趨化因子及其受體在出血性卒中中的研究進展

宋建成，周桂銀，杜自力 綜述曹芳 審校

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腦血管病科，貴州 遵義 563000

卒中是全球第二大死亡原因，僅次于心臟病[1]。卒中可分為缺血性卒中和出血性卒中，其中出血性卒中約占發(fā)病的15%，但占卒中相關(guān)死亡的比例高達40%[2]。不僅如此，高達50%的卒中患者在初次發(fā)作1年后仍依賴護理，并有記憶、語言和日常活動障礙[3]。出血性卒中是由腦血管破裂和隨后的腦出血引起的，根據(jù)出血部位進一步劃分為腦內(nèi)出血（intracerebral hemorrhage，ICH）、蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）等亞型。出血后病灶周圍組織會發(fā)生缺氧和葡萄糖剝奪，引發(fā)繼發(fā)性炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致病灶擴張，不利于患者的預(yù)后[4-5]。因此，針對早期腦損傷、繼發(fā)性炎癥級聯(lián)反應(yīng)的治療，有望改善患者的生存，減少功能障礙。

趨化因子是一類分子量較小的細胞因子，為8～14 kDa，通過控制免疫細胞的生長、分化和激活來調(diào)節(jié)淋巴組織的發(fā)育、免疫和炎癥反應(yīng)[6-7]。在結(jié)構(gòu)上，趨化因子含有保守的半胱氨酸殘基，其數(shù)量和位置定義了4個亞型的結(jié)構(gòu)特征，即CXC、CC、XC和CX3C[8]。趨化因子CC組最大，由27名成員組成，其次是17名成員的CXC組[9]。趨化因子在組織損傷部位，由常駐組織細胞、激活的常駐白細胞、招募的白細胞、激活的內(nèi)皮細胞和一些神經(jīng)元大量產(chǎn)生，并且在轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后水平受調(diào)節(jié)[10]。趨化因子的釋放也受到炎癥或有害刺激的調(diào)節(jié)，它們作為免疫炎癥介質(zhì)，在創(chuàng)傷或炎癥期間調(diào)節(jié)白細胞滲入大腦。趨化因子受體是G蛋白偶聯(lián)的7個跨膜受體，與趨化因子形成復(fù)雜的功能網(wǎng)絡(luò)。近年來，研究顯示趨化因子受體傳遞的趨化因子信號對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫反應(yīng)至關(guān)重要，可以通過各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞表達，并與廣泛的臨床疾病有關(guān)[11-14]。值得注意的是，趨化因子對中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞具有保護性或退行性作用[15]。本文系統(tǒng)綜述了目前趨化因子及其受體在出血性卒中中的研究進展，探討其具體的作用機制，以期為出血性卒中提供新的治療策略。

1 腦內(nèi)出血與趨化因子及其受體

腦內(nèi)出血是指顱腦內(nèi)的血管破裂，血液流入腦組織所引起嚴重腦損害的腦血管疾病。腦內(nèi)出血約占所有卒中的10%～15%，具有高死亡率、高發(fā)病率和較高的社會經(jīng)濟負擔(dān)[16]。腦內(nèi)出血發(fā)生后，大腦中沉積的血液會導(dǎo)致局部組織受壓變形，其占位效應(yīng)被認為是發(fā)生腦組織損傷的主要原因[17]。紅細胞碎片和血腫分解產(chǎn)物會引起繼發(fā)性腦損傷，誘發(fā)一系列的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激等，進一步導(dǎo)致腦組織損傷、血腦屏障破壞和腦水腫。大量研究表明，趨化因子及其受體在腦內(nèi)出血誘導(dǎo)的腦損傷、血腦屏障完整性破壞、炎癥反應(yīng)等發(fā)揮重要作用。

1.1 腦內(nèi)出血與CCR1 CCR1是編碼趨化因子受體家族的一個成員，可以在神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞檢測到CCR1的表達。YAN等[18]研究表明，在小鼠腦內(nèi)出血模型中，CCR1的激活可能部分通過細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶信號通路促進急性神經(jīng)炎癥；選擇性地抑制CCR1活性可以改善神經(jīng)行為缺陷，減輕腦水腫和神經(jīng)炎癥。由此認為，靶向CCR1的激活可以為腦內(nèi)出血患者的治療提供一種較有前景的治療策略。

1.2 腦內(nèi)出血與CCL2/CCR2 CCL2也稱為單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein1，MCP1），由整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元組成性表達，而其唯一的受體CCR2僅存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細胞。CCL2可以促進小膠質(zhì)細胞的增殖、存活和細胞因子的分泌，在腦內(nèi)出血誘導(dǎo)的腦損傷和過度炎癥激活中起著重要作用。輕度腦內(nèi)出血后，患者血清中CCL2表達水平的持續(xù)升高可能會導(dǎo)致腦內(nèi)出血急性階段的損傷，并且影響恢復(fù)階段的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)[19]。不僅如此，CCL2是腦內(nèi)出血患者單核細胞招募的主要趨化因子，患者24 h血清CCL2的水平與第7天的功能不良獨立相關(guān)。由此認為炎癥單核細胞會加重腦內(nèi)出血后的早期運動缺陷，在發(fā)病早期拮抗或調(diào)節(jié)這個靶點有可能減少腦內(nèi)出血后的神經(jīng)障礙[20]。隨后研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)CCL2或CCR2可以顯著降低腦損傷體積和腦水腫程度，提高神經(jīng)功能損傷評分，但卻延遲了血腫的恢復(fù)和清除[21]。早期缺乏CCL2的有益作用可能是由于細胞因子和趨化因子的分泌減少，從而減少神經(jīng)元的死亡。延遲血腫的恢復(fù)可能是炎癥反應(yīng)失調(diào)引起的，由于趨化因子信號通路的激活和微膠質(zhì)細胞/巨噬細胞的過度激活可能會延長炎癥的有害階段。因此，干預(yù)CCL2從有益階段到有害階段的過渡，可能是進一步的研究重點。近年來，CCL2在腦內(nèi)出血后的臨床和基礎(chǔ)研究不斷深入，致力于探索其在腦內(nèi)出血后的具體作用機制。研究發(fā)現(xiàn)CCL2參與了紅細胞裂解液誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞激活，產(chǎn)生細胞毒性，而CCL2shRNA可以抑制體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，減輕神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，改善腦功能[22]。GUO等[23]提出CCL2可能通過激活腦內(nèi)出血后的p38絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路來介導(dǎo)繼發(fā)性腦損傷，首次證明免疫治療可以通過抑制腦內(nèi)出血后的CCL2/CCR2/p38MAPK信號通路來有效保護血腦屏障的完整性，發(fā)揮神經(jīng)保護作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)出血后CCL2的高表達受到1-磷酸鞘氨醇受體3（sphingosine-1-phosphate receptor 3，S1PR3）的調(diào)節(jié)，下調(diào)S1PR3的表達可以減少CCL2和P38MAPK的表達，從而減少腦水腫體積，改善血腦屏障完整性和行為缺陷[24]。此外，CCR2b基因存在190G/A多態(tài)性，可引起CCR2蛋白第一個跨膜中纈氨酸至亮氨酸的變異，這可能是湖南地區(qū)漢族人群腦內(nèi)出血的一種保護性基因多態(tài)[25]。綜上所述，CCL2可能參與了腦內(nèi)出血早期炎癥反應(yīng)的免疫調(diào)節(jié)、血腦屏障完整性調(diào)節(jié)等病理生理過程，針對CCL2通路的干預(yù)可能是未來腦內(nèi)出血的一種很有前途的治療策略。

1.3 腦內(nèi)出血與CCL12、CCL17、CCL21 CCL12又名單核細胞趨化蛋白5（monocyte chemoattractant protein，MCP5），主要由單核巨噬細胞、中性粒細胞等外周免疫細胞分泌產(chǎn)生。其在趨化誘使外周免疫細胞向受損的組織遷移并參與炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。新近研究對腦內(nèi)出血小鼠的血漿進行蛋白組學(xué)分析后，發(fā)現(xiàn)CCL12在老年和年輕小鼠血漿中差異最顯著，表明衰老可以導(dǎo)致腦內(nèi)出血小鼠血漿中的CCL12進一步上調(diào)，并通過招募外周巨噬細胞和T細胞加重腦內(nèi)出血后的炎癥反應(yīng)，進而加重了腦損傷[26]。CCL17由小鼠大腦海馬CA1神經(jīng)元產(chǎn)生，在穩(wěn)態(tài)條件下維持海馬小膠質(zhì)細胞典型的高度分支形態(tài)，并促進小膠質(zhì)細胞適應(yīng)急性脂多糖誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。小鼠腦內(nèi)出血后，內(nèi)源性CCL17、CCR4的表達增加，并在72 h達到峰值。重組CCL17干預(yù)可激活CCR4，顯著促進細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶和蛋白激酶B的磷酸化，使轉(zhuǎn)錄因子Nrf2、CD163蛋白、胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶和基因BCl-2表達上調(diào)，并降低轉(zhuǎn)錄因子Foxo1、白介素-1β、腫瘤壞死因子-α和凋亡相關(guān)基因Bax的表達，從而改善腦內(nèi)出血的神經(jīng)功能缺陷，減少腦水腫，促進血腫清除[27-28]。CCL21亦是趨化因子CC家族的重要成員，與其受體CCR7參與T細胞亞群和抗原呈遞樹突細胞的抗原特異性激活。使用CCL21單抗干預(yù)腦內(nèi)出血小鼠，可顯著減少神經(jīng)功能損害，這可能是通過激活Janus激酶2/信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3信號通路，抑制下游分泌腫瘤壞死因子-α、白介素-1β等細胞炎性因子，從而起到神經(jīng)保護作用[29]。

1.4 腦內(nèi)出血與CXCL12 CXCL12可以調(diào)節(jié)造血細胞的轉(zhuǎn)運，與神經(jīng)細胞凋亡、生存和增殖密切相關(guān)，在局灶性血管形成、炎癥反應(yīng)啟動中發(fā)揮關(guān)鍵作用。CXCL12可以劑量依賴性增強血管內(nèi)皮祖細胞的增殖、遷移和黏附，通過激活CXCR4信號通路刺激血管生成，從而誘導(dǎo)腦內(nèi)出血后的血管生成[30]。在腦內(nèi)出血發(fā)生早期，及時應(yīng)用CXCL12可能會促進早期血管修復(fù)和血管生成，改善受損區(qū)域的微環(huán)境，在預(yù)防繼發(fā)性神經(jīng)元損傷和神經(jīng)元再生方面發(fā)揮著重要作用[31]。另有研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)出血患者入院時、入院后第1天、第3天、第7天、第14天時CCL17和CXCL12的水平明顯高于對照組志愿者，病情嚴重組外周血清CCL17和CXCL12的水平明顯高于輕度和中度組患者，提示CCL17和CXCL12有望成為腦內(nèi)出血病情嚴重程度的參考指標(biāo)[32]。不僅如此，術(shù)后6個月內(nèi)死亡者血清中的CXCL12水平明顯高于存活者，預(yù)后不良者明顯高于預(yù)后良好者，其效能與美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表評分、血腫體積評估相當(dāng)，提示血清中CXCL12的表達水平有可能成為預(yù)測急性腦內(nèi)出血患者生存和預(yù)后的潛在指標(biāo)。

1.5 腦內(nèi)出血與CX3CR1 CX3CR1是一種在小膠質(zhì)細胞和Ly6Clo單核細胞亞群中發(fā)現(xiàn)的趨化因子受體。在穩(wěn)定狀態(tài)下，Ly6Clo、CX3CR1會充滿單核內(nèi)皮細胞，通常被稱為“常駐單核細胞”。腦內(nèi)出血發(fā)生后，Ly6Clo、CX3CR1巨噬細胞會迅速募集于血腫周圍區(qū)域，但它們的募集不依賴于CX3CR1，而且CX3CR1信號通路不影響腦內(nèi)出血后功能恢復(fù)，由此推測出CX3CR1不是腦內(nèi)出血術(shù)后改善預(yù)后的目標(biāo)[33]。

2 蛛網(wǎng)膜下腔出血與趨化因子及其受體

蛛網(wǎng)膜下腔出血是腦底部或腦表面血管破裂后，血液流入蛛網(wǎng)膜下腔引起相應(yīng)臨床癥狀的一種出血性卒中。蛛網(wǎng)膜下腔出血中最常見的原因是顱內(nèi)動脈瘤破裂所引起，約占85%[34]。動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血后可引起顱內(nèi)壓升高，顱內(nèi)血流量的減少，早期腦損傷等病理反應(yīng)，進一步引發(fā)晚期腦血管痙攣、腦水腫、免疫炎性反應(yīng)、神經(jīng)元的凋亡以及氧化應(yīng)激反應(yīng)等，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴重的損害[35]。特別是血凝塊及其分解產(chǎn)物存在于蛛網(wǎng)膜下腔，能夠誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，從而引起小動脈收縮、動靜脈閉塞和延遲性動脈痙攣。趨化因子及其受體是炎癥反應(yīng)中必須的趨化細胞因子，在蛛網(wǎng)膜下腔出血的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用。

2.1 蛛網(wǎng)膜下腔出血與MCP-1早在十多年前就有學(xué)者檢測出MCP-1在蛛網(wǎng)膜下腔出血模型的基底動脈壁中表達升高，在第5天達到峰值，而且MCP-1的表達與腦血管痙攣的發(fā)展呈平行的時間進程，提示MCP-1的表達和信號可能參與蛛網(wǎng)膜下腔出血引起腦血管痙攣的發(fā)病機制[36]。隨后有研究檢測了不同時間點動脈瘤破裂患者血清中MCP-1的水平，結(jié)果顯示動脈瘤患者臨床分級與MCP-1的水平相關(guān)，隨著蛛網(wǎng)膜下腔出血患者格拉斯哥昏迷評分的降低和Hunt-Hess分級的提高，MCP-1的血清水平顯著增加，提示MCP-1可能是無全身表現(xiàn)的腦動脈瘤的局部炎癥標(biāo)志物[37]。此外，通過檢測蛛網(wǎng)膜下腔出血患者腦脊液中MCP-1的含量，發(fā)現(xiàn)MCP-1的表達從病發(fā)后第1天增加到第5天，在第3天達到峰值，隨后有所下降，并且白介素-6表達的增加可能會誘導(dǎo)蛛網(wǎng)膜下腔出血后腦脊液中MCP-1的表達，這可能與延遲缺血性神經(jīng)缺陷的發(fā)展密切相關(guān)[38]。

2.2 蛛網(wǎng)膜下腔出血與CCL5 CCL5由多種細胞分泌，包括上皮細胞、內(nèi)皮細胞、血小板、膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元等。CCL5可以與多個G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，參與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的病理生理學(xué)。早期研究發(fā)現(xiàn)，小鼠蛛網(wǎng)膜下腔出血模型導(dǎo)致血管痙攣時，腦組織中CCL5的水平顯著增加，但骨髓樣細胞的免疫調(diào)節(jié)可減少CCL5的分泌，表明CCL5可能是蛛網(wǎng)膜下腔出血后炎癥信號的來源，骨髓樣細胞的免疫調(diào)節(jié)可能提供新的治療策略[39]。CHANG等[40]發(fā)現(xiàn)丙戊酸可以通過抑制CCL5的表達，減少蛛網(wǎng)膜下腔出血誘導(dǎo)的細胞黏附分子和神經(jīng)炎癥，發(fā)揮抗血管痙攣的作用。隨后，有研究通過收集動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血患者的外周血清和腦脊液，研究CCL5與臨床預(yù)后和并發(fā)癥的關(guān)系，得到了一個有趣的結(jié)論：與對照組患者相比，動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血患者術(shù)后第1天和第7天的腦脊液和血清CCL5水平顯著增加，且術(shù)后第1天腦脊液CCL5水平與不良的臨床預(yù)后相關(guān)，但術(shù)后第7天的血清CCL5水平與良好的臨床預(yù)后相關(guān)，提示針對CLL5的治療方法可能對動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血患者大有益處[41]。

2.3 蛛網(wǎng)膜下腔出血與CCL20 CCL20由多種上皮細胞和免疫細胞表達，在炎癥刺激下上調(diào)，導(dǎo)致炎癥級聯(lián)反應(yīng)。蛛網(wǎng)膜下腔出血后CCL20的表達上調(diào)，這可能與病發(fā)后的炎癥反應(yīng)相關(guān)[42]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，表達上調(diào)的CCL20主要局限于神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞，在星形膠質(zhì)細胞中只有少量表達，并且CCL20可以通過增加CCR6的活性，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)細胞凋亡，加重早期腦損傷[43]。抑制CCL20可以抑制神經(jīng)細胞凋亡和微膠質(zhì)細胞的激活，但CCL20調(diào)節(jié)蛛網(wǎng)膜下腔出血后早期腦損傷、神經(jīng)元損傷和炎癥反應(yīng)的潛在分子機制需要更深入的研究。

2.4 蛛網(wǎng)膜下腔出血與CXCL12 CXCL12又被稱為基質(zhì)細胞衍生因子1（stromal cell-derived factor 1，SDF1），具有6個亞型，參與先天免疫系統(tǒng)。蛛網(wǎng)膜下腔出血患者血清中CXCL12的水平顯著升高，其表達水平與世界神經(jīng)外科醫(yī)生聯(lián)合會量表評分和改良的Fisher評分獨立相關(guān)[44]。不僅如此，血清CXCL12水平可以獨立預(yù)測患者6個月死亡率和6個月功能預(yù)后，血清中CXCL12的升高與動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血的嚴重程度和臨床不良預(yù)后密切相關(guān)，有望成為預(yù)測動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血預(yù)后的生物標(biāo)志物。此外，CXCL1、CXCL2、CXCL9、CXCL10和CXCL11在蛛網(wǎng)膜下腔出血后均表達增加，這可能與病發(fā)后單核細胞和淋巴細胞驅(qū)動腦內(nèi)免疫激活相關(guān)，其具體作用機制還有待研究[45-46]。

3 展望

綜上所述，本文系統(tǒng)描述了趨化因子及其受體在出血性腦卒中的最新研究進展。大量研究表明，趨化因子及其受體在腦內(nèi)出血和蛛網(wǎng)膜下腔出血發(fā)生后存在失調(diào)，而趨化因子及其受體的失調(diào)參與了多種病理生理過程。在腦內(nèi)出血中，趨化因子及其受體的失調(diào)可能參與神經(jīng)膠質(zhì)細胞的激活、血腫的清除、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、血腦屏障完整性恢復(fù)等過程，從而參與腦損傷修復(fù)和后期神經(jīng)功能的恢復(fù)。在蛛網(wǎng)膜下腔出血中，趨化因子及其受體的失調(diào)可能參與腦血管痙攣、免疫炎性反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)等過程，參與早期腦損傷和延遲缺血性神經(jīng)缺陷的發(fā)展。不僅如此，一些趨化因子及其受體的水平與出血性卒中患者病情的嚴重程度和預(yù)后結(jié)局獨立相關(guān)，被認為是出血性卒中病情診斷和預(yù)測預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物，也可能是出血性卒中某些生物學(xué)過程的潛在治療靶點，有助于出血性卒中臨床治療的發(fā)展。但目前大多數(shù)的研究還是基于動物的出血性卒中模型，對于臨床患者的研究只是較小的一部分，導(dǎo)致對于趨化因子及其受體在出血性卒中的認識仍然存在差距，需要去探索更多的趨化因子及其受體在出血性卒中的表達及其生物學(xué)調(diào)控功能，挖掘其參與的病理生理的具體途徑，為出血性卒中的診斷和治療提供幫助。