炎症反应与缺血性卒中

邱晓雪，李世文，于鹭，武一平，林杰

缺血性卒中的最终原因是脑动脉闭塞或被堵塞，脑血管闭塞后可以引发一系列细胞分子事件，导致炎症反应、氧化应激和细胞凋亡等，最终引起神经元死亡。炎症反应是缺血性卒中脑损伤重要的病理生理机制之一。研究显示缺血性卒中后的炎症反应具有双面性，炎症细胞、炎症因子不仅具有神经损害作用，还有一定的神经保护作用[1]。本文着重阐述炎症细胞及其相关的炎症因子在缺血性卒中的作用。

1 炎症细胞与缺血性卒中

1.1 中性粒细胞 中性粒细胞在骨髓中成熟后被释放入血，其半衰期一般为6～12 h，随后自发性凋亡并通过吞噬作用在不同器官内被清除[2]。除在血液循环外，脾脏和肺脏等组织的边缘池中也发现了中性粒细胞。缺血性卒中后，血液循环中中性粒细胞数量升高，这可能与其释放增多、凋亡减少和寿命延长有关[3]。最近已证明，发生炎症反应时，中性粒细胞会出现寿命延长的现象，这可能与其浸润到受损组织后能返回血液循环中有关[4]。缺血性卒中时，血液循环中某些中性粒细胞趋化因子[如趋化因子CXC配体（chemokine CXC ligand，CXCL）1和CXCL2]和黏附分子（如P-选择素、细胞内黏附分子）释放增加[5]，促进骨髓中的中性粒细胞释放，诱导中性粒细胞在血管壁滚动、黏附，最后中性粒细胞通过浓度梯度被趋化因子吸引到缺血区域[6]。最近一项研究发现，肌红蛋白1在中性粒细胞迁移中发挥重要作用[7]。研究显示，中性粒细胞在脑缺血后24 h内浸润，48 h达到高峰[8]。中性粒细胞的浸润程度预示着脑缺血的严重程度[9]。最近在动物模型和人体标本中发现，在大脑缺血的超急性期，局部缺血区域并未发现中性粒细胞，而在缺血时间较长（12 h）后，可在缺血区域发现中性粒细胞[10]。

浸润的中性粒细胞在中性粒细胞激活相关因子[如TNFα、损伤相关分子模式（danger associated molecular patterns，DAMPs）]的作用下激活，活化的中性粒细胞主要通过3种机制加剧脑缺血性损伤：产生活性氧、蛋白酶（如MMPs）及促炎细胞因子（IL-1β等）[1]。这些毒性因子损害血管内皮细胞膜和基底膜，导致血脑屏障（blood brain barrier，BBB）通透性增加和缺血后脑水肿[11]。基于这些发现，有研究通过阻断中性粒细胞的激活和募集，减少其在大脑中的浸润来改善卒中结局，如IL-1β可促进中性粒细胞活化，应用IL-1受体拮抗剂可减少周围免疫细胞（包括中性粒细胞）在脑中的浸润，减少脑梗死体积、脑水肿，促进神经细胞恢复[1]。

随着研究的深入，研究者发现，除了促进炎症反应和加重脑损伤外，中性粒细胞可能还具有抗炎和保护脑细胞的作用。有研究发现，通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）-γ，中性粒细胞可以从促炎表型向抗炎表型转变，进而保护脑细胞[1]。用粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）诱导产生的中性粒细胞，可减少大脑中动脉阻塞（middle cerebral artery occusion，MCAO）小鼠模型梗死区域面积[12]。中性粒细胞也可以释放一些炎症因子，如组织蛋白酶、IL-6等，诱导单核细胞在脑中浸润，而单核细胞可以吞噬凋亡的中性粒细胞和细胞碎片，有利于神经功能的恢复[1]。

1.2 淋巴细胞 在MCAO小鼠模型的研究中发现，T细胞缺陷的小鼠炎性细胞因子[如IL-10、肉桂酰辅酶A还原酶（cinnamoyl-CoA reductase，CCR）2和CCR3]减少，脑梗死体积较小，而在B细胞缺陷的小鼠中则观察不到这种保护作用，研究者认为T细胞在缺血性卒中中发挥着重要的作用[13]。

相比于中性粒细胞，淋巴细胞一般在脑缺血的后期聚集。对短暂性MCAO小鼠模型的研究发现，缺血3～4 d后T细胞的浸润增加，大多数是CD8+T细胞，7 d左右达到高峰[14]。缺血性卒中后，特异性抗原和非特异性抗原可激活T淋巴细胞介导的免疫反应[15]。CD4+T细胞、CD8+T细胞、γδT细胞和调节性T（regulatory T，Treg）细胞等T细胞亚型在缺血性卒中中起重要作用，其中CD4+T细胞、CD8+T细胞以及γδT细胞通过释放促炎细胞因子，如IL-1、IL-17等，导致脑组织损伤。Zhang Yi等[16]的研究结果显示外周CD4+T细胞和CD8+T细胞的数量在卒中的早期增加，后期减少；CD8+T细胞和CD4+T细胞可以加重脑缺血期间的炎症反应和血栓形成，相比于CD4+T细胞，CD8+T细胞在缺血性卒中的炎症反应中可能发挥更重要的作用。

γδT细胞在脑缺血的晚期而不是早期阶段对大脑有损害作用，另外，γδT细胞也是IL-17表达增加的主要原因[17]。Treg细胞可分泌抗炎因子，如IL-10和转化生长因子β，对大脑产生保护作用[18]。Treg细胞还可以抑制促炎因子的表达和调节淋巴细胞的活性等[19]。给予MCAO小鼠输注Treg细胞后，可减轻其炎症损伤，促进其神经功能恢复[20]。通过抑制中性粒细胞产生的MMP-9，Treg细胞可减轻rt-PA诱发的脑出血，同时可以分泌IL-10促进神经干细胞的增殖[21]。但有研究发现Treg细胞也可导致脑缺血损害，对皮层梗死小鼠模型的研究显示Treg细胞也可能会抑制神经细胞的修复作用[13]。

1.3 小胶质细胞 小胶质细胞来自胚胎外红细胞前体，在成年小鼠中独立于造血系统而存在，并且通常不会被骨髓来源的细胞所代替[22]。小胶质细胞是中枢神经系统的主要免疫细胞，在中枢神经系统的发育和修复中起重要作用[23]。小胶质细胞的激活是脑缺血后炎症反应病理生理学的关键特征[24]。在脑血管事件中，小胶质细胞是第一道防线且反应迅速，可在几分钟内被激活并持续激活数天[25]。研究显示从受损细胞中释放的ATP在小胶质细胞激活中起着重要的作用[26]。

激活后，小胶质细胞可随着局部环境的变化而分化出不同的表型，表现为具有促炎作用的M1表型或具有抗炎作用的M2表型[27]。MI表型的小胶质细胞可产生促炎细胞因子如MMPs、IL-1、活性氧等导致神经元死亡和BBB破坏；M2表型的小胶质细胞一方面可以分泌抗炎细胞因子如IL-4等，抑制炎症反应；另一方面，在卒中后期，它可以上调紧密连接蛋白的表达来促进BBB修复[28]。在脑缺血早期小胶质细胞主要表现为M2表型，3～5 d达到高峰，然后转变为M1型，持续约14 d，随后，M2表型小胶质细胞再次被诱导至缺血区域，并释放IL-10、IL-4等抗炎因子和神经营养因子，发挥神经保护作用[29]。活化的小胶质细胞也可以表现出巨噬细胞的许多特征，包括变形能力、迁移能力、抗原呈递和吞噬活性。在脑缺血后期，吞噬作用是有益的，它可以防止凋亡细胞的崩解及炎症因子的释放，有助于组织稳态和神经修复[30]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途径是免疫应答中的调节因子，阻断mTORC1途径可以阻止小胶质细胞向M1促炎表型极化，进而明显减轻MCAO小鼠的行为缺陷和局部炎症反应[31]。

2 炎症因子与缺血性卒中

参与缺血性卒中后炎症反应的炎症因子有很多，这里主要介绍与上述炎性细胞相关且比较重要的部分炎症因子。

2.1 基质金属蛋白酶 MMPs是一类大的蛋白水解酶，包括MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-14等，可以降解细胞外基质的所有成分。研究显示MMPs不仅仅在炎症反应中发挥重要作用，在维持正常的生理功能中（如神经元再生、细胞增殖）同样发挥着重要作用[32]。在缺血性卒中的急性期，MMPs可降解血管腔的紧密连接蛋白、破坏内皮细胞和周细胞的连接，使BBB的通透性增加。抑制MMPs不仅可以减少脑梗死体积，而且可以减轻脑水肿和出血转化[32]。研究显示在脑缺血的2 h内，MMP-2和MMP-9共同介导BBB的溶解，这与脑缺血3 h后BBB分解相对应[33]。在各种MMPs中，MMP-9与脑缺血关系最密切，一项最近的研究显示MMP-9与初始脑缺血严重程度正相关[34]。MMP-9是一种可诱导的MMPs，是Ⅳ型胶原酶，可在细胞外被蛋白水解酶激活。MMP-9最初是由内皮细胞和中性粒细胞产生，脑缺血5 d后，则由巨噬细胞产生。在MOCA小鼠模型的研究中发现，缺血24 h内MMP-9表达显著增加，在48 h达到最高[35]。在脑缺血的早期，中性粒细胞产生的MMP-9受CEACAM1基因调节，去除此基因可促进MMP-9表达，进而导致BBB受损[36]。研究表明rt-PA可以激活MMPs，特别是MMP-9，MMP-9与rt-PA共同破坏BBB的完整性，导致出血转化[34]。Yang Yirong等[28]的研究认为在缺血性卒中早期抑制MMP-9的表达可以减轻炎症反应、减少脑梗死体积，而后期抑制MMP-9则会破坏神经的修复作用。研究也发现米诺环素可通过抑制MMPs而促进神经血管重塑，从而减少脑梗死体积、减轻BBB的破坏[28]。

2.2 白细胞介素1 IL-1是一种促炎介质，具有IL-1α和IL-1β两种主要受体，这两种受体均通过IL-1受体发送信号，因此都能被IL-1受体拮抗剂所阻断[37]。在脑血管事件发生的几个小时内，IL-1α和IL-1β均会升高。IL-1α主要由小胶质细胞分泌，而IL-1β则由脑内的不同区室释放。IL-1本身不具有神经毒性作用，但能够激活星形胶质细胞和血管内皮细胞，促进星形胶质细胞增生、趋化因子的释放、MMP-9的激活以及黏附分子（血管细胞黏附分子-1和细胞间黏附分子-1）的释放[38]。IL-1β是组织中的主要形式，参与神经损伤过程，而IL-1受体拮抗剂具有神经保护作用[39]。IL-1β可以促进炎症介质产生，加强白细胞黏附，抑制IL-1β可减少中性粒细胞黏附，从而改善脑缺血损伤[40]。研究显示IL-1β也可能与大脑缺血缺氧后炎症反应的起始有关[41]，另一项研究显示抑制IL-1α可以减轻脑缺血再灌注损伤[42]。研究表明外源性给予IL-1β会加剧MCAO小鼠动物模型的脑损伤，而敲除小鼠IL-1α或IL-1β相关基因可以改善大脑损伤[43]。一项小型Ⅱ期临床随机对照试验显示在卒中后72 h，应用重组人IL-1受体拮抗剂不仅减少了脑梗死体积，还降低了血浆循环标志物如血浆CRP和IL-6水平，该研究显示IL-1受体拮抗剂不仅具有神经保护作用，同时也可以减轻BBB的破坏、阻止中性粒细胞的迁移[44]。更大样本的Ⅱ期临床随机对照试验显示，IL-1受体拮抗剂安全、耐受良好，并与相关循环炎症标志物（如CRP）减少有关[39]。最近一项研究显示，用抗IL-1β单克隆抗体治疗心肌梗死患者，患者复发性心血管事件（包括卒中）的发生率较低且其作用与脂质水平的降低无关[45]。

2.3 白细胞介素17 人体和啮齿动物的研究表明缺血性卒中后组织和循环中的IL-17表达增加[46]。IL-17是主要由Th17和γδT细胞产生的促炎细胞因子。IL-17不仅可以诱导上皮细胞和血管内皮细胞分泌IL-6、IL-8，还可以增加MMPs的表达及破坏BBB的完整性，进而加重炎症浸润和脑组织的损伤[46]。对MCAO小鼠模型的研究显示，应用IL-17中和抗体可以减少其脑梗死体积、中性粒细胞浸润，改善神经细胞功能[47]。rt-PA与IL-17的抗体联合应用不仅可以减少中性粒细胞向大脑的迁移，还可以抑制rt-PA的额外促炎作用[47]。因此，在缺血性卒中后直接针对IL-17或γδT细胞的治疗可能是有用的。

3 缺血性卒中后脑局部的炎症反应

神经元比胶质细胞和血管细胞更脆弱，当其暴露于缺氧缺血时，很快就会发生功能障碍并死亡[48]。神经细胞死亡后，DAMPs激活并识别模式识别受体，包括小胶质细胞、血管周巨噬细胞和血管内皮细胞上广泛表达的Toll样受体和清道夫受体，促进促炎因子（IL-1和IL-17）的释放，这些炎性因子可以增加中性粒细胞的浸润[49]。中性粒细胞可以通过释放MMPs、炎症因子以及促进活性氧的产生而导致神经血管损伤和BBB的破坏[1]。外周免疫细胞如中性粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞，可以通过受损的BBB移至脑组织，进而加重脑缺血性损伤[50]。

4 缺血性卒中后的外周免疫抑制

伴随着大脑的炎症反应，血液、骨髓、脾脏和其他淋巴器官也有相应的免疫学变化[51]。脑缺血后的数小时内，白细胞计数、细胞因子表达及炎症标志物均增加[52]。动物实验显示MCAO小鼠术后会出现免疫功能抑制，且常伴随着淋巴细胞数量减少、单核细胞的活动减少、抗炎性细胞因子的上调和脾萎缩[53]。这些免疫学变化与呼吸道感染的上升趋势有关，进而导致卒中患者的死亡率增加[54]。研究表明卒中患者感染发生率与外周免疫抑制有关[55]。这些系统性免疫变化是如何介导的，目前还没有完全弄清楚，但有证据表明，卒中后免疫抑制可能是由卒中后交感神经激活释放的儿茶酚胺和类固醇介导的，皮质醇和血清儿茶酚胺水平与卒中后感染易感性相关，实验模型显示肾上腺素能拮抗剂可逆转免疫抑制状态并降低卒中后的感染率[56]。临床研究结果显示β受体阻滞剂的应用与卒中后较低的肺炎发病率和死亡率有关[55]，但这只是少量数据的结果，考虑到β受体阻滞剂的多效性，需要进一步研究以确定这种药物的有效性。

综上所述，中枢神经系统和免疫系统之间的关系仍然不完全清楚。炎症细胞和炎症因子是一把双刃剑，对抗缺血性损伤的炎症反应可能会改善脑缺血急性期的组织损伤，但也可能会损害修复机制并导致患者预后的恶化。由于缺血性卒中修复阶段的实验研究较少，没有确切的证据表明抗炎治疗会干扰缺血后大脑的修复过程，免疫调节剂仍有望成为未来降低缺血性卒中残疾和死亡负担的一个途径，理解这些相互作用有利于开发新的治疗策略和药物，以减轻缺血性卒中的负担。与此同时，医师应该认识到缺血性卒中患者的免疫抑制状态，并应保持警惕，以识别和治疗这些患者的感染。

【点睛】本文介绍了炎症和免疫反应在缺血性卒中后病理生理中的损伤和保护作用及其可能机制，有助于全面理解缺血性卒中后炎症和免疫的作用。