细胞粘附分子影响脑缺血脑再灌注的研究进展*

王 伟，孔 维，赵淑敏，孔祥玉

(承德医学院，河北承德 067000)

综述讲座

细胞粘附分子影响脑缺血脑再灌注的研究进展*

王 伟，孔 维，赵淑敏△，孔祥玉

(承德医学院，河北承德 067000)

细胞粘附分子;脑缺血再灌注;功能

缺血性脑血管病是致残率、死亡率很高的疾病。尽管脑缺血的病理生理机制复杂，越来越多研究表明，炎症反应在脑缺血再灌注损伤的病理生理机制中发挥着重要作用。细胞粘附分子是炎症反应的关键因子，在其参与下，白细胞粘附内皮细胞并浸润缺血脑组织引起脑损伤。细胞粘附分子主要分三类:免疫球蛋白超基因家族、选择素家族和整合素家族。本文就细胞粘附分子在缺血再灌注损伤机制的研究进展加以综述。

1 免疫球蛋白超基因家族

免疫球蛋白超基因家族包括细胞间粘附分子-1(Intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)和细胞间粘附分子-2(Intercellular adhesion molecule-2,ICAM-2)、血小板内皮细胞粘附因子-1(platelet -endothelial cell adhesion molecule-1,PECAM-1)、血管细胞粘附分子-1(Vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)。

1.1 ICAM-1 ICAM-1是促进炎症反应的关键因子。ICAM-1为克隆号CD54、分子量76KD-114KD的细胞表面跨膜糖蛋白。1988年，克隆出人ICAM-1基因，长15.5kb。定位于染色体19p13.3-13.2区，其启动子包含可与核因子kB(NF-kB)等转录因子结合的位点，其mRNA长3.3kb。正常情况下，ICAM-1在内皮细胞、白细胞、上皮细胞和成纤维细胞微量表达，在缺血、缺氧、各种炎症因子刺激下表达上调。ICAM-1表达受多种炎症因子的调控，如IL-1α、TNF-α及NF-kb诱导下，ICAM-1表达上调[1]。ICAM-1表达上调，促进白细胞、血小板牢固粘附内皮细胞表面，中性粒细胞浸润，脑组织释放大量活性氧、蛋白酶、促炎性介质，破坏血脑屏障;大量中性粒细胞和血小板瘀滞在微循环内造成微循环障碍，阻碍缺血半暗带区域有效再灌注，导致缺血区无复流现象[2]。动物实验表明，脑缺血1h后缺血区ICAM-1 mRNA表达开始升高，于缺血后12-24h达高峰,持续表达约48h[3]。在全脑脑缺血模型中，Cao等[4]应用ICAM-1 抗体治疗能明显改善大鼠神经功能评分，减少梗死面积，减少中性粒细胞和巨噬细胞浸润脑组织。Rallidis等[5]对241例急性脑卒中病人研究发现:急性脑卒中病人ICAM-1显著升高，而且ICAM-1表达水平与缺血性脑卒中死亡成线性关系;ICAM-1高表达是中年缺血性脑卒中死亡的危险因素。

1.2 ICAM-2 与ICAM-1一样，ICAM-2是参与白细胞的粘附组织表达因子。ICAM-2分子量55KD,35%与ICAM-1同源。与ICAM-1不同的是，ICAM-2不仅由内皮细胞表达和激活，而且可以由血小板激活表达。在静息状态下，内皮细胞表达ICAM-2量高于ICAM-1，ICAM-2表达呈不均一性，多集中在内皮细胞接触连接处;ICAM-2依赖IL-1β刺激大量表达，而TNF-α无此作用[6]。Abigail等应用ICAM-2基因缺失大鼠发现，缺失ICAM-2基因可以减少组织内中性粒细胞浸润[7]。这些实验表明，在脑缺血后，ICAM-2参与白细胞的浸润粘附过程。

1.3 PECAM-1 PECAM-1也称为CD31，是分子量为130KD的糖蛋白，由6个C2类型免疫蛋白亚单位组成的功能区、跨膜区和一个细胞内链组成。PECAM-1主要由内皮细胞表达，也可由血小板、单核细胞、中性粒细胞表达，多分布在内皮细胞间接触处。PECAM-1通过胞外区参与细胞间的相互作用，使中性粒细胞粘附内皮细胞，参与中性粒细胞聚集浸润、炎症反应形成过程[8]。Hwang等应用短暂性大鼠脑缺血模型中发现，在缺血后第四天，海马CA1区PECAM-1蛋白表达显著增高，推测其可能参与了中性粒细胞的浸润过程[9]。以上实验提示，PECAM-1参与了炎症反应的形成过程，PECAM-1可能是协助中性粒细胞穿越内皮细胞基底膜，加重中性粒细胞浸润脑组织。

1.4 VCAM-1 VCAM-1是由内皮细胞表达的细胞间粘附因子。静息状态下,内皮细胞不表达VCAM-1，当在炎性因子和细菌产物的诱导下，VCAM-1于2-4h开始表达，12h达峰值并持续72h。Lee等[10]研究发现，TNF-α因子通过刺激VCAM-1表达，促进中性粒细胞浸润人气管平滑肌细胞，应用VCAM-1抑制剂可以减弱炎性细胞浸润。Hoyte等应用分子磁共振观察大鼠大脑中动脉缺血模型发现，在缺血的中心和半暗带区，VCAM-1分子表达升高，炎症反应重，推测VCAM-1参与了脑缺血的炎症反应过程[11]。Brondani等在一项34例急性脑缺血的病例研究中发现，血浆中VCAM-1水平72h后升高，并且在卒中发生3个月后，VCAM-1仍然较高，提示炎症反应可能参与了脑缺血的发病过程[12]。

2 选择素家族

选择素(Selectin)是典型的I型糖蛋白，分子量为90-140KD。根据表达部位不同分为三类:P-选择素(P-selectin，CD62P)表达于活化的血小板和内皮细胞表面;E-选择素(E-selectin，CD62E)表达于活化的内皮细胞表面;L-选择素(L-selectin，CD62L)表达于白细胞表面。在脑缺血再灌注损伤中，该家族在炎症早期发挥着重要作用。

2.1 CD62P 是一种跨膜糖蛋白，可分为5个区域:氨基端为凝集素样区域，其后依次为上皮生长因子区域、9个补体调节蛋白序列、跨膜区及胞浆区。分子量140KD，由789个氨基酸组成，胞外区有730个氨基酸，含12个N位糖基化位点。跨膜区和胞浆区各有24个和35个氨基酸。CD62P为高度糖基化的单链跨膜糖蛋白，主要集中在小静脉、微静脉内皮细胞的Weibel-Palade小体和血小板的a-颗粒膜表面。正常状态的内皮细胞和血小板表面不存在CD62P。脑缺血时，在细胞因子IL-1、TNF-α、脂多糖等因子刺激下，CD62P表达升高[13]。Fang等[14]研究证实，CD62P为微血管内皮细胞炎症早期表达的一种粘附分子，是内皮细胞和血小板活化的标志。脑组织的缺血再灌注损伤产生大量氧自由基，这些氧自由基可直接损害血管内皮细胞和平滑肌细胞，上调内皮CD62P，促进白细胞粘附和迁移，刺激内皮细胞释放ICAM-1和单核细胞趋化蛋白-1(MCPI)等[15]。可以推测，CD62P促进白细胞粘附与早期表达有关。然而，有证据表明，CD62P有持续的作用是因为脑缺血后期其持续表达。缺血再灌注时，大量的多核巨细胞和内皮细胞生成的细胞因子和活性氧物质可能直接促进血小板表达CD62P;CD62P大量表达，促进血小板、中性粒细胞、内皮细胞相互粘附，最终形成微循环血栓[16]。CD62P可持续在缺血侧的大脑中动脉内皮细胞表面表达[17]。Marquardt等研究发现，急性脑缺血病人血清中CD62P水平表达升高[18]。Suzuki等应用Western blot法研究发现，正常大鼠未见CD62P的表达，而在大脑中动脉闭塞lh再灌注后多个时间点测定CD62P，提示8-12h时表达达高峰，再灌注后3d表达消失。说明缺血性脑梗塞后CD62P的表达参与了促进白细胞粘附，最终导致脑缺血后缺血区微血管循环无复流状态[19]。Mocco等研究证实，CD62P抗体治疗脑缺血大鼠可以减少梗塞面积，减少缺血区中性粒细胞浸润，改善预后[20]。

2.2 CD62E 是一种糖蛋白细胞粘附分子，又称ELAM-1，由前后排列的蛋白区组成，包括氨基末端C型Lectin区、EGF区、4-9个SCR区、单一的跨膜区及一个胞质区。CD62E正常情况下不表达，当动脉闭塞引起神经元坏死，在炎性因子IL-1、TNF-α、NF-kb及活化因子-1(activator protein 1，AP-1)刺激下，CD62E转录表达，表达后慢慢地被溶酶体降解。与CD62P不同是，CD62E的作用机制不明。然而，CD62E同样是由内皮细胞和白细胞表达的，在体内实验中发现，其参与炎症反应的形成[21]。动物实验研究证实，缺血微循环血管上CD62E在缺血后2h-70h持续表达[22]。在大脑中动脉缺血的小鼠模型上观察到，缺血再灌注4h后，CD62E表达增高;应用CD62E抗体后，有神经保护作用，其作用表现在增加脑血流量[23]。在短暂性脑缺血病人中发现，发病48h内CD62E表达升高;CD62E与患者发病年龄呈负相关[24]。此外，应用CD62E、P-选择素抗体(HuEP5C7)发现，可以减少缺血区的中性粒细胞浸润，减少梗死面积，改善神经功能评分[25]。

2.3 CD62L CD62L也由内皮细胞和白细胞表达。成熟L-selectin从N端到C端共有5个不同的结构区域，它们依次是:大约由120个AA组成的C型Lectin区，由36个AA组成的EGF区，两段重复的与补体调节蛋白同源的CR区(每段由62个AA组成)，15-22个AA组成的跨膜区和17-18个AA 组成的胞内区，胞内区与细胞骨架相连。CD62L介导脑缺血再灌注损伤早期的炎症反应过程中，白细胞和血管内皮细胞的粘附是缺血区循环中白细胞活化的标志。白细胞贴壁滚动依赖内皮细胞的活化，CD62L与白细胞和内皮细胞表达的P-选择素配体蛋白-1(P-selectin glycoprotein ligand 1,PSGL-1)结合，促进白细胞滚动、贴壁[26]。氧自由基、细胞支架的变形及应激活化蛋白激酶活化促进CD62L激活，从而导致缺血区脑组织的损伤，拮抗中性粒细胞粘附并没有改变CD62L在脑缺血损伤中表达水平，其作用机制需要更多的研究来阐明[27]。

总而言之，P-选择素和E-选择素参与了缺血性脑卒中的损伤机制。在脑缺血损伤中，P-选择素的作用强于E-选择素。深入研究P-选择素的作用机制，特别是药理作用机制，将对未来治疗脑缺血性疾病提供一种新方法。

3 整合素家族

整合素是由α和β亚基组成的异二聚体膜糖蛋白。整合素是细胞表面受体激活后诱发细胞构象变化，促进细胞骨架改变,从而允许细胞迁移通过。在基底层，整合素链接内皮细胞(如层粘连蛋白和胶原蛋白等)构成细胞外基质(ECM)。在大脑中，整合素参与内皮细胞、星形胶质细胞和基底膜构成血-脑屏障。因此，整合素是保持大脑微血管完整性的关键[28]。

3.1 β2整合素 β2整合素 CD11b/CD18 (Mac-1)是ICAM-1(CD54) 在白细胞上的配体。Mac-1与ICAM-1的亲和力较低。淋巴细胞相关抗原-1(CD11a)是白细胞关于内皮细胞表达ICAM-1和ICAM-2(CD102)的配体。尽管白细胞粘附主要依赖P-选择素和E-选择素调节，但是要确保白细胞与内皮细胞牢固粘附，则需要ICAM-1和白细胞整合素CD11b/CD18的参与[29]。有实验证明,CD11b/CD18促进中性粒细胞粘附，增加脑梗死面积。在大脑中动脉脑缺血模型中发现，应用抗CD11b抗体或者抗CD18抗体后，可以减少脑梗死面积[30]。采用终端dUTP标记法(TUNEL法)发现，应用抗CD11b抗体或者抗CD18抗体后,可以明显减少凋亡细胞数[31]。这些资料不仅表明CD11b/CD18的整合素在缺血再灌注损伤中的作用，而且证明4h有效的干预治疗窗的一个概念。

3.2 整合素αIIbβ 整合素αIIbβ3(CD41)可以在脑缺血后激活血小板，它的配体和纤维蛋白原、玻连蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白有共同的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列[32]。特别是在非人类灵长类动物脑卒中模型中，整合素αIIbβ3在缺血侧直径30-50μm的微血管上表达，并伴随着纤维蛋白的沉积[33]。有研究提示，整合素αIIbβ3受体激活是血小板活化的终点事件;而且应用整合素αIIbβ3基因缺失动物发现，可以明显减轻大脑中动脉缺血侧的微血管阻塞，改善预后[34]。上述资料强烈支持整合素αIIbβ3导致脑缺血后微循环血栓形成。

3.3 整合素α6β4 整合素α6β4(CD104)在脑缺血时快速表达其干预星形胶质细胞和ECM的层粘连蛋白-5之间相互作用，影响血-脑屏障[35]。以上实验说明，整合素促进中性粒细胞粘附血管内皮细胞，使血小板活化，并介导细胞ECM的相互作用。

4 小结

目前认为,脑组织缺血再灌注损伤是一种多机制、多层次、变化复杂的免疫性疾病, 炎症细胞粘附分子扮演着重要角色。随着分子生物学的发展和研究的深入,抗粘附分子必将为脑组织缺血再灌注损伤的治疗开辟新的领域。

[1]Gloire G,Legrand-Poels S,Piette J.NF-kappaB activation by reactive oxygen species:fifteen years later[J].Biochem Pharmacol,2006,72(11):1493-505.

[2]Yilmaz G,Granger DN.Cell adhesion molecules and ischemic stroke[J]. Neurol Res,2008,30(8): 783-793.

[3]Jin R,Yang G,Li G.Inflammatory mechanisms in ischemic stroke:role of in fl ammatory cells[J]. J Leukocyte Biol,2010,87(5):779-789.

[4]Cao J,Shi X,Li W,et al.Protective effect of anti-intercellular adhesion molecule-1 antibody on global cerebral ischemia/reperfusion injury in the rat[J].Bioscience Trends,2009,3(2): 48-52.

[5]Rallidis LS,Zolindaki MG,Vikelis M,et al.Elevated soluble intercellular adhesion molecule-1 levels are associated with poor short-term prognosis in middle-aged patients with acute ischaemic stroke[J].Int J Cardiol,2009,132(2):216-220.

[6]Huang MT,Larbi KY,Scheiermann C,et al.ICAM-2 mediates neutrophil transmigration in vivo: evidence for stimulus speci fi city and a role in PECAM-1 independent transmigration[J].Blood, 2006,107(12):4721-4727.

[7]Woodfin A,Voisin1 MB,Imhof BA,et al.Endothelial cell activation leads to neutrophil transmigration as supported by the sequential roles of ICAM-2,JAM-A,and PECAM-1[J].Blood,2009,113(24):6246-6257.

[8]Newman P,Newman D.Signal transduction pathways mediated by PECAM-1,new roles for an old molecule in platelet and vascular cell biology[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2003,23:953-964.

[9]Hwang IK,Kimb DW,Yoo KY,et al.Ischemia-induced changes of platelet endothelial cell adhesion molecule-1 in the hippocampal CA1 region in gerbils[J].Brain Res,2005,1048(1-2):251-257.

[10]Lee CW,Lin CC,Luo SF,et al.Tumor necrosis factor-α enhances neutrophil adhesiveness: induction of vascular cell adhesion molecule-1 via activation of Akt and CaM kinase II and modifications of histone acetyltransferase and histone deacetylase 4 in human tracheal smooth muscle cells[J].Mol Pharmacol,2008,73(5):1454-1464.

[11]Hoyte LC,Brooksl KJ,Nagel S,et al.Molecular magnetic resonance imaging of acute vascular cell adhesion molecule-1 expression in a mouse model of cerebral ischemia[J].Cereb Blood Flow Metab,2010,30(6):1178-1187.

[12]Brondani R,Rieder CM,Valente D,et al.Levels of vascular cell adhesion molecule-1 and endothelin-1 in ischemic stroke:a longitudinal prospective study[J].Clin Biochem,2007,40(3-4):282-284.

[13]Wagner DD,Frenette PS.The vessel wall and its interactions[J].Blood,2008,111(11):5271- 5281.

[14]Fang Y,Wu J,McEver,et al.Bending rigidities of cell surface molecules P-selectin and PSGL-1 [J].J Biomech,2009,42(3):303-307.

[15]Denes A,Thornton P,Rothwell NJ,et al.Inflammation and brain injury:Acute cerebral ischaemia, peripheral and central in fl ammation[J].Brain Behav Immun,2010,24(5): 708-723.

[16]Iadecola C,Alexander M. Cerebral ischemia and in fl ammation[J].Curr Opin Neurol,2001,14(1): 89-94.

[17]Garlichs CD,Kozina S,Fateh-Moghadam S,et al.Upregulation of CD40-CD40 ligand(CD154) in patients with acute cerebral ischemia[J].Stroke,2003,34:1412-1418.

[18]Suzuki H,Abea K,Tojo S,et al.Postischemic expression of P-selectin immunoreactivity in rat brain[J].Neurosci Lett,1997,228(3):151-154.

[19]Marquardt L,Anders C,Buggle F,et al.Leukocyte-platelet aggregates in acute and subacute ischemic stroke[J].Cerebrovasc Dis,2009,28(3):276-282.

[20]Mocco J,Choudhri T,Huang J,et al.HuEP5C7 as a humanized monoclonal anti-E/P-selectin neurovascular protective strategy in a blinded placebo-controlled trial of nonhuman primate stroke[J].Circ Res,2002,91(10):907-914.

[21]Yilmaz G,Vital S,Yilmaz CE,et al.Selectin-mediated recruitment of bone marrow stromal cells in the postischemic cerebral microvasculature[J].Stroke,2011,42(3):806-811.

[22]Zhang R,Chopp M,Chang Z,et al.The expression of P-selectins and E-selectins in three models of middle cerebral artery occlusion[J].Brain Res,1998,785(2):207-214.

[23]Haring HP, Akamine BS, Habermann R,et al.Distribution of integrin-like immunoreactivity on primate brain microvasculature[J].J Neuropathol Exp Neurol,1996,55(2):236-245.

[24]Blum A, Haiek S, Vaispapir V.Inflammatory Response in the First 48 Hours of Acute Ischemic Stroke[J].J Neurol Res,2011,1(1):16-21.

[25]Kelly M,Hwang JM, Kubes P.Modulating leukocyte recruitment in in fl ammation[J].J Allergy Clin Immunol,2007,120:3-10.

[26]Kisucka J, Chauhan AK, Zhao BQ,et al. Elevated levels of soluble P-selectin in mice alter blood-brain barrier function, exacerbate stroke,and promote atherosclerosis[J].Blood, 2009,113(23):6015-6022.

[27]Rinko LJ, Lawrence MB, Guilford WH.The molecular mechanics of P-selectin and L-selectin lectin domains binding to PSGL-1[J].Biophys J,2004,86(1):544-554.

[28]Streuli C, Akhtar N.Signal co-operation between integrins and other receptor systems[J]. Biochem J,2009,418:491-506.

[29]Brea D,Sobrino T,Ramos-Cabreret P,et al.Inflammatory and neuroimmunomodulatory changes in acute cerebral ischemia[J].Cerebrovasc Dis,2009,27(1):48-64.

[30]del Zoppo GJ.Acute anti-in fl ammatory approaches to ischemic stroke[J]. Ann N Y Acad Sci,2010, 1207(1):143-148.

[31]Chopp M,Li Y,Jiang N,et al.Antibodies against adhesion molecules reduce apoptosis after transient middle cerebral artery occlusion in rat brain[J].J Cereb Blood Flow Metab,1996,16(4):578-84.

[32]Badimon,Vilahur G.Platelets,arterial thrombosis and cerebral ischemia[J].Cerebrovasc Dis, 2007,24(1):30-39.

[33]Okada Y,Copeland BR,Hamann GF,et al.Integrin alphavbeta3 is expressed in selected microvessels after focal cerebral ischemia[J].Am J Pathol,1996,149(1):37-44.

[34]Stoll G,Kleinschnitz C,Nieswandt B.Combating innate in fl ammation: a new paradigm for acute treatment of stroke[J].Ann N Y Acad Sci,2010,1207(1):149-154.

[35]Burggraf D,Trinkl A,Burk J,et al.Vascular integrin immunoreactivity is selectively lost on capillaries during rat focal cerebral ischemia and reperfusion[J].Brain Res,2008,1189(16):189-197.

R743

A

1004-6879(2012)03-0292-04

2012-03-27)

* 河北省科技厅、河北省教育厅资助课题(07276101D-46、2005227)

△ 通讯作者E-mail:zhaoshumin-2008@163.com