血清sST2與腦損傷的相關性研究進展

石悅桐 馮貴龍

1）山西醫科大學第一臨床醫學院，山西 太原 030001 2）山西醫科大學第一醫院，山西 太原 030001

腦損傷是導致人類死亡和殘疾的主要原因之一，隨著經濟水平的發展，其發生率不斷升高，造成嚴重的社會經濟影響。根據發病原因，腦損傷分為兩類：創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）和非創傷性腦損傷（non-traumatic brain injury，NTBI）。創傷性腦損傷是指在交通事故、爆炸等傷害中由機械力造成的損害，其病死率很高，尤其是重型顱腦損傷的病死率高達50%［1］。非創傷性腦損傷主要指發生在心臟或呼吸驟停、代謝紊亂、腦卒中、瀕死經歷等之后的腦損傷［2-3］，其中腦卒中是成人永久性殘疾的主要原因，包括缺血性腦卒中（約占腦卒中的80%）及出血性腦卒中（占腦卒中的10%～20%）。根據病理生理機制，腦損傷又分為原發性腦損傷和繼發性腦損傷。原發性腦損傷是出血、缺血及外力直接引起的一種損傷，這種直接損傷導致的病理生理失衡引起繼發性腦損傷，包括神經炎癥、血-腦脊液屏障（BBB）破壞、細胞凋亡、壞死、能量代謝改變和自由基產生［4-6］，其中神經炎癥為繼發性腦損傷的重要機制之一，控制神經炎癥的發展也成為治療腦損傷、改善患者預后的重要手段。

生長刺激表達基因2（ST2）為白細胞介素-33 受體，屬于白細胞介素-1 受體家族，ST2與白細胞介素33 結合可激活炎癥反應，并參與某些炎癥性疾病的病理生理過程，如創傷、急性胰腺炎［7-9］。與白細胞介素-1受體家族的其他成員一樣，ST2 也以可溶性形式存在（sST2）。sST2 以其半衰期短、生物變異性低、不受年齡、性別、體重指數及腎功能影響的特點及其已知的預測價值成為一種新的生物標志物［10-11］，如心肌梗死及膿毒血癥［12-13］，其單獨或與其他工具聯合使用有助于監測治療及指導用藥［14］。本文將從sST2 的生理特性作用、在腦損傷中的作用機制及其作為腦損傷生物標志物的前景三個方面對sST2與腦損傷的相關性做一綜述。

1 sST2的概述

1989年日本學者TOMINAGA等［15］在研究細胞周期G0-G1的轉變機制時發現了一種cDNA 克隆，其編碼的蛋白質在序列上與免疫球蛋白超家族成員高度相似，特別是與小鼠白細胞介素1 受體的胞外部分，暫將其命名為T1/ST2蛋白，并推測其作用可能與生長信號傳導有關。后研究證實ST2 是白細胞介素-1 受體樣-1（interleukin-1 receptor-like-1，IL1RL1）家族成員，位于人類染色體2q12 上［15-16］。ST2 mRNA 經過替代啟動子剪接和3 次轉錄處理后，產生了4種ST2蛋白亞型，包括兩種基本形式，其一是跨膜形式，即相對分子質量為67 000的ST2 配體（ST2L）和3 個細胞外IgG 結構域；其二是較小的可溶性分泌形式，相對分子質量為37 000，具有類似的細胞外結構，但沒有跨膜和細胞內部分［17］。2002年，WEINBERG等［9］發現sST2 在心肌梗死后小鼠的血清中短暫增加，且在人心肌梗死1 d后體循環內水平升高，而其具體的表達機制仍是一團迷霧。直至2005 年由SCHMITZ 等［18］發現的白介素-33 證實是其特異性功能配體，ST2的作用機制才逐漸明了。

ST2L主要存在于TH2細胞和肥大細胞表面，在活化的白細胞包括TH1 細胞、調節性T（Treg）細胞、2 組固有淋巴樣細胞（ILC2s）、CD8+T 細胞和自然殺傷細胞（NK）中也有表達，在受到促炎刺激后，ST2L 與IL-33 的IL-1樣細胞因子結構域結合，招募并綁定IL-1受體輔助蛋白質（IL-1RAcP）形成一個異源三聚體信號復合物，通過核轉錄因子κB（NF-κB），絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶ERK/MAPK 以及MAPK主要后續通路c-Jun n 端激酶（JNK）激活細胞內信號通路，這些通路又能促進促炎細胞因子1L-3、IL-4 和IL-5 的釋放［19-21］。而血清可溶性生長刺激表達基因2作為IL-33可溶性受體和靶細胞效應阻滯劑［18］，在循環中通過與IL-33結合抑制IL-33/ST2L信號轉導和有益效應，如抑制Th2 細胞的活化反應和抗炎細胞因子（IL-4、IL-5、IL-10、IL-13）的釋放，調節Th1 淋巴細胞的激活與炎性細胞因子的釋放［22-23］。已有研究證明，ST2L 在T 細胞介導的免疫性疾病，如哮喘和類風濕性關節炎中發揮了重要作用［7，24］，而給予外源性sST2則會阻斷其與配體結合從而下調Th2淋巴細胞功能，提示sST2具有抑制炎癥反應的作用。

2 sST2與腦損傷機制

2.1 sST2與小膠質細胞介導的神經炎癥炎癥在腦損傷的發病機制中起至關重要的作用［25］，其過程涉及常駐小膠質細胞和星形膠質細胞、外周血白細胞穿透減弱的血-腦脊液屏障以及炎癥介質的釋放等。其中，小膠質細胞在將炎癥傳播到損傷核心部位附近的組織中起關鍵作用。小膠質細胞有兩種亞型：M1和M2，其中M1亞型能夠分泌較高水平的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）與較低水平的抗炎細胞因子白細胞介素-10（IL-10）。相反，M2激活會產生較低水平的TNF-α，但會產生較高水平的IL-10。在腦損傷急性期，小膠質細胞被招募到損傷部位，并從靜止狀態過渡到M1表型，分泌高水平的TNF-α和低水平的IL-10，從而導致神經發生抑制、神經元丟失和器官功能障礙（所謂的小膠質細胞激活Ⅰ）。隨著疾病的進展或在特定刺激下，小膠質細胞的M1 表型可能會切換到M2表型，M2表型小膠質細胞的激活能夠促進神經發生和組織恢復（所謂的小膠質細胞激活Ⅱ）［26］。腦損傷的嚴重程度取決于小膠質細胞激活Ⅰ和小膠質細胞激活Ⅱ之間的凈效應［27］。

目前發現ST2 信號是調控小膠質細胞表型的重要因素［28］。ST2 一般在包括小膠質細胞在內的多種免疫細胞上表達，其配體IL-33是細胞損傷后釋放的一種免疫警報蛋白，在CNS 中主要由少突膠質細胞和星形膠質細胞產生［29］。雖然IL-33/ST2L 通路在大腦中的功能仍存在爭議，但大多數研究已經證明，該通路在不同類型的中樞神經系統炎癥進程中起負調節作用［29-30］。Toll 樣受體（TLRs），包括TLR2和TLR4，已被確定為介導促炎反應的先天免疫識別受體［31］，TLR 信號通過接頭蛋白MyD88介導炎癥反應，在炎癥早期階段誘導小膠質細胞轉化為M1 表型，增強其吞噬活性和IL-1 家族細胞因子編碼基因的轉錄［32-33］。ST2L與其配體結合，阻斷接頭蛋白MyD88，減弱了Toll樣受體4（TLR4）促炎級聯反應［34］，誘導Th2 型免疫應答，使小膠質細胞極化為M2型。ST2 誘導的M2 型小膠質細胞通過釋放IL-10，抑制細胞因子的產生、下調MHC-II抗原、降低NF-κB的活動從而發揮神經保護作用［35］。相反，sST2 作為IL-33 可溶性受體和靶細胞效應阻滯劑，通過與IL-33 結合減少IL-33 與ST2L 的相互作用，可抑制IL-33/ST2L 信號轉導，同時ST2L 與MyD88 結合增加，與TLR4 相互作用［34］使小膠質細胞表型向促炎的M1型轉變。TLR4 的激活使小膠質細胞吞噬活性增強，在炎癥條件下小膠質細胞吞噬會主動誘導神經元死亡［36］，增強缺血缺氧事件后的腦損傷。流式細胞儀分析顯示靜息狀態下小膠質細胞上ST2表達水平較高，缺血缺氧事件發生后這種表達進一步增強［37］，且sST2 的分泌隨著ST2L 表達的升高而升高［38］，其機制可能是直接的病理生理過程和疾病惡化的象征，或是相關細胞上IL-33/ST2L 相互作用的結果和反饋。

2.2 sST2 通過增強自噬、細胞凋亡及內質網激活參與繼發性腦損傷自噬、細胞凋亡及內質網激活也是導致繼發性腦損傷的重要機制。自噬普遍存在于細胞中，包括正常生理狀態下的神經元，自噬通量對細胞的存活至關重要。在輕度的應激狀態下，自噬的激活有利于細胞內容物的循環，但在嚴重的病理應激下，自噬的過度激活可能導致壞死或凋亡的結局［39］。研究發現，自噬途徑的異常激活是導致急慢性腦損傷后的繼發性損害的重要因素［40］。內質網壓力也是自噬的有效觸發因素，內質網應激反應可由各種條件觸發，這些條件擾亂了內質網中蛋白質的折疊［41］，大量證據表明，內質網應激誘導的細胞功能障礙是許多不同疾病和損傷的主要原因之一，包括繼發性腦損傷［42］。細胞凋亡是一個高度復雜的程序性細胞死亡過程，在正常生理條件下與神經元發育和穩態密切相關［43］。細胞凋亡也參與了病理條件下的神經功能紊亂過程，被認為是患者病情進展和預后的關鍵因素。腦損傷發生后，sST2 通過與IL-33結合，下調凋亡相關抑制蛋白Bcl-2基因表達，增加內質網應激相關蛋白（GRP-78）、自噬相關蛋白Beclin-1 的分泌，增強細胞凋亡、自噬及內質網應激，導致更嚴重的繼發性損傷［44］。已有研究證明，在小鼠腦損傷模型中給予外源性sST2，通過TUNEL染色發現凋亡神經細胞數量顯著增加，GRP-78及自噬標記物LC3-Ⅱ的含量也較假手術組升高［45-46］，表明sST2確實影響了腦損傷后細胞凋亡、自噬及內質網激活的進程。

3 sST2作為腦損傷的生物標志物

考慮到腦損傷后sST2的上調和在相關機制中的作用，其可能反映神經損傷的發生和嚴重程度。而腦內誘導產生的sST2濃度與血液中sST2的增加同步，這可能是由于血-腦脊液屏障通透性增強而使sST2 進入循環。因此，血清sST2 可作為一種新的腦損傷的生物標志物。

3.1 sST2 作為缺血性腦卒中的生物標志物PAULA等［30］對4.5 h內入院的急性缺血性腦卒中患者的血液樣本進行分析，發現其血清sST2 水平較健康對照組增加，且是腦卒中預后的獨立預測因子。此后，一項針對無腦缺血病史健康人群的前瞻性研究證實了這一觀點，不僅如此，還發現血清sST2水平與短暫性腦缺血的發生顯著相關，且較高的sST2 濃度與較低的總腦體積及較差的延遲視覺再現測試結果之間存在統計學意義，提示sST2 可能在腦缺血早期炎癥反應中發揮作用［47］。CHEN 等［48］進一步研究發現，急性缺血性腦卒中患者血清sST2 濃度隨梗死體積和卒中嚴重程度的增加而增加。這些研究表明血清sST2 作為缺血性腦卒中的生物標記物具有潛在價值。

3.2 sST2 作為出血性腦卒中的生物標志物出血性腦卒中是由于各種原因導致腦血管破裂而引起局部腦組織損傷的一種疾病，其中以蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）最為常見。MATTHEW 等［49］研究表明SAH患者的血漿sST2水平顯著高于健康對照組，且動脈瘤破裂后早期測定血漿sST2 能夠預測DCI、神經功能預后和病死率，表明早期血清sST2是SAH患者預后和生存的獨立預測因子。根據mRS評分對SAH患者的預后進行分級發現，預后不良（mRS 3～6）的患者sST2水平顯著高于預后良好的患者，其中繼發遲發性腦缺血及癲癇樣異常患者中可觀察到更高的sST2 濃度［50］，進一步證實了血清sST2 對SAH結局轉歸的預測作用。

3.3 sST2 作為創傷性顱腦損傷的生物標志物雖然理論研究證明sST2 在TBI 繼發性損傷中發揮作用［46］，但目前關于sST2與TBI的相關研究較少。DU等［51］納入106例孤立性腦損傷患者及106例健康對照者，對比其血清sST2濃度發現TBI患者顯著高于對照組，且其濃度與GCS評分顯著相關，是預后不良的獨立預測指標。

4 結語與展望

目前臨床上對反映腦損傷的嚴重程度及預后的指標仍在探索中。而血清sST2作為一種白細胞介素-1受體樣-1的家族成員，在不同的組織中都表現出了其復雜的抗炎及免疫調節作用，且以其半衰期短、生物變異性低的優勢，在很多慢性、急性炎癥疾病中都作為獨立的診斷及預后指標。現關于IL-33/ST2通路在腦損傷事件后的調控作用已經有堅實的理論基礎，血清sST2 作為腦損傷嚴重程度和預后的新生物標志物也有一定實驗基礎，但其對腦損傷的早期干預及治療的指導作用仍然需要進一步的探索。