炎症在缺血性脑卒中中的作用机制及抗炎药物治疗进展

赵勃，尹其阳，李运曼

（中国药科大学基础医学与临床药学学院生理教研室，江苏 南京 210009）

脑卒中是全球第三大死亡原因，也是成年人永久性残疾的首要致病原因。脑卒中具有发病率高、死亡率高、复发率高和致残率高的特点，包括缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）和出血性脑卒中，其中IS 占脑卒中发病率的70% ～ 90%[1]。IS 可导致缺血区在发病数分钟内发生不可逆的神经元损伤[2]。IS 发病机制复杂，而炎症导致的缺血性损伤是脑卒中发生的重要原因。

目前，对IS 的主要治疗方案是重建血流和增强缺血区的血流供应，这也是缺血脑组织损伤修复的必要条件。组织型纤溶酶原激活剂（tPA）是当前唯一被美国食品和药品管理局（FDA）批准用于非侵入性IS 的治疗药物，其溶栓作用显著，但其也可造成血流再灌注损伤，使活化的白细胞大量流入缺血组织，加剧一系列炎症损伤[3]。强烈的炎症反应可激活小胶质细胞，从而引导外周白细胞流入脑实质，进而引发局灶性脑缺血[4]。研究显示，局灶性脑缺血以时间依赖性诱导小胶质细胞的活化，并募集白细胞，包括T 细胞、中性粒细胞和单核细胞[5]。活化的小胶质细胞分泌大量促炎细胞因子和趋化因子，促炎细胞因子可引起脑血管系统中的黏附分子上调，趋化因子可促进外周白细胞募集。募集的白细胞一旦进入脑实质，就会释放出多种细胞毒素。缺血再灌注损伤所致神经炎症可破坏血脑屏障（BBB），导致脑水肿和神经细胞死亡等[6]。对脑卒中的药理研究一直是研究热点，然而目前还没有既高效又安全的治疗药物[7]。本文针对炎症在IS 中的作用机制和抗炎药物治疗进展进行综述，旨在为脑卒中的临床和药物研究提供参考。

1 缺血性脑卒中

IS 是由于脑的供血动脉（颈动脉或椎动脉）狭窄或闭塞、脑供血不足所导致的脑组织坏死的总称，严重者可导致脑水肿[8]。从大脑缺血的几秒到几分钟内，缺血级联迅速启动，其中包括一系列的病理机制，最终导致脑梗死和神经元死亡[1]。目前关于IS 的病理机制有若干学说，包括能量代谢异常、兴奋性氨基酸毒性、自由基氧化损伤、细胞凋亡和免疫炎症损伤等。

2 炎症在缺血性脑卒中中的作用机制

IS 中脑细胞死亡级联的关键组成部分之一是神经炎症，其中主要参与者是免疫细胞，包括脑内固有的小胶质细胞和外周白细胞（T 细胞、中性粒细胞和单核细胞等）。在IS 急性期（缺血几分钟内），脑内的小胶质细胞被激活并生成大量炎症介质，如细胞因子［白细胞介素（IL）-1β、IL-6 和肿瘤坏死因子（TNF）-α］和趋化因子［单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）、C-X-C 基序配体1（CXCL-1）］。IS发生时，内皮细胞也被这些介质刺激而致细胞黏附分子的表达上调[9]。此外，炎症会募集T 细胞、中性粒细胞、单核细胞等大量外周白细胞进入脑实质，这些白细胞通过不断释放IL-1β、IL-6 和TNF-α 而成为IS 急性期中神经炎症的重要介质[10]。

IS 急性期的神经炎症最终会导致BBB 破坏、神经元损伤、血管衰老等一系列脑损伤（见图1）。

图1 炎症在缺血性脑卒中中的作用机制Figure 1 Mechanisms of inflammation in ischemic stroke

2.1 缺血性脑卒中病理过程中参与的主要免疫细胞

小胶质细胞是脑中唯一固有的免疫细胞。在IS发生时，小胶质细胞极化并参与神经炎症的发生。白细胞包括淋巴细胞、粒细胞和单核细胞，为最主要的免疫细胞，在正常的脑内不分布，发生炎症时会被募集到脑实质中并浸润。淋巴细胞主要是T 淋巴细胞，是免疫系统的基本成分，在体内分布广泛。T 淋巴细胞受抗原刺激而被活化、分裂、增殖并发生特异性免疫应答。粒细胞中含有特殊染色颗粒，其中绝大部分的粒细胞是中性粒细胞[11]。单核细胞是体积最大的白细胞，也是免疫系统的重要组成部分。这些免疫细胞的主要功能见表1。

表1 缺血性脑卒中病理过程中参与的主要免疫细胞类型及功能Table 1 Main immune cells involved in the pathological process of ischemic stroke

2.1.1 小胶质细胞小胶质细胞是脑内的巨噬细胞，其在免疫监视、吞噬、修剪突触结构和调节神经炎症中发挥重要功能[12]。在正常生理状态下，小胶质细胞处于静息状态且不能发挥免疫功能[13]。在IS等病理状态下，小胶质细胞极化并直接参与神经炎症的发生。研究证实，IS 时脑中的小胶质细胞迅速增加并在48 h 处于高峰[14]。

小胶质细胞可以根据其分泌不同细胞因子的特性分为M1 型（classical activation）小胶质细胞和 M2 型（alternative activation）小胶质细胞2 种极化表型[15]。其中M1 型小胶质细胞具有细胞毒性作用，它的激活会诱导IL-6、TNF-α、活性氧（ROS）、NO 以及MMPs 等物质的释放，从而引起组织炎性损伤并破坏BBB。笔者所在课题组先前的研究也证实，大鼠IS 24 h 后，脑中小胶质细胞的标记物离子钙接头蛋白1（Iba-1）表达量显著上升，促炎小胶质细胞标记物CD 16 表达上升，而抗炎小胶质细胞标记物CD 206表达下降，并伴随着IL-6、TNF-α 等促炎细胞因子表达水平的上调[16]。M2 型小胶质细胞参与组织修复以及感染或损伤后正常组织动力学的维持[17]。

2.1.2 T 细胞T 淋巴细胞又称T 细胞，是由来源于骨髓中的淋巴干细胞组成，其在胸腺中分化、发育成熟后，通过淋巴和血液循环分布到全身的免疫器官和组织中并发挥免疫功能。T 细胞中的辅助性T细胞群体（CD4+）可分化为调节性T 细胞（Treg）和CD8+T 细胞等亚组[18]。当IS 发生时，CD4+T 细胞和CD8+T 细胞在24 h 内即可被募集到脑部的缺血区域，并通过衍生干扰素γ（IFNγ）、IL-17、IL-21、IL-23 等细胞因子破坏BBB 以及影响神经元自噬，最终导致神经元死亡[19-20]。然而，Treg 能够抑制中枢神经系统炎症，并调节和维持外周的免疫耐受，从而保护大脑。当Treg 没有正常发挥作用时，大脑中的炎症就会产生并加剧[21]。

2.1.3 中性粒细胞中性粒细胞是首先对伤害性刺激做出反应的细胞，其通过募集更多的中性粒细胞和单核细胞来清除早期感染的病原体[22]。因此，IS 后大量中性粒细胞聚集于受损血管会造成堵塞，影响脑组织血液供应。IS 发生后，损伤部位释放趋化因子，促使中性粒细胞从骨髓中释放并通过细胞旁或跨细胞途径穿越内皮细胞层到达局灶性脑微血管中[23]。IS 受损血管中的中性粒细胞可能会浸润超过3 d 或更长时间，最后迅速减少。另外，中性粒细胞还会分泌大量的MMPs 破坏BBB[24]。

2.1.4 单核细胞单核细胞是体积最大的白细胞，当单核细胞经血管的内皮细胞层进入受损的组织时，经过一连串的转变以成为巨噬细胞。单核细胞在吞噬抗原后将所携带的抗原决定簇转交给淋巴细胞，诱导淋巴细胞的特异性免疫反应[25]。在单核细胞积聚于受损血管之前，中性粒细胞分泌的MMPs 已打开了BBB，故成熟的单核细胞亚群很容易通过跨越BBB 转移至脑内进一步损伤神经系统。

2.2 细胞因子的释放

细胞因子是一组响应抗原而产生的小分子蛋白质，具有调节固有免疫和适应性免疫的功能。除了驻留在脑内的小胶质细胞可产生细胞因子外，外周衍生的白细胞（如T 细胞和单核细胞）也被证实可分泌细胞因子参与脑炎症[26]。

在IS 炎症相关研究中涉及到的细胞因子有很 多， 其 中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12 和IL-18 的出现会加剧脑损伤，故此类细胞因子被称作促炎细胞因子；而IL-4、IL-10 和IL-13 等具有神经保护性，因此它们被称作抑炎细胞因子[27]。不同细胞因子的功能及机制见表2。

2.3 细胞浸润

当大脑受到炎症刺激后，各种黏附分子引导外周白细胞向脑实质迁移，当白细胞进入大脑中会积聚和浸润。其中，不同白细胞的浸润情况也会随着炎症发生的时间而改变。

2.3.1 黏附分子引导白细胞向内皮细胞迁移在促炎细胞因子如IL-8 的作用下，白细胞和内皮细胞的黏附分子表达增多，而黏附分子可诱导白细胞和内皮细胞的初步结合，但它们之间的亲和力较小，加上血流速度的影响，白细胞在炎症部位的血管中黏附、分离、再黏附、再分离，以滚动的方式运动。这种重复的过程会使黏附分子逐渐脱落，白细胞与内皮细胞的黏附作用减弱，最终白细胞会随着血液渗出而穿过血管内皮细胞定向转移至炎症部位[34]。

2.3.2 白细胞浸润的影响虽然白细胞进入脑组织能够起到清除病原体的作用，但大量白细胞的浸润会堵塞血管，加重IS。在炎症早期（48 h 以内），以中性粒细胞浸润为主。炎症中晚期中性粒细胞积聚减少，以淋巴细胞、单核细胞浸润为主[35]。

表2 不同细胞因子的功能及机制Table 2 Function and mechanisms of different cytokines

2.4 炎症在IS 中造成的影响

炎症通过上述机制导致IS，并使脑部产生BBB破坏、神经元损伤、脑血管衰老等相关的损伤。BBB 可以维持大脑微环境的稳态，保证神经系统功能的正常发挥。然而，炎症介质会通过激活MMPs而破坏BBB上的紧密连接，进而造成BBB的破坏[36]。BBB 被破坏后，炎症介质及免疫细胞的进入会进一步加速脑损伤。

白细胞的主要功能是防卫作用，当IS 引发炎症后会招募大量的白细胞进入脑血管内造成浸润，同时这些白细胞也会分泌大量促炎细胞因子，从而造成神经元损伤、凋亡和坏死。神经元的受损会带来运动障碍、语言障碍等一系列功能障碍，严重影响IS 患者的生活质量[37]。

除了年龄因素会造成血管衰老外，炎症也同样会造成脑血管衰老[38-39]。研究显示，体内细胞衰老可能是心血管疾病的发病机制之一[40]。脑部血管衰老会降低血管功能，加速血管粥样硬化，利于血栓的形成，造成脑缺血[41]。一项研究通过提取老年小鼠的内皮细胞和周细胞建立体外衰老BBB 模型，发现内皮细胞中IL-6 和黏附分子过量表达，紧密连接蛋白的表达水平下降，导致BBB 完整性受损[42]。

3 治疗缺血性脑卒中的抗炎药物研究

IS 后患者脑部发生急性的炎症反应，其中小胶质细胞极化、细胞因子的大量表达和白细胞的聚集是IS后数小时至数天发生炎症反应的标志性特征[43]。然而，目前为止还没有任何针对炎症和免疫途径的神经保护药在Ⅲ期临床试验中证实其临床疗效，但是发现有很多临床前或Ⅱ期临床试验中的化合物可以通过干预炎症的靶点而达到治疗IS 的作用，是未来有希望进入Ⅲ期临床试验研究的候选药物。

3.1 抗小胶质细胞极化的药物

补骨脂素（PAP-1）是电压门控性K+通道Kv1.3 的抑制剂。Kv1.3 在M1 型小胶质细胞上表达，参与其激活、迁移、增殖及细胞因子分泌。而PAP-1 能够通过抑制Kv1.3 表达而有效地减少小胶质细胞向M1 型极化并增加缺血海马区的神经元存活率，从而减少IS 后继发性炎症的损害[44]。

Aleglitazar 是一种双重过氧化物酶体增殖剂激活受体（PPAR）α 和PPARγ 的激动剂，能够抑制IS 小鼠小胶质细胞的迁移和细胞因子、黏附分子的释放[45]。

Vx-765 是一种Caspase-1 抑制剂。Caspase-1 可被炎症小体激活并释放促炎细胞因子如IL-1β 和IL-18，抑制Caspase-1 可以将小胶质细胞从M1 表型转向M2 表型来预防小鼠IS 损伤，并减轻小胶质细胞介导的神经炎症[46]。

3.2 抗细胞因子的药物

IL-1 受体拮抗剂（IL-1Ra）是促炎细胞因子的竞争性拮抗剂，已被广泛应用于治疗类风湿性关节炎等炎症性疾病。研究证实，IL-1Ra 可以减少IS 大鼠模型的脑梗死体积。Ⅱ期临床试验研究显示，IL-1Ra 可降低IS 患者血浆中IL-6 和血浆C 反应蛋白的水平，且IL-1Ra耐受性良好，安全性较好[47]。目前，有关IL-1Ra 溶栓作用的具体机制尚不明确。

西酞普兰是一种选择性5-羟色胺再摄取抑制剂，临床用作抗抑郁药。试验研究显示，西酞普兰可下调大鼠IS 后下丘脑中IL-1β、TNF-α 和促肾上腺皮质激素释放激素的表达水平[48]。然而，在关于西酞普兰的Ⅱ期临床研究中发现，在前6 个月使用西酞普兰治疗并没有改善IS 患者的症状[49]。近年来对西酞普兰在IS 的研究大多集中于抗血小板、神经再生和血管保护方向，而抗细胞因子方向的研究仍鲜有报道。

作为蜂胶黄酮最具生物活性的成分之一，白杨素可以激活胞内磷脂酰肌醇激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路，显著降低大鼠脑组织和SH-SY5Y 细胞（人神经母细胞瘤细胞）中TNF-α、IL-6 和IL-1β 的水平[50]。

白术内酯3 是一种倍半萜内酯，它能够抑制JAK2/STAT3 通路来降低大鼠脑组织和原代小胶质细胞中IL-1β、TNF-α 和IL-6 的水平，从而减轻神经炎症[51]。

Propagermanium（一种MCP-1 的抑制剂）可以通过抑制STAT1，从而下调IS 小鼠的小胶质细胞极化并减少促炎细胞因子的释放[52]。

3.3 抗白细胞（黏附分子）的药物

芬戈莫德是一种1-磷酸鞘氨醇（S1P）受体的高亲和力激动剂，可通过激活淋巴细胞上的S1P 受体并促进淋巴细胞的内化，从而防止淋巴细胞从淋巴组织中流出，限制淋巴细胞向脑部的浸润，同时也有抑制小胶质细胞局部活化的作用。研究显示，芬戈莫德可以降低缺氧缺血小鼠外周血和脑组织中CD4+T 细胞和CD8+T 细胞的数量[53]。在芬戈莫德的Ⅱ期临床试验研究中，芬戈莫德降低了IS 患者脑梗死体积和BBB 通透性，亦降低了IS 患者血液中CD4+T 细胞、CD8+T 细胞的数量[54]。一项芬戈莫德和阿替普酶联合治疗的Ⅱ期临床试验研究显示，两药合用耐受性更好，并减轻了IS 损伤[55]。

纳他珠单抗是一种可以阻断α4-整合素的人源性CD49d 抗体，可减轻白细胞对中枢神经系统的侵袭，目前已被批准用于治疗多发性硬化症。在一项研究中，纳他珠单抗减少了中枢神经系统的T 细胞和中性粒细胞浸润，但未能显示出治疗IS 小鼠脑梗死的作用[56]。Ⅱ期临床试验结果也表明，服用那他珠单抗在IS 发作后9 h 内并没有降低脑梗死[57]。因此，对纳他珠单抗治疗IS 的作用有待进一步研究。

恩莫单抗是一种鼠细胞间黏附分子1（ICAM-1）抗体，可在IS 发生6 h 内成功阻断中性粒细胞在内皮细胞上的黏附和转归。然而在对恩莫单抗的Ⅲ期临床试验研究中发现，其对IS 患者的生存率有显著的负面影响，而且易产生严重的不良反应（如感染和发热）[58]。

PR-957 是免疫蛋白酶体亚基低分子量多肽7（LMP7）的抑制剂，通过抑制T 细胞浸润和降低IS 小鼠T 辅助细胞17（Th17）的细胞分化，从而提供神经保护作用[59]。

重组T 细胞受体配体1000（RTL1000）能够减少小鼠脑缺血区活化的单核细胞/小胶质细胞（CD11b+CD45hi）和CD3+T 细胞的数量以及总T细胞和中性粒细胞的百分比[60]。

N，N-二异丙基-2-氧代丙酰胺（DIPOPA ）可显著抑制IS 大鼠中性粒细胞上细胞黏附分子的表达，从而抑制中性粒细胞在脑实质中的浸润[61]。

含有Ninjurin 1 的N 末端黏附基序的十二聚体肽（N-NAM，Pro26～Asn37）可抑制IS 大鼠中单核细胞的黏附和迁移作用，降低中性粒细胞的浸润，从而达到神经保护和抗炎作用[62]。关于治疗IS 中炎症的药物及机制见表3。

4 结语与展望

炎症在IS 中会导致脑损伤和缺血性病变的扩大。目前，临床上对IS 的治疗依然依赖于溶栓，而溶栓治疗后会加剧炎症的发生，这将对IS 患者带来更大的损伤。炎症参与IS 的机制主要是激活小胶质细胞，产生大量的促炎细胞因子，并在脑内募集白细胞。炎症对IS 造成的影响主要是破坏BBB，损伤神经元和加速血管衰老，而这些均会加重IS 的病情。所以，在进行溶栓治疗的同时，抑制炎症对IS的治疗有重要意义。近年来在IS 的临床前药物研究中，抗炎药物逐渐成为热门，并有机会进入临床研究成为候选药物。然而，目前单独应用抗炎药物的相关临床研究均由于疗效不佳而止步于Ⅲ期临床试验，考虑将抗炎药物与其他药物（如抗凝血药、抗血小板药）联合使用可能效果更佳。

表3 治疗缺血性脑卒中的抗炎药物及机制Table 3 Mechanisms and drugs for inflammation in ischemic stroke