炎癥、免疫與腦血管病的研究進展

陸正齊

（中山大學附屬第三醫(yī)院神經科，廣東廣州 510630）

炎癥是機體對刺激因素的防御反應，是免疫系統(tǒng)執(zhí)行功能、維持機體穩(wěn)態(tài)的重要環(huán)節(jié)。免疫系統(tǒng)是人體一個龐大而復雜的系統(tǒng)，由免疫器官、免疫細胞和多種免疫活性物質組成，具有免疫監(jiān)視、防御和調節(jié)功能。免疫系統(tǒng)和炎癥調節(jié)依賴于免疫細胞、炎癥因子等介質，這些介質受到包括免疫系統(tǒng)在內的各個人體系統(tǒng)的影響。因此，當人體出現(xiàn)疾病時，免疫系統(tǒng)也會發(fā)生相應變化，這些改變可影響到疾病的發(fā)生進展過程。隨著人類平均壽命延長，腦血管病是成為世界面臨的重要健康威脅之一［1］。腦血管病可以引起大腦的缺血性或出血性改變，造成缺血性卒中、出血性卒中和認知受損在內的多種形式的神經功能受損［2］。通過研究腦血管病的危險因素、病理機制，找出預防手段和治療方法，才能減輕社會經濟和醫(yī)療資源的負擔［1］。炎癥免疫是影響腦血管病發(fā)生和發(fā)展的重要因素，在腦血管病的發(fā)生發(fā)展過程中，炎癥免疫與腦血管病的相互作用造成了神經系統(tǒng)和人體免疫的復雜改變。一方面，在各種危險因素的作用下，以血管內皮細胞為核心的血腦屏障（blood brain barrier，BBB）結構和功能發(fā)生改變［3］。以急性腦梗死為例的急性缺血缺氧引起的組織的氧化應激以及有害因素通過BBB進入腦實質造成局部炎癥，從而造成神經系統(tǒng)損害。急性卒中的發(fā)生伴隨著免疫系統(tǒng)的改變，引起系統(tǒng)性免疫失調。另一方面，年齡和腦血管危險因素造成的慢性血管內皮損傷為主的腦小血管?。╟erebral small vessel disease，CSVD）既可以直接造成腦血管的損傷，又引起繼發(fā)的神經變性病的進展［4］。本文就炎癥免疫和腦血管病的研究進展進行闡述。

1 急性缺血性卒中的炎癥免疫改變

急性缺血性卒中后的炎癥免疫變化是重要的病理變化和影響預后的主要因素。缺血后的炎癥級聯(lián)反應也在血管閉塞后立即發(fā)生，這種免疫系統(tǒng)的響應會持續(xù)數(shù)天到數(shù)周之久。缺血發(fā)生時，血流動力學的改變導致黏附分子在內皮細胞和血小板表面表達增多［5］。此外，激活的補體級聯(lián)反應通過C3a 和受體的相互作用促進內皮細胞粘附分子表達增加致使白細胞在缺血區(qū)域的血管內聚集，進一步加重了血管內缺血和炎癥的情況［6］。促炎癥因子和炎癥細胞持續(xù)激活內皮細胞的Rho 激酶/MLC通路導致內皮細胞骨架紊亂，破壞了內皮緊密連接的完整性。基質金屬蛋白酶（matrix metalloprotein?ase，MMPs）、囊泡運輸、炎癥介質等通路的相互作用也造成了BBB 的損害［7-8］。炎癥介質和炎癥細胞通過受損的BBB進入腦實質，加重CNS損害。

由于缺血區(qū)域能量不足引起的離子失衡、線粒體衰竭，缺血區(qū)域的核心的細胞會在缺血發(fā)生數(shù)分鐘至數(shù)小時內急性死亡。此時缺血區(qū)域的小膠質細胞被激活，對壞死的細胞碎片進行吞噬清除，從而減少局部炎癥反應［9］。但隨著炎癥物質通過BBB進入腦實質，聚集在受損的血管附近的小膠質細胞被過度激活，吞噬受損的血管內皮細胞從而進一步破壞BBB［9］。小膠質細胞釋放的炎癥介質，如白介素（interleukin，IL）-1β，IL-6，腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α 等會進一步加重局部的氧化應激［10］。

星形膠質細胞與神經細胞和血管之間相互聯(lián)系，是神經血管單元的重要組成部分［11］。星形膠質細胞以電信號或者化學信號的方式與血管內皮細胞、平滑肌細胞和周細胞相互作用，實現(xiàn)血管張力和腦血流調節(jié)［11］。此外，星形膠質細胞的轉運功能是神經元養(yǎng)分的重要來源［11］。BBB 損害發(fā)生時，活化的星形膠質細胞對BBB 的損害具有破壞和保護的雙向作用。血管內皮生長因子（vascular endothe?lial growth factors，VEGFs）、MMPs、IL-1、IL-6 等星形膠質細胞因子誘導內皮細胞凋亡并降低緊密連接蛋白的表達，加劇BBB 的破壞［12］。而另一方面，血管生成素-1、膠質神經營養(yǎng)因子等因子對BBB起到保護作用［12］。

周細胞位于內皮細胞、星形膠質細胞和神經元之間，對維持BBB穩(wěn)定性具有重要作用。缺血性卒中急性期，周細胞與微血管的分離增加BBB的通透性和腦水腫損害［13］。此外，周細胞內大量的炎癥因子、趨化因子、細胞粘附分子的表達增加，以及周細胞的表型轉化也加重對內皮細胞損害［14］。而我們研究發(fā)現(xiàn)，周細胞可以保護缺氧的內皮細胞和穩(wěn)定緊密連接從而起到穩(wěn)定BBB 的作用［15］。卒中發(fā)生后，梗死組織周圍的周細胞可分泌VEGF-A、血小板源性生長因子B（platelet derived growth factor，PDGF-B）等促進血管生成和神經修復［15］。

中性粒細胞與缺血性卒中及其炎癥反應關系密切，外周血中性粒細胞數(shù)量與卒中預后密切相關。通過對顱內動脈狹窄（intracranial arterial ste?nosis，ICAS）患者的觀察，我們發(fā)現(xiàn)，外周中性粒細胞計數(shù)升高與ICAS 的數(shù)量、位置和嚴重程度相關，這說明外周高中性粒細胞可能是缺血性卒中的危險因素［16］。在MCAO 模型中，梗死病灶的中性粒趨化因子（包括CXCL-1、-2、-3 以及CCL-5）的表達水平迅速增加，并在12 h內到達高峰［17］。中性粒細胞通過血管聚集于梗死區(qū)域的血管內，與通過內皮細胞表達的粘附分子與內皮相互作用，最終穿過BBB 進入腦實質［18］。聚集于血管周圍的中性粒細胞釋放ROS、MMPs 等炎癥物質造成內皮細胞和基底膜損傷，加劇BBB 破壞和神經元損傷［19-20］。也有研究發(fā)現(xiàn)，N2 表型的中性粒細胞可以促進巨噬細胞對卒中病灶的炎癥細胞的清除，從而起到減少炎癥反應和保護神經元的作用［17］。

T 淋巴細胞在缺血性卒中發(fā)揮著重要作用。研究表明，缺血性卒中發(fā)生后，小膠質細胞的激活、上調的組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）和分泌的細胞因子如TNF-α、IL-1等，將T 淋巴細胞募集到缺血灶［21］。在卒中急性期或亞急性期時缺血灶中便出現(xiàn)T 細胞浸潤，并且缺血灶的大小與T 細胞種類密切相關。有研究發(fā)現(xiàn)，Th1 細胞可加重神經元的死亡，而Th2 細胞隊神經元有保護作用，這與兩種細胞分泌的炎癥因子和抗炎因子種類有關。Th1 細胞分泌IL-2、干擾素γ 等加重炎癥反應，而Th2 分泌的IL-4、IL-5具有抗炎作用［22］。而Treg 細胞通過IL-10 和轉化生長因子等物質對病灶的炎癥細胞、星形膠質細胞等細胞進行調節(jié)，從而抑制炎癥損傷和增強神經功能恢復。

2 衰老、免疫炎癥與腦小血管病

免疫衰老（immunosenescence）的指的是整個免疫系統(tǒng)的成分功能隨著年齡的增長出現(xiàn)的一種功能低下的情況。這種改變通常伴隨著衰老個體中的促炎癥因子的水平升高引起的機體的低度炎癥狀態(tài)，這一改變被稱為炎癥性衰老（inflammag?ing）［23］。隨著研究的深入，免疫衰老被越來越多地認為是癡呆、卒中和CSVD 的危險因素［24］。免疫衰老既可以通過加劇血管危險因素的進展（如肥胖、糖尿病等），也可以通過直接對CNS造成損害（如加劇BBB 滲漏引發(fā)的炎癥）而促進疾病的發(fā)生和發(fā)展［24］。

2.1 免疫衰老與炎癥性衰老

免疫衰老的過程涉及眾多相互作用的細胞和分子機制。

衰老的內皮細胞、脂肪細胞等組織會表現(xiàn)出衰老相關分泌表型（SASP），這些細胞通過分泌促炎癥因子、趨化因子等，對組織微環(huán)境產生影響［25］。線粒體代謝障礙和細胞自噬障礙促使異常的線粒體在衰老細胞中積聚，通過呼吸鏈產生大量的活性氧（ROS）而加劇局部的氧化應激反應，激活細胞的炎癥通路，表達出IL-6、IL-8、TNF-α 等促炎癥介質，進而通過NF-κB、STAT等信號通路激活固有免疫成分［23］。

固有免疫和適應性免疫的障礙是免疫衰老的重要部分。正常情況下，這些衰老細胞可以很快被免疫系統(tǒng)清除，而免疫衰老的情況下，單核/巨噬細胞、小膠質細胞和中性粒細胞的趨化和吞噬功能受損、對于炎癥因子的反應下降，導致SASP的持續(xù)存在而引發(fā)慢性炎癥［26-27］。此外，衰老導致單核細胞和小膠質細胞向著炎癥表型轉化，炎癥介質產生和分泌增加，造成更嚴重的炎癥損害［28］。適應性免疫衰老表現(xiàn)為幼稚的CD4+和CD8+T 細胞的減少以及TCR庫的多樣性減少，造成免疫系統(tǒng)的免疫清除和防御功能障礙［29］。此外，胸腺功能下降和調節(jié)性T 細胞功能障礙導致免疫調節(jié)障礙，也加重了炎癥性衰老對機體的損害［30］。

近來，與年齡相關的代謝性炎癥和腸道菌群失調也被認為是炎癥性衰老的重要部分。隨著年齡增長，腸道菌群的核心種群多樣性和豐度降低，具有炎癥調節(jié)作用的產丁酸菌的數(shù)量減少導致Treg細胞減少和炎癥抑制功能下降，蛋白質代謝的菌種增多加劇了促炎癥因子的產生［31］。

多種機制的作用造成慢性低度的炎癥狀態(tài)，對機體造成持續(xù)性損傷。

2.2 免疫衰老與CSVD

CSVD是一系列累及腦小動脈、微動脈、毛細血管、微靜脈、小靜脈的腦血管病，可由動脈硬化、遺傳、感染、免疫介導、特發(fā)性或其他繼發(fā)性病因引起。增齡相關性腦小血管?。╝ge-related cerebral small vessel disease，ArCSVD）在老年人群中發(fā)生率較高，是導致缺血性卒中和癡呆的主要原因，包括深穿支動脈?。╠eep perforated arteriopathy，DPA）和腦血管淀粉樣變（cerebral amyloid angiopathy，CAA）兩種類型［32］。高齡和高血壓被認為是ArCS?VD 重要的流行病學危險因素和致病因素，也有研究認為免疫炎癥是ArCSVD的重要候選機制［33］。

DPA 主要累及100～400 μm 的小動靜脈和毛細血管，這些血管主要起源于大腦底部的深部的穿支動脈或淺表的皮質或髓質穿支動脈。由于解剖學原因，這些區(qū)域的血管更容易因動脈粥樣硬化而變窄，在高血壓和糖尿病患者中尤為明顯。DPA在影像學上主要表現(xiàn)為腦室周圍的白質高信號（white matter hyperintensity，WMH），基底神經節(jié)的深層大腦微出血（cerebral microbleeding，CMB）和增大的血管周圍間隙（enlarged perivascular space，EPVS）等［34］。

內皮功能障礙和BBB 滲漏在DPA 中起重要作用，而炎癥情況下，促炎癥因子和炎癥細胞可以直接損傷血管內皮和BBB，并誘導粘附分子和趨化因子的表達，從而使白細胞募集到病變部位。巨噬細胞、中性粒細胞、T 細胞和NK 細胞浸潤血管周圍，產生的氧化應激產物和炎癥因子造成了內皮功能障礙：NO 產生減少、粘附分子表達、MMP 激活等，造成血管調控障礙和血管重塑［35］。炎癥小體也在這一過程中起重要作用，動脈粥樣硬化斑塊產生的損傷相關分子模式激活巨噬細胞中的NLRP3 炎癥小體，產生IL-1β、IL-18 等炎癥因子，所形成的炎性環(huán)境促使不穩(wěn)定斑塊的形成，增加卒中發(fā)生的風險［36］。

散發(fā)性CAA 以Aβ40（少量為Aβ42）蛋白的沉積為特征，可累及毛細血管及非毛細血管。Aβ 沉積于基底膜平滑肌細胞的管腔面，導致中膜和全小血管壁破壞。影像學上，CAA主要表現(xiàn)為皮質或皮質下的CMB、非外傷性腦凸面蛛網膜下腔出血（cortical subarachnoid hemorrhage，cSAH）和大腦后部和深部的斑點狀WMH 以及半卵圓中心的EPVS［34］。

CAA 的發(fā)生源于Aβ 樣蛋白的生成和清除失衡，而免疫細胞對Aβ 的清除過程起著重要的作用，尤其是巨噬細胞和小膠質細胞［37］。而在衰老和炎癥條件下，小膠質細胞被長期激活造成其吞噬能力降低，并導致ROS、IL-1β、IL-6 等炎癥因子的水平升高，加重局部血管炎癥［37］。在高脂血癥等血管危險因素情況下，NLRP3 炎癥小體活化對血管內皮和BBB 造成損傷，損害了Aβ 清除并促進CAA 的發(fā)展［38］。除固有免疫外，獲得性免疫也對CAA進展起作用。有研究表明，腦淀粉樣變性促使T 細胞浸潤，但局部T 細胞的抗原呈遞和活化被干擾，在T 細胞信號被抑制的情況下，巨噬細胞和小膠質細胞清除Aβ 的能力可能會降低［39］。此外，腸道微生物產生的淀粉樣蛋白和LPS 可被機體免疫系統(tǒng)識別，并增強淀粉樣蛋白在大腦中的積累和增強炎癥反應，最終造成神經退行性改變［40］。

DPA 和CAA 是腦小血管病譜系中兩不同結果，而其主要機制都涉及內皮功能障礙和BBB 損害，炎癥衰老在此過程中起著直接或間接的作用。因此對于炎癥免疫與腦小血管病的進一步研究有助于我們提出針對性的CSVD預防和治療方案。

3 總結

炎癥免疫是腦血管病發(fā)生發(fā)展機制中的重要組成部分，與急性卒中、癡呆的治療和預后息息相關。雖然目前炎癥免疫和腦血管病的研究仍在不斷更新，但要通過調節(jié)炎癥免疫以達到預防和治療腦血管病的效果，需要更進一步探討明確的機制。