细胞因子与病态行为

王 娟,堵守杨,李婷婷,吴 雁

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

细胞因子与病态行为

王 娟,堵守杨,李婷婷,吴 雁

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

大量证据表明脑中的细胞因子可以作为病态行为产生的一个分子标记.诱导病态行为发生的促炎性细胞因子在免疫系统与脑的信息交流过程中起着一定的作用.在机体受到感染时，外周的巨噬细胞、单核细胞等产生的细胞因子到达脑的相关部位，引起大脑一系列活动的改变，从而诱导一些行为的变化，即产生了病态行为.本文对细胞因子的产生、病态行为的测定以及细胞因子诱导病态行为的机制进行了阐述.

细胞因子；病态行为；调节机制

0 引 言

1 细胞因子诱导的病态行为

1.1 病态行为的产生

病态行为是机体有组织地应对感染的策略，它是一种适应性的反应.例如：病态行为帮助动物抵抗感染，正如面对威胁的时候恐惧帮助它们作出适当的防御行为一样[2-3].在实验动物中，病态行为能够被脂多糖(LPS)——细菌细胞壁的成分——诱导产生，从而抑制食欲并且触发其它的行为反应：嗜睡、食欲下降、发烧等.这些反应是由LPS诱导的免疫产物细胞因子所调节的[4].

1.2 促炎性细胞因子和病态行为

病态行为的症状是先天性免疫反应的外在表现，而这些免疫反应是通过病原微生物或有毒物质的刺激活化的.所谓的急性阶段反应就是对这些物质侵入的即时防御.虽然通常情况下在急性反应中仅仅有血液蛋白质的变化，但是急性阶段反应是由免疫、生理、代谢和行为反应组成的.有几种细胞类型在先天性免疫中起到了关键性的作用，如单核细胞和巨噬细胞，中枢神经系统分化的小胶质细胞系.

细胞因子主要是由髓系和淋巴样细胞产生和释放的可溶性信使蛋白质，它能够调节免疫反应.细胞因子具有异质性，并且它们的生物学功能具有多效性和冗余性.促炎性细胞因子和抗炎性细胞因子经常被辨别开来研究.到目前为止，几十种细胞因子已经被发现，并且它们中的33种被命名为白细胞介素(IL)[5].最初被鉴定和克隆的炎性细胞因子主要包括IL-1(IL-1α、IL-1β)、IL-6和肿瘤坏死因子α(TNF-α、TNF-β).IL-1主要由外周的巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞和中枢神经系统的胶质细胞分泌产生.IL-6是由神经胶质细胞、巨噬细胞和T细胞分泌的，不过其他类型的细胞如肌肉组织细胞也可以分泌产生.TNF-α主要是在炎症反应阶段由巨噬细胞、淋巴样细胞、内皮细胞和成纤维细胞分泌的.它可以调节广泛的细胞周期过程，如细胞坏死、细胞增殖和细胞分化.另外一种能够被合成的重要炎性细胞因子是干扰素γ(IFN-γ)，它主要由T细胞和自然杀伤细胞合成分泌，具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节的特性.

1.3 细胞因子通过外周神经元调节病态活动

到目前为止，外周产生的细胞因子诱导脑发生变化的部分原因已被阐明[6].通过免疫信号从外周传入到脑中的并行通路是重要的途径之一[3,7].

传入神经特别是迷走神经的传入神经分支，在免疫信号传达到脑的过程中起到重要作用[8-10].迷走神经代表了从腹部器官到脑的主要感受器通路，在大鼠腹腔注射LPS后，IL-1β不仅在迷走传入神经周边相关组织中的巨噬细胞和树突状细胞产生，而且在神经纤维中也可以产生[9].如果阻断迷走神经，则会阻止LPS诱导的某种病态行为的发生，尽管它对外周巨噬细胞没有任何的影响[11].除了迷走神经传入纤维外，其它的传入神经通路在炎症信号传入到脑的过程中也起到一定作用，如舌咽传入神经末端在机体感染时被活化，也可把信号传达至脑[12].

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1.4 细胞因子通过影响激素水平来调节病态行为

脂肪因子是由脂肪组织分泌的细胞因子，在改变食欲方面起重要作用[13-14].这些脂肪因子包括：瘦素、脂粘素、IL-6、抵抗素、TNF-α和内脂素.因为它们与肥胖患者的发病相关，所以一直是大家关注的重点[15].

瘦素可以转运到脑，在脑中它可以降低食欲并增加体温.外周LPS可增加瘦素的合成和分泌[16].瘦素能够改善下丘脑表达瘦素受体神经元的活性，刺激下丘脑弓状核前阿黑皮素(POMC)神经簇，并抑制神经肽Y(NPY)神经簇以抑制进食.同样，外周注射LPS可以增加血浆中抵抗素和胆囊收缩素的水平[17-18]，以及胰岛素水平[19].相反地，胃产生的肽类激素生长素与进食状态是成反比的.在禁食大鼠的腹腔注射LPS可以降低生长素的分泌水平[20].所以，炎症能够导致血液中多种激素和肽类浓度的变化，这些变化会影响脑的功能，调节病态行为.

1.5 细胞因子通过血脑屏障直接调节病态行为

除了较快的神经通路之外，还有一个比较慢的通路，即LPS通过脉络丛和脑室周器官扩散到脑的途径，该通路涉及脑室周围器官和脑血管内皮细胞中细胞因子的活性.外周注射LPS会引起动物社会行为减少出现厌食，而这些病态症状在侧脑室注射IL-1受体拮抗剂后有所缓解[21-22].外周循环中LPS的作用引起血脑屏障有缺陷的室周器官里一些类巨噬细胞合成与分泌IL-1β[23-24].IL-1通过血脑屏障作用于脑极后区域和脑干室周器官的神经元IL-1受体[25]，导致神经传导通路的活化，从而对病态行为产生影响.

2 病态行为在实验动物中的测定方法

病态行为的研究与免疫学是联系在一起的，随着对细胞因子的认识，病态行为的研究也越来越受到人们的重视.目前，由LPS或重组细胞因子诱导的病态行为可以用多种技术来定量.而病原微生物越来越多地运用于病态行为诱导的研究[26]，而鼠类是研究病态行为的实验动物.最常用的测定病态行为的方法如下：

2.1 甜牛奶消耗的测定

实验动物小鼠食欲下降的行为可以通过对甜牛奶的消耗来反映.浓的甜牛奶用水稀释后备用[27]，25 ml的带有吸嘴的玻璃瓶用来装待用的牛奶.小鼠在正式开始实验前至少对牛奶适应3 d，每天适应30 min.适应饮用牛奶后，将称好重量的牛奶瓶和食物放在笼子里，30 min后分别称重，可得出甜牛奶饮用量和进食量.如此重复一周时间，得出小鼠每天的摄食量和甜牛奶的饮用量[28-29].

2.2 自主活动行为的测定

实验动物的自主活动可以反映出该动物的病态行为.呈病态行为的动物通常表现为自主活动的减少.一些研究已经表明，不管是从腹腔还是侧脑室注射LPS或促炎症细胞因子，都会在注射后的1-4 h内导致自主活动减少，但是在随后的24 h内会逐渐恢复[30-31].为了刺激实验动物的自主活动，通常通过将实验动物放入一个新环境中，然后记录这些实验动物在不同时间段在新环境中的活动性来进行.通常用旷场实验来检测动物的活动性，通过记录动物在旷场中穿过人工方格的次数(line-crossing)表示动物的自主活动量.在实验过程中，可借助于电脑软件来测定实验动物的运动路程.此外，实验动物前爪离地行为的减少也可以作为病态行为的另外一个敏感指标[32-33].

2.3 社会探究行为的测定

病态行为的变化可用实验动物对新环境的探究活动来反映.为了估测实验动物探究活动，原来实验动物环境被新环境所代替.新环境对实验动物的探究行为是一个强的刺激.在实验过程中，社会探究行为可用实验动物探索和嗅闻新环境的时间、肛门生殖器嗅探时间以及头部和颈部修饰时间来反映[34-36].

2.4 焦虑情绪的测定

高架十字迷宫(EPM)可以测定实验动物焦虑情绪相关的行为[37].适用于大鼠的十字迷宫由两个开臂(45 cm×10 cm)和两个闭臂(45 cm×10 cm)组成，闭臂侧面高度为15 cm，四臂交叉成十字，中央区域面积10 cm×10 cm，相同臂相对设置，整个迷宫距离地面40 cm.实验进行前，将实验动物放在观察室适应5 min，实验开始时，将实验动物面对闭臂放入迷宫的中央区域，观察5 min，记录实验动物的运动路径长短；进臂次数、进入开臂和闭臂的次数(当四肢全部进入臂内记作进臂成功)；进入开臂和闭臂内各自滞留的总时间；后腿直立的总次数；开臂内下探头次数.在每次观察结束后用5%酒精擦拭迷宫.

3 结 语

在人类和动物的感染过程中，病态行为涉及到一系列的非特异性反应.促炎性细胞因子参与免疫-脑的交流是产生病态行为的重要基础.在感染过程中由外周产生的细胞因子通过到达脑的特定部位，诱导机体一系列行为变化.这些变化对人类的生活质量有负面影响，但是目前大多数药物仅仅能够缓解这些症状中的少数部分，所以对于这些行为的进一步探究可以为今后药物治疗的发展提供参考.

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CytokinesandSicknessBehavior

WANG Juan, DU Shouyang, LI Tingting, WU Yan

(College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)

A lot of evidence indicates that the cytokines in brain can be recognized as a molecular marker of sickness behavior. The proinflammatory cytokines, which induces sickness behavior, playes a certain role in the communication between immune system and the brain. During the infection, the cytokines produced by macrophages and monocytes, arrives at some parts of the brain and induces a series of a behavior changes, it is called sickness behavior. This article represented the production of cytokines, the determination of sickness behavior and the mechanism of the induction.

cytokines; sickness behavior; adjustment mechanism

2012-04-17

国家自然科学基金项目(30570294，30970463，31170394).

吴 雁(1965—)，女，教授，博士，主要从事神经内分泌及生理生化研究.E-mail:wuyanqh@163.com

10.3969/j.issn.1674-232X.2013.02.016

R392.12

A

1674-232X(2013)02-0168-05