炎症因子及其相关信号通路在脊髓损伤调控机制中的研究进展

宋洁菲 周雨昕 张 宇 吴承杰,2 马 勇,2 郭 杨,2

1.南京中医药大学第一临床医学院，江苏南京 210023；2.南京中医药大学骨伤修复与重建新技术实验室，江苏南京 210023

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是一种严重的中枢神经系统损伤性疾病。SCI 病变机制复杂，可分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤为脊椎断裂、挤压等方式对脊髓造成的机械性损伤；继发性损伤为原发性损伤之后发生的多种放大式组织自毁级联反应，其中炎症反应是最重要的继发性损伤之一[1]。炎症因子是一种由外周免疫细胞及神经胶质细胞产生的多肽类物质，可与相应靶细胞表面的受体结合，传递生物信息，介导免疫和炎症反应。相关研究显示，在SCI 发生后，多种炎症因子的含量发生明显的变化，如白细胞介素6（interleukin 6，IL-6）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、IL-10 等[2-3]，提示这些炎症因子积极参与SCI 发生发展的过程。因此，从调控炎症因子的角度出发，改善神经系统炎症，对促进SCI 修复具有重要意义。本文重点针对IL、TNF 等炎症因子及其相关信号通路在SCI 中的调控机制进行综述，旨在探讨不同炎症因子在SCI 中的作用，阐释SCI 后炎症反应过程中的分子机制，为SCI 作用靶点的研究提供思路。

1 促炎性细胞因子及其相关通路在SCI 中的调控机制

促炎性细胞因子包括IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等，在SCI 急性期明显增多，加重炎症反应，通过激活细胞凋亡和抑制神经元再生，进而导致各种代谢异常和功能损害[4]。

1.1 IL-6 相关通路

IL-6 是SCI 急性期和亚急性期最常见的促炎性细胞因子之一。IL-6 的产生受机体转录和转录后机制严密调控，但当这种调控异常时，就会持续过度产生IL-6，引起组织损伤。多种生物分子均可以调控IL-6 的产生。核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）是人IL-6 基因5’端顺式调控元件之一，可以促进IL-6 mRNA 的转录[5-7]。在转录后，调节性核糖核酸酶-1（Regnase-1）可以破坏IL-6 mRNA 表达，控制IL-6 的过度产生[8]。但是目前仍没有研究显示在SCI中这种调控为何会被打破。

IL-6 需要与非信号膜结合的IL-6 受体（mIL-6R）相互作用才能产生效应。随后他们所形成的结合体与膜蛋白gp130 结合，激活JAK/STAT 信号通路、MAPK/ERK 信号通路和PI3K/Akt 信号通路，诱导其他炎症因子的产生，进而活化小胶质细胞/巨噬细胞，导致局部炎症反应加剧[9-11]。此外，IL-6 还可联合STAT3 通路导致肌肉萎缩和纤维化[12]，通过调节HMGB1/TLR4/MyD88/NF-κB 信号通路导致细胞肿胀[13]等，造成SCI后多种病变。

1.2 IL-8 相关通路

IL-8 是一种具有亲血管效应的白细胞介素，与中枢神经系统功能关系密切[14]，具有作为判断SCI 严重程度及预后的生物标志物的潜力[15]。IL-8 主要受到NF-κB、JNK 及AP-1 的调节，作用于G 蛋白偶联受体CXCR1 和CXCR2，从而促进中性粒细胞释放[16]，并引导中性粒细胞向炎症的方向移动[17]，最终加剧SCI。IL-8 在脊髓损伤中的具体作用机制尚未明确，但其表达特点提示IL-8 有可能成为治疗脊髓损伤潜在的靶点之一。

1.3 TNF-α 相关通路

TNF-α 与炎症反应、免疫调控密切相关，负责细胞间多种信号的传递，介导免疫反应，导致细胞坏死和凋亡。研究显示，TNF-α 可能通过激活不同信号通路发挥双向调节作用。TNF-α 与肿瘤坏死因子受体2（tumor necrosis factor receptor 2，TNFR2）结合后可以引起细胞活化、迁移和增殖[18]；与含有死亡结构域的TNFR1 结合时则诱导半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）产生，发挥细胞毒作用[19]。

TNF-α 可以作为反应SCI 炎症的指标之一。TNF-α 是最早对SCI 做出反应的细胞因子之一，在SCI 后几分钟至几小时高度表达，通过激活NF-κB 信号通路，诱导中性粒细胞迁移、谷氨酸代谢受损、神经元死亡[20]等。阅读文献发现TNF-α 生物合成过程受机体负反馈机制的调节。TNF-α 本身可以增加如IL-10等抗炎因子合成，这些抗炎因子同时能够负向调节TNF-α 的表达，控制炎症持续的时间[18]。SCI 后慢性炎症的产生可能与负反馈调节失衡有关。维持这种良性平衡可能成为改善SCI 炎症的方法之一。

1.4 IL-1β 相关通路

IL-1β 的生成受多重水平的调控。IL-β 前体需要通过信号激活NF-κB 介导的转录诱导型表达[21]，在细胞内多以无活性的形式存在，激活后与白细胞介素-1 受体1（IL-1R1）结合才可发挥促炎效应[22]。炎症小体是由胞浆内模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）参与组装的多蛋白复合物，可分为NLRP1、NLRP3、NLRC4 等，在IL-1β 前体的激活中发挥重要的作用，是诱导SCI 后神经炎症和细胞凋亡的重要因素之一。PRRs、病原相关分子模式和损伤相关分子模式可激活炎症小体的组装。在特定的刺激下，炎症小体募集凋亡相关斑点样蛋白，再将caspase-1前体引入复合体，转化为具有生物活性的caspase-1，诱导IL-1β 成熟，并引起细胞凋亡[23-24]。IL-1β 介导激活IL-6 等促炎因子的前炎症反应[21]，继而引发一系列炎症反应。

2 抑炎细胞因子及其相关通路在SCI 中的调控机制

抑炎细胞因子包括IL-4、IL-10 等，在SCI 恢复期增加明显，可以抑制促炎因子产生，主要发挥激活免疫应答、抑制炎症反应作用[3,25]。诱导巨噬细胞表型由经典活化（M1 型）向替代活化（M2 型）转变[26]是大多数抑炎细胞因子发挥抑炎效应的方式之一。此外，部分抑炎因子还可以通过抑制促炎因子基因的转录直接控制炎症反应的发展。

2.1 IL-4 相关通路

IL-4 由活化的T 细胞产生，可调节多种免疫细胞。IL-4 信号转导由IL-4 受体α 链（IL-4Rα）介导。IL-4Rα 与其配体结合后，与共同的γ 链（γc）产生Ⅰ型信号复合体，使T 细胞向Th2 表型倾斜，促进活化巨噬细胞的发育[27]。激活后，Ⅰ型信号复合体由Janus 家族激酶1（Janus kinase 1，JAK1）和JAK3 磷酸化后，与STAT6 二聚后转移至细胞核发挥作用[27]。此外IL-4Rα配体结合体还可与IL-13 受体α1 结合，产生Ⅱ型复合体，主要影响哮喘等过敏性疾病的发生发展[28]，其在中枢神经系统中的功能尚未阐明，需要进一步研究。

IL-4 可以使M1 型小胶质细胞向M2 型转变，促进抑炎细胞因子IL-10 表达，进而减轻炎症，促进SCI后组织的恢复[29-30]。研究显示，IL-4 在炎症和神经性疼痛模型动物中表现出镇痛作用[31]，为缓解SCI 后疼痛提供了一定参考。

2.2 IL-10 相关通路

IL-10 是一种作用突出的抑炎细胞因子。ERK 和p38 通过转录因子CREB 和ATF1 激活丝裂原和应激激活的蛋白激酶1（MAPK-activated protein kinase 1，MSK1）和MSK2，促进受TLR4 调控的巨噬细胞产生IL-10[32]，IL-10 与IL-10 受体结合后可通过JAK/STAT 信号通路激活单核/巨噬细胞，促进M1 表型巨噬细胞向M2 表型转化，从而抑制促炎性细胞因子IL-1β、TNF-α 等的表达和活性氧的释放，减少神经元的死亡，减轻血脊髓屏障的破坏进而防止脊髓进一步损伤[33-34]。

在SCI 组织中，保持IL-10 的较高含量或许可以成为改善炎症微环境、促进SCI 恢复的潜在疗法之一。Hellenbrand 等[33]利用矿物包覆微粒给SCI 大鼠损伤局部持续提供IL-10，发现在一定的时间内可以改善轴突形态，促进SCI 后各种功能恢复。

2.3 IL-37 相关通路

IL-37 是IL-1 家族中极少数有抑炎活性的细胞因子之一。SCI 患者血清IL-37 水平明显升高，可作为评估SCI 的新型生物标志物[35]。动物实验显示，IL-37可以降低促炎性细胞因子的表达，改善SCI 模型的运动功能[36]。促炎刺激后细胞产生IL-37 前体，在胞内和胞外均可以发挥作用。IL-37 前体由caspase-1 裂解后形成成熟的IL-37，之后转移至细胞核，抑制促炎基因的转录。当胞外存在受体IL-1R8 时，IL-37 结合并募集IL-1R8，通过抑制NF-κB 和MAPK 以及激活Mer/PTEN/DOK 信号通路来转导抗炎信号，发挥抗炎作用[37-38]。

3 小结

SCI 涉及多种病变，神经组织修复缓慢，后期康复困难大，临床尚无特效治疗方法。炎症因子及其相关通路种类多，系统复杂，调节网络相互交错，涉及许多生物分子。同时一些信号具有双向传导作用，如IL-10 的关键调节因子STAT3，它主要通过IL-10 发出信号诱导抗炎反应，但是在收到IL-6 刺激时，则会驱动炎症[39]。除介导炎症反应导致神经细胞死亡外，炎症因子还与神经瘢痕[40]和疼痛[41]等多种SCI 后的继发反应有关，也可见调控炎症因子及其相关信号通路的重要意义。

不足的是，现有研究通常停留在所涉及的炎症因子或信号分子最终产生的作用，且多就单一信号通路，很少涉及多个信号通路的协调关系，能否通过调节多种生物分子的平衡达到更有效且稳定的治疗作用还需进一步研究。本综述还提示，今后的研究者还可以把明确各炎症因子及相关信号通路的调控机制与临床实验相结合，为治疗SCI 提供更好的方法。