脊髓損傷后的免疫抑制研究進(jìn)展

劉 超，閆景龍，孔鵬羽，趙 曼，魏榮志，王玉玞

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院骨科，哈爾濱 150010

脊髓損傷（SCI）致死率高、預(yù)后差，常導(dǎo)致患者終身癱瘓，可引起系統(tǒng)性神經(jīng)源性免疫抑制綜合征（SCI-IDS）［1］。SCI后的免疫抑制會(huì)增加機(jī)體對(duì)病原體感染的易感性，導(dǎo)致患者并發(fā)癥發(fā)生率及病死率增高。近年，國(guó)內(nèi)外SCI的臨床及動(dòng)物模型研究證實(shí)，SCI可導(dǎo)致機(jī)體免疫細(xì)胞功能受損，免疫因子也發(fā)生一定程度的變化，從而引起免疫功能障礙［2-3］，但具體機(jī)制尚不明確。由于免疫系統(tǒng)可由中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）、交感神經(jīng)系統(tǒng)（SNS）和副交感神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷可引起免疫相關(guān)的神經(jīng)功能受損，進(jìn)而引起免疫抑制，同時(shí)亦可造成內(nèi)分泌功能障礙，間接引起免疫功能障礙［4-5］。明確SCI導(dǎo)致機(jī)體防御系統(tǒng)受損的相關(guān)機(jī)制及脊髓平面、損傷程度等相關(guān)因素對(duì)發(fā)生SCI后免疫功能的影響，對(duì)治療SCI、提高患者的生存質(zhì)量至關(guān)重要。本文就HPA、SNS與SCI后的免疫抑制的可能關(guān)聯(lián)、產(chǎn)生的適應(yīng)性免疫抑制的相關(guān)機(jī)制及與其相關(guān)方向的治療前景作如下綜述。

1 SCI后神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)功能

1.1 SCI后神經(jīng)免疫通路中斷引起免疫抑制

盡管有研究結(jié)果提示機(jī)體的抗炎反應(yīng)存在以迷走神經(jīng)（主要成分為PNS）調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)的途徑［6］，但更多研究表明，免疫反應(yīng)主要由SNS通過(guò)去甲腎上腺素（NE）調(diào)節(jié)［7-8］。與神經(jīng)免疫通路相關(guān)的研究顯示，大多數(shù)淋巴器官由SNS支配［8-9］，因此，SCI可中斷介導(dǎo)免疫反應(yīng)的神經(jīng)通路，其中最顯著的是中樞自主神經(jīng)通路的中斷。由于中樞自主神經(jīng)通路通過(guò)脊髓下行［10］，發(fā)生SCI后，作為中樞自主神經(jīng)系統(tǒng)的分支，負(fù)責(zé)支配免疫器官和腎上腺的神經(jīng)節(jié)前交感神經(jīng)軸突發(fā)出的輸出信號(hào)被抑制［11］，從而引起免疫抑制。另有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)也可通過(guò)與淋巴細(xì)胞表達(dá)的受體結(jié)合，作用于淋巴細(xì)胞，從而影響淋巴細(xì)胞的功能［12-13］。

神經(jīng)免疫通路的調(diào)節(jié)具有復(fù)雜性：①多數(shù)SNS活動(dòng)是由胸椎（T6及以上）平面支配，主要支配脾和腎上腺髓質(zhì)等淋巴組織［14-15］。發(fā)生SCI后脾中NE增加，導(dǎo)致免疫功能受損。因此，與低位SCI相比，T6及以上節(jié)段的SCI更可能破壞SNS通路，導(dǎo)致相應(yīng)神經(jīng)支配的淋巴組織免疫調(diào)節(jié)過(guò)程受損。②Meltzer等［16］通過(guò)實(shí)驗(yàn)性脾神經(jīng)切斷術(shù)、腎上腺切除術(shù)和腎上腺髓質(zhì)素去髓化發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激的免疫抑制主要通過(guò)SNS而非HPA進(jìn)行調(diào)節(jié)。另有研究表明，SNS的激活可對(duì)適應(yīng)性免疫起到抑制或增強(qiáng)作用，但對(duì)先天免疫功能僅起到抑制作用［8］。

1.2 不同脊髓平面SCI后的免疫功能障礙

不同節(jié)段SCI導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生不同部位、不同程度的免疫功能障礙［2-3，17］。脾和腎上腺等免疫器官受胸腰段脊髓的SNS支配［9］，該平面及以上的SCI可能引起免疫抑制。頸髓或高位胸髓損傷后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)損傷節(jié)段下方節(jié)前交感神經(jīng)元的控制受到干擾，而中位胸髓的損傷則直接損傷節(jié)前交感神經(jīng)元細(xì)胞［18］，從而影響對(duì)脾和腎上腺等淋巴器官的控制，繼而引起免疫抑制［19-20］。高位（T3）和中位（T9）胸椎SCI小鼠實(shí)驗(yàn)研究表明，不同節(jié)段SCI的B細(xì)胞功能受損程度不同；Lucin等［11］的研究表明，只有高位胸椎（T3）SCI導(dǎo)致脾自主控制中斷，脾內(nèi)NE水平會(huì)升高，免疫功能受到抑制。另外，Ankeny等［21］的研究證實(shí)，中位胸椎（T9）SCI保留脾的自主控制，可誘導(dǎo)B細(xì)胞活化，增加自身抗體合成，并激活自動(dòng)反應(yīng)的T細(xì)胞［22］。在誘導(dǎo)性肺炎小鼠模型中，高位胸椎（T3）SCI阻斷了對(duì)主要免疫器官的SNS支配，進(jìn)而顯著增加了肺部的細(xì)菌負(fù)荷；而中位胸椎（T9）SCI沒(méi)有出現(xiàn)相同情況［23］。以上研究表明，相較于中位胸椎（T9）SCI，高位胸椎（T3）SCI更易增加感染風(fēng)險(xiǎn)。而Held等［18］在小鼠高位（T3）和中位（T9）胸椎SCI后對(duì)病毒感染易感性的研究中發(fā)現(xiàn)，不同脊髓平面受損導(dǎo)致的SCI與病毒復(fù)制的失控并無(wú)關(guān)聯(lián)，感染的易感性增加是由于SCI后先天免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)均受到了抑制。以上研究結(jié)果再次說(shuō)明發(fā)生SCI后免疫抑制機(jī)制的復(fù)雜性。

因此，了解不同節(jié)段SCI后免疫功能的變化，對(duì)治療SCI后不同程度的感染具有重要意義。明確SCI后神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)失調(diào)的機(jī)制一直是眾多研究的重點(diǎn)，然而其復(fù)雜性給廣大研究者造成了極大的困難，對(duì)其仍需進(jìn)行不斷地探索與研究。

2 SCI后HPA的變化與免疫抑制

糖皮質(zhì)激素（GC）通過(guò)作用于具有各種應(yīng)激激素受體的白細(xì)胞而產(chǎn)生免疫抑制作用。GC與受體結(jié)合會(huì)引起抗炎細(xì)胞因子的上調(diào)、促炎細(xì)胞因子的抑制及其他促炎介質(zhì)的抑制［3，24］。促炎細(xì)胞因子具有上調(diào)HPA的能力，發(fā)生SCI后體內(nèi)的炎癥狀態(tài)可能導(dǎo)致HPA過(guò)度活化［10］，進(jìn)而促使腎上腺分泌過(guò)多的GC，導(dǎo)致GC血液循環(huán)水平升高，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的免疫抑制作用。GC能抑制大多數(shù)免疫細(xì)胞的成熟、分化和增殖，由于作用重要，HPA在任何方向上的失衡都可能導(dǎo)致免疫功能障礙，GC的過(guò)量分泌可能導(dǎo)致免疫抑制，并增加感染風(fēng)險(xiǎn)，而HPA的無(wú)反應(yīng)可能導(dǎo)致缺乏抑制，加重炎癥狀態(tài)［24］。

系統(tǒng)性免疫抑制發(fā)展的部分原因是高節(jié)段的SCI導(dǎo)致自主反射障礙，當(dāng)給予研究對(duì)象某些生理刺激（如結(jié)腸擴(kuò)張、膀胱充盈等）時(shí)，這些反射會(huì)導(dǎo)致NE和GC在次級(jí)淋巴組織中積聚，而NE的過(guò)度激活也會(huì)導(dǎo)致免疫抑制［10］。在發(fā)生SCI后的人體中，應(yīng)激引起血漿促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）水平升高，導(dǎo)致尿游離GC水平在損傷后3個(gè)月內(nèi)持續(xù)升高，T細(xì)胞功能減弱［25-26］；然而高節(jié)段SCI后ACTH的水平處于被抑制的狀態(tài)，此時(shí)GC釋放增加是由于腎上腺去神經(jīng)化（去抑制）后發(fā)生的原發(fā)性高皮質(zhì)激素血癥，T細(xì)胞功能與GC水平呈負(fù)相關(guān)。先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)抑制作用的加強(qiáng)，導(dǎo)致SCI后感染易感性增加、傷口愈合能力下降［27］。

然而，證明HPA的上調(diào)和GC水平升高關(guān)聯(lián)性的大多研究是在急性SCI條件下進(jìn)行的。慢性SCI條件下，對(duì)HPA的持續(xù)施壓可能導(dǎo)致腎上腺功能不全，引發(fā)GC水平降低［25］。因此，急性SCI條件下機(jī)體可通過(guò)HPA引起免疫抑制；而慢性SCI免疫功能障礙可能有著不同的影響機(jī)制。

3 SCI與適應(yīng)性免疫抑制

3.1 SCI后細(xì)胞免疫抑制

SCI可引起機(jī)體的感染易感性增加，因此，研究SCI如何影響宿主對(duì)微生物感染的反應(yīng)至關(guān)重要。Held等［28］采用小鼠肝炎病毒（MHV）感染小鼠作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)SCI發(fā)生后宿主對(duì)MHV的反應(yīng)進(jìn)行了相關(guān)研究。將實(shí)驗(yàn)組小鼠T3或T9SCI后1周與無(wú)SCI的感染小鼠進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)SCI小鼠的病死率和病毒感染率均有所增加；SCI小鼠感染后抗原呈遞細(xì)胞的活化、病毒特異性T細(xì)胞數(shù)量和IFN-γ的產(chǎn)生均明顯減少。雖然研究未評(píng)估中樞神經(jīng)系統(tǒng)和HPA的活性，但可能是NE和GC水平升高加重了抗病毒免疫反應(yīng)的抑制，增加了SCI后急性和慢性階段小鼠對(duì)病毒感染的敏感性［28-29］。以上研究提示SCI后阻斷NE及GC可能會(huì)增強(qiáng)SCI后的抗病毒反應(yīng)。

在慢性SCI小鼠模型中，由于病毒特異性CD8+T細(xì)胞的擴(kuò)增及其細(xì)胞因子功能受損［29-30］，初次感染流感病毒會(huì)導(dǎo)致高病死率。為了預(yù)防復(fù)發(fā)性感染，可利用產(chǎn)生記憶性免疫細(xì)胞的方式，提高對(duì)病毒感染的抵抗力。Norden等［31］利用慢性SCI小鼠模型感染甲型流感病毒，探究SCI后CD8+T細(xì)胞的反應(yīng)，先對(duì)小鼠進(jìn)行免疫接種，再對(duì)小鼠注射致死劑量的甲型流感病毒并觀察其存活情況，結(jié)果顯示，慢性SCI小鼠和無(wú)SCI小鼠均無(wú)死亡，且均產(chǎn)生顯著的CD8+T細(xì)胞再次應(yīng)答，表明發(fā)生慢性SCI之前產(chǎn)生的記憶CD8+T細(xì)胞在發(fā)生SCI后仍具有免疫功能。

上述結(jié)果強(qiáng)調(diào)了對(duì)SCI患者進(jìn)行適當(dāng)免疫的必要性，并提示了記憶T細(xì)胞對(duì)流感病毒以外的其他病毒感染亦具有保護(hù)作用。因此，今后應(yīng)繼續(xù)著重研究記憶T細(xì)胞在SCI前后的作用，這將對(duì)治療SCI后抗病毒免疫功能受損具有重要意義。

3.2 SCI后體液免疫抑制

SCI會(huì)導(dǎo)致B細(xì)胞體液免疫功能被破壞。SCI后原發(fā)性B細(xì)胞的反應(yīng)并不完全，這可能導(dǎo)致記憶性B細(xì)胞和作用于應(yīng)答感染或繼發(fā)性感染中的長(zhǎng)壽漿細(xì)胞的形成能力下降［28］。Zhang等［32］和Oropallo等［33］在研究中對(duì)發(fā)生SCI的小鼠進(jìn)行免疫誘導(dǎo)并生成記憶B細(xì)胞，繼而用抗原對(duì)小鼠進(jìn)行再刺激，結(jié)果表明，小鼠發(fā)生SCI前生成的高親和力抗體的濃度與發(fā)生SCI后相比未發(fā)生改變。

綜上，機(jī)體在發(fā)生SCI后通過(guò)神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)機(jī)制生成記憶B細(xì)胞的能力可能會(huì)受到抑制，而在發(fā)生SCI前通過(guò)體液免疫生成的記憶B細(xì)胞則不會(huì)受到干擾。然而，發(fā)生SCI后接觸新抗原刺激是否能建立新的保護(hù)性免疫和免疫記憶仍有待商榷，今后需在這一方面著重研究，了解發(fā)生SCI后B細(xì)胞體液免疫功能的損傷程度，從而進(jìn)一步探究對(duì)相關(guān)感染的治療方法。

3.3 SCI后適應(yīng)性免疫抑制的可能機(jī)制

適應(yīng)性免疫是人體經(jīng)后天感染（病愈或無(wú)癥狀感染）或人工預(yù)防接種（菌苗、疫苗、類毒素、免疫球蛋白等）而使機(jī)體獲得的抵抗感染能力。一般是在微生物等抗原物質(zhì)刺激后才形成的（免疫球蛋白、免疫淋巴細(xì)胞），并能與該抗原起特異性反應(yīng)。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)在抗感染和形成免疫記憶過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。有研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)和HPA信號(hào)在發(fā)生SCI后可直接影響適應(yīng)性免疫［27，34］。發(fā)生SCI后淋巴細(xì)胞的應(yīng)答、數(shù)量和效應(yīng)因子的功能均受到負(fù)面影響，數(shù)量和質(zhì)量上的減少都可能導(dǎo)致感染風(fēng)險(xiǎn)的增加。

近期研究表明，交感神經(jīng)-內(nèi)分泌-腎上腺反射調(diào)節(jié)受損可能是發(fā)生SCI后的免疫抑制機(jī)制之一［10，35］。此外，SCI誘導(dǎo)的免疫功能障礙在很大程度上是源于脊髓SNS反射回路的大規(guī)模重組，如谷氨酸中間神經(jīng)元的募集會(huì)導(dǎo)致該回路敏感性增加［36］。另外，Zha等［37］的實(shí)驗(yàn)表明，SCI小鼠脾中免疫調(diào)節(jié)途徑（PD-1/PD-L1，Tregs）有所上調(diào)，以平衡全身炎性反應(yīng)，從而限制損傷部位的炎癥進(jìn)一步擴(kuò)散，并預(yù)防自身免疫性疾??；Zha等通過(guò)測(cè)量T9SCI小鼠模型中脾酪氨酸羥化酶（TH）和NE的水平，確定了慢性SCI小鼠脾交感活性的改變；為了深入了解導(dǎo)致T細(xì)胞功能障礙的神經(jīng)源性機(jī)制，Zha等又進(jìn)行了T細(xì)胞的體外NE刺激，結(jié)果證實(shí)慢性SCI后CD4+和CD8+T細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的功能受到破壞，而體外阻斷程序性死亡受體1（PD-1）信號(hào)可使CD8+T細(xì)胞功能缺陷得到恢復(fù)，證實(shí)了T細(xì)胞功能障礙與這些細(xì)胞上的PD-1表達(dá)增加有關(guān)；此外，研究顯示，慢性SCI小鼠脾NE水平較高，且NE可能具有調(diào)節(jié)PD-1表達(dá)的機(jī)制；活化T細(xì)胞核因子1蛋白（NFATc1）是PD-1基因表達(dá)的調(diào)節(jié)劑。有研究表明，NE在原代新生兒心肌細(xì)胞培養(yǎng)物中會(huì)增加NFATc1的活性［38］。綜上，NE可能通過(guò)NFATc1上調(diào)PD-1的表達(dá)。然而，PD-1在SCI恢復(fù)過(guò)程中對(duì)T細(xì)胞的具體作用機(jī)制尚未明確。

4 結(jié)語(yǔ)和展望

SCI發(fā)生后引起的免疫抑制會(huì)導(dǎo)致機(jī)體抗感染能力下降，造成SCI患者預(yù)后不良。因此，對(duì)于SCI發(fā)生后免疫抑制的治療需要加以重視，但由于其機(jī)制的復(fù)雜性，現(xiàn)仍處于探索階段。目前在癌癥治療中，已有臨床試驗(yàn)使用PD-1拮抗劑治療癌癥［39］，而Zha等［37］的研究為PD-1抗體在SCI誘導(dǎo)的免疫抑制治療的臨床應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，PD-1抗體被視為慢性SCI誘導(dǎo)的免疫抑制的新治療策略。此外，改善SCI誘導(dǎo)的GC和兒茶酚胺水平失衡也可成為恢復(fù)免疫功能的治療方向［40］，如已經(jīng)廣泛應(yīng)用于心血管疾病的腎上腺素受體拮抗劑，也成為了恢復(fù)慢性SCI患者免疫功能的潛在療法。

另外，近年的研究還發(fā)現(xiàn)其他治療SCI后免疫抑制反應(yīng)的可能方式。如骨髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）誘導(dǎo)的SCI后免疫抑制可以通過(guò)阻斷精氨酸酶來(lái)逆轉(zhuǎn)［41］，雖然與之相關(guān)的具體機(jī)制尚不明確，但也可作為今后治療免疫抑制的方向之一。Mironets等［42］的研究表明，發(fā)生SCI后鞘內(nèi)注射腫瘤壞死因子α（TNF-α）抑制劑可充分改善SCI后的自主神經(jīng)反射不良，可預(yù)防SCI相關(guān)的SNS反射異常和并發(fā)的免疫抑制反應(yīng)。Burkovski等［43］通過(guò)對(duì)腦梗死動(dòng)物模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)抑制大麻素2型受體（CB2R）可改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷誘導(dǎo)的免疫抑制綜合征（CIDS），這也為今后SCI后免疫抑制的治療提供了新的方向。

在未來(lái)的工作中，繼續(xù)了解免疫系統(tǒng)在發(fā)生SCI后的變化，將會(huì)對(duì)SCI及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供新的治療思路和方案，對(duì)臨床上更有效地治療SCI、降低感染的易感性及提高SCI患者的生存質(zhì)量具有重大意義。