糖皮质激素对脑内炎症反应的促进作用*

顾 云， 庄 重

(1南京中医药大学第二临床医学院，江苏南京210046;2南京大学生命科学学院，江苏南京210093)

过去的研究认为糖皮质激素(glucocorticoids，GC)具有免疫抑制和抗炎的作用，能抑制淋巴细胞的增殖和树突状细胞的成熟，促进嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞和T细胞的凋亡等，故在临床上作为抗炎药和免疫抑制剂广为使用。然而临床研究日益发现，GC并不能缓解和改善缺血性脑中风、创伤性脑损伤及脑出血等引起的炎症，有时反而还会加重病情[1]。再者，机体应激反应时体内糖皮质激素大量分泌，长期应激和免疫性疾病往往协同作用，增强脑内的炎症反应，共同诱发精神性疾病，如抑郁症、老年性痴呆等[2]。最近的研究说明，GC[内源性GC在灵长类主要是皮质醇，在啮齿类主要是皮质酮(corticosterone，CORT)]在细胞、炎症介质和转录因子水平上均参与了促进炎症反应的作用[3，4]。掌握GC对脑内炎症反应调节作用的特点和机制，对促进临床合理用药和疾病康复具有重要意义。鉴于大脑结构的特殊性(有坚硬的颅骨保护)，不能对人脑直接进行研究，目前的研究成果多来自动物实验，以下仅对这部分最新研究进展进行阐述。

1 GC脑内促炎作用的确定

1.1 GC参与了应激对脑内炎症反应的促进作用尽管很早就有研究说明应激会加重脑损伤和脑内炎症，但尚不能确定 GC是否参与了该促炎作用[5]。2006年，Munhoz等[6]报道，给大鼠施以2周的慢性不可预期的应激刺激(如束缚、被迫游泳、饮食剥夺等)，间隔24 h后腹腔注射脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，发现应激组较正常组前额叶皮层和海马区炎症反应增强，而用糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)的拮抗剂米非司酮(mifepristone，RU －486)可以阻断这一促炎作用[7];同年，de Pablos等[8]发现给大鼠施以9 d慢性不可预测的应激刺激可以增强前额叶皮层注射LPS诱发的炎症反应，且该促炎作用可被GR拮抗剂阻断。这2项研究说明GC参与了应激反应的促炎作用，但GC本身的促炎作用和相关机制仍不清楚。

1.2 GC本身具有促炎作用 Dinkel等[9]给大鼠皮下注射高剂量的CORT，1 h后在海马CA3区注射海人草酸(kainic acid，KA，是谷氨酸 KA受体的激动剂)，CORT加重了KA诱发的海马区损伤和炎症反应。MacPherson[10]等分离大鼠胚胎的海马组织细胞进行体外培养，也发现用高剂量的CORT处理后，CORT增强了KA诱发的这些细胞的炎症反应。这些研究说明高水平的CORT有加重脑损伤和促进炎症的作用。2010年，Munhoz等[7]发现给切除肾上腺的大鼠皮下注射 CORT 3 d，CORT可以剂量依赖性地促进iv LPS诱发的额叶皮层和海马区的炎症反应。Perez－Nievas等[11]发现大鼠体内CORT的基础水平越高，腹腔注射LPS诱发的脑内炎症反应越强。而Frank等[12]的研究则进一步明确了GC的促炎作用，他们发现直接给大鼠皮下注射CORT(其用量可使血中CORT保持高水平4 h以上，24 h后恢复正常)，24 h后腹腔注射LPS，CORT组各脑区炎症反应的程度远大于对照组。另外，为了排除皮下注射CORT对下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴或GR表达的影响，Frank等[12]给大鼠皮下注射CORT 24 h后，分离其海马区小胶质细胞(并保留其免疫活性不变)，发现这些小胶质细胞在离体情况下较对照组仍具有更强的炎症反应特征，说明CORT不是通过抑制LPS激活下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴来促炎，而是CORT本身具有促炎作用。总之，这些研究说明高水平的GC本身具有加重脑损伤和增强脑内炎症反应的直接作用。

2 GC促进脑内炎症反应的机制

2.1 组织细胞水平的研究

①GC促进免疫细胞的重新分布，加强细胞免疫Dhabhar等[13]发现应激能使体内免疫细胞重新分布，如在急性应激时，外周组织中白细胞会向受损组织周围迁移、聚集和渗出，同时血液中白细胞的数量减少。若阻断GC的合成或切除肾上腺则不会出现这一现象，说明在外周组织中，GC具有介导应激使免疫细胞重新分布的作用。而GC在脑内也具有同样的作用，如Dinkel等[9]将大鼠分为INT(正常组)、ADX(切除肾上腺，给予生理剂量CORT)、CORT(给予高剂量 CORT)和 INT+met(met即 metyrapone，GC合成的抑制剂)，各组海马CA3区注射KA诱发损伤，发现24h后，CORT组的促炎作用最强，损伤区颗粒细胞、巨噬细胞及小胶质细胞数量大量增加，细胞免疫增强;而INT+met和ADX组受损区的炎症反应明显降低。

②GC加重脑损伤，促进神经元、星形胶质细胞死亡及激活小胶质细胞 Dinkel等[9]发现皮下注射CORT能加重海马CA3区注射KA所诱发的损伤，且损伤面积比对照组大，而阻断GC的合成或切除肾上腺均能阻断这一作用。de Pablos等[8]给大鼠施以9 d不同的应激刺激后，前额叶皮层注射LPS，发现应激反应会促进LPS诱发的炎症反应，注射区周围神经元和星形胶质细胞大量死亡、小胶质细胞大量激活和聚集，而用RU486可阻断这一促炎作用。这些研究说明GC大量分泌且同时伴随脑组织损伤时会加重脑损伤，诱发损伤区周围脑神经元和星形胶质细胞的死亡，同时激活小胶质细胞，促进脑内炎症反应。

小胶质细胞是脑内主要的免疫细胞，约占脑细胞总数的12%，生理状态下，小胶质细胞处于静止状态，监测脑局部环境的变化，在环境变化或受到免疫刺激时，它激活并表达多种表面分子，如主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)、人白细胞分化抗原14(cluster of differentiation 14，CD14)、趋化因子受体等。小胶质细胞的激活程度不同对神经元的作用也不同:短期激活时小胶质细胞分泌促炎细胞因子、抑制病原体增殖、清除坏死神经元、促进神经损伤修复，具有保护神经元的作用;然而一旦过度激活，则引起长期的神经炎症反应、诱发神经元的死亡和抑制神经再生[14]。近来发现，在体情况下，小胶质细胞很可能是GC脑内促炎作用的主要参与者，如对小鼠进行束缚应激或po外源性CORT，都能促进脑内小胶质细胞的激活和增殖，而用GR拮抗剂可阻断这一促炎作用[15];给大鼠 sc CORT后，分离其海马小胶质细胞进行检测，发现这些小胶质细胞的免疫活性被增强[12]。

2.2 GC促进脑内促炎细胞因子的表达 促炎细胞因子是体内炎症反应的主要标志物之一。近来很多实验都发现GC能够促进脑内促炎细胞因子，尤其是白细胞介素 －1β(interleukin－1β，IL －1β)和肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor α，TNF － α)在 mRNA和蛋白水平上都高表达。MacPherson等[10]分离大鼠胚胎的海马组织细胞，进行体外培养，发现用高剂量CORT处理能增强KA诱发的细胞炎症反应，IL－1β表达增多。在体内研究中，Munhoz等[7]发现给大鼠皮下注射CORT能剂量依赖性地增加静脉注射LPS诱发的皮层和海马区促炎细胞因子IL－1β和TNF－α的表达。另外，Frank等[12]给大鼠皮下注射CORT后，分离其海马区的小胶质细胞进行体外培养和检测，发现CORT促进了这些小胶质细胞的激活和IL－1β、TNF－α的表达。

2.3 GC促进脑内与炎症反应相关的核转录因子的表达和激活 GC可以直接跨越核膜，和核内GC受体结合，调节核转录因子的活性，调控基因的表达。核转录因子 －κB(nuclear factor－kappa B，NF－κB)调控多种炎症因子的基因转录，已有多项研究发现GC有促进 NF－κB表达并增强其活性的作用。Munhoz等[6，7]发现给大鼠施以2周慢性不可预期的应激能够增强腹腔注射LPS诱发的额叶皮层和海马区NF－κB的激活，用RU－486可阻断这一作用;而静脉注射CORT能剂量依赖性地增强LPS诱发的额叶皮层和海马区NF－κB的激活。这些研究说明，GC可以通过调控脑内基因转录来产生促炎作用。

2.4 其它

① GR 的拮抗剂可以阻断 GC 的促炎作用[7，8，15]，故GC的促炎作用不是通过下调GR表达引起GC抵抗来实现的。

②Frank等[12]给大鼠皮下注射 CORT后腹腔注射LPS，发现CORT同时促进了海马区促炎细胞因子和抗炎细胞因子IL－4、IL－10的表达，说明GC的促炎作用不是通过抑制抗炎细胞因子的表达引起的。

③有研究者认为GC能抑制神经元和胶质细胞对葡萄糖的利用，使细胞能量供给减少，导致突触间隙谷氨酸含量大量增加，对神经元产生兴奋毒性作用，这很可能参与了长期或过量GC的促炎作用。Nair等[15]发现小鼠经过6d束缚应激或po CORT，均能促进脑内小胶质细胞的激活和增殖，且这种促炎作用可被GR拮抗剂或N－甲基－D－天冬氨酸受体(N －methyl－D －aspartic acid receptor，NMDA 受体，是谷氨酸的受体之一)的拮抗剂阻断，说明CORT通过谷氨酸NMDA受体产生促炎作用。然而Munhoz等[6]发现2周不可预期的应激刺激虽能促进腹腔注射LPS诱发的大鼠脑内炎症反应，且这一促炎作用可被GR拮抗剂阻断，但是用NMDA受体拮抗剂却不能阻断，说明CORT并未通过谷氨酸的NMDA受体来产生促炎作用。总之，谷氨酸的兴奋毒性作用是否参与了GC的脑内促炎作用还存在争议。

3 GC脑内促炎作用的特点

3.1 时间方面

①GC水平升高的持续时间对脑内炎症反应的影响在外周组织，急性应激有促炎作用，而长期的应激或GC水平升高则产生抗炎作用。在脑内则不同，生理水平的GC有抗炎作用[16]，而GC过少或长期过多都有促炎作用[6，8，12，17]。Glezer等[16]发现生理状态下，腹腔注射RU486会加重之后纹状体注射LPS诱发的炎症反应，说明生理水平GC有抗炎的神经保护作用。MacPherson等[10]体外培养大鼠胚胎海马组织，发现CORT对KA诱发的细胞炎症反应的调节作用呈“U型”－过低或过高剂量的CORT都有促炎作用，而中等剂量的CORT则有抗炎作用。迄今为止，GC对脑内炎症反应促进或抑制的开关转换机制还不清楚。

②GC水平升高与脑内炎症反应的时间关系 GC水平升高对之后的炎症反应有促进作用[6，8，12，17]，但对之前的炎症反应有抑制作用[12，17，18]。给大鼠腹腔注射LPS诱发炎症反应2 h或24 h前皮下注射CORT能促进脑内小胶质细胞激活和促进IL－1β、TNF－α的生成，但腹腔注射 LPS 1 h后皮下注射CORT，则产生抑制作用[12]。

3.2 GC对不同脑区炎症反应的调节作用不同Munhoz等[6]发现GC可以促进海马区和额叶皮层的炎症反应，提高NF－κB活性和促炎细胞因子的表达;但在下丘脑区却抑制炎症反应。这一研究说明各脑区炎症反应受GC的影响不同。目前这方面的研究报道很少，机制也不清楚，很可能与小胶质细胞或GC受体在各脑区的分布、表达不同有关。

3.3 内源性GC和人工合成的GC对脑内炎症反应的调节机制不同 人工合成的GC，如地塞米松(dexamethasone，DEX)，不易通过血脑屏障，易被药物转运体排出，但能通过室周器官(此处缺乏血脑屏障)作用于垂体，抑制促肾上腺皮质激素(adreno－cortico－tropic－hormone，ACTH)的合成，减少内源性 GC分泌;而内源性GC很容易通过血脑屏障，作用于各脑区的GC受体。另外，GC受体有MR(mineralocorticoid receptor，MR)和GR两种，人工合成的GC和内源性GC与GC受体的亲和性各不相同:如DEX是GR的激动剂，与MR的亲和力极低;而内源性GC在体内含量低时，主要与亲和力高的MR结合，在体内含量高时，却主要与亲和力低的GR结合。临床上，合成的GC常用于对脑内炎症的控制[19]，鉴于内源性GC的脑内促炎作用以及合成的GC与内源性GC的不同，进一步研究和确定合成的GC对脑内炎症反应的影响及其作用机制是非常必要的，然而迄今为止，这方面的研究还很少[20]。

4 GC在应激促进脑内炎症反应中的作用

许多研究说明GC介导了应激的脑内促炎作用[6，8，12，15，17，21－24]，而应激反应初期交感神经系统兴奋，几分钟内肾上腺素(epinephrine，E)和去甲肾上腺素(norepinephrine，NE)迅速增高，应激早期E和NE以促炎作用为主，NE受体的拮抗剂能够阻断应激诱导的脑内促炎细胞因子的生成[25，26]。已知GC对NE有允许作用，因此GC很可能加强了应激早期NE的促炎作用。

应激早期可诱发脑内IL－1β的生成，IL－1β可激活下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴，从而促进GC的分泌[27]。研究表明，脑内注射IL－1β的受体拮抗剂(interleukin 1 receptor antagonist，IL －1ra)可以阻断大鼠应激引起的CORT的分泌及其脑内促炎作用[23];另外脑内注射IL－1β抗体也降低了大鼠血浆CORT的水平，并减轻了应激之后脑缺血的损伤[28]。这些研究说明，IL－1β通过GC参与了应激的脑内促炎作用。

综上所述，GC介导了应激的脑内促炎作用，而NE和IL－1β位于该促炎作用信号通路的上游，阻断NE、IL－1β或GC都可以阻断应激的脑内促炎作用。

5 应激反应中GC脑内促炎作用的生物学意义

应激的概念最早(1936年)由Hans Selye提出，他认为应激时，肾上腺皮质大量分泌GC，增强了机体的适应性;而应激反应过度或异常则引起关节炎、哮喘等免疫性疾病。后来的研究发现，GC具有免疫抑制、抗炎的作用。这样就产生了一个GC如何提高机体适应性的矛盾:即一方面应激早期，个体常常面临损伤、病原体感染等威胁，需要调动机体的免疫功能以对抗病原体的入侵、防止感染和促进伤口愈合;另一方面，应激时分泌的大量GC抑制了免疫反应。因此，1984年，Munck等[29]根据应激早期体内促炎细胞因子大量生成和应激诱发GC大量分泌出现较晚的这两个现象，提出GC是通过抑制应激反应来提高机体适应性的观点:应激早期机体的免疫反应增强，晚期GC大量分泌，防止应激引起过度的免疫反应，帮助机体恢复体内的免疫平衡。这一理论很好地解释了应激反应中免疫需求和GC的免疫抑制作用之间的矛盾，也很好地解释了应激相关免疫性疾病的发生，如长期应激个体中，若GC分泌不足，则引起自身免疫性疾病，如牛皮癣、关节炎、哮喘等;若GC分泌过度，则引起免疫抑制性疾病，如感染、癌症等。之后，Munck的理论被广泛接受，而GC也被大量用于抗炎和免疫性疾病的治疗中。

在脑内，良性应激或生理水平的GC具有抗炎作用，而长期或大量的GC分泌则有促炎作用。那么，如何解释应激中GC在脑内的促炎作用呢?我们认为，脑的结构特殊，有颅骨保护，且有血脑屏障存在，不易受到外界损伤和病原体的入侵，具有相对安全性，然而大脑通过神经或体液途径能够监控外周组织免疫状态[30]，外周的炎症反应也能诱发脑内促炎细胞因子的释放，因此生理水平GC的抗炎作用可以保护大脑不受外周炎症反应的干扰，保持脑内的免疫平衡;但在严重或长期应激情况下，GC的促炎作用能够促进脑内促炎细胞因子生成，从而诱发病态行为[30]，增强机体的适应性。如发热有利于抑制病原体在宿主体内繁殖和清除病原体;增加睡眠、减少运动和探究行为，有利于减少个体的能量消耗并保证安全等。然而，过度应激时，GC长期大量分泌，则引起脑内长期的神经炎症反应，易诱发精神性疾病[14，30]。

6 结语

综上所述，脑内生理水平的GC具有抗炎作用，而体内GC异常增高或长期高水平则有促炎作用。已有的研究表明，GC是通过GR受体介导，激活脑内小胶质细胞，从而促进脑内的炎症反应并加重已有的脑损伤，但是GC促炎的细胞分子机制以及GC对脑内炎症促进或抑制的开关转换机制仍不清楚，有待进一步研究。再者，还需明确不同剂量的GC对不同脑区炎症调节作用的特点。另外，临床上合成GC广泛用于脑内抗炎治疗，但是针对有些脑损伤后炎症的治疗效果并不好，又鉴于内源性GC的促炎作用且与合成GC的作用机制不同，今后需进一步研究确定合成GC对脑内炎症的作用特点及其机制。最后，脑内炎症反应与多种精神性疾病的发生有关，针对GC脑内促炎作用机制的研究，有助于今后发现精神性疾病药物作用的新靶点，加强对脑内炎症反应的调控和相关疾病的预防。

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