炎癥反應(yīng)與缺血性卒中

邱曉雪，李世文，于鷺，武一平，林杰

缺血性卒中的最終原因是腦動(dòng)脈閉塞或被堵塞，腦血管閉塞后可以引發(fā)一系列細(xì)胞分子事件，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等，最終引起神經(jīng)元死亡。炎癥反應(yīng)是缺血性卒中腦損傷重要的病理生理機(jī)制之一。研究顯示缺血性卒中后的炎癥反應(yīng)具有雙面性，炎癥細(xì)胞、炎癥因子不僅具有神經(jīng)損害作用，還有一定的神經(jīng)保護(hù)作用[1]。本文著重闡述炎癥細(xì)胞及其相關(guān)的炎癥因子在缺血性卒中的作用。

1 炎癥細(xì)胞與缺血性卒中

1.1 中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞在骨髓中成熟后被釋放入血，其半衰期一般為6～12 h，隨后自發(fā)性凋亡并通過吞噬作用在不同器官內(nèi)被清除[2]。除在血液循環(huán)外，脾臟和肺臟等組織的邊緣池中也發(fā)現(xiàn)了中性粒細(xì)胞。缺血性卒中后，血液循環(huán)中中性粒細(xì)胞數(shù)量升高，這可能與其釋放增多、凋亡減少和壽命延長有關(guān)[3]。最近已證明，發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，中性粒細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)壽命延長的現(xiàn)象，這可能與其浸潤到受損組織后能返回血液循環(huán)中有關(guān)[4]。缺血性卒中時(shí)，血液循環(huán)中某些中性粒細(xì)胞趨化因子[如趨化因子CXC配體（chemokine CXC ligand，CXCL）1和CXCL2]和黏附分子（如P-選擇素、細(xì)胞內(nèi)黏附分子）釋放增加[5]，促進(jìn)骨髓中的中性粒細(xì)胞釋放，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞在血管壁滾動(dòng)、黏附，最后中性粒細(xì)胞通過濃度梯度被趨化因子吸引到缺血區(qū)域[6]。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，肌紅蛋白1在中性粒細(xì)胞遷移中發(fā)揮重要作用[7]。研究顯示，中性粒細(xì)胞在腦缺血后24 h內(nèi)浸潤，48 h達(dá)到高峰[8]。中性粒細(xì)胞的浸潤程度預(yù)示著腦缺血的嚴(yán)重程度[9]。最近在動(dòng)物模型和人體標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)，在大腦缺血的超急性期，局部缺血區(qū)域并未發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞，而在缺血時(shí)間較長（12 h）后，可在缺血區(qū)域發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞[10]。

浸潤的中性粒細(xì)胞在中性粒細(xì)胞激活相關(guān)因子[如TNFα、損傷相關(guān)分子模式（danger associated molecular patterns，DAMPs）]的作用下激活，活化的中性粒細(xì)胞主要通過3種機(jī)制加劇腦缺血性損傷：產(chǎn)生活性氧、蛋白酶（如MMPs）及促炎細(xì)胞因子（IL-1β等）[1]。這些毒性因子損害血管內(nèi)皮細(xì)胞膜和基底膜，導(dǎo)致血腦屏障（blood brain barrier，BBB）通透性增加和缺血后腦水腫[11]?；谶@些發(fā)現(xiàn)，有研究通過阻斷中性粒細(xì)胞的激活和募集，減少其在大腦中的浸潤來改善卒中結(jié)局，如IL-1β可促進(jìn)中性粒細(xì)胞活化，應(yīng)用IL-1受體拮抗劑可減少周圍免疫細(xì)胞（包括中性粒細(xì)胞）在腦中的浸潤，減少腦梗死體積、腦水腫，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞恢復(fù)[1]。

隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)，除了促進(jìn)炎癥反應(yīng)和加重腦損傷外，中性粒細(xì)胞可能還具有抗炎和保護(hù)腦細(xì)胞的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）-γ，中性粒細(xì)胞可以從促炎表型向抗炎表型轉(zhuǎn)變，進(jìn)而保護(hù)腦細(xì)胞[1]。用粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）誘導(dǎo)產(chǎn)生的中性粒細(xì)胞，可減少大腦中動(dòng)脈阻塞（middle cerebral artery occusion，MCAO）小鼠模型梗死區(qū)域面積[12]。中性粒細(xì)胞也可以釋放一些炎癥因子，如組織蛋白酶、IL-6等，誘導(dǎo)單核細(xì)胞在腦中浸潤，而單核細(xì)胞可以吞噬凋亡的中性粒細(xì)胞和細(xì)胞碎片，有利于神經(jīng)功能的恢復(fù)[1]。

1.2 淋巴細(xì)胞 在MCAO小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞缺陷的小鼠炎性細(xì)胞因子[如IL-10、肉桂酰輔酶A還原酶（cinnamoyl-CoA reductase，CCR）2和CCR3]減少，腦梗死體積較小，而在B細(xì)胞缺陷的小鼠中則觀察不到這種保護(hù)作用，研究者認(rèn)為T細(xì)胞在缺血性卒中中發(fā)揮著重要的作用[13]。

相比于中性粒細(xì)胞，淋巴細(xì)胞一般在腦缺血的后期聚集。對短暫性MCAO小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，缺血3～4 d后T細(xì)胞的浸潤增加，大多數(shù)是CD8+T細(xì)胞，7 d左右達(dá)到高峰[14]。缺血性卒中后，特異性抗原和非特異性抗原可激活T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[15]。CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、γδT細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T（regulatory T，Treg）細(xì)胞等T細(xì)胞亞型在缺血性卒中中起重要作用，其中CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞以及γδT細(xì)胞通過釋放促炎細(xì)胞因子，如IL-1、IL-17等，導(dǎo)致腦組織損傷。Zhang Yi等[16]的研究結(jié)果顯示外周CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞的數(shù)量在卒中的早期增加，后期減少；CD8+T細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞可以加重腦缺血期間的炎癥反應(yīng)和血栓形成，相比于CD4+T細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞在缺血性卒中的炎癥反應(yīng)中可能發(fā)揮更重要的作用。

γδT細(xì)胞在腦缺血的晚期而不是早期階段對大腦有損害作用，另外，γδT細(xì)胞也是IL-17表達(dá)增加的主要原因[17]。Treg細(xì)胞可分泌抗炎因子，如IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子β，對大腦產(chǎn)生保護(hù)作用[18]。Treg細(xì)胞還可以抑制促炎因子的表達(dá)和調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的活性等[19]。給予MCAO小鼠輸注Treg細(xì)胞后，可減輕其炎癥損傷，促進(jìn)其神經(jīng)功能恢復(fù)[20]。通過抑制中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的MMP-9，Treg細(xì)胞可減輕rt-PA誘發(fā)的腦出血，同時(shí)可以分泌IL-10促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖[21]。但有研究發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞也可導(dǎo)致腦缺血損害，對皮層梗死小鼠模型的研究顯示Treg細(xì)胞也可能會(huì)抑制神經(jīng)細(xì)胞的修復(fù)作用[13]。

1.3 小膠質(zhì)細(xì)胞 小膠質(zhì)細(xì)胞來自胚胎外紅細(xì)胞前體，在成年小鼠中獨(dú)立于造血系統(tǒng)而存在，并且通常不會(huì)被骨髓來源的細(xì)胞所代替[22]。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要免疫細(xì)胞，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和修復(fù)中起重要作用[23]。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活是腦缺血后炎癥反應(yīng)病理生理學(xué)的關(guān)鍵特征[24]。在腦血管事件中，小膠質(zhì)細(xì)胞是第一道防線且反應(yīng)迅速，可在幾分鐘內(nèi)被激活并持續(xù)激活數(shù)天[25]。研究顯示從受損細(xì)胞中釋放的ATP在小膠質(zhì)細(xì)胞激活中起著重要的作用[26]。

激活后，小膠質(zhì)細(xì)胞可隨著局部環(huán)境的變化而分化出不同的表型，表現(xiàn)為具有促炎作用的M1表型或具有抗炎作用的M2表型[27]。MI表型的小膠質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子如MMPs、IL-1、活性氧等導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和BBB破壞；M2表型的小膠質(zhì)細(xì)胞一方面可以分泌抗炎細(xì)胞因子如IL-4等，抑制炎癥反應(yīng)；另一方面，在卒中后期，它可以上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)來促進(jìn)BBB修復(fù)[28]。在腦缺血早期小膠質(zhì)細(xì)胞主要表現(xiàn)為M2表型，3～5 d達(dá)到高峰，然后轉(zhuǎn)變?yōu)镸1型，持續(xù)約14 d，隨后，M2表型小膠質(zhì)細(xì)胞再次被誘導(dǎo)至缺血區(qū)域，并釋放IL-10、IL-4等抗炎因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[29]?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞也可以表現(xiàn)出巨噬細(xì)胞的許多特征，包括變形能力、遷移能力、抗原呈遞和吞噬活性。在腦缺血后期，吞噬作用是有益的，它可以防止凋亡細(xì)胞的崩解及炎癥因子的釋放，有助于組織穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)修復(fù)[30]。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途徑是免疫應(yīng)答中的調(diào)節(jié)因子，阻斷mTORC1途徑可以阻止小膠質(zhì)細(xì)胞向M1促炎表型極化，進(jìn)而明顯減輕MCAO小鼠的行為缺陷和局部炎癥反應(yīng)[31]。

2 炎癥因子與缺血性卒中

參與缺血性卒中后炎癥反應(yīng)的炎癥因子有很多，這里主要介紹與上述炎性細(xì)胞相關(guān)且比較重要的部分炎癥因子。

2.1 基質(zhì)金屬蛋白酶 MMPs是一類大的蛋白水解酶，包括MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-14等，可以降解細(xì)胞外基質(zhì)的所有成分。研究顯示MMPs不僅僅在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，在維持正常的生理功能中（如神經(jīng)元再生、細(xì)胞增殖）同樣發(fā)揮著重要作用[32]。在缺血性卒中的急性期，MMPs可降解血管腔的緊密連接蛋白、破壞內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的連接，使BBB的通透性增加。抑制MMPs不僅可以減少腦梗死體積，而且可以減輕腦水腫和出血轉(zhuǎn)化[32]。研究顯示在腦缺血的2 h內(nèi)，MMP-2和MMP-9共同介導(dǎo)BBB的溶解，這與腦缺血3 h后BBB分解相對應(yīng)[33]。在各種MMPs中，MMP-9與腦缺血關(guān)系最密切，一項(xiàng)最近的研究顯示MMP-9與初始腦缺血嚴(yán)重程度正相關(guān)[34]。MMP-9是一種可誘導(dǎo)的MMPs，是Ⅳ型膠原酶，可在細(xì)胞外被蛋白水解酶激活。MMP-9最初是由內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生，腦缺血5 d后，則由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。在MOCA小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，缺血24 h內(nèi)MMP-9表達(dá)顯著增加，在48 h達(dá)到最高[35]。在腦缺血的早期，中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的MMP-9受CEACAM1基因調(diào)節(jié)，去除此基因可促進(jìn)MMP-9表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致BBB受損[36]。研究表明rt-PA可以激活MMPs，特別是MMP-9，MMP-9與rt-PA共同破壞BBB的完整性，導(dǎo)致出血轉(zhuǎn)化[34]。Yang Yirong等[28]的研究認(rèn)為在缺血性卒中早期抑制MMP-9的表達(dá)可以減輕炎癥反應(yīng)、減少腦梗死體積，而后期抑制MMP-9則會(huì)破壞神經(jīng)的修復(fù)作用。研究也發(fā)現(xiàn)米諾環(huán)素可通過抑制MMPs而促進(jìn)神經(jīng)血管重塑，從而減少腦梗死體積、減輕BBB的破壞[28]。

2.2 白細(xì)胞介素1 IL-1是一種促炎介質(zhì)，具有IL-1α和IL-1β兩種主要受體，這兩種受體均通過IL-1受體發(fā)送信號(hào)，因此都能被IL-1受體拮抗劑所阻斷[37]。在腦血管事件發(fā)生的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，IL-1α和IL-1β均會(huì)升高。IL-1α主要由小膠質(zhì)細(xì)胞分泌，而IL-1β則由腦內(nèi)的不同區(qū)室釋放。IL-1本身不具有神經(jīng)毒性作用，但能夠激活星形膠質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生、趨化因子的釋放、MMP-9的激活以及黏附分子（血管細(xì)胞黏附分子-1和細(xì)胞間黏附分子-1）的釋放[38]。IL-1β是組織中的主要形式，參與神經(jīng)損傷過程，而IL-1受體拮抗劑具有神經(jīng)保護(hù)作用[39]。IL-1β可以促進(jìn)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，加強(qiáng)白細(xì)胞黏附，抑制IL-1β可減少中性粒細(xì)胞黏附，從而改善腦缺血損傷[40]。研究顯示IL-1β也可能與大腦缺血缺氧后炎癥反應(yīng)的起始有關(guān)[41]，另一項(xiàng)研究顯示抑制IL-1α可以減輕腦缺血再灌注損傷[42]。研究表明外源性給予IL-1β會(huì)加劇MCAO小鼠動(dòng)物模型的腦損傷，而敲除小鼠IL-1α或IL-1β相關(guān)基因可以改善大腦損傷[43]。一項(xiàng)小型Ⅱ期臨床隨機(jī)對照試驗(yàn)顯示在卒中后72 h，應(yīng)用重組人IL-1受體拮抗劑不僅減少了腦梗死體積，還降低了血漿循環(huán)標(biāo)志物如血漿CRP和IL-6水平，該研究顯示IL-1受體拮抗劑不僅具有神經(jīng)保護(hù)作用，同時(shí)也可以減輕BBB的破壞、阻止中性粒細(xì)胞的遷移[44]。更大樣本的Ⅱ期臨床隨機(jī)對照試驗(yàn)顯示，IL-1受體拮抗劑安全、耐受良好，并與相關(guān)循環(huán)炎癥標(biāo)志物（如CRP）減少有關(guān)[39]。最近一項(xiàng)研究顯示，用抗IL-1β單克隆抗體治療心肌梗死患者，患者復(fù)發(fā)性心血管事件（包括卒中）的發(fā)生率較低且其作用與脂質(zhì)水平的降低無關(guān)[45]。

2.3 白細(xì)胞介素17 人體和嚙齒動(dòng)物的研究表明缺血性卒中后組織和循環(huán)中的IL-17表達(dá)增加[46]。IL-17是主要由Th17和γδT細(xì)胞產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子。IL-17不僅可以誘導(dǎo)上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌IL-6、IL-8，還可以增加MMPs的表達(dá)及破壞BBB的完整性，進(jìn)而加重炎癥浸潤和腦組織的損傷[46]。對MCAO小鼠模型的研究顯示，應(yīng)用IL-17中和抗體可以減少其腦梗死體積、中性粒細(xì)胞浸潤，改善神經(jīng)細(xì)胞功能[47]。rt-PA與IL-17的抗體聯(lián)合應(yīng)用不僅可以減少中性粒細(xì)胞向大腦的遷移，還可以抑制rt-PA的額外促炎作用[47]。因此，在缺血性卒中后直接針對IL-17或γδT細(xì)胞的治療可能是有用的。

3 缺血性卒中后腦局部的炎癥反應(yīng)

神經(jīng)元比膠質(zhì)細(xì)胞和血管細(xì)胞更脆弱，當(dāng)其暴露于缺氧缺血時(shí)，很快就會(huì)發(fā)生功能障礙并死亡[48]。神經(jīng)細(xì)胞死亡后，DAMPs激活并識(shí)別模式識(shí)別受體，包括小膠質(zhì)細(xì)胞、血管周巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞上廣泛表達(dá)的Toll樣受體和清道夫受體，促進(jìn)促炎因子（IL-1和IL-17）的釋放，這些炎性因子可以增加中性粒細(xì)胞的浸潤[49]。中性粒細(xì)胞可以通過釋放MMPs、炎癥因子以及促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生而導(dǎo)致神經(jīng)血管損傷和BBB的破壞[1]。外周免疫細(xì)胞如中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，可以通過受損的BBB移至腦組織，進(jìn)而加重腦缺血性損傷[50]。

4 缺血性卒中后的外周免疫抑制

伴隨著大腦的炎癥反應(yīng)，血液、骨髓、脾臟和其他淋巴器官也有相應(yīng)的免疫學(xué)變化[51]。腦缺血后的數(shù)小時(shí)內(nèi)，白細(xì)胞計(jì)數(shù)、細(xì)胞因子表達(dá)及炎癥標(biāo)志物均增加[52]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示MCAO小鼠術(shù)后會(huì)出現(xiàn)免疫功能抑制，且常伴隨著淋巴細(xì)胞數(shù)量減少、單核細(xì)胞的活動(dòng)減少、抗炎性細(xì)胞因子的上調(diào)和脾萎縮[53]。這些免疫學(xué)變化與呼吸道感染的上升趨勢有關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致卒中患者的死亡率增加[54]。研究表明卒中患者感染發(fā)生率與外周免疫抑制有關(guān)[55]。這些系統(tǒng)性免疫變化是如何介導(dǎo)的，目前還沒有完全弄清楚，但有證據(jù)表明，卒中后免疫抑制可能是由卒中后交感神經(jīng)激活釋放的兒茶酚胺和類固醇介導(dǎo)的，皮質(zhì)醇和血清兒茶酚胺水平與卒中后感染易感性相關(guān)，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋@示腎上腺素能拮抗劑可逆轉(zhuǎn)免疫抑制狀態(tài)并降低卒中后的感染率[56]。臨床研究結(jié)果顯示β受體阻滯劑的應(yīng)用與卒中后較低的肺炎發(fā)病率和死亡率有關(guān)[55]，但這只是少量數(shù)據(jù)的結(jié)果，考慮到β受體阻滯劑的多效性，需要進(jìn)一步研究以確定這種藥物的有效性。

綜上所述，中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系仍然不完全清楚。炎癥細(xì)胞和炎癥因子是一把雙刃劍，對抗缺血性損傷的炎癥反應(yīng)可能會(huì)改善腦缺血急性期的組織損傷，但也可能會(huì)損害修復(fù)機(jī)制并導(dǎo)致患者預(yù)后的惡化。由于缺血性卒中修復(fù)階段的實(shí)驗(yàn)研究較少，沒有確切的證據(jù)表明抗炎治療會(huì)干擾缺血后大腦的修復(fù)過程，免疫調(diào)節(jié)劑仍有望成為未來降低缺血性卒中殘疾和死亡負(fù)擔(dān)的一個(gè)途徑，理解這些相互作用有利于開發(fā)新的治療策略和藥物，以減輕缺血性卒中的負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，醫(yī)師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到缺血性卒中患者的免疫抑制狀態(tài)，并應(yīng)保持警惕，以識(shí)別和治療這些患者的感染。

【點(diǎn)睛】本文介紹了炎癥和免疫反應(yīng)在缺血性卒中后病理生理中的損傷和保護(hù)作用及其可能機(jī)制，有助于全面理解缺血性卒中后炎癥和免疫的作用。