缺血性腦卒中后免疫反應及免疫抑制相關研究進展

鐘懿，熊曉星

(武漢大學人民醫院神經外科，武漢 430060)

腦卒中是由多種因素導致的腦內血流阻塞(缺血性腦卒中)或腦血管破裂出血(出血性腦卒中)，其中缺血性腦卒中約占87%[1-2]，且缺血性腦卒中具有病情進展快、致死率和致殘率高等特點。據世界衛生組織數據顯示，全世界范圍內每年約500萬人死于缺血性腦卒中，僅我國每年就有約100萬人因腦卒中失去生命，而幸存者每年要丟失約1億傷殘調整生命年[3]。因此，缺血性腦卒中是全球死亡和殘疾的主要原因之一，給社會帶來沉重的經濟負擔。研究表明，免疫系統貫穿腦卒中的全過程，從危險因素的作用機制到神經毒性的產生，再到組織修復與重構，免疫系統與大腦相互影響共同調控疾病的發展趨勢；腦卒中后嚴重的腦缺血可誘發初始免疫炎癥反應，加劇神經功能缺損，導致全身免疫系統發生改變，產生免疫抑制，使患者對感染的易感性增加，進而導致患者的死亡事件增加[3]。因此，探究免疫系統在腦卒中發生、發展中的效應，尋找潛在治療靶點迫在眉睫。現就缺血性腦卒中后免疫反應及免疫抑制的研究進展予以綜述。

1 缺血性腦卒中與免疫激活

缺血性腦卒中的炎癥反應過程主要分為三個階段，即初始期(數小時)、進展期(數天)和消散期(數周)，每個階段均與特定的免疫反應和細胞外信號分子有關[4]。

1.1非特異性免疫 在缺血性腦卒中初期，非特異性免疫占主導地位。動脈阻塞后，由于局灶性缺血缺氧，腦內和外周的固有免疫細胞首先募集到損傷部位，大量釋放促炎細胞因子和趨化因子，在氧化應激、炎癥反應以及下調的內皮連接蛋白和上調的血管源性蛋白酶的綜合作用下，血腦屏障通透性增加，為免疫細胞、可溶性物質和水分子進入大腦開放通道，導致間質炎癥反應和水腫的發生，進而損害神經組織[5]。隨著血腦屏障完整性的逐漸喪失，內皮細胞被激活，其通過活化白細胞表面的高親和力整合素分子和上調內皮上相應配體(如血管細胞黏附分子-1和細胞間黏附分子-1)的表達[6-8]，促進巨噬細胞、白細胞和其他炎癥細胞浸潤。在血管周圍區域，小膠質細胞分泌谷氨酸、自由基和一氧化氮等有害分子，促進血管收縮和血小板聚集，加重神經毒性；肥大細胞脫顆粒導致組胺、蛋白酶類和腫瘤壞死因子-α釋放，促進中性粒細胞募集[9]。而被激活的巨噬細胞作用較為復雜，在缺血性腦卒中早期，經典活化的M1型巨噬細胞大量分泌促炎細胞因子，促進中性粒細胞、淋巴細胞和單核細胞等黏附和滲出；在缺血性腦卒中后期，替代激活的M2型巨噬細胞發揮主要作用，其可分泌保護性重塑因子，促進軸突生長和血管生成[10]。由于中性粒細胞的表型不同，故對腦卒中造成的影響也存在差異，治療性地使用吡格列酮激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ，可使中性粒細胞向N2表型分化，導致炎癥反應減輕[11]。但缺血性腦卒中后，小鼠腦內主要存在N1型中性粒細胞，加速了炎癥反應的進展[12]。小膠質細胞、巨噬細胞、中性粒細胞等炎癥細胞及其釋放的因子加重了血-腦屏障損傷，導致各種破壞性酶和有毒物質(基質金屬蛋白酶9、S100-β蛋白、氧自由基及興奮性氨基酸等)持續堆積于大腦，加劇了腦損傷，導致患者的病死率顯著增加[5]。在腦實質內，低灌注導致氧和葡萄糖豐度降低，使大腦不能合成足夠的ATP，導致質膜上離子梯度消失，谷氨酸大量釋放，而低糖低氧持續刺激谷氨酸受體可導致神經元去極化，產生活性氧類，并造成線粒體功能障礙，最終觸發興奮性毒性以及自由基誘導的細胞壞死和凋亡途徑[13]。壞死細胞釋放損傷相關模式分子，刺激病原體識別Toll樣受體2和Toll樣受體4，并激活核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和促分裂原活化的蛋白激酶通路，傳播并放大固有免疫反應，加速血管破壞以及細胞死亡，最終造成血管損傷、炎癥和神經元死亡的惡性循環[14]。

1.2特異性免疫 在缺血性腦卒中后24 h，特異性免疫反應被激活[15]，炎癥反應進入進展期?；谇捌谘X屏障滲透性增加，淋巴細胞在腦卒中后進入中樞，并通過識別中樞神經系統抗原誘發自身免疫反應。T淋巴細胞亞群中的CD4+、CD8+T細胞以及這兩種亞群間的平衡與缺血性腦卒中后炎癥反應、神經功能缺損和細胞免疫功能的改變密切相關。臨床研究顯示，患者外周血中CD4+、CD8+、CD4+/CD8+T淋巴細胞水平與缺血性腦卒中的嚴重程度及預后相關[16]。在缺血性腦卒中的動物模型中，抑制CD4+、CD8+T細胞由外周向中樞神經系統遷移或特異性阻斷CD8+T細胞釋放細胞毒素，可減輕大鼠腦卒中后的免疫反應并減小腦梗死體積[17]；缺乏T細胞的小鼠也表現出更輕微的神經損害，而回輸T細胞后，這種神經保護作用消失[18]。CD4+T細胞以非抗原依賴性方式分泌γ干擾素(interferon-γ,IFN-γ)和白細胞介素(interleukin，IL)-17等細胞因子，促進腦內的膠質細胞表達趨化因子，導致中性粒細胞浸潤增加，加重缺血性腦卒中早期的神經損傷，而γδT細胞和CD8+T細胞在此基礎上進一步介導神經細胞毒性[7]。同時，T淋巴細胞也存在復雜的雙重效應，調節性T細胞(regulatory cell，Treg細胞)是CD4+T淋巴細胞亞組的一員，腦缺血后的7 d和14 d在梗死組織可以檢測到大量聚集和增殖的Treg細胞，Treg細胞可通過釋放免疫抑制因子等對腦損傷進行調控，進而維持機體的免疫穩態[19]，為后期腦損傷部位結構和功能的重建奠定基礎。此外，B淋巴細胞也參與了缺血性腦卒中后的免疫反應，但目前B淋巴細胞在缺血性腦卒中的作用尚不明確。一方面，B淋巴細胞可分泌IL-10，減輕脾臟萎縮，減少活化的炎癥T淋巴細胞進入缺血腦組織，同時增加CD8+CD122+Treg細胞，從而發揮神經保護作用，因此B淋巴細胞缺乏的小鼠梗死灶增大，預后更差[20]；另一方面，Doyle等[21]研究發現，缺血性腦卒中發生數周后，活化的B淋巴細胞進入腦組織，產生抗腦源性因子抗體，在疾病發作后的數周內造成更嚴重的神經元損傷，并可能帶來神經系統慢性炎癥和遲發性認知功能障礙等后遺癥。

缺血性腦卒中后期為炎癥反應的消散期。多種免疫細胞、神經元及神經細胞聯合參與缺血部位的修復和重建，通過清除壞死細胞和組織碎片或產生生長因子和蛋白酶，促進神經元的發生、血管生成以及細胞基質的再生，使組織結構得以重構，恢復正常功能[5]。

2 缺血性腦卒中后免疫抑制

生理條件下，免疫系統與神經系統通過多種途徑相互作用以維持穩態，但嚴重的腦損傷(如腦卒中)可能會打破這一平衡。缺血性腦卒中發作后24 h內，初級和次級淋巴器官被激活并產生全身性炎癥反應，同時細胞因子、趨化因子和促炎介質在血循環中的水平顯著升高；缺血性腦卒中發作24 h后外周免疫重塑，免疫系統的功能狀態受到抑制，表現為細胞免疫功能迅速且持續減弱、單核細胞和輔助性T細胞1失活、淋巴細胞減少[22]以及次級淋巴器官萎縮[23]，這種現象被稱為腦卒中誘導的免疫抑制(stroke-induced immunodepression，SIID)。SIID可能是大腦自身對急性損傷的一種適應性反應，以減輕腦內的炎癥反應，阻止損傷的進一步發展。

2.1SIID的發生機制 中樞神經系統通過復雜的神經途徑和體液途徑調控免疫功能，具體包括交感神經系統、副交感神經系統和下丘腦-垂體-腎上腺軸[24]。

2.1.1交感神經系統 缺血性腦卒中后1～3 d，交感神經系統被過度激活，通過β抑制蛋白-2/NF-κB通路[25]或環腺苷酸-蛋白激酶A/NF-κB通路[26]誘導免疫抑制。兒茶酚胺通常包括腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺三種物質，是交感神經系統的主要效應物，由外周器官的腎上腺髓質和神經末梢分泌，主要作用于腎上腺素能受體，當交感腎上腺髓質系統興奮時，兒茶酚胺大量釋放入血，一方面可抑制細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4的表達，誘導淋巴細胞凋亡，減少IFN-γ的產生，促進M2型巨噬細胞的分化；另一方面，兒茶酚胺還可下調NF-κB，抑制促炎細胞因子(腫瘤壞死因子-α、IL-6和IL-1β)的基因轉錄，并促進抗炎細胞因子(如IL-10)的產生[27]。

2.1.2下丘腦-垂體-腎上腺軸 下丘腦-垂體-腎上腺軸是神經內分泌系統的重要組成部分，通過下丘腦釋放促腎上腺皮質激素釋放激素調節機體的功能。腦卒中后缺血缺氧刺激腦組織分泌IL-1β、腫瘤壞死因子-α和IL-6，增加促腎上腺皮質激素釋放激素的合成，導致腎上腺束狀帶分泌過量的糖皮質激素[28]。在臨床上，尿皮質醇水平較高的腦卒中患者更易罹患感染，這也間接反映了較高的血液糖皮質激素水平[29]。糖皮質激素具有強大的抗炎作用，可減少T細胞導致的IFN-γ的生成并誘導其凋亡，同時促進單核細胞分泌IL-10，這可能是缺血性腦卒中后淋巴細胞減少的原因。流行病學調查顯示，入院前服用糖皮質激素與缺血性腦卒中患者短期病死率增加相關[30]。

2.1.3副交感神經系統 膽堿能抗炎途徑主要包括迷走神經、脾臟和煙堿乙酰膽堿受體α7。缺血性腦卒中后，激活的副交感神經系統通過分泌乙酰膽堿激活膽堿能神經遞質，乙酰膽堿可抑制外周炎癥細胞因子的釋放，保護神經細胞免受氧化應激，并促進腦功能恢復。有研究發現，延遲給予小鼠腦卒中模型Varenicline(一種煙堿乙酰膽堿受體α7的高親和力激動劑)可減少大腦炎癥反應，改善小鼠運動功能，表明活化的副交感神經系統對缺血性腦卒中有神經保護作用[31]。

2.2SIID對缺血性腦卒中的影響 SIID可以通過下調免疫反應而減少炎癥反應，保護中樞神經系統免受自身免疫的侵擾，與此同時也減弱了機體對病原體的抵抗力，導致感染風險增加。流行病學數據表明，腦卒中后感染是患者死亡和殘疾的主要原因，且與較高的復發率和再入院率相關；腦卒中相關性肺炎(stroke-associated pneumonia，SAP)和尿路感染是腦卒中后感染的主要形式，且兩者患病率相似；肺炎是臨床最常見的感染類型，與腦卒中患者的不良預后獨立相關，對神經功能的恢復影響最大，而SAP可顯著增加患者30 d、1年和3年的病死率[24]。因此，有效控制SAP對改善患者存活率和生活質量均具有重要意義。傳統觀念認為，誤吸及其相關危險因素(如意識障礙和吞咽困難)是導致SAP的關鍵，由于多巴胺傳遞異常[32]，腦卒中患者的吞咽反射和P物質的釋放被抑制，使患者更有可能暴露于病原微生物中，而有吞咽困難的患者發生肺炎的可能性是普通患者的11倍[27]。研究表明，在同等程度的吞咽困難或意識障礙的情況下，腦卒中患者更易發生肺炎[33]，提示可能有另一種機制參與其中。有研究發現，在小鼠腦卒中模型中，僅需200個肺炎鏈球菌菌落形成單位進行鼻腔接種即可導致小鼠患嚴重肺炎，而對照小鼠需接種幾百倍甚至更多的菌落形成單位，才能誘發肺炎；使用β受體阻滯劑阻滯小鼠的交感神經系統功能可以防止INF-γ缺乏和細菌感染的發生，但阻滯下丘腦-垂體-腎上腺軸卻無這種效果[34]。表明SAP是多種機制綜合作用的結果，誤吸等因素為病原菌的侵入提供了可能，而SIID加速了感染的發生。更重要的是，是交感神經系統而非下丘腦-垂體-腎上腺軸在其中起主導作用。

3 免疫調節治療

對于免疫反應，機體直接的反應為發生感染，而感染也是影響預后與結局的關鍵事件，因此預防或減少感染是急性缺血性腦卒中的重要治療方向之一。研究人員嘗試預防性使用廣譜抗生素減少致病菌以達到防治缺血性腦卒中后感染的目的，但各種試驗結果并不理想。如一項小型隨機對照試驗顯示，美洛西林和舒巴坦聯合應用可改善腦卒中患者的臨床癥狀，其他抗生素如頭孢菌素也表現出神經保護作用[35]。但在缺血性腦卒中早期應用氟喹諾酮類藥物治療則不利于嚙齒動物的預后[36]。另有研究認為，與無抗生素預防性治療相比，缺血性腦卒中前使用氟喹諾酮類藥物可提高小鼠腦卒中后的存活率，并有助于神經功能的恢復[37]。由于存在爭議，目前預防性抗生素治療尚不推薦用于急性腦卒中患者。鑒于缺血性腦卒中治療的現狀以及SIID在病理生理機制中的重要性，多種預防SIID的免疫調節療法逐漸出現。β受體阻滯劑通過與兒茶酚胺競爭性結合β受體，從而阻斷交感神經系統，改善SIID。動物實驗表明，使用普萘洛爾和糖皮質激素受體拮抗劑米非司酮雙重阻斷交感神經系統和下丘腦-垂體-腎上腺軸可顯著減小腦梗死體積，增加長期存活率，促進腦卒中小鼠感染后的恢復[38]。此外，普萘洛爾還能減少脾臟中凋亡細胞的數量，增強免疫細胞釋放促炎細胞因子的能力[39]，普萘洛爾對免疫反應的影響或許正是導致小鼠腦梗死體積縮小的原因。Prass等[40]進一步評估了β受體阻滯劑對SAP易感性的影響，他們通過構建局灶性腦缺血模型并鼻內注射肺炎鏈球菌模擬細菌性肺炎發現，缺血性腦卒中發作后4 d，小鼠肺炎患病率達峰值，而缺血處理前給予普萘洛爾可減少肺炎的發生，并將易患風險期延長至14 d，為預防感染提供了足夠的時間窗。在臨床研究中，β受體阻滯劑的治療價值也得到了一定的認可。試驗數據表明，β受體阻滯劑與缺血性腦卒中病死率及醫院獲得性肺炎發病率相關，住院期間接受β受體阻滯劑治療的患者30 d病死率均較低，而在缺血性腦卒中發作前使用β受體阻滯劑可減輕腦缺血的嚴重程度，并逆轉肺部感染[33,41]。但也有研究認為，β受體阻滯劑僅能抑制尿路感染，并不能影響SAP，這可能與患者年齡以及基礎合并癥等有關[42]。由于交感神經系統抑制在發揮神經保護作用的同時并不會惡化腦卒中患者的神經功能，因此研發靶向抑制交感神經系統的藥物可能成為一種可行的腦卒中治療方法，但要將其真正推廣應用于臨床仍需多中心、大樣本的對照試驗加以驗證。

4 小 結

腦卒中對大腦的損害是一種免疫調節反應，作為對大腦中高度炎癥環境的反饋，交感神經系統、副交感神經系統和下丘腦-垂體-腎上腺軸過度活化產生多種免疫抑制分子，這是大腦防止自身受損的防御機制。預防和治療腦血管疾病具有長期用藥和多藥聯合的特征，但效果甚微。因此，研究和開發相關藥物并采取個體化的治療方案迫在眉睫。有效改善缺血性腦卒中后的炎癥可在免疫系統與中樞神經系統間形成穩態，不僅能夠阻斷炎癥細胞分泌有害因子，還能防止SIID的發生。未來應進一步研究缺血性腦卒中后的炎癥免疫及SIID的精確機制，探尋更多的非傳統療法，以實現免疫系統與中樞神經系統的雙重保護。