免疫炎症在缺血性脑卒中的研究进展

苗志娟， 王修哲综述， 赵玉武审校

正常情况下，人体中枢神经系统通过完整的血脑屏障与外周免疫系统分离，缺血性脑卒中发生后数小时，神经细胞缺血死亡，通过释放“危险信号”，激活脑内固有免疫反应，促进炎性细胞因子、趋化因子、活性氧和一氧化氮等神经毒性物质产生，介导血-脑屏障破坏以及一系列炎症级联反应的发生；与此同时，脑血管内皮细胞黏附分子表达增高，免疫炎症细胞如多形核中性粒细胞、淋巴细胞和单核巨噬细胞等穿过血管内皮细胞进入脑组织，通过识别脑内中枢神经系统暴露的抗原，激活适应性免疫反应，进一步介导神经元的二次损伤，加重神经功能缺损；同时，机体为了减轻上述损伤，通过负反馈作用引起卒中后外周免疫抑制反应，增加卒中后感染的发生率。这一过程伴随着缺血脑组织局部和全身各个系统免疫状态的改变[1]，本文对免疫炎症在缺血性脑卒中病程中的作用研究进展综述如下。

1 缺血性脑卒中免疫病理基础

缺血性脑卒中发生后由于血流灌注不足，脑组织代谢需要的氧气、葡萄糖匮乏，能量产生不足，导致一些毒性代谢产物在局部堆积，如兴奋性毒性产物、酸性代谢产物、氧化应激产物和炎症介质等，引起广泛的神经元死亡；死亡的神经元通过释放损伤相关分子模式(DAMPs)，如ATP、高迁移率组蛋白B(HMGB1)、缺氧诱导因子1α(HIF-1α)、S100B等，诱发固有免疫炎症反应；小胶质细胞上的模式识别受体(PRR)的激活，可促进炎性细胞因子如白介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)的产生，同时星型胶质细胞及血管内皮细胞可通过释放IL-17、颗粒酶，、活性氧以及穿孔素等共同营造脑内炎症环境[2]；氧化应激反应产生的基质金属蛋白酶(MMP)可使血脑屏障内皮细胞间紧密连接蛋白表达减低，星型胶质细胞上水通道蛋白4(AQP4)的表达增加加重了脑水肿，细胞内骨架蛋白的改变同样可改变细胞外周间隙[3]。

上述机制均可增加血脑屏障的渗透性，使其完整性受到破坏。正常状态下，血脑屏障在调控溶质、细胞运输、维持脑微环境稳态和神经元正常活性方面具有重要作用，既往研究认为中枢神经系统由于血脑屏障的存在以及淋巴系统的缺乏，使大脑成为“免疫赦免”的器官，尽管有研究指出脑膜内同样存在淋巴系统，其在中枢神经系统免疫反应中的作用有待进一步研究[4]；因此，血脑屏障的破坏可能是缺血性脑损伤免疫紊乱的病理基础。相关研究指出，卒中后血脑屏障的破坏有两个时相，第一个时相在卒中后2～3 h，通过MMP-2介导血管源性水肿，第二个时相是卒中后24～48 h，通过MMP-3 和MMP-9、环氧合酶-2、内皮细胞间紧密连接蛋白重新分布和白细胞渗透介导炎症反应[5]。缺血性脑卒中的发生使血脑屏障遭到了破坏，同时破坏的血脑屏障又诱发和加重了的神经功能的缺损。

2 缺血性脑卒中后免疫状态的变化

2.1 免疫细胞的变化

2.1.1 单核细胞 单核细胞对缺血性脑损伤的影响在很大程度上取决于脑卒中不同阶段单核细胞的不同表型；正常情况下，脑内小胶质细胞外形呈现分枝状，急性缺血性脑卒中后数分钟至1 h，小胶质细胞被缺血神经元释放的DAMPs激活，变成循环中巨噬细胞的形态[6]，激活的小胶质细胞通过释放细胞因子、趋化因子等发挥免疫炎症作用；循环中的巨噬细胞在卒中后1～2 d渗入脑组织，3～7 d达到高峰[7]。单核细胞亚型CD14+和CD16+之间的平衡与脑卒中预后有关，提示其可能分化为不同的巨噬细胞M1型和M2型，M1型巨噬细胞可分泌促炎细胞因子，如诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、TNFα、IL-23、IL-1β、IL-12等，介导卒中后免疫炎症反应；M2型巨噬细胞可分泌抗炎细胞因子，如白介素10(IL-10)、转化生长因子β(TGF-β)等，具有促进炎症消退的作用[8]。

2.1.2 中性粒细胞 缺血性脑卒中发生后数小时，外周循环中性粒细胞以快速、大流量方式渗透入中枢神经系统，其主要堆积在脑微血管内，在局部释放蛋白水解酶、活性氧类(ROS)破坏血脑屏障，在血脑屏障破坏的第二时相渗入脑组织内，介导内皮损伤、临近血管的破坏和出血转化[9]；相关临床实验结果也表明其在血液中的水平与脑梗死面积呈正相关，与预后不良的发生率有关[10]，同单核细胞一样，中性粒细胞也可分为N1和N2两个亚型，N2型中性粒细胞具有抗炎性能，可发挥神经保护作用[11]。

2.1.3 星型胶质细胞 缺血性脑卒中发生后，星型胶质细胞反应性增生形成胶质疤痕，可阻碍轴突再生；此外，星型胶质细胞也可表达细胞因子、趋化因子、iNOS等炎性因子，星型胶质细胞来源的IL-15具有介导免疫炎症，加重神经损伤的作用[12]，但是也有研究指出星型胶质细胞可发挥神经保护作用，其形成的胶质瘢痕可将损伤组织与尚可存活的脑组织分隔开，防止梗死体积的进一步扩大，在急性期，可减轻兴奋性毒性代谢产物的产生，分泌神经营养因子[13]。

2.1.4 淋巴细胞 淋巴细胞在脑卒中后适应性免疫反应病理机制中发挥重要作用，卒中发生后24 h内，脑组织中可检测到淋巴细胞的存在，其数目逐渐增多，有研究指出永久性大脑中动脉闭塞脑缺血小鼠模型(pMCAO)较短暂性缺血模型(tMCAO)相比，淋巴细胞在脑组织中出现时相早，提示淋巴细胞的浸润可能与脑梗死严重程度及是否再灌注有关[14]；淋巴细胞进入中枢神经后通过识别中枢神经系统抗原介导自身免疫炎症反应，在加重脑组织损伤的同时具有促进神经再生和损伤修复的作用[15，16]。T淋巴细胞亚组中的CD4+、CD8+T淋巴细胞及两者之间的平衡介导卒中后炎症反应、神经功能缺损和细胞免疫功能的改变[17]，相关临床研究表明缺血性脑卒中患者外周血中CD4+、CD8+、CD4+/CD8+淋巴细胞水平与脑梗死严重程度及预后相关[18]。调节性T细胞(Tregs)是CD4+T淋巴细胞亚组中的一员，具有免疫抑制作用，脑组织缺血梗死后的7 d和14 d，Tregs细胞在梗死组织中大量聚集和增殖，通过释放免疫抑制因子等方式对梗死后的再次脑损伤进行调控，进而维持机体的免疫状态的稳定[19]；此外，Tregs被发现存在于动脉粥样硬化斑块中，通过免疫抑制效应阻断动脉粥样硬化斑块的形成[20]。Th17细胞是CD4+T淋巴细胞亚组中的另一员，可通过分泌白介素17A(IL-17A)协同TNF-α，促进脑内胶质细胞表达趋化因子，使中性粒细胞浸润增多，特异性阻断IL-17A功能可减轻脑梗死体积改善神经功能缺损[21]。双阴性T淋巴细胞(DNTs)近年来也受到关注，其可通过凋亡相关因子配体(FasL)/非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶2(PTPN2)/肿瘤坏死因子α(TNF-α)信号通路，介导免疫炎症和神经损害，使其有望成为未来脑卒中治疗的一个靶点[22]。

2.1.5 B淋巴细胞 脑组织内检测到中枢神经系统抗原特异性抗体表明B淋巴细胞同样也参与了卒中后免疫反应[23]。在MCAO脑缺血模型中，将野生型小鼠B细胞转移到B淋巴细胞敲除的小鼠中，与接受IL-10-/-B细胞的敲除小鼠相比，前者脑梗死体积更小，表明分泌IL-10的调节性B淋巴细胞具有神经保护作用[24]。IL-10+B淋巴细胞可减轻脾脏萎缩，减少活化的炎性T淋巴细胞进入缺血脑组织，同时增加可分泌IL-10的CD8+CD122+Treg细胞，从而发挥神经保护作用[25]。Kristian等表明缺血性脑卒中发生数周后，活化的B淋巴细胞进入脑组织，通过形态改变和分泌抗体，介导神经系统慢性炎症和迟发性的认知功能障碍[26]。

2.2 免疫炎症介质的变化 缺血性脑卒中发生后黏附分子表达增加，包括细胞间粘附分子1(ICAM-1)、血管细胞粘附分子1(VCAM-1)、整合素以及E-选择素等，这些粘附分子的增加促使外周免疫细胞进一步渗入脑组织，增加神经系统炎症，介导二次损伤。正常情况下，脑内MMP-9的水平很低，缺血性脑卒中发生后脑血管内皮细胞以及渗入的中性粒细胞可分泌MMP-9，介导血脑屏障的破坏，相关研究表明血浆MMP水平可预测卒中患者的预后[27]，在脑卒中恢复期，一些中性粒细胞分泌的MMP-9可促进血管的生成，修复血脑屏障破损[28]。TNF和IL-1β是由脑内固有小胶质细胞、循环渗入的单核巨噬细胞分泌，是强有力的促炎细胞因子，其在缺血性脑卒中患者的外周血和脑脊液中表达增高，介导脑梗死后炎症反应和卒中进展；IL-6既往认为是由神经元分泌，也有研究认为小胶质细胞也可分泌IL-6，其可通过上调神经元腺苷受体发挥神经保护作用，也可通过破坏血脑屏障加重脑水肿[29，30]。IL-10在脑卒中后的病理生理过程中，通过抑制炎性细胞因子的合成、抗细胞凋亡等机制发挥抗炎、神经保护作用。补体系统在先天性免疫反应中发挥重要作用，中枢神经系统星型胶质细胞、小胶质细胞和神经元也可合成补体；在缺血性脑卒中模型脑组织和临床患者血液中发现有补体成分的激活[31，32]，敲除甘露糖结合凝集素(MBL)(补体激活的凝集素途径的识别分子)基因的小鼠与野生型相比其脑梗死体积、中性粒细胞浸润、神经功能缺损减轻；MBL低表达基因型的脑卒中患者补体成分C3、C4和C反应蛋白水平较低，有更好的90 d预后[33]。相关研究表明静脉应用组织纤溶酶原激活物(tPA)能够上调补体级联瀑布的激活，介导缺血性脑卒中溶栓后出血转化和脑水肿[34]。

2.3 卒中后免疫抑制反应 急性缺血性脑卒中发生后约有30%的患者合并有感染，主要是尿路感染和肺部感染[35]；可能是由于中枢神经系统和周围免疫器官之间的长距离反馈回路的激活，机体为了降低免疫炎症反应对缺血脑组织的再次损伤，而抑制外周免疫功能，即卒中后免疫抑制反应(stroke-induced immunodepression，SIID)[36]。卒中后免疫抑制反应是机体的一种自我保护，主要表现为外周单核细胞、淋巴细胞减少及功能失调，脾脏、淋巴结等免疫器官萎缩[37]；对外周的免疫抑制反应虽然减轻了脑组织的再次损伤同时也增加了患者的感染率，而感染又可恶化患者的预后，增加住院天数及死亡率，预防性应用抗生素并不能减少患者的预后和死亡率，但可减少尿路感染的发生率，对肺炎作用不明显[38]。相关研究指出，缺血性脑卒中后中枢神经系统通过交感、副交感神经系统以及下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)等神经内分泌通路发挥对外周免疫功能的影响；急性脑卒中发生后激活上述通路，释放去甲肾上腺素、乙酰胆碱及糖皮质激素，使淋巴细胞、自然杀伤细胞(NKT)数量减少，细胞免疫功能减低，脾脏萎缩，Liu等指出NK细胞在脑和外周表现出不同的时间和转录特性，在外周通过激活儿茶酚胺和HPA轴调节细胞因子信号抑制因子3(SOCS3)的表达，促使脾脏萎缩、NK细胞数量减少，而在脑内则通过胆碱能神经分布介导转录因子RUNX3的表达来抑制NK细胞的反应[39，40]。

3 小 结

缺血性卒中发生后，从缺血脑组织局部到外周免疫系统，从免疫炎症细胞到免疫炎症介质，均有明显的变化，这一变化在缺血性卒中病理发展过程中起重要作用。因此，对免疫炎症反应参与缺血性脑卒中发病机制的研究，为缺血性脑卒中提供了免疫治疗靶点，免疫调节制剂和免疫调节的干预措施受到越来越多的关注。总的来说，免疫治疗靶点的选择主要从炎症介质层面到细胞层面，例如，通过促进M1型巨噬细胞向M2型转变、增加Tregs细胞发挥抗免疫炎症作用，相对地，通过抑制M1型小胶质细胞活性、降低中性粒细胞、淋巴细胞的中枢浸入同样可发挥上述作用；针对免疫炎症介质的一些受体拮抗剂或单克隆抗体等，如针对补体中的C3a、C5a，粘附分子中的E-和p-选择素，免疫炎症介质中的TNF和IL-1β、MMP-9等。

综上，人体作为一个高度精密调控的整体，为了应对缺血性脑卒中这一应激事件，体内发生了复杂的分子、细胞、神经内分泌网络相关的免疫炎症反应；对缺血性脑卒中后免疫炎症反应的深入研究，为卒中后神经功能缺损的病理机制提供新的理论依据以及缺血性卒中免疫治疗的靶点。