炎癥反應(yīng)在顱內(nèi)動脈瘤進(jìn)展和破裂中的作用

李悅 吉航 劉翼

顱內(nèi)動脈瘤(IA)是一種常見的血管疾病,人群患病率為3～8%。部分IA可以逐漸發(fā)展直至破裂出血,形成自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血(SAH)。盡管破裂的總體概率不高,IA破裂引起的SAH可以造成約25%病 人的院前死亡,以及總體約50%的病 人死亡和神經(jīng)功能廢損[1]。相對于其他形式的腦卒中,IA的病 人群體更年輕(中位患病年齡約55歲),因而導(dǎo)致更沉重的疾病負(fù)擔(dān)和更高的傷殘調(diào)整生命年。目前,IA的臨床治療手段包括血管內(nèi)介入治療和開放手術(shù),可以有效的阻斷高風(fēng)險(xiǎn)IA的破裂和破裂IA的再出血。然而,對于占比更高的暫時“穩(wěn)定”的IA病 人,目前只能建議保守治療和定期復(fù)查,暫無有針對性、經(jīng)濟(jì),且風(fēng)險(xiǎn)小的臨床干預(yù)措施。這使得病 人始終處于IA意外破裂的風(fēng)險(xiǎn)中。因此,深入探索IA進(jìn)展和破裂的機(jī)制有助于開發(fā)和制定針對暫時穩(wěn)定IA的治療和臨床管理策略。

炎癥反應(yīng)在IA進(jìn)展和破裂中發(fā)揮重要作用。同時,炎癥反應(yīng)與病人遺傳易感性、表觀遺傳特征、環(huán)境因素等的廣泛關(guān)聯(lián)提示炎癥是多種IA潛在病因作用的綜合反映[2]。因此,在缺乏整合研究手段的當(dāng)下,探索炎癥反應(yīng)的特征及其與IA分子病理改變、臨床表型的關(guān)聯(lián)有助于對未破裂IA病人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分層,加深對疾病機(jī)制的理解和促進(jìn)開發(fā)有效的分子靶點(diǎn)。本文將總結(jié)炎癥在IA中的重要研究進(jìn)展,包括血管對血流變化的響應(yīng)及炎癥在其中的作用,關(guān)鍵炎癥細(xì)胞和介質(zhì)對IA瘤壁完整性的影響等。盡管以往認(rèn)為IA進(jìn)展和破裂是不同的病理過程,近期的研究提示二者的危險(xiǎn)因素十分相似[3],這意味著IA進(jìn)展和破裂的局部病理學(xué)改變可能是同源的、發(fā)展的關(guān)系。因此本文不對炎癥反應(yīng)之于IA進(jìn)展和破裂的作用加以區(qū)分。

一、血流動力學(xué)與血管壁的適應(yīng)性改變

將血液在血管中的流動簡化為牛頓流體的運(yùn)動,血管壁承受切向的壁面剪切應(yīng)力(WSS)和法向的周向應(yīng)力。二者與血液流速、膨脹壓、血管直徑、血管壁厚度和血液黏稠度有關(guān)。生理水平血液流速和血壓的變化在一個區(qū)間內(nèi),則WSS和周向應(yīng)力是血管直徑和厚度的函數(shù),即壁面剪切應(yīng)力受到管徑的調(diào)節(jié),而膨脹壓則與血管壁厚度相關(guān)[4]。血流和血壓適應(yīng)于生理?xiàng)l件的改變處于波動中,通過調(diào)節(jié)血管直徑和管壁厚度,WSS和周向應(yīng)力也被維持在一個范圍內(nèi)。在IA中,WSS是一個備受關(guān)注的血流動力學(xué)參數(shù)。有假說提出,低WSS伴隨高震蕩剪切指數(shù)將促進(jìn)炎癥反應(yīng),從而導(dǎo)致巨大、粥樣硬化性IA的形成;相反,高WSS和正WSS梯度可以通過破壞壁細(xì)胞和血管外基質(zhì)誘導(dǎo)較小的IA破裂[5]。

血管適應(yīng)WSS的變化主要依賴于內(nèi)皮細(xì)胞(EC)和血管平滑肌細(xì)胞(vSMC)功能狀態(tài)的調(diào)整。EC和vSMC是顱內(nèi)血管的主要細(xì)胞成分,在調(diào)節(jié)血管舒縮活動以及血管結(jié)構(gòu)適應(yīng)性重塑方面發(fā)揮重要作用。EC直接感知血流的改變,通過產(chǎn)生NO/ET-1對WSS的改變做出應(yīng)答。WSS持續(xù)異常可以引起血管壁的重塑。這種重塑作用依賴于EC的NF-κB轉(zhuǎn)錄激活和下游炎癥基因的表達(dá)。EC功能的改變同時誘導(dǎo)vSMC狀態(tài)的變化。vSMC是主要的壁細(xì)胞,具有收縮功能和調(diào)整細(xì)胞外基質(zhì)成分的作用。vSMC需要對來自內(nèi)皮細(xì)胞的NO/ET-1信號作出應(yīng)答,通過舒縮作用即時調(diào)節(jié)管徑以便維持適當(dāng)?shù)腤SS。vSMC還可以感知血壓引起的血管壁拉應(yīng)力,進(jìn)而調(diào)控膠原的產(chǎn)生和交聯(lián)。在WSS持續(xù)異常的狀態(tài)下,vSMC的表型轉(zhuǎn)化和異常增殖介導(dǎo)了肌內(nèi)膜增厚和血管壁重塑。

二、血流動力學(xué)紊亂介導(dǎo)的EC功能受損啟動炎癥反應(yīng)

EC功能紊亂或缺失是血流動力學(xué)誘導(dǎo)IA形成的一個關(guān)鍵事件。EC表面的壓力傳感器包括離子通道、整合素、細(xì)胞黏附分子和G蛋白偶聯(lián)受體等。在層流的條件下,WSS通過這些壓力傳感器同時激活抑制有絲分裂的AMPK和促進(jìn)增殖的Akt,調(diào)節(jié)mTOR信號的平衡,進(jìn)而阻滯EC細(xì)胞周期進(jìn)程。一旦WSS降低,EC發(fā)生形態(tài)學(xué)改變甚至凋亡,并產(chǎn)生大量血管活性和炎癥介質(zhì)。IL-1β和TNF介導(dǎo)的EC NF-κB的激活是炎癥反應(yīng)啟動的關(guān)鍵[6]。NF-κB誘導(dǎo)環(huán)氧化酶(COX)表達(dá)上調(diào),在局部產(chǎn)生大量前列腺素,后者又可通過結(jié)合前列腺素E2受體維持NF-κB的活化狀態(tài),形成正反饋。NF-κB誘導(dǎo)的VCAM-1、CAM-1、MCP-1,以及低WSS狀態(tài)將促進(jìn)炎癥細(xì)胞的黏附和浸潤。EC形態(tài)學(xué)的改變導(dǎo)致血管通透性增加也促進(jìn)炎癥細(xì)胞的局部浸潤。EC的形態(tài)學(xué)的改變與低WSS誘導(dǎo)肌動蛋白絲排列異常有關(guān),并將在PKC和p53信號通路的作用下發(fā)生凋亡。

局部EC的缺失導(dǎo)致血小板(PLT)的迅速聚集和激活,形成局部血栓,進(jìn)而募集大量炎癥細(xì)胞。外周血中性粒細(xì)胞極易受到活化PLT的募集。PLT表達(dá)的血小板受體GPIbα啟動中性粒細(xì)胞的滲出。在PLT來源的P-selectin/CD40L與中性粒細(xì)胞受體PSGL-1/CD40的作用下,PLT和中性粒細(xì)胞形成血小板-中性粒細(xì)胞復(fù)合物,相互激活進(jìn)而釋放更多的炎癥介質(zhì)。最近的研究顯示,PLT可以調(diào)控巨噬細(xì)胞的功能,并與心血管疾病的進(jìn)展有關(guān)。在血小板-巨噬細(xì)胞復(fù)合物中,活化PLT誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞SOCS3表達(dá)上調(diào)和SOCS1/SOCS3比例下降,從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞的炎癥表型和IL-6/IL-1β/TNF-α等表達(dá)上調(diào)[7]。因此,IA附壁血栓的形成極大地加速了IA的病理進(jìn)程。

三、炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換

vSMC的病理性表型轉(zhuǎn)換是IA形成和發(fā)展的關(guān)鍵事件[8]。除血管拉應(yīng)力外,生長因子/生長抑制因子、轉(zhuǎn)錄因子、炎癥因子、細(xì)胞-細(xì)胞相互作用,以及細(xì)胞外基質(zhì)的改變均可調(diào)控vSMC的表型。CD137L-CD137可以結(jié)合NFATc1蛋白,進(jìn)而抑制收縮蛋白的表達(dá)。類似的,補(bǔ)體C3也能夠抑制收縮蛋白的表達(dá),促進(jìn)vSMC轉(zhuǎn)換為合成型,miR-145則通過抑制C3促進(jìn)vSMC轉(zhuǎn)化為收縮型。此外,NLRP3炎癥小體、IL-1β、巨噬細(xì)胞來源的外泌體均能誘導(dǎo)vSMC去分化。除炎癥因子外,代謝因素(如乳酸、同型半胱氨酸、氧化低密度脂蛋白)、生長因子(如PDGF-BB、TGF-β、SMAD 2/3)、轉(zhuǎn)錄因子(如KLF4、RUNX2、SOX9)、非編碼RNA(如miR-182-3p、miR-206、miR-542-3p)以及整合素家族均參與vSMC表型的調(diào)控。既往認(rèn)為,vSMC具有收縮型和合成/增殖型兩種表型。近期的研究發(fā)現(xiàn),vSMC具有表型多樣性[9]。合成型vSMC高表達(dá)骨調(diào)素OPN、MMP-9、波形蛋白VIM等;成骨型vSMC高表達(dá)骨性標(biāo)志物如 OC、Col1α1、II/X型膠原等,并參與血管鈣化;巨噬細(xì)胞樣vSMC表達(dá)CD68和α-SMA并具有吞噬功能;間充質(zhì)樣vSMC高表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物SCA1,并可向收縮型vSMC分化;成纖維細(xì)胞樣vSMC表達(dá)成纖維細(xì)胞標(biāo)志物如DCN、BGN、LUM,在粥樣硬化斑塊中常見。盡管如此,IA中vSMC的表型及其與IA不同類型、進(jìn)展和破裂的關(guān)聯(lián)仍需探索。

四、IA壁中的單核/巨噬細(xì)胞是炎癥反應(yīng)的樞紐

大量研究表明,單核/巨噬細(xì)胞(Mono/Maco)在IA進(jìn)展和破裂中發(fā)揮關(guān)鍵的作用[2]。Mono/Macro和淋巴細(xì)胞的浸潤可能發(fā)生在IA形成的早期。由于取樣的限制,我們難以得知這些早期浸潤的免疫細(xì)胞的功能,以及它們?nèi)绾斡绊慖A的進(jìn)程。通過免疫組化和影像學(xué)的研究,人們發(fā)現(xiàn),Mono/Macro比例的升高是IA破裂的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。同時,小規(guī)模的臨床試驗(yàn)顯示,每周大于三次服用阿司匹林可以減輕IA壁的炎癥反應(yīng),可能與降低Mono/Macro的浸潤有關(guān)。基于巨噬細(xì)胞M1/M2型的理論,促炎型M1巨噬細(xì)胞和抗炎型M2巨噬細(xì)胞比例失衡對于IA壁細(xì)胞的損失和細(xì)胞外基質(zhì)的降解是重要的,因?yàn)榇傺仔蚆1巨噬細(xì)胞可以產(chǎn)生大量的TNF、IL-1β以及MMPs。我們發(fā)現(xiàn),Mono/Macro是IA壁中含量最多的免疫細(xì)胞類型之一。在募集免疫細(xì)胞和與其他細(xì)胞相互作用方面,巨噬細(xì)胞(Macro)是最活躍的。Macro表達(dá)大量的趨化因子和TNF。趨化因子通過結(jié)合相應(yīng)受體,定向作用于中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等;TNF則作用于局部幾乎所有的細(xì)胞,其激活免疫細(xì)胞的作用不言而喻。在募集炎癥細(xì)胞方面,抗炎型M2巨噬細(xì)胞與M1型巨噬細(xì)胞同樣活躍,這意味著抗炎的M2細(xì)胞也有能力募集大量免疫細(xì)胞。不同之處在于,M2巨噬細(xì)胞表達(dá)的LGALS9高于TNF。LGALS9編碼的半乳糖凝集素9(Galectin-9)通過結(jié)合HIVCR2可以誘導(dǎo)Th1細(xì)胞死亡,從而拮抗M1型巨噬細(xì)胞。同時,Galectin-9也可以促進(jìn)局部IL-1β水平的升高,后者是促進(jìn)IA進(jìn)展的關(guān)鍵因素。另外,Galectin-9也誘導(dǎo)ERK1/2的磷酸化促進(jìn)IL-6/IL-8/IL-12以及多種趨化因子的釋放。因此,IA局部的M2巨噬細(xì)胞并非只發(fā)揮平息炎癥反應(yīng)的作用,而僅僅是拮抗Th1型炎癥反應(yīng)。這些結(jié)果表明,Mono/Macro是IA局部炎癥反應(yīng)的樞紐,發(fā)揮募集免疫細(xì)胞和調(diào)控功能的作用。

五、中性粒細(xì)胞是炎癥反應(yīng)破壞IA壁的效應(yīng)器

既往的研究并不重視中性粒細(xì)胞在IA中的局部浸潤及其影響。然而,近期的研究發(fā)現(xiàn),中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)(NETs)可以加速IA破裂[10]。NETs是中性粒細(xì)胞死亡時釋放的DNA、組蛋白、抗菌肽等交織形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì),具有捕獲和殺死細(xì)胞外病原體的功能。在小鼠IA模型中,研究人員觀察到了NETs的存在,以及NETs與IA形成和破裂的強(qiáng)相關(guān)性。全局或局部敲除肽基精氨酸脫亞胺酶4(PADI4)可以抑制NETs的水平。使用Cl-amidine也可以有效降低NETs水平,并伴隨ICAM-1、MCP-1、TNF-α、IL-1β等表達(dá)的降低。此外,一些研究提示中性粒細(xì)胞高表達(dá)MPO與IA壁損傷的關(guān)聯(lián)。我們發(fā)現(xiàn),中性粒細(xì)胞受到以Mono/Macro為主的多種細(xì)胞的募集,但與其他免疫細(xì)胞、血管細(xì)胞的相互作用是稀疏的,因此認(rèn)為中性粒細(xì)胞是炎癥反應(yīng)的效應(yīng)器。然而,基于免疫組化方法檢測IA局部中性粒細(xì)胞浸潤水平與單細(xì)胞測序技術(shù)有較大的偏差。可能由于基于免疫組化的研究觀察到的中性粒細(xì)胞較少,導(dǎo)致研究人員對中性粒細(xì)胞的關(guān)注不足。我們推測下列因素導(dǎo)致這種情況的發(fā)生:(1)樣本的偏倚。免疫組織化學(xué)對樣本小大的要求較低,而單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序需要相對大的組織。這使得免疫組化可以用于研究較小的IA。其中,部分IA處于相對早期的階段,免疫細(xì)胞浸潤稀疏。相對而言,較大的IA更可能經(jīng)歷了較長的病程,炎癥反應(yīng)存在且處于平衡狀態(tài)。(2)技術(shù)的偏倚。免疫組化與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序?qū)χ行粤＜?xì)胞的捕獲效率差異的系統(tǒng)研究尚未見報(bào)道,但單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組是捕獲細(xì)胞更敏感的方式。在結(jié)果的穩(wěn)健性方面,單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序可以同時比較多種標(biāo)志基因的表達(dá),更有希望獲得穩(wěn)健的結(jié)果。近期有研究顯示,盡管壽命短暫,中性粒細(xì)胞在外周血和組織浸潤后均存在顯著的功能異質(zhì)性[11]。這意味著IA局部的中性粒細(xì)胞可能不全是破壞性的,進(jìn)一步鑒定中性粒細(xì)胞功能亞群及其對IA的病理意義是未來研究的方向。

六、展望

隨著人口老齡化的加重,IA的檢出率日漸增高。炎癥反應(yīng)在IA的研究中受到關(guān)注的原因在于大多數(shù)病 人可能處于疾病“穩(wěn)定”的階段,而目前缺乏相應(yīng)的臨床管理共識和恰當(dāng)?shù)闹委煼椒āＱ装Y反應(yīng)局部的多種細(xì)胞、介質(zhì)與IA壁損害、進(jìn)展和破裂的關(guān)聯(lián)已經(jīng)逐步得到鑒定。然而,目前尚無靶向炎癥反應(yīng)的藥物治療可以有效阻斷IA的進(jìn)展。我們認(rèn)為,這可能與以下因素有關(guān):(1)IA發(fā)病、進(jìn)展和破裂的復(fù)雜性。IA的發(fā)生依賴于遺傳易感性、表觀遺傳、環(huán)境等諸多因素的相互作用。然而,目前缺乏有效的手段整合研究這些不同水平的特征。炎癥反應(yīng)是多種因素作用的綜合反映,但炎癥與其他IA誘發(fā)因素的關(guān)聯(lián)尚未被充分探索。(2)炎癥反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜性,目前研究的通量限制了我們對細(xì)胞、炎癥介質(zhì)相互作用的探討。近年來,常規(guī)轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞/空間轉(zhuǎn)錄組測序,以及包括蛋白質(zhì)組、代謝組學(xué)等其他組學(xué)技術(shù)逐漸被應(yīng)用于IA的研究,極大地?cái)U(kuò)展了我們對疾病的認(rèn)識。但是在探討相互作用方面,這些組學(xué)手段非常依賴于統(tǒng)計(jì)推斷,也存在相當(dāng)程度的假陽性率。因此,探索高效的分子-分子、細(xì)胞-細(xì)胞、血流動力學(xué)-細(xì)胞、基因-力學(xué)相互作用研究技術(shù)有助于解碼復(fù)雜的炎癥反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),以及理解不同水平的因素在IA進(jìn)展和破裂中的作用。