急性腦梗死患者IL-12和HSP70表達

胡克誠 朱新慶 孫先義 李愛麗

(山東省立第三醫(yī)院急救中心，山東 濟南 250031)

我國每年新發(fā)腦卒中患者約200萬，每年死亡原因為腦卒中的患者約150萬，腦卒中在我國具有較高的發(fā)病率、死亡率〔1〕。其中急性腦梗死(ACI)是腦卒中一種重要的疾病類型，占腦血管疾病的60%～80%。腦梗死是由于局部腦組織血液供應出現(xiàn)障礙進而引起腦組織缺血、缺氧，導致腦組織出現(xiàn)壞死，影響腦部正常生理功能。腦梗死患者發(fā)病后具有較高的致殘率，患者易出現(xiàn)失語、偏癱等后遺癥。

炎癥在ACI患者疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，提示神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間存在重要的交互作用〔2〕。腦缺血引起的局部腦組織梗死灶會引起一種強烈的炎癥反應，涉及多種細胞類型〔3〕。ACI后繼發(fā)的炎癥反應是導致缺血再灌注損傷的主要原因，因此早期抑制梗死灶炎癥介質(zhì)的釋放對延緩腦梗死進程、積極有效治療腦梗死有重要的作用〔4〕。此外，熱休克蛋白(HSP)作為細胞內(nèi)一種重要的分子伴侶，在維持細胞內(nèi)蛋白分子空間結(jié)構(gòu)、生理功能上發(fā)揮了重要作用〔5〕。HSP高度表達可提高腦缺血灶處腦細胞的應激能力，維持細胞的正常生理功能〔6〕。本文對炎癥介質(zhì)白細胞介素(IL)-12和HSP-70在ACI患者中的表達變化及與腦梗死疾病進展的關(guān)系做一綜述。

1 IL-12在ACI患者中的研究

ACI患者病情發(fā)生發(fā)展時血清炎癥因子顯著增加，其中IL家族中的促炎介質(zhì)表達增高最為明顯〔7〕。炎癥因子對腦梗死病情的發(fā)生發(fā)展有重要的臨床研究價值，檢測血清炎癥因子的變化水平，可及時了解患者病情進展和治療療效。IL-12是一種重要的細胞內(nèi)炎癥因子，能夠介導白細胞間及與其他細胞間的相互作用〔8〕。IL-12主要由單核-巨噬細胞、B細胞產(chǎn)生。其主要生理功能包括：①可刺激經(jīng)抗原刺激后的活化T細胞增殖，并促進Th0細胞向Th1細胞分化；②可誘導和激活體內(nèi)自然殺傷細胞殺傷活性，并促進其分泌干擾素(IFN)-γ、腫瘤壞死因子(TNF)-α、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等細胞因子；③增強CD8+細胞毒性T淋巴細胞(CTL)殺傷活性〔9〕。

一項對60例ACI患者的研究發(fā)現(xiàn)，血清IL-12水平在腦梗死患者腦梗死發(fā)生1 d和10 d后顯著升高，而IL-10則與IL-12變化趨勢相反〔10〕。其研究結(jié)果表明，腦梗死患者在腦梗急性期血清IL-12水平顯著升高，而患者病情穩(wěn)定后IL-12水平回落，與疾病恢復的趨勢相一致，提示IL-12分子參與腦梗死急性期炎癥反應；而IL-10作為參與腦缺血損傷、損傷修復過程相關(guān)的一種重要抗炎細胞因子，具有神經(jīng)保護和神經(jīng)營養(yǎng)作用，IL-10可調(diào)節(jié)IL-12產(chǎn)生，從而促進疾病康復。ACI患者發(fā)病急性期，血清中升高的炎癥因子IL-12可激活Th1淋巴細胞免疫應答，有效促進Th1類細胞因子的產(chǎn)生，繼而引起細胞外環(huán)境改變，導致腦缺血梗死灶周圍區(qū)域側(cè)支血管痙攣加重，最終加重梗死灶的缺血、缺氧狀態(tài)，形成惡性循環(huán)〔11〕。IL-12炎癥因子所介導的炎癥反應對腦梗死灶的損傷途徑包含：促進白細胞在腦缺血灶的聚集，白細胞可損傷血管內(nèi)皮細胞，增加血腦屏障的通透性，繼而引起缺血、水腫等炎性反應；白細胞激活后產(chǎn)生大量氧自由基和膠原蛋白酶，可直接損傷大腦組織；炎癥反應可激活白三烯、血小板激活因子、前列腺素等生物活性物質(zhì)，繼而引起血管收縮和血小板聚集，增加腦缺血狀態(tài)；IL-12誘導的炎癥反應可損傷神經(jīng)細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，引起炎癥小體釋放，炎癥小體可與神經(jīng)細胞結(jié)合激活凋亡信號通路，并產(chǎn)生促炎因子IL-1和IL-18，介導細胞的炎性壞死〔12～14〕。采用鹽酸法舒地爾對腦梗死患者治療可通過降低患者血清中IL-6、IL-12和IL-18水平，最終抑制腦梗死的病情進展，維持腦組織微環(huán)境平衡〔15〕。

2 HSP70在ACI患者中的研究

2.1HSP70的生物學特性 HSPs是一種在哺乳動物體內(nèi)廣泛存在的熱應激蛋白，是人體細胞在高溫環(huán)境應激原刺激下所產(chǎn)生的一組蛋白質(zhì)。目前，HSP主要包括HSP60、70、90、110及小分子HSPs。HSPs氨基酸序列具有高度的保守性，其氨基酸序列在不同種屬體內(nèi)具有高達80%的相似性，提示HSPs在維持細胞和組織生理功能上發(fā)揮了重要的作用。HSPs最早于果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，HSPs是一種分子伴侶的理論即特異性識別新生肽鏈或部分折疊的肽鏈，幫助氨基酸鏈進行正確折疊。目前關(guān)于HSPs的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能受到了全世界學者的廣泛關(guān)注，其中HSP70的研究最為深入。HSP70是分子量約為70 kD的HSPs，在生物界內(nèi)普遍存在，從原核生物到真核生物及在個體不同組織上均普遍表達，被稱為主要HSPs，包含分子量為68、73、75 kD等20多種蛋白〔16〕。HSP70蛋白分子氨基酸序列具有高度的保守性，不同生物來源的HSP70氨基酸序列有50%～90%的同源性，且其N端保守性較C端高。HSP70蛋白家族具有相同的等電點和相似的胰蛋白酶肽譜，在應激刺激條件下高度誘導，屬于保護細胞正常生理功能的重要蛋白質(zhì)分子。正常情況下，HSP70在細胞內(nèi)主要位于細胞質(zhì)內(nèi)，且呈基礎(chǔ)表達，表達水平較低，當細胞受到外界應激原刺激時，如高溫或各種有害應激刺激，HSP70合成速度顯著提高，并且迅速轉(zhuǎn)移進入細胞核內(nèi)并包圍核仁，細胞質(zhì)內(nèi)只有少量存在。在應激因素刺激下，細胞質(zhì)內(nèi)部分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，繼而引起細胞內(nèi)HSPs因子(HSF)發(fā)生磷酸化，并聚集為三聚體，繼而激活HSP70基因的表達和轉(zhuǎn)錄。HSP70的氨基酸一級結(jié)構(gòu)可分為3個功能域：近N端為45 kD大小結(jié)構(gòu)上高度保守的氨基酸序列，具有三磷酸腺苷酶(ATPase)活性，比羧基端部分具有更高的保守性；緊接N端的為18 kD大小相對保守的氨基酸序列，是多肽的結(jié)合部位；近C端有約10 kD結(jié)構(gòu)上多變的氨基酸序列，其結(jié)構(gòu)尚不明確，可能與特定的一組蛋白底物相互作用有關(guān)。細胞外應激原包括缺血、熱休克、重金屬、低血糖、低pH等都會引起HSP70蛋白分子的表達。應激原刺激誘導的細胞內(nèi)變性蛋白質(zhì)的高表達是HSP70基因轉(zhuǎn)錄激活的主要因子。因此HSP70分子表達聚集的組織區(qū)域即為損傷導致的變形蛋白聚集的局域，而HSP70分子的主要作用是促進變性蛋白的復性。

2.2腦梗死與HSP70蛋白分子基因多態(tài)性、表達水平 人類編碼HSP70蛋白分子的基因序列主要位于1、5、6、9、11、14號染色體上，其中HSP70-1、HSP70-2和HSP70-hom(2437 T/C)基因編碼產(chǎn)物氨基酸序列約91%具有同源性〔17〕。HSP70-1蛋白分子在正常細胞低水平表達，主要被熱損傷、腦缺血誘導；HSP70-2僅在熱刺激原誘導下表達；HSP70-hom在正常和應激條件下均表達，但表達均處于較低水平。一項在漢族ACI患者的臨床研究發(fā)現(xiàn)，HSP70-1分子在研究人群中存在3種基因型，分別為b1b1、b1b2和b2b2，其中ACI組b2等位基因的頻率(36.6%)顯著高于正常人群(21.9%)，研究結(jié)果提示HSP70分子b2b2基因型和b1b2基因型是腦梗死發(fā)病的獨立危險因素〔18〕。多因素logistic回歸分析結(jié)果表明，HSP70基因變異性是缺血性腦卒中發(fā)病的獨立危險因素。近年來隨著對HSP70蛋白分子在腦梗死患者的研究逐漸深入，腦梗死發(fā)生后，HSP70在腦梗死灶的表達具有區(qū)域性、時相性。一項對大鼠急性腦缺血模型進行的研究結(jié)果提示，大鼠腦組織在缺血7 h后，HSP70分子在整個腦組織均有較高表達，HSP70分子主要分布在腦邊緣系統(tǒng)，包括齒狀回、海馬體、扣帶回以及杏仁核，其次出現(xiàn)在腦皮質(zhì)和紋狀體區(qū)域，提示HSP70分子主要功能是保護腦組織神經(jīng)細胞，增加神經(jīng)細胞對缺氧環(huán)境的耐受〔19〕。有研究表明HSP70分子主要在血管區(qū)域表達，其中在損傷區(qū)域的小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞內(nèi)也有表達。HSP70分子在腦組織不同區(qū)域表達差異的原因與不同腦細胞對缺血缺氧的敏感性不同、不同區(qū)域腦細胞損傷程度不同密切相關(guān)〔20〕。HSP70分子的表達主要是保護神經(jīng)細胞，降低外界刺激對細胞的損傷。HSP70分子的過表達可保護缺血引起的心臟和海馬組織的損傷。此外，研究〔20〕表明在HSP70分子過表達大鼠可保護宿主在長期缺血環(huán)境下導致的腦部損傷程度。ACI患者血漿HSP70分子表達水平與腦梗死程度密切相關(guān)，呈平行關(guān)系，腦梗死灶程度越嚴重，HSP70分子表達水平越高。

2.3HSP70蛋白分子在腦梗死患者中的保護機制 研究表明〔21，22〕，腦缺血患者及動物模型中，腦組織HSP70分子高度表達，提示HSP70分子是腦損傷后腦組織自我修復的一種重要的內(nèi)源性保護因子。HSP70分子的生成增加具有保護神經(jīng)細胞免受缺血損傷的作用，是腦組織修復和神經(jīng)重建的一項重要指標。腦梗死患者局部腦組織細胞在應激原刺激情況下，蛋白石變形出現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)紊亂，如肽鏈失去折疊、盤旋狀態(tài)，空間分子構(gòu)型改變，產(chǎn)生不溶性蛋白沉淀物等，繼而引起正常生理功能蛋白質(zhì)失去原有功能。HSP70分子可與變形蛋白質(zhì)結(jié)合，幫助蛋白質(zhì)正確折疊，維持細胞內(nèi)蛋白質(zhì)天然構(gòu)象的復原。此外，HSP70分子可穩(wěn)定細胞內(nèi)骨架蛋白，如肌動蛋白，維持細胞的正常形態(tài)；作為細胞內(nèi)清道夫，清除細胞內(nèi)變性蛋白質(zhì)。腦組織在經(jīng)過長期缺血處理后，可對長時間缺血產(chǎn)生耐受，而細胞內(nèi)保護性基因和蛋白的表達，如HSP70分子，是腦組織缺血耐受的主要機制。另一方面，HSP70分子參與細胞的抗氧化應激反應和抑制細胞凋亡。HSP70分子可對抗H2O2對細胞膜的損傷，減少細胞內(nèi)高鈣水平引起的細胞凋亡，并且HSP70分子與超氧化物歧化酶RNA水平的表達相一致〔22〕。

3 展 望

ACI的病理生理進程復雜，包括細胞外環(huán)境紊亂、神經(jīng)膠質(zhì)細胞激活、白細胞浸潤、酸中毒及細胞能量代謝紊亂等。ACI疾病的發(fā)生發(fā)展過程中，促炎癥因子和抗炎癥因子的動態(tài)變化對疾病的轉(zhuǎn)歸有重要影響〔21〕。腦梗死疾病的發(fā)生、發(fā)展和預后是多種因素作用的結(jié)果。IL-12作為一種促炎癥介質(zhì)，在腦梗死缺血灶炎性損傷中扮演了重要的角色。研究表明〔22〕，腦梗死發(fā)生后，腦缺血部位組織細胞內(nèi)HSP70分子表達增高，可降低腦缺血引起的多種應激原對神經(jīng)細胞的損傷，保護神經(jīng)元細胞。因此，臨床上促進缺血灶腦組織HSP70分子表達和抑制炎癥因子IL-12的分泌對ACI患者的病情進展和預后有積極的意義。