趨化因子受體對卒中后神經(jīng)炎癥的調(diào)控作用

劉楊波 諶浩東 馮聚玲 楚世峰 陳乃宏，

1.湖南中醫(yī)藥大學藥學院，長沙，410208，中國

2.中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所，北京，100050，中國

卒中是指由于腦血管阻塞或爆裂而引起腦部血液供應(yīng)異常，從而導致局部腦組織發(fā)生不可逆的缺血、缺氧性壞死，進而導致神經(jīng)功能障礙的急性腦血管疾病，包括缺血性卒中和出血性卒中［1］。缺血性卒中在所有腦卒中類型中約占85%［2］。盡管在過去20 年中，治療策略取得了重大進展，但在世界范圍內(nèi)卒中仍是最常見的致殘原因，也是第三大致死原因［3］。

卒中后的腦損傷是由興奮性毒性、氧化和硝化應(yīng)激、炎癥和細胞凋亡等一系列復雜的病理生理事件引起的［4］。炎癥是其中的重要環(huán)節(jié)，許多研究表明，腦卒中后神經(jīng)炎癥對于疾病長期預(yù)后影響重大。腦缺血損傷和血流再灌注引起的炎癥級聯(lián)反應(yīng)，包括小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的活化，炎性細胞浸潤和炎性細胞因子、趨化因子、黏附分子以及金屬蛋白酶等炎癥介質(zhì)的釋放增加，從而進一步導致神經(jīng)組織損傷和細胞死亡［5-6］。

趨化因子是一類在炎癥發(fā)生和發(fā)展過程中具有重要作用的細胞因子。作為炎癥反應(yīng)過程中白細胞浸潤的直接介質(zhì)［7］，趨化因子通常通過與其在白細胞和其他細胞類型上表達的同源受體相互作用而發(fā)揮作用［8］。趨化因子受體最初在白細胞中發(fā)現(xiàn)，隨后被證明是向炎癥部位募集免疫細胞的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子［9］。近年來的研究顯示，在眾多調(diào)控炎癥和免疫分子的治療靶點中，趨化因子受體是其中較為理想的靶點，且已有用于治療炎癥與免疫性疾病的趨化因子受體拮抗劑進入了臨床前及臨床階段［10］。因此，本文就趨化因子受體對卒中后神經(jīng)炎癥的調(diào)控作用展開綜述。這些趨化因子受體有望成為未來缺血性卒中治療的新靶點，能夠為今后卒中后神經(jīng)炎癥的靶向治療提供理論依據(jù)。

1 趨化因子

趨化因子又被稱作趨化激素或趨化素，是一類小分子分泌蛋白組成的家族，分子量通常小于10 kDa［11］，以其定向細胞趨化作用而得名，能夠吸引循環(huán)白細胞至炎癥或損傷部位。1987 年，第一個趨化因子白細胞介素8（interleukin-8，IL-8）被發(fā)現(xiàn)，并被證明是一種選擇性中性粒細胞趨化因子。從那時起，趨化因子家族穩(wěn)步擴大，目前已有50 多個成員。大多數(shù)趨化因子含有四個保守的半胱氨酸殘基，并形成兩個二硫鍵維持趨化因子單體的結(jié)構(gòu)。趨化因子單體由一個中心的三鏈β-折疊和一個覆蓋于其上的C 末端α-螺旋，以及一個在受體激活中起關(guān)鍵作用的非結(jié)構(gòu)化N 末端組成［12］。根據(jù)其肽鏈N 末端兩個半胱氨酸殘基的數(shù)量和位置變化，趨化因子可以被分為4 個亞族：C、CC、CXC 和CX3C［13］。在這4 個亞族之中，CC 和CXC 趨化因子是兩個主要的亞族，其前兩個半胱氨酸相鄰的是CC 基序，被一個氨基酸殘基隔開的是CXC 基序。C 型趨化因子缺少第一和第三個半胱氨酸，而CX3C 趨化因子在前兩個半胱氨酸殘基之間有三個氨基酸［14］。

趨化因子通過與靶細胞表面表達的趨化因子受體相結(jié)合來發(fā)揮其生物學功能。在缺血性卒中的炎癥環(huán)境中，由駐留在腦內(nèi)的小膠質(zhì)細胞和浸潤的免疫細胞產(chǎn)生釋放趨化因子，從而進一步募集和激活白細胞，加劇炎癥反應(yīng)［8］。大腦發(fā)生炎癥反應(yīng)后，受損腦組織和外周血液中的多種細胞因子釋放增加。這些細胞因子是卒中誘導的免疫炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì)，參與腦梗死的進展，并影響疾病的嚴重程度和預(yù)后［15］。

2 趨化因子受體

趨化因子受體（chemokine receptor，CCR）是G 蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPCR）超家族中的重要成員，具有7 個跨膜α-螺旋結(jié)構(gòu)域。受體分子被其跨膜結(jié)構(gòu)分割成膜內(nèi)C 端、3 個膜內(nèi)環(huán)、3 個膜外環(huán)和膜外N 端，G 蛋白與其中一個膜內(nèi)環(huán)偶聯(lián)，介導受體與配體結(jié)合后的胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)，進而發(fā)揮生物學功能［16］。趨化因子受體一般由340～370 個氨基酸組成，具有25%～80%的氨基酸同源性［17］，其在免疫細胞、中性粒細胞、內(nèi)皮細胞等細胞膜上都有表達，主要介導趨化因子的信號傳導［18］。

自1991 年發(fā)現(xiàn)趨化因子受體CXCR1、CXCR2 到現(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)并克隆的趨化因子受體已有20 多種。根據(jù)對應(yīng)結(jié)合的趨化因子配體的種類不同，可將趨化因子受體也分為4 個亞族：XCR、CCR、CXCR、CX3CR。趨化因子的特異性在很大程度上局限于屬于同一亞族的受體。然而，趨化因子與其受體之間相互作用具有交叉性，即一種趨化因子特別是炎性趨化因子，可以激活多種趨化因子受體，反過來一種趨化因子受體也可以識別多種趨化因子［19］。

在被趨化因子等配體激活之后，趨化因子受體主要通過與胞內(nèi)的β-arrestin 等信號分子結(jié)合以轉(zhuǎn)導下游信號。另一方面，除了在趨化白細胞中的關(guān)鍵作用外，趨化因子及其受體在細胞及器官的發(fā)育、病原體的清除、腫瘤的形成及其轉(zhuǎn)移等方面都起到重要的作用［18］。

3 趨化因子受體與卒中后神經(jīng)炎癥

3.1 CC 族趨化因子受體（CC chemokine receptor-2，CCR2)

CCR2 是CC 型趨化因子的代表性受體，共有5 種配體，趨化因子配體2（chemokines ligand 2，CCL2）是其中最主要的一個。CCR2 與CCL2 在神經(jīng)炎癥中的作用與炎癥細胞的激活、浸潤密切相關(guān)。在成年大鼠腦組織中，CCR2 的基礎(chǔ)性表達主要存在于腦神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞中，并廣泛分布在大腦皮層、紋狀體、丘腦、海馬等多個部位［20］。通常腦組織細胞內(nèi)CCR2 的蛋白水平極低，而在腦組織受損的情況下CCR2 的表達會顯著增加。近年來研究發(fā)現(xiàn)，大鼠大腦海馬體中CCL2 與CCR2 的mRNA 和蛋白表達在腦缺血再灌注損傷后6 h 均顯著增加［21］。與野生型對照相比，CCR2 基因缺陷小鼠在缺血再灌注后腦梗死較小，腦水腫減輕，血腦屏障通透性降低［22］，提示在腦缺血再灌注損傷中CCR2 可能發(fā)揮著重要功能，抑制CCR2具有神經(jīng)保護作用。

腦缺血后炎癥反應(yīng)的一個關(guān)鍵特征是免疫細胞的募集，這一過程受到眾多炎癥介質(zhì)的協(xié)同作用調(diào)節(jié)，而趨化因子及其受體是其中的關(guān)鍵［11］。CCR2 加重卒中后炎癥反應(yīng)的生物學作用研究表明，CCR2-/-小鼠在再灌注期間減少了多種促炎細胞因子的釋放，而在CCR2+/+鼠中會出現(xiàn)一系列炎癥因子的過表達［22］，說明CCR2 與炎癥因子的釋放有關(guān)。此外，有研究顯示，CCR2 的缺失降低了再灌注后24 h 和72 h 中腦動脈栓塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠的梗死面積，同時減少了受損腦內(nèi)炎性單核細胞的積聚［23］。另一項研究也表明，與野生型動物相比，CCR2-/-小鼠腦缺血再灌注后巨噬細胞和中性粒細胞水平降低［24］，提示抗CCR2 可通過減少單核/巨噬細胞的浸潤入腦，減輕腦內(nèi)的炎癥反應(yīng)，進而抗腦缺血損傷。

最近的報道表明，CCR2 依賴的單核/巨噬細胞的募集是一把雙刃劍，在卒中后早期它們加劇了急性腦損傷，但在晚期又促進了神經(jīng)功能的恢復，其作用可能是通過將CCR2 依賴的機制募集的促炎性巨噬細胞在腦缺血再灌注損傷的后期轉(zhuǎn)化為抗炎表型巨噬細胞來實現(xiàn)的［25］。也有研究顯示，CCR2/CCR5 的雙拮抗劑PF4178903 可以抑制巨噬細胞向M1 型極化，同時介導M2 型極化［26］，說明對CCR2 的抑制能夠減少M1 型巨噬細胞的極化，進而減輕腦缺血后的炎癥反應(yīng)。

CCR2 主要在小膠質(zhì)細胞中表達，CCL2 在向組織損傷部位募集炎癥細胞中起主要作用。星形膠質(zhì)細胞也會功能性地表達CCR2，同時，星形膠質(zhì)細胞還是神經(jīng)炎癥中內(nèi)源性CCL2 的主要來源，其可以通過釋放CCL2 與CCR2 結(jié)合的方式刺激小膠質(zhì)細胞向M1 極化［27］。有研究顯示，使用CCR2 抑制劑可以抑制體外小膠質(zhì)細胞的活化、M1 極化和遷移能力［28］，還能降低炎癥因子的表達并減少神經(jīng)元的損傷和凋亡［29］。

3.2 CCR5

作為CC 家族配體CCL3、CCL4 和CCL5 的受體，生理條件下，CCR5 在包括巨噬細胞、小膠質(zhì)細胞、T 淋巴細胞、粒細胞、樹突狀細胞和成纖維細胞等多種細胞上表達［30］。CCR5 是炎性趨化因子受體，其參與免疫過程和神經(jīng)調(diào)節(jié)，Joy 等［31］研究證明，卒中后CCR5 在免疫細胞、星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元中均有不同程度的上調(diào)，提示CCR5 在腦缺血再灌注損傷中起重要作用，是卒中后康復有希望的分子靶點。

有研究顯示，CCR5 在腦缺血發(fā)生后能夠促進中性粒細胞向缺血部位聚集，以此加重缺血損傷［32］。通過CCR5 基因敲除、基因沉默或藥物阻滯劑降低CCR5的激活，可以改善人類和小鼠的認知功能，增強可塑性并減少腦損傷［33］。Maraviroc 是目前市場上用來治療HIV 的CCR5 拮抗劑，最近被發(fā)現(xiàn)能有效促進卒中患者的功能恢復［31］。研究表明，使用Maraviroc 阻斷CCR5 可以抑制T 淋巴細胞對趨化因子的趨化活性，并在體外調(diào)節(jié)促炎細胞因子的產(chǎn)生［34］。在靈長類動物的大腦中，低劑量的Maraviroc 和其它CCR5 拮抗劑已被證明可以減弱膠質(zhì)細胞的激活，維持內(nèi)皮細胞單層的完整性，減少T 細胞的浸潤，并減輕神經(jīng)炎癥［35］。Tene等［36］提出了抑制CCR5 活性在腦損傷恢復過程中的兩種作用機制：一是減少缺血性損傷后出現(xiàn)的炎癥反應(yīng)；二是通過神經(jīng)調(diào)節(jié)改善突觸可塑性。

另有文獻報道，腦源性CCR5 在卒中亞急性期的神經(jīng)保護和大腦修復中起著關(guān)鍵作用，這些有益作用的細胞基礎(chǔ)與增加少突膠質(zhì)細胞和Ibal+巨噬細胞、減少神經(jīng)元變性以及促進梗死周圍皮層的髓鞘再生有關(guān)［37］。

3.3 CXCR4

CXCR4 屬于CXCR 類趨化因子受體，是一種高度保守的7 次跨膜G 蛋白偶聯(lián)受體，由352 個氨基酸組成。CXCR4 在免疫細胞和造血細胞中均有表達。它也存在于神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞、骨髓源性細胞和神經(jīng)前體細胞中［38］。CXCR4 只有一種內(nèi)源性趨化因子配體CXCL12，另外還有幾種天然的非趨化因子配體，如胞外泛素和巨噬細胞移動抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）等非同源配體。CXCR4 與CXCL12 緊密結(jié)合，能夠介導免疫和炎癥反應(yīng)，參與心肌梗死、缺血性卒中和急性腎損傷等疾病的發(fā)生［17］。

CXCR4/CXCL12 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有多種功能。腦損傷后，CXCR4+炎性細胞被CXCL12 誘導向受損部位遷移。CXCR4 在缺血腦中的表達上調(diào)，MCAO 后2～4 天在缺血半暗帶中可發(fā)現(xiàn)CXCR4 的mRNA 表達增加［39］。卒中腦內(nèi)CXCR4 與小膠質(zhì)細胞之間也存在相互作用。MCAO 后96 h，梗死灶周圍的CXCR4 和小膠質(zhì)細胞免疫反應(yīng)增強。同樣，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）能夠增加原代培養(yǎng)小膠質(zhì)細胞中CXCR4 的表達，而CXCR4 失活可抑制小膠質(zhì)細胞的活化和增殖［40］。CXCR4 拮抗劑CX549或AMD3100 減少了缺血半球的小膠質(zhì)細胞激活和T 細胞浸潤，促進了卒中動物的功能恢復［38］。這些數(shù)據(jù)表明缺血性腦損傷通過CXCR4 增強炎癥反應(yīng)，而CXCR4 拮抗劑可通過在卒中后大腦中的抗炎作用起到神經(jīng)保護作用。

3.4 CX3CR1

由355 個氨基酸組成的功能蛋白CX3CR1 在全身的單核細胞、樹突細胞和自然殺傷細胞中都有表達，但通常這些細胞很少能經(jīng)血腦屏障進入健康大腦內(nèi)，因此小膠質(zhì)細胞被認為是唯一的CX3CR1 表達來源［41］。趨化因子CX3CL1 及其特異性受體CX3CR1 已被證明在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有重要作用，尤其是在調(diào)節(jié)神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞之間的交流方面［42］，能夠調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的激活，使其保持在靜息狀態(tài)，從而抑制炎性細胞因子的釋放。

有報道發(fā)現(xiàn)缺乏CX3CR1 受體的小鼠在MCAO后腦損傷減輕，凋亡細胞和CD45 陽性浸潤白細胞數(shù)量減少，以及IL-1β和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表達下降［43］。這些結(jié)果表明CX3CR1 參與了腦缺血模型小鼠的病理生理過程，缺乏CX3CR1 受體可顯著減少小鼠腦中缺血性損傷和炎癥反應(yīng)。另一項研究也表明，與野生型對照相比，在MCAO 之后CX3CR1-/-小鼠的腦梗死面積減小，神經(jīng)功能缺損改善，部分原因是神經(jīng)炎癥反應(yīng)的減少。CX3CR1 的缺失可以減弱腦缺血后小膠質(zhì)細胞的增殖，消除周圍巨噬細胞的募集，并減弱了它們合成和釋放炎性細胞因子的能力，從而起到神經(jīng)保護作用［44］。因此，CX3CR1 可能是選擇性減少卒中后神經(jīng)破壞性炎癥級聯(lián)反應(yīng)的重要治療靶點。

3.5 其它趨化因子受體

其他趨化因子受體在卒中后神經(jīng)炎癥中的研究現(xiàn)在仍然較少。CCR1 是一種在大腦中廣泛表達的膜受體，屬于CC 型趨化因子受體。多項研究觀察到CCR1在大腦中的神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞上的表達。CCR1 與其內(nèi)源性配體CCL5 的結(jié)合可促進腦缺血的炎癥過程。有研究表明，CCR1 激活可能通過CCR1/TPR1/ERK1/2 信號通路促進小鼠腦出血后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。選擇性CCR1 拮抗劑Met-RANTES 通過減輕神經(jīng)炎癥，從而減輕腦水腫，改善神經(jīng)行為功能。靶向CCR1 激活可能為腦出血患者的治療提供一種很有前景的治療方法［45］。

CCR4 首先在人類嗜堿性細胞系中被發(fā)現(xiàn)，隨后在自然殺傷細胞、調(diào)節(jié)性T 細胞（regulatory T cell，Treg）、單核細胞、小膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞中大量表達。CCL17 是CCR4 的特定配體，二者廣泛參與調(diào)節(jié)免疫和炎癥反應(yīng)。研究表明，依賴rCCL17 的CCR4激活緩解了腦出血后的神經(jīng)功能缺損，減輕了腦水腫，改善了神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元凋亡。這些反應(yīng)至少部分是通過PI3K/AKT/Foxo1 信號通路介導的［46］。

一些證據(jù)表明，缺血性腦組織病變內(nèi)累積的T 細胞可能是導致卒中后誘導CXCR3 表達的細胞來源。CXCR3 mRNA 的高表達與巨噬細胞在缺血區(qū)中的聚集有關(guān)，提示CXCR3 可能在腦損傷后炎性細胞向腦內(nèi)募集起作用［19］。CXCR5 是CXCL13 的受體，與野生型小鼠相比，CXCR5-/-小鼠在MCAO 后紋狀體和大腦皮層都表現(xiàn)出更大的缺血性損傷，并且促炎性M1 小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞密度增加，提示小膠質(zhì)細胞來源的CXCL13 通過CXCR5 發(fā)揮作用，可能參與卒中后的神經(jīng)保護作用［47］。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，趨化因子受體在對卒中后神經(jīng)炎癥的調(diào)控中起著重要作用。腦卒中具有發(fā)病率高、致殘率高和病死率高的特點，嚴重威脅人類健康，給患者、家庭及社會帶來了沉重的負擔［48］。對于急性缺血性卒中，重組組織型纖溶酶原激活劑（recombinant tissue plamnipen activator，rt-PA）是目前美國食品藥品監(jiān)督管理局批準的唯一可用于臨床溶栓治療的藥物，但由于治療時間窗狹窄和存在出血轉(zhuǎn)化的潛在風險，因而限制了其臨床應(yīng)用［49］。近年來趨化因子受體成為了調(diào)控炎癥和免疫反應(yīng)的具有吸引力的藥物靶點，為研發(fā)趨化因子受體拮抗劑用于治療炎癥與免疫性疾病提供了新思路。目前隨著對趨化因子及其受體家族更加系統(tǒng)全面的研究，腦卒中患者個體化治療呈現(xiàn)出更多的靶向選擇，有望真正提高腦卒中患者的生存率。所以對趨化因子及其受體進行更深一步的研究對抗卒中治療具有重要意義，以該系統(tǒng)為靶點的藥物可為治療腦卒中提供前景。