CCR2和CCL2与缺氧缺血性脑损伤的相关性研究进展

罗宇家，李如波，马诗雨，吕孟妍（.中国医科大学法医学院法医病理学教研室，辽宁沈阳000；2.中国医科大学临床医学专业，辽宁沈阳000）



CCR2和CCL2与缺氧缺血性脑损伤的相关性研究进展

罗宇家1，2，李如波1，马诗雨1，2，吕孟妍1，2
（1.中国医科大学法医学院法医病理学教研室，辽宁沈阳110001；2.中国医科大学临床医学专业，辽宁沈阳110001）

摘要：缺氧缺血性脑损伤（hypoxic-ischemic brain damage，HIBD）是指由于外力作用造成的脑皮质浅层出血而软脑膜完整的一种脑部损伤。近年来的研究表明，多种免疫细胞及细胞因子参与了HIBD的发生。CC趋化因子受体2（CC chemokine receptor 2，CCR2）是CC型趋化因子的代表受体，广泛分布于脑组织内神经元、星形胶质细胞及小胶质细胞，是脑组织中主要的趋化因子受体。CC趋化因子配体2（CC chemokine ligand 2，CCL2）为碱性蛋白，是CCR2的配体，在炎症反应中发挥重要的作用。本文对CCR2和CCL2的生物学特性进行介绍，并对CCR2和CCL2与HIBD的关系进行阐述，以期为HIBD的相关研究提供线索。

关键词：法医病理学；脑损伤；综述[文献类型]；缺氧缺血，脑；CC趋化因子受体2；CC趋化因子配体2

缺氧缺血性脑损伤（hypoxic-ischemic brain damage，HIBD）是一种常见的脑损伤，是由外力作用于头颅而导致的颅骨、脑膜、脑血管和脑组织的机械形变及脑皮质浅层出血，可在机体内诱发炎症反应，其症状主要表现为精神障碍，严重者可导致死亡[1]。HIBD是当前法医学研究的热点之一，因此探索与HIBD有较好相关性的指标也就成为法医学研究的重点课题[2]。研究表明，多种免疫细胞及细胞因子参与了HIBD的发生及发展[3]，其中，由于趋化因子在炎症反应中发挥关键作用，其与HIBD的关系越来越受到研究者的重视[4]。而趋化因子生物学作用的发挥需要通过相应受体的介导。CC趋化因子受体2（CC chemokines receptor 2，CCR2）是CC型趋化因子的代表受体，是脑组织中主要的趋化因子受体。CC趋化因子配体2 （CC chemokines ligand 2，CCL2）是CCR2的特异性趋化因子，也称单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）或单核细胞趋化和激活因子（monocyte chemotactic and activating factor，MCAF），在炎症反应中发挥重要的作用。鉴于HIBD能够在机体内诱发炎症反应，以及CCR2与CCL2在炎症反应中的重要作用，本文回顾性分析两者与HIBD的关系，为今后HIBD的相关研究提供线索。

1 CCR2和CCL2的概述

CCL2通过与高亲和力受体CCR2结合发挥生物学作用，参与炎症反应、血管生成和损伤修复等过程。当CCL2与CCR2结合后，CCR2发生变构与G蛋白结合，并使与Gα亚基结合的二磷酸鸟苷（guanosine diphosphate，GDP）被鸟嘌呤-5’-三磷酸（guanosine-5’-triphosphate，GTP）所取代，进而使GαGβGγ亚基解聚，使其空间结构发生改变。变构后的复合物能够激活磷脂酶C，进而裂解磷脂酰肌醇4，5-二磷酸[phosphatidylinositol 4，5 -diphosphate，PIP2]，生成1，4，5-三磷酸肌醇和二酯酰甘油。进一步，三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）可增加钙离子（Ca2+）释放，二酯酰甘油（diacylglycerol，DAG）可活化蛋白激酶C，引起靶细胞效应[5]。

1.1 CCR2的生物学特性

2002年，Banisadr等[6]在研究中发现成年大鼠脑组织中存在CCR2的基础性表达，广泛分布于脑皮质、海马、纹状体、丘脑等多个部位，并主要分布于脑神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞[6-8]。CCR2属于G蛋白偶联受体，含有7个跨膜区，编码355个氨基酸残基蛋白，相对分子质量为41 000。人类的CCR2基因定位于3p21，编码CCR2蛋白。CCR2在单核细胞中是组成性表达，而在T淋巴细胞中是诱导性表达[9]。正常情况下，CCR2在脑组织细胞内的表达水平极低，而当脑组织受到损伤时，CCR2的表达会明显增加。研究[10]表明，CCR2的快速脱敏对白细胞准确迁移到病变部位很重要。此外，Coughlan等[11]在人体胚胎神经元及NT2.N细胞（模拟发育中大脑神经元的一种细胞模型）中均发现了CCR2的表达。

CCR2的激活包括如下几种途径：（1）CCR2可直接抑制腺苷酸环化酶的活性，降低细胞内的环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平，这一途径可能依赖于G蛋白的Gα亚单位；（2）CCR2可通过JAK/STAT途径介导细胞内信号传递；（3）CCR2还可能通过活化磷脂酶C，增加甘油二酯和IP3的生成，进而活化蛋白激酶C，使胞质内Ca2+水平升高。但对于CCR2活化后引起的胞质内Ca2+水平升高的机制，有学者[12-13]认为其并不是通过IP3途径，而是通过细胞内一种特异性配体通道蛋白RyR介导的途径使Ca2+释放量增加。

1.2 CCL2的生物学特性

根据N端4个保守的半胱氨酸前两个位置的不同，趋化因子可以分为CXC、CC、C和CX3C四个亚族，CCL2是CC亚族的成员之一[14]。CCL2可由多种细胞分泌，如纤维母细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞、单核细胞、T细胞等[15]。从CCL2的基因层面，人类CCL2基因定位于17q11.2-q21.1区，启动区内含有1个激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）和1个核因子-kappa B（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的结合位点，其中NF-κB是CCL2基因表达CCL2所必需的转录因子。从CCL2的分子层面，人类CCL2的前体蛋白包含其N端23个氨基酸残基所组成的信号肽序列以及76个氨基酸残基组成的成熟分子。研究[16]证明，CCL2的C端1～6位的氨基酸残基与CCL2的趋化能力有着十分密切的关系，尤其是第3位的天冬氨酸（Asp）。此外，第1位的氨基酸与二级结构的形成或受体的结合有关，第7～10位的氨基酸残基是受体脱敏作用的关键位置[5]。CCL2既可以趋化炎症细胞，如中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞等向病变部位聚集[17]，还可以诱导其他细胞因子如白细胞介素2（interleukin，IL-2）、IL-6或细胞黏附分子的合成。

2 CCR2和CCL2与HIBD的相关性

HIBD是一种由多种生物化学因子参与的复杂的病理及生理改变，这一过程的中心环节是脑细胞的缺血、缺氧。发生HIBD时，缺血再灌注过程中产生了大量氧自由基，从而损伤脑细胞的细胞膜和线粒体[18]，进而出现代谢及微循环障碍，造成脑组织缺血，白细胞浸润，引发炎症反应[19]。随着人们对脑内免疫反应认识的不断加深，趋化因子与HIBD的相关性也越来越受到人们的重视。

2.1 CCR2表达与HIBD的相关性

Liu等[20]研究发现，CCR2基因的G190A位点多态性会影响CCR2蛋白的表达。由于脑损伤后CCR2蛋白水平的上升，Liu等推测CCR2基因的G190A位点多态性可能与HIBD存在关联性。Tylaska等[21]研究结果提示，脑损伤后CCR2的表达先升高至峰值后逐渐回落，并将其原因归结于CCR2对CCL2的结合，即表达CCR2的细胞在CCL2的趋化作用下趋化至损伤部位后，与CCL2结合抑制过多单核巨噬细胞的迁移，形成自我限制的负反馈。陈彦婷[22]的研究支持了Tylaska等的研究结果，通过复制Marmarou’s落体打击脑损伤模型，采用组织芯片技术结合免疫组化染色方法，分别检测了CCR2在成年鼠脑损伤不同时间和不同部位的表达情况，结果表明，CCR2在正常组及手术对照组呈极低水平表达，实验组CCR2的表达水平明显增加，并在损伤后24h，在大脑皮层、海马和脑干达到高峰，维持较高水平至72h之后逐渐下降，于伤后5d回落至基线水平。Hsieh等[23]的研究发现，创伤性脑损伤后早期脑损伤部位修复依赖于CCR2。Liu等[24]检测了脑损伤后1~10 d CCR2的表达情况，结果显示，脑损伤3d后，CCR2在脑皮质神经元内的表达达到峰值。此外，Negre-Salvayre等[25]研究证明了CCR2蛋白在巨核细胞聚集方面的独立性作用。Berger 等[26]观察到了CCR2蛋白在斑块中炎症细胞聚集方面的作用。CCR2在脑损伤后的动态表达，提示其在脑损伤后的病理生理过程中起着重要的调控作用。

2.2 CCL2表达与HIBD的相关性

CCL2对单核巨噬细胞有着强大的趋化能力，能够趋化单核巨噬细胞穿过血管内皮进入损伤的脑组织内，并能够通过激活单核-巨噬细胞系统，使胞质内游离钙的含量增加。此外，CCL2还可以通过促进细胞因子的释放间接趋化白细胞向脑损伤区域游走，加重脑损伤部位周围的炎症反应[27]。Tan等[28]回顾了关于微小RNA（micro RNA，miRNA）在脑损伤后的变化，发现多种miRNA发生变化，并在炎症、脑水肿及细胞凋亡等方面发生作用。Taganov等[29]认为miRNA对炎症细胞的发育、炎性介质和黏附分子的表达等方面有重要调节作用，并发现单核巨噬细胞受到脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）等刺激后，miRNA的表达谱发生改变，并且可以调节炎症因子的产生，影响炎症反应过程。王承[30]研究发现，新生鼠脑缺血后1h即在脑室周围及室管膜细胞检测到CCL2 mRNA的存在，并小范围地筛选了13个miRNA分子进行qRT-PCR检测。结果表明，脑损伤后肝特异性微小RNA-3592 （mo-miRNA-3592）和肝特异性微小RNA-434（miRNA-434）的表达呈进行性下降趋势，而同期CCL2 mRNA表达呈进行性上升趋势，表明miRNA-3592和miRNA-434可能参与了CCL2/CCR2通路介导的脑损伤；同时显示，脑损伤早期血肿周围的CCL2表达明显增加，4 h可在脑实质内检测到，脑损伤后12 h形成高峰。形态学表明，CCL2阳性细胞主要分布在神经元，星形胶质细胞也可少量表达[31]。Liu等[24]的研究结果显示，CCL2在脑损伤3d后出现峰值。Guo等[32]建立了脑缺血再灌注模型，研究结果显示，CCL2在脑缺血2h后明显增加，缺血再灌注16h后出现峰值，一直维持到脑缺血再灌注后48 h。Semple等[33]研究结果发现，CCL2在脑损伤后2 h明显增加，4~12 h出现峰值，24h后恢复正常。此外，Strecker等[34]建立了CCL2缺陷大鼠短暂性局灶性脑缺血模型，发现颅内炎症反应明显减轻，同时，梗死范围和神经功能损坏程度也轻于正常野生鼠。正常脑组织中CCL2的表达水平极低，在损伤、出血、缺血、缺氧等情况下，脑中多种细胞可以表达CCL2。CCL2在脑损伤后的动态表达，提示其在脑损伤后的病理生理过程中起着重要的调控作用。

3小　结

总之，机体是一个复杂的系统，由神经-内分泌-免疫系统构成了一个庞大的网络，并且彼此存在着制约和协同的关系。血管的损伤部位会产生炎症反应，脑的血管非常密集，受损时炎症反应也十分明显。因此，脑损伤时，受损部位会产生细胞因子和炎症介质。其中，趋化因子是不同类型细胞分泌的低相对分子质量（8 000～10 000）的细胞因子，其对多种白细胞的亚型如中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞等均具有趋化作用。CCR2和CCL2在HIBD后不同部位、不同时间呈现动态变化，提示其与HIBD存在一定的关联性，有望成为HIBD鉴定的客观指标之一。然而，目前对CCR2和CCL2与脑损伤的关系在法医学方面的研究不足，需要在今后的研究中进行深入探索，使法医学脑损伤鉴定更为准确。

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（本文编辑：张建华）

Progress on Hypoxic-ischemic Brain Damage Associated with CCR2 and CCL2

LUO Yu-jia1,2, LI Ru-bo1, MA Shi-yu2, LÜ Meng-yan2
（1. Department of Forensic Pathology, School of Forensic Medicine, China Medical University, Shenyang 110001, China; 2. Specialty of Clinical Medicine, China Medical University, Shenyang 110001, China）

Abstract：Hypoxic-ischemic brain damage（HIBD）is referred to a common type of cerebral damage, which is caused by injury, leading to shallow bleeding in the cortex with intact cerebral pia mater. In recent years, studies show that a various kinds of immune cells and immune cellular factors are involved in the occurrence of HIBD. CC chemokine receptor 2（CCR2）is a representative of CC chemokine receptor, and is widely distributed in cerebral neuron, astrocyte, and microglial cells, and is the main chemo-tactic factor receptor in brain tissue. CC chemokine ligand 2（CCL2）is a kind of basophilic protein and the ligand of CCR2, and plays an important role in inflammation. In order to provide evidence for correlational studies in HIBD, this review will introduce the biological characteristics of CCR2 and CCL2, and illustrate the relationship between the immunoreactivity and HIBD.

Key words：forensic pathology; brain injuries; review [publication type]; hypoxia-ischemia, brain; CC chemokines receptor 2; CC chemokines ligand 2

收稿日期：（2014-08-11）

通信作者：李如波，男，博士，教授，主要从事法医病理学教学、研究及鉴定；E-mail：rbli@mail.cmu.edu.cn

作者简介：罗宇家（1992—），男，硕士研究生，主要从事临床医学、法医病理学研究；E-mail：852934195@qq.com

基金项目：辽宁省教育厅科学研究一般项目（L2013317）；辽宁省自然科学基金项目（2014021027）

文章编号：1004-5619（2016）01-0054-04

中图分类号：DF795.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1004-5619.2016.01.012