肿瘤坏死因子-α在脑缺血再灌注炎症损伤中的作用

赵 培 朱金墙 梁钰彬

(天津中医药大学，天津 300193)



肿瘤坏死因子-α在脑缺血再灌注炎症损伤中的作用

赵 培 朱金墙1梁钰彬

(天津中医药大学，天津 300193)

脑缺血再灌注；炎症；肿瘤坏死因子-α

脑卒中发病中缺血性脑卒中占大多数，深入研究脑缺血再灌注(CIR)损伤的机制并寻求新的神经保护策略迫在眉睫，而抑制炎性细胞的浸润及炎性细胞因子、黏附分子等的表达有望成为防治脑缺血性疾病的新途径〔1〕。肿瘤坏死因子(TNF)-α具有显著的促炎症反应作用，可被作为CIR损伤的治疗靶点。但是，TNF-α在CIR损伤中具有损伤与保护双重作用，现综述如下。

1 脑缺血炎症反应

脑缺血损伤的机制极为复杂，主要包括细胞内Ca2+失衡、自由基生成增多、兴奋性氨基酸释放增加、炎性反应等〔2〕。脑缺血炎症反应是一个复杂的过程，由CIR损伤产生一系列炎症介质，包括TNF-α、核因子(NF)-κB、白细胞介素等。这些炎症介质具有功能多样性和趋化作用，可以介导中性粒细胞向脑缺血区微血管内皮细胞移动、黏附、渗透，中性粒细胞与内皮细胞的黏附，一方面可以促使内皮细胞皱缩、破裂、凝集和坏死，破坏血脑屏障〔3〕,另一方面还可以导致血管阻塞，造成无复流现象，加重了脑组织缺血，同时，外周炎性细胞向缺血区域移动、增殖、浸润，可直接导致细胞毒性损伤，造成脑组织水肿和炎症形成，中性粒细胞在微血管内聚集、释放一些炎症介质和细胞因子可以刺激炎症细胞的增殖与分化，又可吸引更多的中性粒细胞的聚集、浸润，加重炎症反应，进一步诱导脑缺血损伤。

2 TNF-α与脑缺血损伤

TNF-α既具有调节机体免疫功能的作用，又可以介导炎症反应、组织损伤等生理病理反应。TNF-α必须与其受体结合才能发挥作用，脑内TNF-α受体主要有两种：Ⅰ型TNF受体(TNFR-1，P55)和Ⅱ型TNF受体(TNFR-2，P75)〔4〕。目前TNF-α合成的确切机制仍然不太清楚，在脑缺血等损伤中，其主要是通过诱导前体肽proTNF合成，损伤后刺激蛋白水解酶水解proTNF,从而释放TNF-α到细胞外，TNF-α通过与TNFR-1和TNFR-2相结合发挥作用。TNF-α作为一种重要的促炎性细胞因子在脑缺血损伤中发挥着重要作用，其作用由特异性受体决定，TNF-α与受体结合后激活蛋白激酶，磷脂酶等信使因子，从而激活NF-κB进入细胞核，促使细胞间黏附分子、环氧合酶、钙结合蛋白和一些细胞因子的表达。已经有实验证实脑损伤后血清和脑脊髓液中TNF的表达升高。Liu等〔5〕建立大鼠大脑中动脉阻塞模型1 h后即可在大脑缺血皮层检测到TNF-α mRNA的表达，3 h表达升高，12 h达到顶峰，5 d后，TNF-α水平仍然呈升高趋势，实验第一次证明了大鼠局灶性脑缺血损伤导致了缺血神经元中TNF-α mRNA和蛋白的升高,结果还显示出早期TNF-α的表达增加主要发生在神经元，而5 d后TNF-α主要发生在星形胶质细胞中。实验还发现TNF-α的上升伴随着白细胞的浸润，这与TNF-α加重炎症反应的观点相一致。Meistrell等〔6〕在建立大鼠大脑中动脉缺血(MCAO)模型24 h后，应用Western印迹检测到TNF-α在大脑皮质区表达增加，也证实了上述结果。然而，也有实验〔7〕证实TNF-α会在不同的区域被激活，Saito等〔8〕建立短暂全脑缺血模型(5～10 min)，应用酶联免疫吸附法(ELISA)检测TNF-α的表达，结果显示，在再灌注的前期(<6 h)TNF-α在海马和纹状体中表达增加，在小脑和丘脑中未见表达。推测表达区域不同与建立脑卒中模型的方法及再灌注的时间有着密切关系。另外，Vila等〔9〕临床研究也证实，脑缺血48 h内，脑卒中患者脑脊液和血浆中TNF-α的浓度即开始升高。

3 TNF-α的神经损伤作用

研究表明，TNF-α可促进脑微血管内皮细胞黏附分子(ICAM)-1的表达，诱导中性粒细胞和单核细胞趋化因子的表达，促进中性粒细胞黏附在微血管周围〔3〕。TNF-α还可以影响血管舒缩活性物质的表达，促使血管舒张因子含量下降和内毒素含量增加，促进血管收缩，从而加重脑缺血损伤程度〔10，11〕。此外，TNF-α对血管有直接毒性作用，可导致血管痉挛，增加血管通透性〔12〕。Barone等〔13〕在建立永久性MCAO模型前进行预处理，分为提前给予TNF-α组、注射TNF-α抗体(mAb)后给予TNF-α组和只给予TNF-α抗体组，随后进行脑组织形态学检测。结果显示，提前注射TNF-α组脑梗死面积增加，并且呈剂量递增关系(P<0.05；2.5 pmol组增加18.9%，25 pmol组增加27.1%)，而给予TNF-α抗体后再注射TNF-α则梗死面积减小，水肿和神经损伤程度都减轻，提示外源性的TNF-α可以加重脑损伤；另外，在模型前给予TNF-α抗体可以减少脑梗死面积，表明阻断内源性的TNF-α可以显著减轻脑缺血对大脑的损伤。推测TNF-α可能通过增加内皮细胞上中性粒细胞的吸附，造成微血管阻塞，脑水肿加重，从而引发神经损伤。另外，实验中还使用培养的小鼠神经元细胞观察TNF-α对细胞有无直接毒性作用。结果显示，TNF-α并没有直接影响神经递质的释放及增加谷氨酸和氧自由基对神经元造成的毒性作用。提示TNF-α导致的损伤并不是由神经因素引起的。由于TNF-α必须与其受体结合才能发挥作用，采用TNF受体抑制剂降低TNF-α的表达也可以发挥减轻神经损伤的作用。Dawson等〔14〕建立永久性MCAO模型诱导缺血性损伤，用TNF-α受体抑制剂抑制TNF-α的激活〔在MCAO前0.5 h给予肿瘤坏死因子结合蛋白(TNFbp)〕，结果显示，给予TNFbp可以显著减弱微血管灌注障碍，减轻脑缺血损伤程度。说明TNF-α加重脑缺血损伤，抑制TNF-α产生明显的神经保护作用。可见，TNFbp的神经保护作用是通过提高微血管灌注来实现的，也表明炎症和血管状态与TNF-α的病理作用有关。Yang等〔15〕实验也证实了上述结果。TNF-α具有损伤作用，应用TNF-α抗体或受体抑制剂抑制TNF-α的作用，可以明显地缩小脑梗死面积，减轻脑组织水肿，发挥脑保护作用。

4 TNF-α的神经保护作用

TNF-α的损伤作用已经被大家所熟知，然而也有不少研究〔16〕表明TNF-α在缺血过程中有神经保护作用，其作用的发挥主要通过诱导脑缺血耐受，刺激抗炎因子的分泌和促进神经元修复来实现。研究表明，基础释放量的TNF-α对正常的生长发育是很重要，包括神经元和胶质细胞的生存和功能维持。Gary等〔17〕选用缺乏TNFR的小鼠来研究TNF-α在脑损伤中的作用。结果发现，缺乏TNFR小鼠神经损伤程度更加严重，提示基础释放量的TNF-α对神经具有保护作用。同时发现在脑卒中前给予TNF-α预处理造成脑组织对缺血刺激的耐受状态具有神经保护作用，Nawashiro等〔18〕在建立小鼠MCAO模型前经不同途径(静脉、腹腔、脑池)给予不同剂量的TNF-α，并于MCAO术后24 h处死取脑，结果发现脑池内给药效果优于其他组(腹腔、静脉)，表明TNF-α预处理可以降低梗死面积。推测TNF-α的保护作用可能与其调节脑缺血耐受的信号通路有关。Tasaki等〔19〕研究发现在建立MCAO模型前注射单一剂量脂多糖可以明显减小梗死面积，而给予TNFbp抑制TNF-α的合成则使这种保护作用消失。提示TNF-α可能在脂多糖(LPS)诱导的脑缺血保护中发挥作用。另外，TNF-α还可以通过介导其他保护因子的分泌和抑制炎性细胞的激活以减轻脑缺血损伤〔20〕。Bruce等〔21〕建立局灶性脑缺血模型，TNFR缺失大鼠梗死面积增加，氧化应激反应增强，神经保护酶和超氧化物歧化酶(SOD)分泌减少，提示TNF-α是通过刺激抗氧化通路，促进SOD表达上调而发挥保护作用。同时在敲除TNF-α受体大鼠脑中，诱导损伤的小胶质细胞激活受到了抑制，证明了TNF-α在诱导损伤的免疫应答中发挥重要作用。TNF-α还可以促进神经生长因子分泌，保护神经元。Watters等〔22〕的实验表明，低浓度的TNF-α预处理可以增加神经元对谷氨酸刺激的抵抗作用。另外，覃玉群〔23〕的研究团队通过建立细胞在体和动物活体模型，观察到TNF-α预刺激可以使得脑微血管内皮细胞中的血管内皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶(MMP)-2分泌增多，促进大鼠CIR损伤皮质区血管新生以减轻脑组织损伤。以上结果均表明TNF-α预处理对神经损伤具有修复的作用，然而给予抑制剂或敲除受体基因可使这种保护作用消失，证明了TNF-α具有神经保护作用，其保护机制包括许多方面，TNF-α通过刺激神经酰胺的分泌、激活脑缺血耐受通路、提高损伤区域对缺血的耐受性，可以激活锰SOD、促进钙结合蛋白和一些抗炎因子的释放、清除自由基、调节Ca2+平衡、促进内皮细胞上一氧化氮合酶分泌增加、降低NO毒性作用、促进星型胶质细胞中神经生长因子的合成，并且TNF-α对培养的神经元在受兴奋性、代谢性及氧化性损害后起保护作用，能促进轴索在损伤后再生〔24〕。

5 结 语

TNF-α对脑组织发挥损伤和保护双重作用，其在脑缺血损伤中的有害或有利取决于多种因素，主要包括：①TNF-α剂量不同；②来源差异。预处理给予的TNF-α都是高度人工合成的，与机体遭遇脑卒中时分泌的TNF-α存在一定的差异；③TNF-α与其受体空间上表达不同。比如有时在大脑皮质区表达，有时在海马和纹状体；④同时也受表达时间的影响。比如在脑缺血前期及恢复期给予TNF-α能发挥不同的作用。梁庆成等〔25〕实验表明，在脑缺血前和再灌注后分别注射不同剂量TNF-α，结果显示TNF-α预注射对CIR损伤有神经保护作用,而在CIR后给予TNF-α则加重脑缺血。Wilde等〔26〕实验也证实了上述结果，体外培养神经元细胞，通过糖氧剥夺建立脑损伤模型，24 h后用免疫荧光法检测，发现提前给予TNF-α组可抑制神经元的死亡，而在脑损伤后期给予TNF-α，则出现细胞毒性。此外，有实验表明机体自身合成的TNF-α在缺血早期具有毒性作用，脑缺血损伤后TNF-α可能介导其他炎症介质〔如活性氧(ROS)〕的激活。然而在后期，TNF-α的表达速度下降，ROS消除，TNF-α激活抗凋亡通路，有利于损伤组织的修复，保护机制出现。在脑缺血后急性期阻碍TNF-α的合成或者用TNF-α进行预处理激活脑缺血耐受方面的研究，可为治疗缺血性脑损伤提供新的治疗思路和方法，另外，在已有研究的基础上进一步加强相关的机制研究，探索TNF-α在脑缺血中损伤-保护的开关及平衡点，让其在最适宜的时间发挥其最有利的作用对临床急性脑卒中的治疗极为重要。

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〔2016-03-12修回〕

(编辑 苑云杰/杜 娟)

国家自然科学基金项目(No.81273815)

朱金墙(1985-)，男，助理研究员，主要从事中医药药理学研究。

赵 培(1993-),女,硕士,主要从事中医药防治心脑血管疾病研究。

R36

A

1005-9202(2017)14-3628-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.14.109

1 天津中医药大学研究院