炎癥因子及其相關信號通路在脊髓損傷調控機制中的研究進展

宋潔菲 周雨昕 張 宇 吳承杰,2 馬 勇,2 郭 楊,2

1.南京中醫藥大學第一臨床醫學院，江蘇南京 210023；2.南京中醫藥大學骨傷修復與重建新技術實驗室，江蘇南京 210023

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是一種嚴重的中樞神經系統損傷性疾病。SCI 病變機制復雜，可分為原發性損傷和繼發性損傷。原發性損傷為脊椎斷裂、擠壓等方式對脊髓造成的機械性損傷；繼發性損傷為原發性損傷之后發生的多種放大式組織自毀級聯反應，其中炎癥反應是最重要的繼發性損傷之一[1]。炎癥因子是一種由外周免疫細胞及神經膠質細胞產生的多肽類物質，可與相應靶細胞表面的受體結合，傳遞生物信息，介導免疫和炎癥反應。相關研究顯示，在SCI 發生后，多種炎癥因子的含量發生明顯的變化，如白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、IL-10 等[2-3]，提示這些炎癥因子積極參與SCI 發生發展的過程。因此，從調控炎癥因子的角度出發，改善神經系統炎癥，對促進SCI 修復具有重要意義。本文重點針對IL、TNF 等炎癥因子及其相關信號通路在SCI 中的調控機制進行綜述，旨在探討不同炎癥因子在SCI 中的作用，闡釋SCI 后炎癥反應過程中的分子機制，為SCI 作用靶點的研究提供思路。

1 促炎性細胞因子及其相關通路在SCI 中的調控機制

促炎性細胞因子包括IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等，在SCI 急性期明顯增多，加重炎癥反應，通過激活細胞凋亡和抑制神經元再生，進而導致各種代謝異常和功能損害[4]。

1.1 IL-6 相關通路

IL-6 是SCI 急性期和亞急性期最常見的促炎性細胞因子之一。IL-6 的產生受機體轉錄和轉錄后機制嚴密調控，但當這種調控異常時，就會持續過度產生IL-6，引起組織損傷。多種生物分子均可以調控IL-6 的產生。核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）是人IL-6 基因5’端順式調控元件之一，可以促進IL-6 mRNA 的轉錄[5-7]。在轉錄后，調節性核糖核酸酶-1（Regnase-1）可以破壞IL-6 mRNA 表達，控制IL-6 的過度產生[8]。但是目前仍沒有研究顯示在SCI中這種調控為何會被打破。

IL-6 需要與非信號膜結合的IL-6 受體（mIL-6R）相互作用才能產生效應。隨后他們所形成的結合體與膜蛋白gp130 結合，激活JAK/STAT 信號通路、MAPK/ERK 信號通路和PI3K/Akt 信號通路，誘導其他炎癥因子的產生，進而活化小膠質細胞/巨噬細胞，導致局部炎癥反應加劇[9-11]。此外，IL-6 還可聯合STAT3 通路導致肌肉萎縮和纖維化[12]，通過調節HMGB1/TLR4/MyD88/NF-κB 信號通路導致細胞腫脹[13]等，造成SCI后多種病變。

1.2 IL-8 相關通路

IL-8 是一種具有親血管效應的白細胞介素，與中樞神經系統功能關系密切[14]，具有作為判斷SCI 嚴重程度及預后的生物標志物的潛力[15]。IL-8 主要受到NF-κB、JNK 及AP-1 的調節，作用于G 蛋白偶聯受體CXCR1 和CXCR2，從而促進中性粒細胞釋放[16]，并引導中性粒細胞向炎癥的方向移動[17]，最終加劇SCI。IL-8 在脊髓損傷中的具體作用機制尚未明確，但其表達特點提示IL-8 有可能成為治療脊髓損傷潛在的靶點之一。

1.3 TNF-α 相關通路

TNF-α 與炎癥反應、免疫調控密切相關，負責細胞間多種信號的傳遞，介導免疫反應，導致細胞壞死和凋亡。研究顯示，TNF-α 可能通過激活不同信號通路發揮雙向調節作用。TNF-α 與腫瘤壞死因子受體2（tumor necrosis factor receptor 2，TNFR2）結合后可以引起細胞活化、遷移和增殖[18]；與含有死亡結構域的TNFR1 結合時則誘導半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）產生，發揮細胞毒作用[19]。

TNF-α 可以作為反應SCI 炎癥的指標之一。TNF-α 是最早對SCI 做出反應的細胞因子之一，在SCI 后幾分鐘至幾小時高度表達，通過激活NF-κB 信號通路，誘導中性粒細胞遷移、谷氨酸代謝受損、神經元死亡[20]等。閱讀文獻發現TNF-α 生物合成過程受機體負反饋機制的調節。TNF-α 本身可以增加如IL-10等抗炎因子合成，這些抗炎因子同時能夠負向調節TNF-α 的表達，控制炎癥持續的時間[18]。SCI 后慢性炎癥的產生可能與負反饋調節失衡有關。維持這種良性平衡可能成為改善SCI 炎癥的方法之一。

1.4 IL-1β 相關通路

IL-1β 的生成受多重水平的調控。IL-β 前體需要通過信號激活NF-κB 介導的轉錄誘導型表達[21]，在細胞內多以無活性的形式存在，激活后與白細胞介素-1 受體1（IL-1R1）結合才可發揮促炎效應[22]。炎癥小體是由胞漿內模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）參與組裝的多蛋白復合物，可分為NLRP1、NLRP3、NLRC4 等，在IL-1β 前體的激活中發揮重要的作用，是誘導SCI 后神經炎癥和細胞凋亡的重要因素之一。PRRs、病原相關分子模式和損傷相關分子模式可激活炎癥小體的組裝。在特定的刺激下，炎癥小體募集凋亡相關斑點樣蛋白，再將caspase-1前體引入復合體，轉化為具有生物活性的caspase-1，誘導IL-1β 成熟，并引起細胞凋亡[23-24]。IL-1β 介導激活IL-6 等促炎因子的前炎癥反應[21]，繼而引發一系列炎癥反應。

2 抑炎細胞因子及其相關通路在SCI 中的調控機制

抑炎細胞因子包括IL-4、IL-10 等，在SCI 恢復期增加明顯，可以抑制促炎因子產生，主要發揮激活免疫應答、抑制炎癥反應作用[3,25]。誘導巨噬細胞表型由經典活化（M1 型）向替代活化（M2 型）轉變[26]是大多數抑炎細胞因子發揮抑炎效應的方式之一。此外，部分抑炎因子還可以通過抑制促炎因子基因的轉錄直接控制炎癥反應的發展。

2.1 IL-4 相關通路

IL-4 由活化的T 細胞產生，可調節多種免疫細胞。IL-4 信號轉導由IL-4 受體α 鏈（IL-4Rα）介導。IL-4Rα 與其配體結合后，與共同的γ 鏈（γc）產生Ⅰ型信號復合體，使T 細胞向Th2 表型傾斜，促進活化巨噬細胞的發育[27]。激活后，Ⅰ型信號復合體由Janus 家族激酶1（Janus kinase 1，JAK1）和JAK3 磷酸化后，與STAT6 二聚后轉移至細胞核發揮作用[27]。此外IL-4Rα配體結合體還可與IL-13 受體α1 結合，產生Ⅱ型復合體，主要影響哮喘等過敏性疾病的發生發展[28]，其在中樞神經系統中的功能尚未闡明，需要進一步研究。

IL-4 可以使M1 型小膠質細胞向M2 型轉變，促進抑炎細胞因子IL-10 表達，進而減輕炎癥，促進SCI后組織的恢復[29-30]。研究顯示，IL-4 在炎癥和神經性疼痛模型動物中表現出鎮痛作用[31]，為緩解SCI 后疼痛提供了一定參考。

2.2 IL-10 相關通路

IL-10 是一種作用突出的抑炎細胞因子。ERK 和p38 通過轉錄因子CREB 和ATF1 激活絲裂原和應激激活的蛋白激酶1（MAPK-activated protein kinase 1，MSK1）和MSK2，促進受TLR4 調控的巨噬細胞產生IL-10[32]，IL-10 與IL-10 受體結合后可通過JAK/STAT 信號通路激活單核/巨噬細胞，促進M1 表型巨噬細胞向M2 表型轉化，從而抑制促炎性細胞因子IL-1β、TNF-α 等的表達和活性氧的釋放，減少神經元的死亡，減輕血脊髓屏障的破壞進而防止脊髓進一步損傷[33-34]。

在SCI 組織中，保持IL-10 的較高含量或許可以成為改善炎癥微環境、促進SCI 恢復的潛在療法之一。Hellenbrand 等[33]利用礦物包覆微粒給SCI 大鼠損傷局部持續提供IL-10，發現在一定的時間內可以改善軸突形態，促進SCI 后各種功能恢復。

2.3 IL-37 相關通路

IL-37 是IL-1 家族中極少數有抑炎活性的細胞因子之一。SCI 患者血清IL-37 水平明顯升高，可作為評估SCI 的新型生物標志物[35]。動物實驗顯示，IL-37可以降低促炎性細胞因子的表達，改善SCI 模型的運動功能[36]。促炎刺激后細胞產生IL-37 前體，在胞內和胞外均可以發揮作用。IL-37 前體由caspase-1 裂解后形成成熟的IL-37，之后轉移至細胞核，抑制促炎基因的轉錄。當胞外存在受體IL-1R8 時，IL-37 結合并募集IL-1R8，通過抑制NF-κB 和MAPK 以及激活Mer/PTEN/DOK 信號通路來轉導抗炎信號，發揮抗炎作用[37-38]。

3 小結

SCI 涉及多種病變，神經組織修復緩慢，后期康復困難大，臨床尚無特效治療方法。炎癥因子及其相關通路種類多，系統復雜，調節網絡相互交錯，涉及許多生物分子。同時一些信號具有雙向傳導作用，如IL-10 的關鍵調節因子STAT3，它主要通過IL-10 發出信號誘導抗炎反應，但是在收到IL-6 刺激時，則會驅動炎癥[39]。除介導炎癥反應導致神經細胞死亡外，炎癥因子還與神經瘢痕[40]和疼痛[41]等多種SCI 后的繼發反應有關，也可見調控炎癥因子及其相關信號通路的重要意義。

不足的是，現有研究通常停留在所涉及的炎癥因子或信號分子最終產生的作用，且多就單一信號通路，很少涉及多個信號通路的協調關系，能否通過調節多種生物分子的平衡達到更有效且穩定的治療作用還需進一步研究。本綜述還提示，今后的研究者還可以把明確各炎癥因子及相關信號通路的調控機制與臨床實驗相結合，為治療SCI 提供更好的方法。