外周系統(tǒng)性的免疫調(diào)節(jié)來發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用也是極有可能的。在大鼠MCAO模型中，提前24 h輸注BMMNCs可上調(diào)血漿中IL-10、IFN-γ水平而IL-1、IL-6、TNF的表達(dá)水平卻隨之下降[27]還有實(shí)驗(yàn)指出：在大鼠卒中模型中靜脈輸注臍帶細(xì)胞，臍帶細(xì)胞可遷移到脾臟，恢復(fù)脾臟功能，防止脾臟CD8+T淋巴細(xì)胞丟失，以此恢復(fù)一定免疫力，避免因免疫抑制所造成的感染[28]。

綜上所述，炎癥和免疫應(yīng)答在腦缺血后扮演重要的角色。最近的研究也闡明了外周免疫系統(tǒng)和缺血性腦的雙向交互作用：通過識別大腦產(chǎn)生的信號從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和外周免疫抑制(交感神經(jīng)系統(tǒng)與下丘腦-垂體-腎上腺軸激活并釋放兒茶酚胺與類固醇等復(fù)雜的機(jī)制導(dǎo)致缺血后的免疫抑制)。有實(shí)驗(yàn)指出：動物卒中模型應(yīng)用類固醇抑制劑和β腎上腺素抑制劑普萘洛爾可抵抗感染與淋巴細(xì)胞凋亡[29]而相對于一般的免疫細(xì)胞層，諸如骨髓、脾、淋巴結(jié)，甚至胃腸道也同樣參與到了在腦缺血后的免疫調(diào)節(jié)過程。如何進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)，將炎癥與免疫抑制平衡在一個理想的范圍內(nèi)，從而既減輕患者腦缺血后的二次損傷、又避免因免疫抑制導(dǎo)致的感染事件將是未來研究的方向之一；此外，通過抗炎抑制劑、免疫調(diào)節(jié)、利用預(yù)處理、免疫細(xì)胞治療等方法，減輕腦缺血損害并促進(jìn)神經(jīng)元再生和修復(fù)無疑具有潛在的研究價值。在不遠(yuǎn)的將來很有可能成為一種安全有效的治療手段。

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