免疫炎癥在缺血性腦卒中的研究進(jìn)展

苗志娟， 王修哲綜述， 趙玉武審校

正常情況下，人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過完整的血腦屏障與外周免疫系統(tǒng)分離，缺血性腦卒中發(fā)生后數(shù)小時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞缺血死亡，通過釋放“危險(xiǎn)信號(hào)”，激活腦內(nèi)固有免疫反應(yīng)，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子、趨化因子、活性氧和一氧化氮等神經(jīng)毒性物質(zhì)產(chǎn)生，介導(dǎo)血-腦屏障破壞以及一系列炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生；與此同時(shí)，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá)增高，免疫炎癥細(xì)胞如多形核中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞等穿過血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入腦組織，通過識(shí)別腦內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)暴露的抗原，激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)，進(jìn)一步介導(dǎo)神經(jīng)元的二次損傷，加重神經(jīng)功能缺損；同時(shí)，機(jī)體為了減輕上述損傷，通過負(fù)反饋?zhàn)饔靡鹱渲泻笸庵苊庖咭种品磻?yīng)，增加卒中后感染的發(fā)生率。這一過程伴隨著缺血腦組織局部和全身各個(gè)系統(tǒng)免疫狀態(tài)的改變[1]，本文對(duì)免疫炎癥在缺血性腦卒中病程中的作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 缺血性腦卒中免疫病理基礎(chǔ)

缺血性腦卒中發(fā)生后由于血流灌注不足，腦組織代謝需要的氧氣、葡萄糖匱乏，能量產(chǎn)生不足，導(dǎo)致一些毒性代謝產(chǎn)物在局部堆積，如興奮性毒性產(chǎn)物、酸性代謝產(chǎn)物、氧化應(yīng)激產(chǎn)物和炎癥介質(zhì)等，引起廣泛的神經(jīng)元死亡；死亡的神經(jīng)元通過釋放損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)，如ATP、高遷移率組蛋白B(HMGB1)、缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)、S100B等，誘發(fā)固有免疫炎癥反應(yīng)；小膠質(zhì)細(xì)胞上的模式識(shí)別受體(PRR)的激活，可促進(jìn)炎性細(xì)胞因子如白介素1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)的產(chǎn)生，同時(shí)星型膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞可通過釋放IL-17、顆粒酶，、活性氧以及穿孔素等共同營造腦內(nèi)炎癥環(huán)境[2]；氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)可使血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接蛋白表達(dá)減低，星型膠質(zhì)細(xì)胞上水通道蛋白4(AQP4)的表達(dá)增加加重了腦水腫，細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白的改變同樣可改變細(xì)胞外周間隙[3]。

上述機(jī)制均可增加血腦屏障的滲透性，使其完整性受到破壞。正常狀態(tài)下，血腦屏障在調(diào)控溶質(zhì)、細(xì)胞運(yùn)輸、維持腦微環(huán)境穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元正?；钚苑矫婢哂兄匾饔?，既往研究認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)由于血腦屏障的存在以及淋巴系統(tǒng)的缺乏，使大腦成為“免疫赦免”的器官，盡管有研究指出腦膜內(nèi)同樣存在淋巴系統(tǒng)，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫反應(yīng)中的作用有待進(jìn)一步研究[4]；因此，血腦屏障的破壞可能是缺血性腦損傷免疫紊亂的病理基礎(chǔ)。相關(guān)研究指出，卒中后血腦屏障的破壞有兩個(gè)時(shí)相，第一個(gè)時(shí)相在卒中后2～3 h，通過MMP-2介導(dǎo)血管源性水腫，第二個(gè)時(shí)相是卒中后24～48 h，通過MMP-3 和MMP-9、環(huán)氧合酶-2、內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接蛋白重新分布和白細(xì)胞滲透介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[5]。缺血性腦卒中的發(fā)生使血腦屏障遭到了破壞，同時(shí)破壞的血腦屏障又誘發(fā)和加重了的神經(jīng)功能的缺損。

2 缺血性腦卒中后免疫狀態(tài)的變化

2.1 免疫細(xì)胞的變化

2.1.1 單核細(xì)胞 單核細(xì)胞對(duì)缺血性腦損傷的影響在很大程度上取決于腦卒中不同階段單核細(xì)胞的不同表型；正常情況下，腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞外形呈現(xiàn)分枝狀，急性缺血性腦卒中后數(shù)分鐘至1 h，小膠質(zhì)細(xì)胞被缺血神經(jīng)元釋放的DAMPs激活，變成循環(huán)中巨噬細(xì)胞的形態(tài)[6]，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞通過釋放細(xì)胞因子、趨化因子等發(fā)揮免疫炎癥作用；循環(huán)中的巨噬細(xì)胞在卒中后1～2 d滲入腦組織，3～7 d達(dá)到高峰[7]。單核細(xì)胞亞型CD14+和CD16+之間的平衡與腦卒中預(yù)后有關(guān)，提示其可能分化為不同的巨噬細(xì)胞M1型和M2型，M1型巨噬細(xì)胞可分泌促炎細(xì)胞因子，如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)、TNFα、IL-23、IL-1β、IL-12等，介導(dǎo)卒中后免疫炎癥反應(yīng)；M2型巨噬細(xì)胞可分泌抗炎細(xì)胞因子，如白介素10(IL-10)、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)等，具有促進(jìn)炎癥消退的作用[8]。

2.1.2 中性粒細(xì)胞 缺血性腦卒中發(fā)生后數(shù)小時(shí)，外周循環(huán)中性粒細(xì)胞以快速、大流量方式滲透入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其主要堆積在腦微血管內(nèi)，在局部釋放蛋白水解酶、活性氧類(ROS)破壞血腦屏障，在血腦屏障破壞的第二時(shí)相滲入腦組織內(nèi)，介導(dǎo)內(nèi)皮損傷、臨近血管的破壞和出血轉(zhuǎn)化[9]；相關(guān)臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明其在血液中的水平與腦梗死面積呈正相關(guān)，與預(yù)后不良的發(fā)生率有關(guān)[10]，同單核細(xì)胞一樣，中性粒細(xì)胞也可分為N1和N2兩個(gè)亞型，N2型中性粒細(xì)胞具有抗炎性能，可發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[11]。

2.1.3 星型膠質(zhì)細(xì)胞 缺血性腦卒中發(fā)生后，星型膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生形成膠質(zhì)疤痕，可阻礙軸突再生；此外，星型膠質(zhì)細(xì)胞也可表達(dá)細(xì)胞因子、趨化因子、iNOS等炎性因子，星型膠質(zhì)細(xì)胞來源的IL-15具有介導(dǎo)免疫炎癥，加重神經(jīng)損傷的作用[12]，但是也有研究指出星型膠質(zhì)細(xì)胞可發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，其形成的膠質(zhì)瘢痕可將損傷組織與尚可存活的腦組織分隔開，防止梗死體積的進(jìn)一步擴(kuò)大，在急性期，可減輕興奮性毒性代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子[13]。

2.1.4 淋巴細(xì)胞 淋巴細(xì)胞在腦卒中后適應(yīng)性免疫反應(yīng)病理機(jī)制中發(fā)揮重要作用，卒中發(fā)生后24 h內(nèi)，腦組織中可檢測(cè)到淋巴細(xì)胞的存在，其數(shù)目逐漸增多，有研究指出永久性大腦中動(dòng)脈閉塞腦缺血小鼠模型(pMCAO)較短暫性缺血模型(tMCAO)相比，淋巴細(xì)胞在腦組織中出現(xiàn)時(shí)相早，提示淋巴細(xì)胞的浸潤可能與腦梗死嚴(yán)重程度及是否再灌注有關(guān)[14]；淋巴細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)后通過識(shí)別中樞神經(jīng)系統(tǒng)抗原介導(dǎo)自身免疫炎癥反應(yīng)，在加重腦組織損傷的同時(shí)具有促進(jìn)神經(jīng)再生和損傷修復(fù)的作用[15，16]。T淋巴細(xì)胞亞組中的CD4+、CD8+T淋巴細(xì)胞及兩者之間的平衡介導(dǎo)卒中后炎癥反應(yīng)、神經(jīng)功能缺損和細(xì)胞免疫功能的改變[17]，相關(guān)臨床研究表明缺血性腦卒中患者外周血中CD4+、CD8+、CD4+/CD8+淋巴細(xì)胞水平與腦梗死嚴(yán)重程度及預(yù)后相關(guān)[18]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)是CD4+T淋巴細(xì)胞亞組中的一員，具有免疫抑制作用，腦組織缺血梗死后的7 d和14 d，Tregs細(xì)胞在梗死組織中大量聚集和增殖，通過釋放免疫抑制因子等方式對(duì)梗死后的再次腦損傷進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而維持機(jī)體的免疫狀態(tài)的穩(wěn)定[19]；此外，Tregs被發(fā)現(xiàn)存在于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中，通過免疫抑制效應(yīng)阻斷動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成[20]。Th17細(xì)胞是CD4+T淋巴細(xì)胞亞組中的另一員，可通過分泌白介素17A(IL-17A)協(xié)同TNF-α，促進(jìn)腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)趨化因子，使中性粒細(xì)胞浸潤增多，特異性阻斷IL-17A功能可減輕腦梗死體積改善神經(jīng)功能缺損[21]。雙陰性T淋巴細(xì)胞(DNTs)近年來也受到關(guān)注，其可通過凋亡相關(guān)因子配體(FasL)/非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶2(PTPN2)/腫瘤壞死因子α(TNF-α)信號(hào)通路，介導(dǎo)免疫炎癥和神經(jīng)損害，使其有望成為未來腦卒中治療的一個(gè)靶點(diǎn)[22]。

2.1.5 B淋巴細(xì)胞 腦組織內(nèi)檢測(cè)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)抗原特異性抗體表明B淋巴細(xì)胞同樣也參與了卒中后免疫反應(yīng)[23]。在MCAO腦缺血模型中，將野生型小鼠B細(xì)胞轉(zhuǎn)移到B淋巴細(xì)胞敲除的小鼠中，與接受IL-10-/-B細(xì)胞的敲除小鼠相比，前者腦梗死體積更小，表明分泌IL-10的調(diào)節(jié)性B淋巴細(xì)胞具有神經(jīng)保護(hù)作用[24]。IL-10+B淋巴細(xì)胞可減輕脾臟萎縮，減少活化的炎性T淋巴細(xì)胞進(jìn)入缺血腦組織，同時(shí)增加可分泌IL-10的CD8+CD122+Treg細(xì)胞，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[25]。Kristian等表明缺血性腦卒中發(fā)生數(shù)周后，活化的B淋巴細(xì)胞進(jìn)入腦組織，通過形態(tài)改變和分泌抗體，介導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥和遲發(fā)性的認(rèn)知功能障礙[26]。

2.2 免疫炎癥介質(zhì)的變化 缺血性腦卒中發(fā)生后黏附分子表達(dá)增加，包括細(xì)胞間粘附分子1(ICAM-1)、血管細(xì)胞粘附分子1(VCAM-1)、整合素以及E-選擇素等，這些粘附分子的增加促使外周免疫細(xì)胞進(jìn)一步滲入腦組織，增加神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，介導(dǎo)二次損傷。正常情況下，腦內(nèi)MMP-9的水平很低，缺血性腦卒中發(fā)生后腦血管內(nèi)皮細(xì)胞以及滲入的中性粒細(xì)胞可分泌MMP-9，介導(dǎo)血腦屏障的破壞，相關(guān)研究表明血漿MMP水平可預(yù)測(cè)卒中患者的預(yù)后[27]，在腦卒中恢復(fù)期，一些中性粒細(xì)胞分泌的MMP-9可促進(jìn)血管的生成，修復(fù)血腦屏障破損[28]。TNF和IL-1β是由腦內(nèi)固有小膠質(zhì)細(xì)胞、循環(huán)滲入的單核巨噬細(xì)胞分泌，是強(qiáng)有力的促炎細(xì)胞因子，其在缺血性腦卒中患者的外周血和腦脊液中表達(dá)增高，介導(dǎo)腦梗死后炎癥反應(yīng)和卒中進(jìn)展；IL-6既往認(rèn)為是由神經(jīng)元分泌，也有研究認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞也可分泌IL-6，其可通過上調(diào)神經(jīng)元腺苷受體發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，也可通過破壞血腦屏障加重腦水腫[29，30]。IL-10在腦卒中后的病理生理過程中，通過抑制炎性細(xì)胞因子的合成、抗細(xì)胞凋亡等機(jī)制發(fā)揮抗炎、神經(jīng)保護(hù)作用。補(bǔ)體系統(tǒng)在先天性免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)星型膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元也可合成補(bǔ)體；在缺血性腦卒中模型腦組織和臨床患者血液中發(fā)現(xiàn)有補(bǔ)體成分的激活[31，32]，敲除甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)(補(bǔ)體激活的凝集素途徑的識(shí)別分子)基因的小鼠與野生型相比其腦梗死體積、中性粒細(xì)胞浸潤、神經(jīng)功能缺損減輕；MBL低表達(dá)基因型的腦卒中患者補(bǔ)體成分C3、C4和C反應(yīng)蛋白水平較低，有更好的90 d預(yù)后[33]。相關(guān)研究表明靜脈應(yīng)用組織纖溶酶原激活物(tPA)能夠上調(diào)補(bǔ)體級(jí)聯(lián)瀑布的激活，介導(dǎo)缺血性腦卒中溶栓后出血轉(zhuǎn)化和腦水腫[34]。

2.3 卒中后免疫抑制反應(yīng) 急性缺血性腦卒中發(fā)生后約有30%的患者合并有感染，主要是尿路感染和肺部感染[35]；可能是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍免疫器官之間的長距離反饋回路的激活，機(jī)體為了降低免疫炎癥反應(yīng)對(duì)缺血腦組織的再次損傷，而抑制外周免疫功能，即卒中后免疫抑制反應(yīng)(stroke-induced immunodepression，SIID)[36]。卒中后免疫抑制反應(yīng)是機(jī)體的一種自我保護(hù)，主要表現(xiàn)為外周單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞減少及功能失調(diào)，脾臟、淋巴結(jié)等免疫器官萎縮[37]；對(duì)外周的免疫抑制反應(yīng)雖然減輕了腦組織的再次損傷同時(shí)也增加了患者的感染率，而感染又可惡化患者的預(yù)后，增加住院天數(shù)及死亡率，預(yù)防性應(yīng)用抗生素并不能減少患者的預(yù)后和死亡率，但可減少尿路感染的發(fā)生率，對(duì)肺炎作用不明顯[38]。相關(guān)研究指出，缺血性腦卒中后中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過交感、副交感神經(jīng)系統(tǒng)以及下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)等神經(jīng)內(nèi)分泌通路發(fā)揮對(duì)外周免疫功能的影響；急性腦卒中發(fā)生后激活上述通路，釋放去甲腎上腺素、乙酰膽堿及糖皮質(zhì)激素，使淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NKT)數(shù)量減少，細(xì)胞免疫功能減低，脾臟萎縮，Liu等指出NK細(xì)胞在腦和外周表現(xiàn)出不同的時(shí)間和轉(zhuǎn)錄特性，在外周通過激活兒茶酚胺和HPA軸調(diào)節(jié)細(xì)胞因子信號(hào)抑制因子3(SOCS3)的表達(dá)，促使脾臟萎縮、NK細(xì)胞數(shù)量減少，而在腦內(nèi)則通過膽堿能神經(jīng)分布介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子RUNX3的表達(dá)來抑制NK細(xì)胞的反應(yīng)[39，40]。

3 小 結(jié)

缺血性卒中發(fā)生后，從缺血腦組織局部到外周免疫系統(tǒng)，從免疫炎癥細(xì)胞到免疫炎癥介質(zhì)，均有明顯的變化，這一變化在缺血性卒中病理發(fā)展過程中起重要作用。因此，對(duì)免疫炎癥反應(yīng)參與缺血性腦卒中發(fā)病機(jī)制的研究，為缺血性腦卒中提供了免疫治療靶點(diǎn)，免疫調(diào)節(jié)制劑和免疫調(diào)節(jié)的干預(yù)措施受到越來越多的關(guān)注?？偟膩碚f，免疫治療靶點(diǎn)的選擇主要從炎癥介質(zhì)層面到細(xì)胞層面，例如，通過促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)變、增加Tregs細(xì)胞發(fā)揮抗免疫炎癥作用，相對(duì)地，通過抑制M1型小膠質(zhì)細(xì)胞活性、降低中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞的中樞浸入同樣可發(fā)揮上述作用；針對(duì)免疫炎癥介質(zhì)的一些受體拮抗劑或單克隆抗體等，如針對(duì)補(bǔ)體中的C3a、C5a，粘附分子中的E-和p-選擇素，免疫炎癥介質(zhì)中的TNF和IL-1β、MMP-9等。

綜上，人體作為一個(gè)高度精密調(diào)控的整體，為了應(yīng)對(duì)缺血性腦卒中這一應(yīng)激事件，體內(nèi)發(fā)生了復(fù)雜的分子、細(xì)胞、神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的免疫炎癥反應(yīng)；對(duì)缺血性腦卒中后免疫炎癥反應(yīng)的深入研究，為卒中后神經(jīng)功能缺損的病理機(jī)制提供新的理論依據(jù)以及缺血性卒中免疫治療的靶點(diǎn)。