白細胞介素在缺血性腦卒中中的抗炎作用及其機制

朱華，陶武賢，熊曉星

(武漢大學人民醫(yī)院神經(jīng)外科，武漢 430060)

缺血性腦卒中是最常見的腦卒中類型，發(fā)生在頸部或大腦血管阻塞時[1]。缺血性腦卒中發(fā)生后，腦組織的血液供應(yīng)嚴重缺乏，導致腦組織的氧供應(yīng)不足，繼而出現(xiàn)神經(jīng)元死亡。腦毛細血管的血液-內(nèi)皮界面處發(fā)生的炎癥事件是缺血性組織損傷的基礎(chǔ)，在血液-內(nèi)皮界面處發(fā)生的炎癥相互作用涉及細胞因子、黏附分子、趨化因子和白細胞，對于腦梗死中組織損傷的發(fā)病機制至關(guān)重要[2]。缺血性腦卒中后，起源于缺血損傷腦組織的炎癥分子激活浸潤性免疫細胞(中性粒細胞、巨噬細胞和淋巴細胞)，從而引發(fā)無菌性炎癥，通過一系列炎癥機制激活多種免疫細胞，使其功能由炎癥向修復轉(zhuǎn)變[3]。然而，盡管進行了大量的研究工作，但腦卒中損傷的確切機制目前仍尚未完全了解，但已明確炎癥細胞在缺血性卒中疾病進展中的重要作用。

白細胞介素(interleukin，IL)是指在白細胞或免疫細胞間相互作用的細胞因子，在免疫細胞的激活、分化、增殖、成熟、遷移和黏附等過程中發(fā)揮了重要作用，具有促炎和抗炎特性，主要功能是通過與細胞表面的高親和力受體結(jié)合，引起細胞和組織的多種反應(yīng)調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)期間免疫細胞的生長、分化和活化[4]。炎癥細胞在缺血性卒中疾病中起重要作用，IL與缺血性腦卒中的發(fā)病機制存在密切聯(lián)系，現(xiàn)就IL在缺血性腦卒中發(fā)病過程中的抗炎作用及其機制予以綜述，旨在整體直觀地描述IL在缺血性腦卒中中的作用。

1 IL-2

IL-2是由接受抗原刺激后的T淋巴細胞產(chǎn)生的具有淋巴因子樣免疫調(diào)節(jié)作用的細胞因子，除在體外維持T細胞長期的增殖和分化外，IL-2還具有增強自然殺傷細胞殺傷活性的重要生物學功能，并能促進B細胞的增殖分化以及誘導淋巴因子激活的殺傷細胞的產(chǎn)生。

急性腦卒中患者血清IL-2水平明顯低于正常對照組，其機制可能與以下兩方面因素有關(guān)，①急性腦卒中時，機體產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，體內(nèi)免疫穩(wěn)定性被破壞，特別是T細胞功能受到影響，使血清IL-2水平明顯降低；②急性腦卒中時，腦組織細胞受損，局部缺血、缺氧使腦內(nèi)IL-2合成減少。

IL-2/IL-2抗體復合物(IL-2/IL-2Ab)可能通過調(diào)節(jié)機體內(nèi)調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg細胞)的數(shù)量來改善缺血性腦卒中的預(yù)后。Treg細胞可預(yù)防缺血性腦卒中，然而，Treg細胞的數(shù)量限制了其臨床效果。IL-2/IL-2Ab能夠選擇性地增加血液、脾臟和淋巴結(jié)中Treg細胞的數(shù)量。與IsoAb治療的腦卒中小鼠相比，IL-2/IL-2Ab治療的小鼠腦梗死體積明顯減小，神經(jīng)炎癥受到抑制，且感覺運動功能得到改善[5]。IL-2/IL-2Ab能夠擴增Treg細胞并增強其免疫調(diào)節(jié)功能。Treg細胞中CD39/CD73信號傳導的激活可能作為潛在機制參與IL-2/IL-2Ab，對缺血性腦損傷起神經(jīng)保護作用。因此，IL-2/IL-2Ab作為可行的臨床免疫療法，能夠促進內(nèi)源性Treg免疫反應(yīng)并改善缺血性腦損傷。

2 IL-4

IL-4是一種主要由肥大細胞、輔助性細胞和非抗原性細胞組成的超抗原[6]。IL-4可以調(diào)節(jié)多種免疫反應(yīng)，包括T細胞分化和B細胞的非特異性類轉(zhuǎn)換；也是迄今為止最具特征的M2極化啟動子。IL-4在腦功能中起著至關(guān)重要的作用，如T細胞來源的IL-4對于正常大腦的學習和記憶非常重要[7]。大腦IL-4水平隨年齡的增長而下降，這可能是老年人認知能力減退的原因之一，同時也增加了阿爾茨海默病的發(fā)生風險。

IL-4在腦卒中急性期的重要性亦得到了相關(guān)臨床和動物研究的證實。在腦卒中發(fā)病數(shù)小時后，患者血清IL-4水平顯著升高[8]。卒中動物模型短暫性大腦中動脈閉塞后24 h的IL-4缺乏導致腦損傷及神經(jīng)功能改變[9]。IL-4對腦缺血后小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞M2極化和長期恢復至關(guān)重要，缺乏IL-4小鼠在腦缺血后將出現(xiàn)更多的M1極化的小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞、更大的梗死灶以及更嚴重的功能缺損，而重組IL-4則可消除這些作用，提示IL-4是腦卒中發(fā)病后早期內(nèi)源性轉(zhuǎn)歸機制之一[10]。IL-4能夠介導損傷的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)保護和恢復，并能夠增強創(chuàng)傷、炎癥或神經(jīng)退行性變的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷過程中CD4+T細胞生成，以減輕軸突損傷的潛力[11]。以IL-4受體為治療靶點的快速直接神經(jīng)元信號轉(zhuǎn)導可能提供新的治療策略[12]。

體外IL-4能夠誘導表達M2小膠質(zhì)細胞表型的基因的表達，并刺激過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)γ依賴的凋亡神經(jīng)元的吞噬作用[13]。在動物模型中，這一作用表現(xiàn)為腦卒中后14 d病變體積減小以及神經(jīng)功能恢復增加。研究認為，可能存在一種獨特的NVU調(diào)節(jié)信號電路，可通過IL-4保護缺血性神經(jīng)元免受組織損傷[13]。缺血性半暗帶神經(jīng)元衍生的IL-4作用于鄰近的小膠質(zhì)細胞，使這些小膠質(zhì)細胞向愈合的M2表型極化，其基因表達譜與PPARγ的基因表達譜相反。小膠質(zhì)細胞具有吞噬功能，對清除修復梗死病灶組織有重要作用?，F(xiàn)已證明，PPARγ信號通路上調(diào)小膠質(zhì)細胞清道夫受體的表達[14]，包括CD36(中心PPARγ基因靶)，從而增加吞噬作用[15]。經(jīng)IL-4處理的小膠質(zhì)細胞的吞噬功效顯著升高，故認為IL-4的促吞噬作用可能通過PPARγ信號傳導介導。在臨床相關(guān)腦出血動物模型和出生后缺血性腦卒中中，PPARγ和CD36被認為是急性腦損傷后清理的關(guān)鍵因素。對腦出血患者的研究表明，CD36缺陷患者的血腫吸收受損，與較短的短期神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)局相關(guān)[16]。

實驗發(fā)現(xiàn)，長春新堿處理后小鼠IL-4/信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子6的信號轉(zhuǎn)導下調(diào)，小鼠IL-4的缺失增加了對機械性痛覺的敏感性，IL-4基因敲除小鼠也產(chǎn)生更多的促炎細胞因子，包括IL-1β和腫瘤壞死因子-α[17]。由此可見，抗炎細胞因子IL-4通過刺激IL-4/信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子6信號轉(zhuǎn)導和抑制促炎細胞因子，對長春新堿誘導的大鼠周圍神經(jīng)病變起保護作用。推測其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)可能有類似作用機制。

3 IL-10

IL-10既具有免疫抑制作用，又有免疫促進作用。IL-10通過抑制單核細胞表面主要組織相容性復合體Ⅱ類分子表達降低單核細胞的抗原呈遞能力，阻斷抗原特異性單核/巨噬細胞因子的產(chǎn)生，從而降低機體的抗感染免疫能力。IL-10通過阻斷T細胞激活所必需的CD28分子的協(xié)同刺激通路，可以引起T細胞免疫抑制，通過抑制γ干擾素的產(chǎn)生間接抑制自然殺傷細胞的活性[18]?？梢姡琁L-10既抑制了機體的固有免疫系統(tǒng)功能，又抑制了特異性免疫系統(tǒng)中的細胞免疫功能，在腦卒中后免疫抑制過程中起重要作用。

IL-10對缺血性腦卒中的保護一直是研究熱點之一，過度表達IL-10通過抗炎調(diào)節(jié)增強間充質(zhì)干細胞移植的神經(jīng)保護作用，從而支持神經(jīng)元在急性缺血期的存活[19]。IL-10在大腦中的表達隨著中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病理改變而增加，促進神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的存活，并通過多種信號通路抑制炎癥反應(yīng)[20]。IL-10水平顯著降低與神經(jīng)功能缺損程度顯著相關(guān)，IL-10水平對急性腦卒中后早期神經(jīng)行為表現(xiàn)具有較高的預(yù)測價值[21]。IL-10可以介導輔助性T細胞(helper T cell，Th細胞)2的功能，發(fā)揮保護作用，導致缺血梗死病灶的減小。

IL-10在急性腦缺血后抑制炎癥反應(yīng)的機制主要為：①減少γ干擾素，IL-1β和腫瘤壞死因子-α等前炎癥細胞因子的合成及活性[22]；②抑制Th1類淋巴因子的合成及活性[23]。IL-10治療可有效下調(diào)腦卒中后急性期缺血性病變上調(diào)的促炎信號，可以為缺血性腦卒中提供神經(jīng)保護，是一種與腦缺血損傷及修復過程相關(guān)的重要抗炎因子[24]。腦動脈缺血前IL-10基因的轉(zhuǎn)導可減輕大鼠缺血再灌注所致的腦損傷。這種預(yù)防卒中復發(fā)的方法可能會在腦卒中初治的介入治療中實現(xiàn)[25]。

4 IL-13

IL-13是由活化的T細胞分泌的一種蛋白，是體外調(diào)節(jié)人單核細胞和B細胞功能的一種強有力的調(diào)節(jié)因子。IL-13與IL-4具有共同的生物活性，它們的基因存在序列同源性。雖然克隆的IL-4受體蛋白不能與IL-13結(jié)合，但IL-4受體蛋白和IL-13受體蛋白具有共同的亞基，它們在信號轉(zhuǎn)導中起著重要的作用[26]。

免疫細胞的時間依賴性募集和激活是缺血后繼發(fā)性損傷的標志。在缺血性腦卒中早期，這些免疫細胞可以獲得M2抗炎表型的保護功能，表現(xiàn)出與體外IL-4和IL-13極化細胞相似的特征。在缺血性腦卒中晚期，免疫細胞可以分化為一種經(jīng)典的激活狀態(tài)，被稱為M1促炎表型，呈現(xiàn)出與體外內(nèi)毒素和γ干擾素激活細胞相似的特征[27]。已有實驗研究證實了IL-13在腦缺血性卒中后的作用，IL-13通過對卒中后腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞和浸潤巨噬細胞的作用，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞抗炎向促炎表型的自發(fā)極化轉(zhuǎn)變[28]。IL-13作為一種體外免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)劑，能明顯減少促炎因子的分泌和炎癥細胞的浸潤，抑制軸突喪失，在神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的神經(jīng)保護中具有重要作用[29]。

持續(xù)分泌IL-13的IL-13-骨髓間充質(zhì)干細胞在缺血性腦卒中的促炎狀態(tài)下，能夠使小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞分化為神經(jīng)保護型M2表型。IL-13-骨髓間充質(zhì)干細胞被認為是神經(jīng)炎癥中細胞和分子反應(yīng)的強有力的調(diào)節(jié)因子，具有很強的抗炎潛力，可在腦卒中和其他神經(jīng)退行性疾病的動物模型中進一步探索。這一新發(fā)現(xiàn)可能具有明顯的治療意義，利用人類生物系統(tǒng)，如人類來源的間充質(zhì)干細胞，將免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)研究轉(zhuǎn)化為臨床實踐。

5 IL-19

IL-19基因位于染色體1q32中的“IL-10簇”中，包括幾個其他IL-10家族成員的基因。IL-19是IL-10的IL家族成員，更廣泛地歸類為 Ⅱ 類細胞因子，包括IL-10家族成員和干擾素(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型)[30-31]。IL-19與含30個殘基的IL-10具有氨基酸同一性，包括已知的正確折疊IL-10所需的4個半胱氨酸以及41個形成IL-10疏水核心所需的氨基酸(共50個)[32]。整體IL-19氨基酸序列與IL-10具有20%的同一性，并且X射線晶體學證實，IL-19在結(jié)構(gòu)上與IL-10相似，但具有關(guān)鍵差異[33]。此外，IL-10與IL-10受體鏈1相互作用的同源區(qū)在IL-19中并非保守區(qū)域?？梢?，盡管IL-19與IL-10具有氨基酸同一性，但不能通過IL-10受體復合物識別或通過IL-10受體復合物發(fā)出信號。

IL-19首先由Gallagher[30]在脂多糖和粒細胞巨噬細胞刺激因子刺激的原代人單核細胞中發(fā)現(xiàn)，隨后關(guān)于IL-19的報道主要集中于其作為免疫細胞產(chǎn)物的作用[34]。在免疫細胞中，IL-19主要由單核細胞表達，小部分由B細胞表達。已有文獻報道了IL-19在淋巴細胞中的作用，結(jié)果表明IL-19處理能夠使人T細胞的成熟從促炎性Th1表型極化到抗炎Th2表型[35]。另外，IL-19在血管性疾病中的抗炎作用也已得到了明確的證實[36]。

IL-19作為抗炎因子，在缺血性腦卒中發(fā)病后的免疫反應(yīng)中亦具有十分重要的作用。實驗證明，IL-19 能夠通過抗炎作用減小梗死體積、減輕缺血性腦卒中后神經(jīng)功能損害[36]。IL-19治療能夠顯著減弱缺血性卒中后腫瘤壞死因子-α和IL-6信使RNA表達的升高，抑制小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、CD4+T細胞、CD8+T細胞、B細胞的數(shù)量增加，并阻止巨噬細胞和中性粒細胞的活化。腦卒中后血液中巨噬細胞、CD4+T細胞、CD8+T細胞和B細胞的數(shù)量顯著下降，而IL-19有助于維持上述各細胞的數(shù)量[37]。IL-19能夠減小卒中后小鼠腦梗死面積并減輕其神經(jīng)功能損傷，可能通過抑制免疫細胞的浸潤和活化以及抑制促炎因子的基因表達實現(xiàn)，IL-19可能成為可能成為限制卒中后神經(jīng)炎癥發(fā)展的新的選擇。

6 IL-33

IL-33是IL-1家族成員，IL-33與其受體復合物(由膜結(jié)合受體和IL受體輔助蛋白)結(jié)合后，將活化信號傳遞至細胞內(nèi)，經(jīng)過下游IL-1相關(guān)蛋白激酶、髓樣分化因子88和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6等一系列信號分子，激活核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，導致Th2細胞效應(yīng)分子IL-5、IL-4和IL-13等的釋放[38]。ST2基因表達于激活的Th2細胞、巨噬細胞和心肌細胞等。ST2特異表達于Th2細胞，而不表達于Th1細胞和其他免疫細胞，因此可以作為Th2細胞的特異性標志物[39]。臨床研究表明，循環(huán)Th2細胞的增加與心血管事件風險的降低有關(guān)[40]。Th1型反應(yīng)可促進心血管疾病中促炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，而Th2型反應(yīng)可導致抗炎細胞因子的產(chǎn)生，如IL-4、IL-5、IL-9、IL-13、IL-25和IL-33[41-42]。Th1型和Th2型炎癥反應(yīng)的相對優(yōu)勢對進入大腦的免疫細胞的組成和活動至關(guān)重要，對腦缺血后最終結(jié)果的嚴重性至關(guān)重要[43]。如IL-10可以介導Th2細胞的功能，減小缺血梗死病灶，而IL-10缺乏會導致腦卒中后更嚴重的梗死和功能障礙。

Zhang等[44]認為，利用Th2促進細胞因子(重組IL-33)調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)分布的藥理學干預(yù)可以限制腦卒中早期的腦損傷和功能障礙，短期使用Th2促進細胞因子IL-33和IL-4能夠減少腦缺血再灌注后的急性腦損傷，但僅可限制卒中發(fā)展，對總免疫細胞的浸潤無影響，表明IL-33可能通過調(diào)節(jié)炎癥環(huán)境介導損傷，使活化的單核細胞、促炎性小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞、CD8+T細胞、CD4+自然殺傷T細胞、雙陰性T細胞和自然殺傷細胞的數(shù)量減少，但中性粒細胞和表達IL-10的調(diào)節(jié)性T細胞的數(shù)量增加。

盡管IL-33具有神經(jīng)保護作用，但在腦卒中急性期，IL-33可以促進Th1型向Th2型炎癥反應(yīng)系統(tǒng)性轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換與腦卒中后免疫抑制、肺部細菌感染加劇有關(guān)，增加了腦卒中患者感染的發(fā)病率和死亡率。因此，抗生素與IL-33聯(lián)合使用可防止由Th2促進細胞因子引起的腦卒中后肺部感染發(fā)病率和死亡率的增加，且仍具有神經(jīng)保護作用。

7 小 結(jié)

IL與缺血性腦卒中密切相關(guān)，IL-2、IL-4、IL-10、IL-13、IL-19、IL-33等細胞因子在缺血性腦卒中的免疫機制中起重要作用，并在腦卒中后發(fā)揮抗炎作用，可在一定程度上減小腦梗死體積，緩解腦損傷，具有神經(jīng)保護作用，并能夠改善患者預(yù)后。缺血性腦卒中后，缺血所致血管內(nèi)皮損傷可誘發(fā)免疫反應(yīng)，IL對局部或全身免疫細胞的作用及細胞因子間的相互作用決定了腦內(nèi)的免疫反應(yīng)過程，可影響患者的神經(jīng)功能損傷程度及其臨床預(yù)后。因此，對IL在缺血性腦卒中抗炎作用的深入研究有助于尋找缺血性卒中的臨床治療方法。