缺血性脑卒中后免疫反应及免疫抑制相关研究进展

钟懿，熊晓星

(武汉大学人民医院神经外科，武汉 430060)

脑卒中是由多种因素导致的脑内血流阻塞(缺血性脑卒中)或脑血管破裂出血(出血性脑卒中)，其中缺血性脑卒中约占87%[1-2]，且缺血性脑卒中具有病情进展快、致死率和致残率高等特点。据世界卫生组织数据显示，全世界范围内每年约500万人死于缺血性脑卒中，仅我国每年就有约100万人因脑卒中失去生命，而幸存者每年要丢失约1亿伤残调整生命年[3]。因此，缺血性脑卒中是全球死亡和残疾的主要原因之一，给社会带来沉重的经济负担。研究表明，免疫系统贯穿脑卒中的全过程，从危险因素的作用机制到神经毒性的产生，再到组织修复与重构，免疫系统与大脑相互影响共同调控疾病的发展趋势；脑卒中后严重的脑缺血可诱发初始免疫炎症反应，加剧神经功能缺损，导致全身免疫系统发生改变，产生免疫抑制，使患者对感染的易感性增加，进而导致患者的死亡事件增加[3]。因此，探究免疫系统在脑卒中发生、发展中的效应，寻找潜在治疗靶点迫在眉睫。现就缺血性脑卒中后免疫反应及免疫抑制的研究进展予以综述。

1 缺血性脑卒中与免疫激活

缺血性脑卒中的炎症反应过程主要分为三个阶段，即初始期(数小时)、进展期(数天)和消散期(数周)，每个阶段均与特定的免疫反应和细胞外信号分子有关[4]。

1.1非特异性免疫 在缺血性脑卒中初期，非特异性免疫占主导地位。动脉阻塞后，由于局灶性缺血缺氧，脑内和外周的固有免疫细胞首先募集到损伤部位，大量释放促炎细胞因子和趋化因子，在氧化应激、炎症反应以及下调的内皮连接蛋白和上调的血管源性蛋白酶的综合作用下，血脑屏障通透性增加，为免疫细胞、可溶性物质和水分子进入大脑开放通道，导致间质炎症反应和水肿的发生，进而损害神经组织[5]。随着血脑屏障完整性的逐渐丧失，内皮细胞被激活，其通过活化白细胞表面的高亲和力整合素分子和上调内皮上相应配体(如血管细胞黏附分子-1和细胞间黏附分子-1)的表达[6-8]，促进巨噬细胞、白细胞和其他炎症细胞浸润。在血管周围区域，小胶质细胞分泌谷氨酸、自由基和一氧化氮等有害分子，促进血管收缩和血小板聚集，加重神经毒性；肥大细胞脱颗粒导致组胺、蛋白酶类和肿瘤坏死因子-α释放，促进中性粒细胞募集[9]。而被激活的巨噬细胞作用较为复杂，在缺血性脑卒中早期，经典活化的M1型巨噬细胞大量分泌促炎细胞因子，促进中性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞等黏附和渗出；在缺血性脑卒中后期，替代激活的M2型巨噬细胞发挥主要作用，其可分泌保护性重塑因子，促进轴突生长和血管生成[10]。由于中性粒细胞的表型不同，故对脑卒中造成的影响也存在差异，治疗性地使用吡格列酮激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ，可使中性粒细胞向N2表型分化，导致炎症反应减轻[11]。但缺血性脑卒中后，小鼠脑内主要存在N1型中性粒细胞，加速了炎症反应的进展[12]。小胶质细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等炎症细胞及其释放的因子加重了血-脑屏障损伤，导致各种破坏性酶和有毒物质(基质金属蛋白酶9、S100-β蛋白、氧自由基及兴奋性氨基酸等)持续堆积于大脑，加剧了脑损伤，导致患者的病死率显著增加[5]。在脑实质内，低灌注导致氧和葡萄糖丰度降低，使大脑不能合成足够的ATP，导致质膜上离子梯度消失，谷氨酸大量释放，而低糖低氧持续刺激谷氨酸受体可导致神经元去极化，产生活性氧类，并造成线粒体功能障碍，最终触发兴奋性毒性以及自由基诱导的细胞坏死和凋亡途径[13]。坏死细胞释放损伤相关模式分子，刺激病原体识别Toll样受体2和Toll样受体4，并激活核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和促分裂原活化的蛋白激酶通路，传播并放大固有免疫反应，加速血管破坏以及细胞死亡，最终造成血管损伤、炎症和神经元死亡的恶性循环[14]。

1.2特异性免疫 在缺血性脑卒中后24 h，特异性免疫反应被激活[15]，炎症反应进入进展期。基于前期血脑屏障渗透性增加，淋巴细胞在脑卒中后进入中枢，并通过识别中枢神经系统抗原诱发自身免疫反应。T淋巴细胞亚群中的CD4+、CD8+T细胞以及这两种亚群间的平衡与缺血性脑卒中后炎症反应、神经功能缺损和细胞免疫功能的改变密切相关。临床研究显示，患者外周血中CD4+、CD8+、CD4+/CD8+T淋巴细胞水平与缺血性脑卒中的严重程度及预后相关[16]。在缺血性脑卒中的动物模型中，抑制CD4+、CD8+T细胞由外周向中枢神经系统迁移或特异性阻断CD8+T细胞释放细胞毒素，可减轻大鼠脑卒中后的免疫反应并减小脑梗死体积[17]；缺乏T细胞的小鼠也表现出更轻微的神经损害，而回输T细胞后，这种神经保护作用消失[18]。CD4+T细胞以非抗原依赖性方式分泌γ干扰素(interferon-γ,IFN-γ)和白细胞介素(interleukin，IL)-17等细胞因子，促进脑内的胶质细胞表达趋化因子，导致中性粒细胞浸润增加，加重缺血性脑卒中早期的神经损伤，而γδT细胞和CD8+T细胞在此基础上进一步介导神经细胞毒性[7]。同时，T淋巴细胞也存在复杂的双重效应，调节性T细胞(regulatory cell，Treg细胞)是CD4+T淋巴细胞亚组的一员，脑缺血后的7 d和14 d在梗死组织可以检测到大量聚集和增殖的Treg细胞，Treg细胞可通过释放免疫抑制因子等对脑损伤进行调控，进而维持机体的免疫稳态[19]，为后期脑损伤部位结构和功能的重建奠定基础。此外，B淋巴细胞也参与了缺血性脑卒中后的免疫反应，但目前B淋巴细胞在缺血性脑卒中的作用尚不明确。一方面，B淋巴细胞可分泌IL-10，减轻脾脏萎缩，减少活化的炎症T淋巴细胞进入缺血脑组织，同时增加CD8+CD122+Treg细胞，从而发挥神经保护作用，因此B淋巴细胞缺乏的小鼠梗死灶增大，预后更差[20]；另一方面，Doyle等[21]研究发现，缺血性脑卒中发生数周后，活化的B淋巴细胞进入脑组织，产生抗脑源性因子抗体，在疾病发作后的数周内造成更严重的神经元损伤，并可能带来神经系统慢性炎症和迟发性认知功能障碍等后遗症。

缺血性脑卒中后期为炎症反应的消散期。多种免疫细胞、神经元及神经细胞联合参与缺血部位的修复和重建，通过清除坏死细胞和组织碎片或产生生长因子和蛋白酶，促进神经元的发生、血管生成以及细胞基质的再生，使组织结构得以重构，恢复正常功能[5]。

2 缺血性脑卒中后免疫抑制

生理条件下，免疫系统与神经系统通过多种途径相互作用以维持稳态，但严重的脑损伤(如脑卒中)可能会打破这一平衡。缺血性脑卒中发作后24 h内，初级和次级淋巴器官被激活并产生全身性炎症反应，同时细胞因子、趋化因子和促炎介质在血循环中的水平显著升高；缺血性脑卒中发作24 h后外周免疫重塑，免疫系统的功能状态受到抑制，表现为细胞免疫功能迅速且持续减弱、单核细胞和辅助性T细胞1失活、淋巴细胞减少[22]以及次级淋巴器官萎缩[23]，这种现象被称为脑卒中诱导的免疫抑制(stroke-induced immunodepression，SIID)。SIID可能是大脑自身对急性损伤的一种适应性反应，以减轻脑内的炎症反应，阻止损伤的进一步发展。

2.1SIID的发生机制 中枢神经系统通过复杂的神经途径和体液途径调控免疫功能，具体包括交感神经系统、副交感神经系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴[24]。

2.1.1交感神经系统 缺血性脑卒中后1～3 d，交感神经系统被过度激活，通过β抑制蛋白-2/NF-κB通路[25]或环腺苷酸-蛋白激酶A/NF-κB通路[26]诱导免疫抑制。儿茶酚胺通常包括肾上腺素、去甲肾上腺素和多巴胺三种物质，是交感神经系统的主要效应物，由外周器官的肾上腺髓质和神经末梢分泌，主要作用于肾上腺素能受体，当交感肾上腺髓质系统兴奋时，儿茶酚胺大量释放入血，一方面可抑制细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4的表达，诱导淋巴细胞凋亡，减少IFN-γ的产生，促进M2型巨噬细胞的分化；另一方面，儿茶酚胺还可下调NF-κB，抑制促炎细胞因子(肿瘤坏死因子-α、IL-6和IL-1β)的基因转录，并促进抗炎细胞因子(如IL-10)的产生[27]。

2.1.2下丘脑-垂体-肾上腺轴 下丘脑-垂体-肾上腺轴是神经内分泌系统的重要组成部分，通过下丘脑释放促肾上腺皮质激素释放激素调节机体的功能。脑卒中后缺血缺氧刺激脑组织分泌IL-1β、肿瘤坏死因子-α和IL-6，增加促肾上腺皮质激素释放激素的合成，导致肾上腺束状带分泌过量的糖皮质激素[28]。在临床上，尿皮质醇水平较高的脑卒中患者更易罹患感染，这也间接反映了较高的血液糖皮质激素水平[29]。糖皮质激素具有强大的抗炎作用，可减少T细胞导致的IFN-γ的生成并诱导其凋亡，同时促进单核细胞分泌IL-10，这可能是缺血性脑卒中后淋巴细胞减少的原因。流行病学调查显示，入院前服用糖皮质激素与缺血性脑卒中患者短期病死率增加相关[30]。

2.1.3副交感神经系统 胆碱能抗炎途径主要包括迷走神经、脾脏和烟碱乙酰胆碱受体α7。缺血性脑卒中后，激活的副交感神经系统通过分泌乙酰胆碱激活胆碱能神经递质，乙酰胆碱可抑制外周炎症细胞因子的释放，保护神经细胞免受氧化应激，并促进脑功能恢复。有研究发现，延迟给予小鼠脑卒中模型Varenicline(一种烟碱乙酰胆碱受体α7的高亲和力激动剂)可减少大脑炎症反应，改善小鼠运动功能，表明活化的副交感神经系统对缺血性脑卒中有神经保护作用[31]。

2.2SIID对缺血性脑卒中的影响 SIID可以通过下调免疫反应而减少炎症反应，保护中枢神经系统免受自身免疫的侵扰，与此同时也减弱了机体对病原体的抵抗力，导致感染风险增加。流行病学数据表明，脑卒中后感染是患者死亡和残疾的主要原因，且与较高的复发率和再入院率相关；脑卒中相关性肺炎(stroke-associated pneumonia，SAP)和尿路感染是脑卒中后感染的主要形式，且两者患病率相似；肺炎是临床最常见的感染类型，与脑卒中患者的不良预后独立相关，对神经功能的恢复影响最大，而SAP可显著增加患者30 d、1年和3年的病死率[24]。因此，有效控制SAP对改善患者存活率和生活质量均具有重要意义。传统观念认为，误吸及其相关危险因素(如意识障碍和吞咽困难)是导致SAP的关键，由于多巴胺传递异常[32]，脑卒中患者的吞咽反射和P物质的释放被抑制，使患者更有可能暴露于病原微生物中，而有吞咽困难的患者发生肺炎的可能性是普通患者的11倍[27]。研究表明，在同等程度的吞咽困难或意识障碍的情况下，脑卒中患者更易发生肺炎[33]，提示可能有另一种机制参与其中。有研究发现，在小鼠脑卒中模型中，仅需200个肺炎链球菌菌落形成单位进行鼻腔接种即可导致小鼠患严重肺炎，而对照小鼠需接种几百倍甚至更多的菌落形成单位，才能诱发肺炎；使用β受体阻滞剂阻滞小鼠的交感神经系统功能可以防止INF-γ缺乏和细菌感染的发生，但阻滞下丘脑-垂体-肾上腺轴却无这种效果[34]。表明SAP是多种机制综合作用的结果，误吸等因素为病原菌的侵入提供了可能，而SIID加速了感染的发生。更重要的是，是交感神经系统而非下丘脑-垂体-肾上腺轴在其中起主导作用。

3 免疫调节治疗

对于免疫反应，机体直接的反应为发生感染，而感染也是影响预后与结局的关键事件，因此预防或减少感染是急性缺血性脑卒中的重要治疗方向之一。研究人员尝试预防性使用广谱抗生素减少致病菌以达到防治缺血性脑卒中后感染的目的，但各种试验结果并不理想。如一项小型随机对照试验显示，美洛西林和舒巴坦联合应用可改善脑卒中患者的临床症状，其他抗生素如头孢菌素也表现出神经保护作用[35]。但在缺血性脑卒中早期应用氟喹诺酮类药物治疗则不利于啮齿动物的预后[36]。另有研究认为，与无抗生素预防性治疗相比，缺血性脑卒中前使用氟喹诺酮类药物可提高小鼠脑卒中后的存活率，并有助于神经功能的恢复[37]。由于存在争议，目前预防性抗生素治疗尚不推荐用于急性脑卒中患者。鉴于缺血性脑卒中治疗的现状以及SIID在病理生理机制中的重要性，多种预防SIID的免疫调节疗法逐渐出现。β受体阻滞剂通过与儿茶酚胺竞争性结合β受体，从而阻断交感神经系统，改善SIID。动物实验表明，使用普萘洛尔和糖皮质激素受体拮抗剂米非司酮双重阻断交感神经系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴可显著减小脑梗死体积，增加长期存活率，促进脑卒中小鼠感染后的恢复[38]。此外，普萘洛尔还能减少脾脏中凋亡细胞的数量，增强免疫细胞释放促炎细胞因子的能力[39]，普萘洛尔对免疫反应的影响或许正是导致小鼠脑梗死体积缩小的原因。Prass等[40]进一步评估了β受体阻滞剂对SAP易感性的影响，他们通过构建局灶性脑缺血模型并鼻内注射肺炎链球菌模拟细菌性肺炎发现，缺血性脑卒中发作后4 d，小鼠肺炎患病率达峰值，而缺血处理前给予普萘洛尔可减少肺炎的发生，并将易患风险期延长至14 d，为预防感染提供了足够的时间窗。在临床研究中，β受体阻滞剂的治疗价值也得到了一定的认可。试验数据表明，β受体阻滞剂与缺血性脑卒中病死率及医院获得性肺炎发病率相关，住院期间接受β受体阻滞剂治疗的患者30 d病死率均较低，而在缺血性脑卒中发作前使用β受体阻滞剂可减轻脑缺血的严重程度，并逆转肺部感染[33,41]。但也有研究认为，β受体阻滞剂仅能抑制尿路感染，并不能影响SAP，这可能与患者年龄以及基础合并症等有关[42]。由于交感神经系统抑制在发挥神经保护作用的同时并不会恶化脑卒中患者的神经功能，因此研发靶向抑制交感神经系统的药物可能成为一种可行的脑卒中治疗方法，但要将其真正推广应用于临床仍需多中心、大样本的对照试验加以验证。

4 小 结

脑卒中对大脑的损害是一种免疫调节反应，作为对大脑中高度炎症环境的反馈，交感神经系统、副交感神经系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴过度活化产生多种免疫抑制分子，这是大脑防止自身受损的防御机制。预防和治疗脑血管疾病具有长期用药和多药联合的特征，但效果甚微。因此，研究和开发相关药物并采取个体化的治疗方案迫在眉睫。有效改善缺血性脑卒中后的炎症可在免疫系统与中枢神经系统间形成稳态，不仅能够阻断炎症细胞分泌有害因子，还能防止SIID的发生。未来应进一步研究缺血性脑卒中后的炎症免疫及SIID的精确机制，探寻更多的非传统疗法，以实现免疫系统与中枢神经系统的双重保护。