肿瘤坏死因子－a对神经血管单元影响的研究进展

刘 琳（综述） 包正军 谭利明（审校）

在中枢神经系统（central nervous system，CNS）疾病中肿瘤坏死因子－a（Tumor ncerosis faetor－a，TNF－α）表达水平明显增高，在CNS炎症与水肿、神经元的退变和丢失以及免疫方面起着重要作用。长期以来人们对CNS的认识和研究都局限在神经元损伤和修复等方面，但近来研究显示非神经元细胞在CNS中也起到了相当重要的作用。神经血管单元（neurovascular unit，NVU）将局部的神经元、神经胶质细胞和微血管等看作一个整体，研究TNF－α对NVU 结构和功能的影响，有利于为整体研究CNS损伤及保护机制、寻找临床治疗的新靶点提供依据。

1 TNF－α的概况

肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）最早由Carswel在致敏的小鼠体内发现，该物质在体内可以使移植肿瘤发生出血、坏死，故将其命名为TNF。TNF分为两个亚型即TNF－α和TNF－β，其中TNF－α的生物学活性占TNF总活性的75%～95%。TNF 通过与靶细胞膜上的TNF 受体（tumor necrosis factor receptor，TNFR）相结合而发挥生物学作用，目前已知的TNFR 有两种即TNFRI和TNFR2，TNFRI表达于几乎所有的细胞表面，而TNFR2的表达主要局限于免疫细胞。

TNF－α是一种由多核巨细胞产生的有广泛生物学活性的细胞因子，参与机体免疫应答和炎症反应，其分子量为26 kDa，为2型跨膜蛋白单体（tmTNF），在CNS中TNF－α主要来源于小胶质细胞、星形胶质细胞、血源性巨噬细胞、神经元、周细胞和血管内皮细胞。TNF－α与其受体结合后有三个信号级 联反应，（1）细胞凋亡途径；（2）NF－κB 途 径；（3）JNK 途径。

2 神经血管单元的概念和结构

2003年亚裔美国科学家Lo首次提出了神经血管单元（neurovascular unit，NVU）的 概 念，NVU 是 一 个 概 念 性 框架，它将血管和神经元之间的相互作用看做一个整体单元，将微血管（血管内皮－基质－星形细胞足突－周细胞复合体是一个完整的部分）、血管周围的神经元和星形细胞及其突起，加上这些细胞周围的支持细胞（包括小胶质细胞和少突胶质细胞）看作一个单元。血脑屏障（Blood－brain barrier，BBB）是NVU 的核心结构。近十年来，人们对神经元的单一研究已逐渐发展到对NVU 的多细胞研究。NVU 各组分间的相互作用及细胞联系是保证神经血管功能正常的基础，调整和改善NVU 内部的稳态，保证脑细胞功能的正常运行，将使CNS的治疗达到更理想的效果。

3 TNF－α对NVU 的影响

3.1 TNF－α对毛细血管内皮细胞的作用

CNS损伤过程产生的TNF－α作用的靶点主要是血管内皮细胞。Jennifer等将小鼠内皮细胞及胶质细胞共培养发现，TNF－α能促进内皮细胞增殖［1］。但也有研究表明TNFa可引起人脑内皮细胞发生凋亡 ，TNF－α对血管生成发挥双重作用可能与细胞的来源、内环境及其结合的受体不同而异，体外和体内实验分别证明TNF－α能抑制和促进内皮细胞增殖，TNF－α与TNFR2 结合能刺激内皮细胞的生存、迁移和血管形成，相反TNFR1能抑制这些作用。

3.2 TNF－α对BBB的作用

BBB是NVU 的核心结构。国内外已有很多研究证明TNF－a表达水平增高与BBB 通透性密切相关［3］。Nishioku等通过体外培养小鼠大脑微血管内皮细胞和小胶质细胞发现，激活的小胶质细胞能释放TNF－α，引起BBB 功能紊乱［4］。张新宇通过大脑内注射TNF－α观察TNF－α对BBB的影响，结果表明BBB 通透性与脑组织水通道蛋白4（AQP4）表达呈显著正相关，并与脑水肿变化趋势一致，说明TNF－α能通过上调AQP4的表达来增加BBB 通透性，参与脑水肿形成和发展［5］。TNF－α还能通过蛋白激酶C－α（Protein Kinase C－α，PKC－α）来减少Rho表达，从而开放BBB，且这种开放可能与时间有关［6］。

3.3 TNF－α对紧密连接的作用

紧密连接（tight junction，TJ）是构成血脑屏障特征性的解剖和结构基础，闭合蛋白（Claudins）是TJ的重要组成部分，其中Claudin－5是CNS内皮细胞上TJ的主要蛋白。通过分离并培养小鼠脑原代微血管内皮细胞发现，TNF－a能够诱导NF－κB的亚基—p65（RelA）过度表达，抑制claudin－5启动子，长时间TNF－a干预可使内皮细胞上claudin－5蛋白部分缺失，证明TNF－a可以下调小鼠脑内皮细胞claudin－5的表达，加重BBB的破坏［7］。也有报道证明TNF－a对TJ的正向作用。例如将人脑微血管内皮细胞与TNF－a共培养可增加TJ的渗透性而使跨内皮阻抗降低，这种作用有赖于cGMP的产生及cGMP依赖性蛋白激酶的激活［8］。

3.4 TNF－α对胶质细胞的作用

在CNS中神经胶质细胞具有分泌、支持、营养神经元，维持水、电解质平衡等重要作用。Chaitanya等人将NVU再分为胶质血管单元（Gliovascular units，G－unit）［9］，在G－unit内星形胶质细胞支持、营养神经元并与星形胶质细胞相连的微血管相互作用，在正常生理情况下TNF－a 对单独培养的内皮细胞无破坏作用，在一定程度上甚至可能发挥保护作用，而在内皮细胞和胶质细胞共培养时TNF－a能使跨膜电阻下降，说明TNF－a能通过介导胶质细胞分泌某种细胞因子而破坏BBB的完整性。进一步研究发现TNF－a可以通过旁分泌和（或）自分泌形式刺激星形胶质细胞和小胶质细胞的［29］激活和增殖，TNF－a激活胶质细胞表达诱生型一氧化氮合成酶（iNoS），产生过量一氧化氮（nitrogen monoxidum，NO），并诱导其它自由基形成，加重脑损伤，刺激谷氨酸释放，促进脑缺血后N－甲基－D－天（门）冬氨酸（NMDA）和非NMDA 受体激活及钙超载损伤的级联反应，并触发凋亡机制，诱导小胶质细胞释放蛋白激酶，介导由P53决定的神经元凋亡［10］。

3.5 TNF－α对神经元的作用

Golan等通过观察TNF－α基因敲除的大鼠发现，这些大鼠在生长发育过程中并没有出现大的缺陷［11］。而在检测TNF－α对于海马的作用时发现，缺乏TNF－α表达的大鼠加速了齿状回的形成，这一机制可能与神经生长因子（nerve growth factor，NGF）有关。后来有研究者发现Golan的研究中TNF－α过度表达可能减少了NGF水平，从而拮抗海马区NGF的产生，最终抑制海马的发育［12］。此外，TNF－α过度表达还能损伤海马的学习和记忆功能，即高水平的TNF－α可能抑制机体的认知功能。尽管一些研究已经报道过TNF－α能直接导致神经元中毒，但单独的TNF－α在缺乏次级信号时将不能导致细胞凋亡，在一些损伤中更有可能防止细胞发生凋亡［13］，例如缺乏TNF受体的小鼠容易导致脑缺血并增加神经元死亡的几率，说明TNF－α在缺血性事件中可能起到保护性抗氧化作用［14］。进一步研究发现不同的TNFR 对神经元可能有相反的作用，前者有破坏作用，后者有神经保护作用。例如，TNFR－1对海马出生后的神经再生有抑制作用［15］，而在谷氨酸神经兴奋性毒性模型中刺激TNFR－2可以使机体避免神经递质中毒 。TNF－α神经元的不同作用其确切的机制尚未完全清楚，可能与其结合的不同受体亚型、面对内外环境刺激时次级信号的表达或缺失以及脑损伤的时间和进展程度有关。

3.6 TNF－α对细胞外基质的作用

细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）被认为是BBB和NVU 的重要组成部分，对BBB的形成和维持其正常功能发挥着重要作用。在病理情况下细胞外基质的破坏可显著增加BBB通透性。基质金属蛋白酶（MMPS）是一组钙锌依赖性肽链内切酶家族，可以降解细胞外基质，参与细胞外基质完整性、细胞与环境关系的调节，Sung等通过培养人类胶质细胞研究病毒蛋白质HIV－1 Tat对MMP－9表达的影响，结果证明这种病毒蛋白质能介导人胶质细胞分泌TNF－α，上调MMP－9 的 表 达，破 坏BBB 的 完 整 性，证 明TNF－α 对MMP－9有抑制作用［17］。利用TNF－α预处理可以发挥细胞外基质的保护性作用，其机制可能与TNF－α上调细胞外信号调 节 激 酶1／2（extracellular signal－regulated kinase 1／2，ERK1／2）通路，增加BBB 基底膜Ⅳ型胶原的表达，减少MMP－9水平的活性，改善BBB 功能有关［18］。因此，在神经系统疾病发病机制中TNF－α对MMPs可发挥双重作用，MMP－9表达水平的增加究竟发挥着何种作用取决于当时的病理生理条件［19］。

3.7 TNF－α对周细胞的作用

周细胞是一种扁而有突起兼有巨噬细胞和平滑肌细胞特性的细胞，贴在毛细血管的管壁外面，具有活跃的合成和分泌功能。Fuyuko Takata 等通过分离培养大鼠脑内皮细胞、周皮细胞和星形胶质细胞来检测周细胞在应对各种炎症介质时其分泌MMP－9和迁移能力，结果发现（1）TNF－α可以刺激周细胞分泌MMP－9，且其分泌量比微血管内皮细胞和星形胶质细胞要高得多；（2）相对于内皮细胞和星形胶质细胞，TNF－α极大地增加了周细胞的迁移。可见在BBB 组成中周细胞对于TNF－α可能最为敏感。

4 展 望

TNF－α是一个既有细胞毒性又有细胞保护作用的细胞因子，哪种作用占优势依赖于各种传递路径间的信号平衡、与其结合的受体亚型、面对内外环境刺激时次级信号的表达或缺以等。NVU 是一个结构性与功能性的整体，在疾病状态下NVU 各组员间的联系发生改变，TNF－α表达水平增高并通过一系列途径介导NCV 发生改变，TNF－α对NVU整体究竟发挥何种作用取决于疾病性质、内外环境刺激时信号的表达及脑损伤的时间和进展程度等，目前国内外对于TNF－α与NVU 整体的研究尚无报道，但“神经血管单元”这一概念的提出为研究神经元、神经胶质细胞及微血管之间的内在联系提供了良好的框架。更深入的研究TNF－α 对NVU 整体结构和功能的影响有利于为临床治疗中枢神经系统疾病损伤及保护机制、寻找临床治疗的新靶点提供依据。

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