炎癥在顱內動脈瘤破裂中作用的研究進展

王介南， 朱悅琦

非創傷性蛛網膜下腔出血患者中近85%是由顱內動脈瘤（intracranial aneurysm， IA）破裂引起，其導致的死亡率超過了25%［1-2］。 IA 在破裂前可無任何癥狀， 研究顯示無癥狀的IA 患者是已破裂IA患者數量的10 倍，更需要引起臨床重視［3］。 IA 的病理特征在于由血管內皮功能障礙、內膜增生、細胞外基質（ECM）的破壞和炎性反應引起動脈壁完整性的喪失［4］。 炎癥在這其中具有較強的促進作用［5］，多個研究表明，炎性反應在對動脈壁完整性的破壞中起重要作用［6-8］。炎性細胞浸潤在動脈瘤不同階段的是一個持續發展的過程［9］。炎性反應相關過程，如基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase， MMP）破壞彈性纖維、 人單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemoat-tractant protein-1，MCP-1）和轉錄因子Ets-1（E26 transformation-specific-1） 蛋白誘發巨噬細胞浸潤，和巨噬細胞致平滑肌細胞（SMC）缺失并釋放MMP 等，均在引起IA 破裂中扮演了重要角色。可以發現，引發炎癥的細胞和因子之間有間接或直接的聯系，并通過相關的蛋白通路和基因調控影響著IA的破裂。

IA 破裂是一個多因素導致的結果，而炎癥可直接引起IA 壁退化并導致IA 增大， 是最終增加IA破裂風險的關鍵環節［9］。 IA 瘤壁在炎性作用下持續再塑形失代償而不能抵抗血流動力學的應力時，便會引起破裂［4，10］。 現階段能夠預防IA 進展和破裂的藥物療法仍在研究中，這些研究大多是基于炎癥在IA 中的作用通路。 炎癥與IA 破裂機制及其抗炎治療的相關研究將為IA 的臨床預防和治療提供新的選擇， 同時對于改善IA 破裂后的臨床預后具有積極作用。 本文就炎癥與IA 破裂關系，及其可能的抗炎治療降低IA 破裂風險進行綜述。

1 炎性細胞因子與IA 的破裂

在動脈瘤早期，如高動脈剪切應力引起的血管內皮損傷導致血管內皮功能障礙，包括血管內分泌功能紊亂、抗血栓形成作用降低、調節血管張力受限等。血管內皮功能障礙促使內皮細胞的數量減少并使部分SMC 暴露于血液中從而激活了轉錄因子Ets-1 的表達。 Ets-1 可介導IA 瘤壁中MCP-1 的表達并招募更多的巨噬細胞從而促進IA 的進展［7］。巨噬細胞又可直接促進其他炎性細胞因子的釋放，包括MMP、TNF-α、IL-1β 等［11］。已有研究表明，人主動脈瘤中的IL-1β 蛋白水平比正常主動脈高約20倍，其可增加MCP-1 的產生并加劇炎性反應以促進主動脈瘤的進展［12］，但IL-1β 在IA 中的具體作用有待進一步研究。 炎性細胞因子活躍在IA 的各個階段，在破裂時作用尤為突出。

1.1 MMP 與IA 破裂

MMP 是一種可以降解細胞外基質的蛋白水解酶［13］，在動脈瘤中可以檢測到MMP 的表達增加［14］。MMP-2 和MMP-9 的基因表達在破裂動脈瘤中明顯高于未破裂的動脈瘤［15］。

金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMP）被認為是MMP在組織中的關鍵抑制因子。 在人類IA 中可以檢測到豐富的TIMP 表達。 TIMP-1，TIMP-2 和TIMP-3的表達在破裂動脈瘤中高于未破裂動脈瘤［16］。在近期 研 究 中，Kimura 等［17］在 研 究25 例 主 動 脈 夾 層 患者時，發現TIMP-3， TIMP-4 的表達降低。 這可能與miR-21-5p 的表達增加抑制了TIMP-3 的表達，最終導致MMP-TIMP 平衡失調，并引起主動脈夾層的破裂。綜上，動脈瘤破裂與MMP-2、MMP-9、TIMP 的表達密切相關， 而MMPs 和TIMP 之間的失衡可能在破裂中起重要作用［18-19］。

脂多糖（LPS）是革蘭陰性細菌細胞壁的一部分，已有研究表明LPS 可促進IA 破裂［20］。 其作用途徑可能通過刺激Toll 樣受體4（Toll-likereceptor 4，TLR4）激活核因子κB（NF-κB）家族的表達來實現［21］。LPS/TLR4/NF-κB 信號通路參與了免疫相關細胞因子TNF-α 的表達［22］。TNF-α 和IL-1β 等促炎性細胞因子誘導MMP 的前體（proMMP）變為MMP。 最終，MMP 通過LPS/TLR4/NF-κB 信號通路被激活以降解ECM 和緊密連接蛋白［23］，導致IA 壁脆性增加（如圖1）。

圖1 LPS/TLR4/NF-κB 信號通路激活MMP

研究發現炎性因子如MMP-9 可以降解彈性蛋白，而彈性蛋白是IEL 的蛋白質成分［19］。 Chatzizisis等［24］發現內皮細胞的減少，炎性細胞的積聚和MMP的活性增加可導致IEL 的嚴重破壞。 在15 個人類破裂IA 樣本的檢測中，也沒有觀察到IEL［25］。 MMP活性增加導致IEL 的減少，而做為血管壁彈性結構的IEL 的喪失增加了IA 的破裂風險。

1.2 TNF-α 與IA 破裂

TNF-α 可通過引起內皮細胞功能障礙，血小板聚集以及血管SMC 功能和增殖的改變以介導血管功能障礙。TNF-α 在動脈瘤的形成和破裂中均起到了關鍵作用［26］，且TNF-α 與IA 破裂風險增加相關［6］。 巨噬細胞產生TNF-α 可提高細胞凋亡相關蛋白的活化［27］，使IA 的管壁變薄。 而TNF-α 是IA 中關鍵的炎性反應因子， 可通過介導內皮損傷、SMC 表型轉變、細胞趨化因子的激活、基質重塑基因的上調、自由基的產生導致氧化應激，并最終引起細胞凋亡［28］。

2 炎性細胞與IA 的破裂

多宗研究已經證實，IA 中的炎性細胞主要是巨噬細胞和T 淋巴細胞［7］，和少量B 淋巴細胞，其浸潤的程度被認為與IA 破裂有關［29］。 T 細胞是人體細胞免疫的關鍵。 Frosen 等［29］學者證明在破裂的IA 壁中浸潤的T 細胞數量要大于未破裂的IA。 在Miyata 等［30］的研究中，雖然在IA 壁中檢測到T 細胞，但相對于巨噬細胞介導的炎癥和管壁退行性改變導致IA而言，T 細胞的作用較弱。 故T 細胞在IA 發病機理中的作用還有待闡明。

巨噬細胞是滲透IA 病變的主要炎性細胞，它的積聚可進一步放大和介導炎癥［31］。 NF-κB 在巨噬細胞中被激活并誘導MCP-1 和血管細胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule-1， VCAM-1）的表達［32］。MCP-1 和VCAM-1 都是參與單核細胞調控的刺激成分，可進一步募集巨噬細胞，導致其浸潤到IA 壁的數量不斷增加， 在IA 破裂時浸潤的程度更為突出［29，33］。 Hosaka 等［34］發現小鼠IA 模型破裂比例增大時，巨噬細胞浸潤明顯增多。 他們認為巨噬細胞和動脈瘤破裂還存在一定數量依賴的關系。Korkmaz 等［35］通過顯微手術方式切除6 個未破裂和6 個破裂的人類IA 標本，研究后發現巨噬細胞在破裂的IA 中增加明顯， 其浸潤到動脈瘤壁導致SMC的缺失并釋放MMP 導致細胞外基質的降解， 最終誘導IA 的破裂。

研究發現，IA 破裂與血管壁細胞數量減少有關［7］。SMC 作為顱內動脈重要的組成細胞，在生理條件下，可通過舒張和收縮調節血管的張力。 IA 壁退化過程中，很重要一部分是細胞缺失，尤其是SMC的缺失。 內皮細胞和SMC 的缺失被Frosen 等［29］認為是動脈瘤破裂的標志。這可能是因為SMC 合成的細胞外基質保持了IA 壁的結構穩定性。 在正常的大腦動脈壁中，SMC 主要是收縮表型［36］，能夠精細調節血流量。 然而，在IA 中，部分SMC 經歷了從收縮表型向合成表型的調節轉變［37］。 這些轉變導致SMC 合成的細胞外基質減少且細胞代謝時間延長，從而導致IA 壁易破裂性增加。

此外，Frosen 等［29］發現IA 中SMC 排列規則時，動脈壁穩定性好，破裂風險降低；而當SMC 排列散亂時，動脈壁穩定降低，破裂風險增高。SMC 的排列散亂可能與巨噬細胞浸潤引起SMC 數量減少有關，而SMC 數量減少又可導致IA 壁的纖維化。 纖維化通常繼發于炎性細胞侵襲，被認為是慢性炎性反應的終點階段［38］。 纖維化主要病理改變為器官組織內纖維結締組織增多，實質細胞減少。 破裂的IA 壁常表現為嚴重或完全的纖維化。 故巨噬細胞浸潤引起SMC 數量減少， 進一步引起IA 壁穩定性降低及纖維化最終導致IA 的破裂。 綜上，炎性因子募集炎性細胞，炎性細胞又放大了炎性反應，這種級聯式的反應促進了IA 的增長并引起破裂。

3 其他炎癥因素與IA 的破裂

3.1 基因調控

Kurki 等［39］的 研 究 中，破 裂 的 囊 狀IA 壁 中 有686 個基因上調，740 個基因下調。 上調的基因調控的生物過程包括對血流動力學的響應、白細胞的遷移、 氧化應激反應、 血管重塑和細胞外基質降解。miRNA 是一類由內源基因編碼的長度約為22 個核苷酸的非編碼單鏈RNA 分子， 它們參與轉錄后的基因表達調控。 Chen 等［40］研究認為miRNA 在囊狀IA 破裂中可能起關鍵作用。 與此同時，Jiang 等［41］研究了14 例破裂IA 病例，發現18 種miRNA 的表達顯著下調，且這些miRNA 都在SMC 中高度表達。隨后，Sun 等［42］研 究 顯 示IA 患 者 的 血 清miR-29 b 水平顯著低于正常受試者， 且破裂組的miR-29 b 水平低于未破裂組。 miR-29b 能抑制NF-κB 信號傳導的負調節因子TNFAIP3 的表達［43］。IA 中的miR-29 b減少，可能使NF-κB 信號通路表達增加。 NF-κB 表達可介導巨噬細胞活化使SMC 數量減少，從而促進IA 破裂。

此 外，Xin 等［44］利 用 小 鼠 模 型 還 發 現miR-143和miR-145 可通過一系列調節來阻斷SMC 表型轉換。 正常小鼠主動脈富含miR-143 和miR-145。 在缺乏miR-143 和miR-145 的小鼠中，SMC 對血管內皮損傷沒有形成新內膜。 綜上，miRNA 參與IA 的破裂， 且miRNA 的變化對IA 的破裂也有預警作用［42］。近年更多的關于動脈瘤的基因研究也為IA 的基因靶向治療提供了理論依據［45］。

3.2 骨橋蛋白（osteopontin， OPN）

OPN 廣泛分布于多種組織和細胞中，能夠參與瘢痕組織的修復及自身代謝等。OPN 可由多種炎性細胞產生，并被證實可以上調MMP-2 和MMP-9 的活性［46］。OPN 的表達被認為可在血管炎癥中起關鍵作用［47］。 在兔囊狀動脈瘤模型中，OPN 的表達在高長寬比的動脈瘤中更常見［46］，而高長寬比的動脈瘤形狀在臨床中更容易破裂。

3.3 髓過氧化物酶（myeloperoxidase， MPO）

在Gounis 等［48］的研究中，中性粒細胞中富含的MPO 和IA 的破裂也存在一定關系，這可能和MPO介導的持續炎癥相關。 Ollikainen 等［49］學者利用36個人類動脈瘤標本分析MPO 與IA 的關系， 發現MPO 在破裂的IA 中廣泛表達。 MPO 來源于嗜中性粒細胞，并導致SMC 的缺失，認為MPO 是IA 破裂的獨立危險因素。

4 藥物在IA 破裂中的作用

4.1 抗炎藥

4.1.1 阿司匹林Hasan 等［50-51］學者的研究表明阿司匹林可能在IA 的進展和破裂中起保護作用。 他們利用巨噬細胞作為炎癥替代標記物， 發現了每日服用阿司匹林的IA 患者3 個月后可以減輕IA 炎癥的影像學證據。當然，上述基礎疾病較多病例，其破裂風險降低也可能部分歸咎于其他高危因素（如血壓）的嚴格控制。 已知阿司匹林抑制MMP-2 和MMP-9［52］、COX-2 的表達［53］以及SMC 中的TNF-α的釋放， 并降低NF-κB 活性來抑制炎性細胞黏附。Li 等［54］也 通 過Sprague-Dawley 大 鼠 實 驗 得 出 了 阿司匹林通過抑制巨噬細胞的浸潤而減緩動脈瘤的進展， 從而得出阿司匹林可能在IA 破裂中起保護作用。

4.1.2 多西環素 多西環素是一種抗微生物藥物，它在體外和體內對MMP 活性抑制效果顯著［55］。 在Nuki 等［56］的實驗中，經過多西環素處理小鼠的IA發病率降低，在Makino 等［57］學者的實驗中，在動脈瘤發率病一定的情況下， 經過多西環素處理小鼠的IA 破裂概率下降。 雖然多西環素直接應用于人體預防或治療IA 還存在諸多問題， 但通過抑制MMP 活化來降低IA 的破裂的風險是頗具前景的治療途徑。

4.2 炎性因子抑制劑

4.2.1 前列腺素E 受體2（EP2）拮抗劑 EP2 信號傳導參與內皮細胞和巨噬細胞中的NF-κB 活化［31］。在IA 壁中的SMC 中可以檢測到EP2 的表達［58］。Aoki 等［31］發現EP2 可在IA 壁的全層被檢測到；使用EP2 拮抗劑對患有IA 的大鼠進行處理后發現巨噬細胞浸潤以及IA 的形成和進展都受到了抑制。

4.2.2 TNF-α 抑制劑 有證據支持TNF-α 在腦IA發病機制中的促進作用， 而不僅僅是IA 形成和破裂的炎癥后副產物。Yokoi 等［59］的實驗中，給予TNF-α抑制劑的大鼠血管中膜厚度顯著增加并且動脈瘤大小減小。 TNF-α 抑制劑可抑制MMP-9 和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase， iNOS）的表達。 TNF-α 抑制劑的使用顯著延緩大鼠動脈瘤的進展。 Starke 等學者通過實驗也得出了相似的結論，TNF-α 抑制劑可有效預防動脈瘤進展和破裂［26］。TNF-α 抑制劑的安全有效性及劑量和起效時間仍需進一步研究［28］。

圖2 炎癥在IA 破裂中作用的模式圖

綜上所述，與炎癥相關的因子和炎性細胞彼此的級聯式放大作用， 導致了動脈瘤管壁的逐步退化，并最終引起破裂（如圖2）。 MMP 促使細胞外基質降解，巨噬細胞和TNF-α 介導的動脈壁炎性反應等都在IA 破裂中發揮了重要作用。 作為無創藥物療法難以干預的疾病，IA 的破裂伴隨的不可預測的災難性后果，仍然是全球醫學面臨的挑戰。 因此，更好地了解IA 破裂中炎癥過程的相關機制和信號通路可能有助于建立有效的藥物療法， 以預防IA 破裂和導致的蛛網膜下腔出血。 每一個炎性因子都可能在破裂過程中產生影響，它們對動脈瘤的作用的比重也是一個有意義的話題。 這些炎性因子的研究將為IA 患者預防和治療提供一種新的方式。