免疫炎癥在缺血性腦卒中的研究進展

苗志娟， 王修哲綜述， 趙玉武審校

正常情況下，人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過完整的血腦屏障與外周免疫系統(tǒng)分離，缺血性腦卒中發(fā)生后數(shù)小時，神經(jīng)細胞缺血死亡，通過釋放“危險信號”，激活腦內(nèi)固有免疫反應(yīng)，促進炎性細胞因子、趨化因子、活性氧和一氧化氮等神經(jīng)毒性物質(zhì)產(chǎn)生，介導血-腦屏障破壞以及一系列炎癥級聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生；與此同時，腦血管內(nèi)皮細胞黏附分子表達增高，免疫炎癥細胞如多形核中性粒細胞、淋巴細胞和單核巨噬細胞等穿過血管內(nèi)皮細胞進入腦組織，通過識別腦內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)暴露的抗原，激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)，進一步介導神經(jīng)元的二次損傷，加重神經(jīng)功能缺損；同時，機體為了減輕上述損傷，通過負反饋作用引起卒中后外周免疫抑制反應(yīng)，增加卒中后感染的發(fā)生率。這一過程伴隨著缺血腦組織局部和全身各個系統(tǒng)免疫狀態(tài)的改變[1]，本文對免疫炎癥在缺血性腦卒中病程中的作用研究進展綜述如下。

1 缺血性腦卒中免疫病理基礎(chǔ)

缺血性腦卒中發(fā)生后由于血流灌注不足，腦組織代謝需要的氧氣、葡萄糖匱乏，能量產(chǎn)生不足，導致一些毒性代謝產(chǎn)物在局部堆積，如興奮性毒性產(chǎn)物、酸性代謝產(chǎn)物、氧化應(yīng)激產(chǎn)物和炎癥介質(zhì)等，引起廣泛的神經(jīng)元死亡；死亡的神經(jīng)元通過釋放損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)，如ATP、高遷移率組蛋白B(HMGB1)、缺氧誘導因子1α(HIF-1α)、S100B等，誘發(fā)固有免疫炎癥反應(yīng)；小膠質(zhì)細胞上的模式識別受體(PRR)的激活，可促進炎性細胞因子如白介素1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)的產(chǎn)生，同時星型膠質(zhì)細胞及血管內(nèi)皮細胞可通過釋放IL-17、顆粒酶，、活性氧以及穿孔素等共同營造腦內(nèi)炎癥環(huán)境[2]；氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)可使血腦屏障內(nèi)皮細胞間緊密連接蛋白表達減低，星型膠質(zhì)細胞上水通道蛋白4(AQP4)的表達增加加重了腦水腫，細胞內(nèi)骨架蛋白的改變同樣可改變細胞外周間隙[3]。

上述機制均可增加血腦屏障的滲透性，使其完整性受到破壞。正常狀態(tài)下，血腦屏障在調(diào)控溶質(zhì)、細胞運輸、維持腦微環(huán)境穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元正常活性方面具有重要作用，既往研究認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)由于血腦屏障的存在以及淋巴系統(tǒng)的缺乏，使大腦成為“免疫赦免”的器官，盡管有研究指出腦膜內(nèi)同樣存在淋巴系統(tǒng)，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫反應(yīng)中的作用有待進一步研究[4]；因此，血腦屏障的破壞可能是缺血性腦損傷免疫紊亂的病理基礎(chǔ)。相關(guān)研究指出，卒中后血腦屏障的破壞有兩個時相，第一個時相在卒中后2～3 h，通過MMP-2介導血管源性水腫，第二個時相是卒中后24～48 h，通過MMP-3 和MMP-9、環(huán)氧合酶-2、內(nèi)皮細胞間緊密連接蛋白重新分布和白細胞滲透介導炎癥反應(yīng)[5]。缺血性腦卒中的發(fā)生使血腦屏障遭到了破壞，同時破壞的血腦屏障又誘發(fā)和加重了的神經(jīng)功能的缺損。

2 缺血性腦卒中后免疫狀態(tài)的變化

2.1 免疫細胞的變化

2.1.1 單核細胞 單核細胞對缺血性腦損傷的影響在很大程度上取決于腦卒中不同階段單核細胞的不同表型；正常情況下，腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞外形呈現(xiàn)分枝狀，急性缺血性腦卒中后數(shù)分鐘至1 h，小膠質(zhì)細胞被缺血神經(jīng)元釋放的DAMPs激活，變成循環(huán)中巨噬細胞的形態(tài)[6]，激活的小膠質(zhì)細胞通過釋放細胞因子、趨化因子等發(fā)揮免疫炎癥作用；循環(huán)中的巨噬細胞在卒中后1～2 d滲入腦組織，3～7 d達到高峰[7]。單核細胞亞型CD14+和CD16+之間的平衡與腦卒中預(yù)后有關(guān)，提示其可能分化為不同的巨噬細胞M1型和M2型，M1型巨噬細胞可分泌促炎細胞因子，如誘導型一氧化氮合酶(iNOS)、TNFα、IL-23、IL-1β、IL-12等，介導卒中后免疫炎癥反應(yīng)；M2型巨噬細胞可分泌抗炎細胞因子，如白介素10(IL-10)、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)等，具有促進炎癥消退的作用[8]。

2.1.2 中性粒細胞 缺血性腦卒中發(fā)生后數(shù)小時，外周循環(huán)中性粒細胞以快速、大流量方式滲透入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其主要堆積在腦微血管內(nèi)，在局部釋放蛋白水解酶、活性氧類(ROS)破壞血腦屏障，在血腦屏障破壞的第二時相滲入腦組織內(nèi)，介導內(nèi)皮損傷、臨近血管的破壞和出血轉(zhuǎn)化[9]；相關(guān)臨床實驗結(jié)果也表明其在血液中的水平與腦梗死面積呈正相關(guān)，與預(yù)后不良的發(fā)生率有關(guān)[10]，同單核細胞一樣，中性粒細胞也可分為N1和N2兩個亞型，N2型中性粒細胞具有抗炎性能，可發(fā)揮神經(jīng)保護作用[11]。

2.1.3 星型膠質(zhì)細胞 缺血性腦卒中發(fā)生后，星型膠質(zhì)細胞反應(yīng)性增生形成膠質(zhì)疤痕，可阻礙軸突再生；此外，星型膠質(zhì)細胞也可表達細胞因子、趨化因子、iNOS等炎性因子，星型膠質(zhì)細胞來源的IL-15具有介導免疫炎癥，加重神經(jīng)損傷的作用[12]，但是也有研究指出星型膠質(zhì)細胞可發(fā)揮神經(jīng)保護作用，其形成的膠質(zhì)瘢痕可將損傷組織與尚可存活的腦組織分隔開，防止梗死體積的進一步擴大，在急性期，可減輕興奮性毒性代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子[13]。

2.1.4 淋巴細胞 淋巴細胞在腦卒中后適應(yīng)性免疫反應(yīng)病理機制中發(fā)揮重要作用，卒中發(fā)生后24 h內(nèi)，腦組織中可檢測到淋巴細胞的存在，其數(shù)目逐漸增多，有研究指出永久性大腦中動脈閉塞腦缺血小鼠模型(pMCAO)較短暫性缺血模型(tMCAO)相比，淋巴細胞在腦組織中出現(xiàn)時相早，提示淋巴細胞的浸潤可能與腦梗死嚴重程度及是否再灌注有關(guān)[14]；淋巴細胞進入中樞神經(jīng)后通過識別中樞神經(jīng)系統(tǒng)抗原介導自身免疫炎癥反應(yīng)，在加重腦組織損傷的同時具有促進神經(jīng)再生和損傷修復(fù)的作用[15，16]。T淋巴細胞亞組中的CD4+、CD8+T淋巴細胞及兩者之間的平衡介導卒中后炎癥反應(yīng)、神經(jīng)功能缺損和細胞免疫功能的改變[17]，相關(guān)臨床研究表明缺血性腦卒中患者外周血中CD4+、CD8+、CD4+/CD8+淋巴細胞水平與腦梗死嚴重程度及預(yù)后相關(guān)[18]。調(diào)節(jié)性T細胞(Tregs)是CD4+T淋巴細胞亞組中的一員，具有免疫抑制作用，腦組織缺血梗死后的7 d和14 d，Tregs細胞在梗死組織中大量聚集和增殖，通過釋放免疫抑制因子等方式對梗死后的再次腦損傷進行調(diào)控，進而維持機體的免疫狀態(tài)的穩(wěn)定[19]；此外，Tregs被發(fā)現(xiàn)存在于動脈粥樣硬化斑塊中，通過免疫抑制效應(yīng)阻斷動脈粥樣硬化斑塊的形成[20]。Th17細胞是CD4+T淋巴細胞亞組中的另一員，可通過分泌白介素17A(IL-17A)協(xié)同TNF-α，促進腦內(nèi)膠質(zhì)細胞表達趨化因子，使中性粒細胞浸潤增多，特異性阻斷IL-17A功能可減輕腦梗死體積改善神經(jīng)功能缺損[21]。雙陰性T淋巴細胞(DNTs)近年來也受到關(guān)注，其可通過凋亡相關(guān)因子配體(FasL)/非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶2(PTPN2)/腫瘤壞死因子α(TNF-α)信號通路，介導免疫炎癥和神經(jīng)損害，使其有望成為未來腦卒中治療的一個靶點[22]。

2.1.5 B淋巴細胞 腦組織內(nèi)檢測到中樞神經(jīng)系統(tǒng)抗原特異性抗體表明B淋巴細胞同樣也參與了卒中后免疫反應(yīng)[23]。在MCAO腦缺血模型中，將野生型小鼠B細胞轉(zhuǎn)移到B淋巴細胞敲除的小鼠中，與接受IL-10-/-B細胞的敲除小鼠相比，前者腦梗死體積更小，表明分泌IL-10的調(diào)節(jié)性B淋巴細胞具有神經(jīng)保護作用[24]。IL-10+B淋巴細胞可減輕脾臟萎縮，減少活化的炎性T淋巴細胞進入缺血腦組織，同時增加可分泌IL-10的CD8+CD122+Treg細胞，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用[25]。Kristian等表明缺血性腦卒中發(fā)生數(shù)周后，活化的B淋巴細胞進入腦組織，通過形態(tài)改變和分泌抗體，介導神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥和遲發(fā)性的認知功能障礙[26]。

2.2 免疫炎癥介質(zhì)的變化 缺血性腦卒中發(fā)生后黏附分子表達增加，包括細胞間粘附分子1(ICAM-1)、血管細胞粘附分子1(VCAM-1)、整合素以及E-選擇素等，這些粘附分子的增加促使外周免疫細胞進一步滲入腦組織，增加神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，介導二次損傷。正常情況下，腦內(nèi)MMP-9的水平很低，缺血性腦卒中發(fā)生后腦血管內(nèi)皮細胞以及滲入的中性粒細胞可分泌MMP-9，介導血腦屏障的破壞，相關(guān)研究表明血漿MMP水平可預(yù)測卒中患者的預(yù)后[27]，在腦卒中恢復(fù)期，一些中性粒細胞分泌的MMP-9可促進血管的生成，修復(fù)血腦屏障破損[28]。TNF和IL-1β是由腦內(nèi)固有小膠質(zhì)細胞、循環(huán)滲入的單核巨噬細胞分泌，是強有力的促炎細胞因子，其在缺血性腦卒中患者的外周血和腦脊液中表達增高，介導腦梗死后炎癥反應(yīng)和卒中進展；IL-6既往認為是由神經(jīng)元分泌，也有研究認為小膠質(zhì)細胞也可分泌IL-6，其可通過上調(diào)神經(jīng)元腺苷受體發(fā)揮神經(jīng)保護作用，也可通過破壞血腦屏障加重腦水腫[29，30]。IL-10在腦卒中后的病理生理過程中，通過抑制炎性細胞因子的合成、抗細胞凋亡等機制發(fā)揮抗炎、神經(jīng)保護作用。補體系統(tǒng)在先天性免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)星型膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元也可合成補體；在缺血性腦卒中模型腦組織和臨床患者血液中發(fā)現(xiàn)有補體成分的激活[31，32]，敲除甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)(補體激活的凝集素途徑的識別分子)基因的小鼠與野生型相比其腦梗死體積、中性粒細胞浸潤、神經(jīng)功能缺損減輕；MBL低表達基因型的腦卒中患者補體成分C3、C4和C反應(yīng)蛋白水平較低，有更好的90 d預(yù)后[33]。相關(guān)研究表明靜脈應(yīng)用組織纖溶酶原激活物(tPA)能夠上調(diào)補體級聯(lián)瀑布的激活，介導缺血性腦卒中溶栓后出血轉(zhuǎn)化和腦水腫[34]。

2.3 卒中后免疫抑制反應(yīng) 急性缺血性腦卒中發(fā)生后約有30%的患者合并有感染，主要是尿路感染和肺部感染[35]；可能是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍免疫器官之間的長距離反饋回路的激活，機體為了降低免疫炎癥反應(yīng)對缺血腦組織的再次損傷，而抑制外周免疫功能，即卒中后免疫抑制反應(yīng)(stroke-induced immunodepression，SIID)[36]。卒中后免疫抑制反應(yīng)是機體的一種自我保護，主要表現(xiàn)為外周單核細胞、淋巴細胞減少及功能失調(diào)，脾臟、淋巴結(jié)等免疫器官萎縮[37]；對外周的免疫抑制反應(yīng)雖然減輕了腦組織的再次損傷同時也增加了患者的感染率，而感染又可惡化患者的預(yù)后，增加住院天數(shù)及死亡率，預(yù)防性應(yīng)用抗生素并不能減少患者的預(yù)后和死亡率，但可減少尿路感染的發(fā)生率，對肺炎作用不明顯[38]。相關(guān)研究指出，缺血性腦卒中后中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過交感、副交感神經(jīng)系統(tǒng)以及下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)等神經(jīng)內(nèi)分泌通路發(fā)揮對外周免疫功能的影響；急性腦卒中發(fā)生后激活上述通路，釋放去甲腎上腺素、乙酰膽堿及糖皮質(zhì)激素，使淋巴細胞、自然殺傷細胞(NKT)數(shù)量減少，細胞免疫功能減低，脾臟萎縮，Liu等指出NK細胞在腦和外周表現(xiàn)出不同的時間和轉(zhuǎn)錄特性，在外周通過激活兒茶酚胺和HPA軸調(diào)節(jié)細胞因子信號抑制因子3(SOCS3)的表達，促使脾臟萎縮、NK細胞數(shù)量減少，而在腦內(nèi)則通過膽堿能神經(jīng)分布介導轉(zhuǎn)錄因子RUNX3的表達來抑制NK細胞的反應(yīng)[39，40]。

3 小 結(jié)

缺血性卒中發(fā)生后，從缺血腦組織局部到外周免疫系統(tǒng)，從免疫炎癥細胞到免疫炎癥介質(zhì)，均有明顯的變化，這一變化在缺血性卒中病理發(fā)展過程中起重要作用。因此，對免疫炎癥反應(yīng)參與缺血性腦卒中發(fā)病機制的研究，為缺血性腦卒中提供了免疫治療靶點，免疫調(diào)節(jié)制劑和免疫調(diào)節(jié)的干預(yù)措施受到越來越多的關(guān)注。總的來說，免疫治療靶點的選擇主要從炎癥介質(zhì)層面到細胞層面，例如，通過促進M1型巨噬細胞向M2型轉(zhuǎn)變、增加Tregs細胞發(fā)揮抗免疫炎癥作用，相對地，通過抑制M1型小膠質(zhì)細胞活性、降低中性粒細胞、淋巴細胞的中樞浸入同樣可發(fā)揮上述作用；針對免疫炎癥介質(zhì)的一些受體拮抗劑或單克隆抗體等，如針對補體中的C3a、C5a，粘附分子中的E-和p-選擇素，免疫炎癥介質(zhì)中的TNF和IL-1β、MMP-9等。

綜上，人體作為一個高度精密調(diào)控的整體，為了應(yīng)對缺血性腦卒中這一應(yīng)激事件，體內(nèi)發(fā)生了復(fù)雜的分子、細胞、神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的免疫炎癥反應(yīng)；對缺血性腦卒中后免疫炎癥反應(yīng)的深入研究，為卒中后神經(jīng)功能缺損的病理機制提供新的理論依據(jù)以及缺血性卒中免疫治療的靶點。