Tim-3在脑梗死后胶质细胞和巨噬细胞中作用的研究进展

张娟梓， 赵远瑜综述， 韩江全审校

脑梗死是由于各种原因阻塞颅内动脉，从而导致脑缺血、脑组织损伤以及随之而来的神经功能障碍和残疾。具有高致残率、高致死率、高复发率等特点，给患者、家庭和社会造成惨重的负担。多重病理生理机制参与脑梗死的发生、发展，其中炎症细胞参与的炎症反应在其病程中扮演了重要的角色。T细胞免疫球蛋白及粘蛋白-3 (T-cell Ig-mucin-3，Tim-3)作为一种重要的免疫检点分子，参与炎症反应的调节。本文就Tim-3在脑梗死后主要炎症细胞中的作用做一简要概述。

1 脑梗死与炎症反应

脑梗死初期，损伤区可分为中心坏死区和周围缺血半暗带区[1]。中心坏死区已损伤的神经元是不可逆的；半暗带区由于旁路血管的存在，神经元在功能上受损，但细胞结构仍完整，可通过干预来挽救该区尚存活的神经元。脑梗死后的病理生理过程复杂多样[2]，包括氧化应激、Ca2+离子内流、线粒体能量代谢障碍、炎症反应等，其中炎症反应是研究最为广泛的机制之一。生理条件下，由于血脑屏障(blood brain barrier，BBB)的存在，限制了外周血中各种物质及免疫细胞自由进出脑组织，即所谓的免疫豁免区[3]，但这种豁免不是绝对的。免疫系统和中枢神经系统之间互相作用，共同参与中枢神经系统各种疾病的病理过程。脑梗死后，最先激活脑内胶质细胞，形成针对缺血的炎症表型并释放炎症介质，破坏BBB并募集外周免疫细胞，包括中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等到缺血部位引起继发性炎症反应，并以背景依赖的方式加速或减轻缺血性脑损伤[4]。可见脑梗死涉及特异性和非特异性免疫应答参与的炎症反应。

2 Tim-3概述

2.1 Tim-3的结构 T细胞免疫球蛋白及粘蛋白-3(T-cell Ig-mucin-3，Tim-3)最初鉴定表达于小鼠终末分化的CD4+Th1细胞和CD8+Tc1细胞表面，属于Tim蛋白家族[5]。该蛋白家族在人类由位于5q33.2染色体上的3个基因HAVCR1、HAVCR2和TIMD4组成，分别编码Tim-1、Tim-3、Tim-4且与小鼠相应的Tim结构类似[6]。Tim-3为单次跨膜糖蛋白，包括胞外结构域、跨膜区和胞内结构域。胞外N-端结构域主要包括V结构域和紧随其后的粘蛋白结构域。所有Tim家族V结构域都包括4个保守的半胱氨酸，且位于该区的FG-CC’环形成独特的配体结合口袋[5]。粘蛋白结构域在不同Tim亚型差别较大，但共同特征是以丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸为主要糖基化位点。胞质C-端结构域除Tim-4外，Tim-1和Tim-3属于人和小鼠同源基因结构域，尾端含5个酪氨酸残基，其中酪氨酸激酶磷酸化基序Y265与人类和小鼠Tim-3介导的胞内信号转导相关[6]，但其精确的信号转导机制有待进一步明确。

2.2 Tim-3的功能 Tim-3参与多种炎症反应，并发挥调节作用。最初的研究发现其表达于终末期分化的Th1和Tc1细胞表面，上调后抑制Th1和Tc1细胞的功能、形成免疫耐受[7]，参与特异性免疫反应。Tim-3也表达于调节性T细胞(Treg细胞)、树突状细胞(DCs)、巨噬细胞、胶质细胞等，参与非特异性免疫反应[5,8]。研究表明，慢性病毒感染及肿瘤患者[5,9]，Tim-3在T淋巴细胞中表达上调与预后不良有关。Wu等[8]报道在前列腺癌中，癌细胞低表达Tim-3与不良预后相关。上述差异可能是由于表达在肿瘤细胞和肿瘤相关性免疫细胞中的Tim-3有着不同的致瘤模式。Tim-3在不同类型肿瘤细胞中表达，对患者预后有着矛盾的价值[10]，例如，Tim-3在肝细胞癌、膀胱癌患者中高表达常意味着生存期更短；而在结肠癌细胞中高表达，可被视为一个保护性因素。Wang等[11]报道了Tim-3升高可抑制单核细胞对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(obstructive sleep apnea syndrome，OSAS)患儿在缺氧间歇期的炎症反应。Koh等[12]报道了在缺氧缺血性大鼠模型中抗胶质Tim-3治疗及缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)缺陷小鼠在大脑缺氧缺血后神经功能显著改善，说明在缺氧条件下通过HIF-1/胶质Tim-3加重炎症相关性脑损伤。由上可知，Tim-3是以背景依赖的方式调节炎症反的，既可发挥免疫抑制作用，又能发挥刺激性作用，这可能是它在不同背景下发挥不同作用的原因之一。

2.3 Tim-3的配体 Tim-3作为一种细胞膜受体分子，参与多种炎症反应的调节，多种配体参与其信号通路调节。半乳糖凝素-9(Galectin-9，Gal-9)[6]是第一个被发现的Tim-3配体，属于半乳糖凝集素家族，是一种可溶性蛋白，识别Tim-3上的IgV结构域碳水化合物基序诱导Th1细胞凋亡从而对其发挥负性调节作用。然而Gal-9与M1型巨噬细胞上的Tim-3结合有助于其释放促炎细胞因子，从而加重炎症反应[13]。表明Gal-9与不同类型炎症细胞上的Tim-3结合，可对炎症反应起到促进或抑制作用。其他配体包括癌胚抗原相关细胞粘附分子1(CEACAM1)、磷脂酰丝氨酸(PtdSer)、高迁移率族蛋白1(HMGB1)等。

3 Tim-3与参与脑梗死的炎症细胞

3.1 Tim-3与胶质细胞 小胶质细胞和星形胶质细胞属于大脑固有免疫细胞，参与脑梗死后的神经炎症反应[14,15]。小胶质细胞在维持脑内稳态及调节非特异性免疫反应中起着重要的作用。脑梗死后，小胶质细胞在血源性巨噬细胞入侵前被激活，分泌各种化学因子参与神经炎症反应。研究发现[16]，脑梗死后小胶质细胞表型改变，发生极化，形成具备促炎表型的M1型小胶质细胞和抗炎表型的M2型小胶质细胞：前者分泌TNF-α、INF-γ、IL-1β发挥促炎作用；后者分泌IL-4、IL-10、IGF-1发挥抗炎作用，同时参与神经元及星形胶质细胞功能状态的调节。尽管体外实验证明小胶质细胞表现出促炎及细胞毒性作用，但缺乏小胶质细胞中风后结果表现更差[17]。这可能与卒中后小胶质细胞向M2表型转化限制炎症反应及分泌神经营养因子IGF-1有关。星形胶质细胞参与包括维持脑内稳态、突出发育、神经元支持、脑血流调节、BBB形成和功能等[18]。Liddelow等[19]将反应性星形胶质细胞分为两种亚型：A1型由激活的小胶质细胞分泌的IL-1α、TNF-α诱导激活，对炎症有促进症作用，引起神经元的死亡；A2型则上调神经营养因子，为保护性胶质细胞。可见，胶质细胞参与脑梗死后的调节依不同背景及阶段而不同，详细调节机制仍有待进一步研究。

研究表明[12,15]，脑内胶质细胞表达Tim-3参与多种神经病变。Koh等[12]在缺氧缺血性大鼠模型中发现，脑缺氧缺血后，Tim-3以HIF-1依赖方式显著上调，同时促炎细胞因子分泌增多；而当阻断Tim-3时，小鼠脑梗死体积、促炎细胞因子及神经功能预后明显较对照组改善。Kossatz等[20]报道了与野生型小鼠相比，CB2大麻素受体基因敲除组小鼠脑缺血后胶质细胞Tim-3表达明显高于对照组，脑梗死体积及神经功能缺损情况更加严重，这提示胶质细胞Tim-3表达上调与加重脑梗死及不良预后相关。Chen等[15]在大鼠实验性脑出血模型研究中发现胶质细胞Gal-9和Tim-3表达水平升高，IL-1β在Tim-3抑制后分泌明显减少，抑制Tim-3表达可促使小胶质细胞表型由M1向M2转变，说明Tim-3参与脑出血后的神经炎症和小胶质细胞的极化。研究表明[21]，Tim-3对炎症小体NLRP3有调节作用。胶质细胞表达NLRP3炎症小体参与脑梗死后的炎症反应，且NLRP3炎症小体和胶质细胞都可被DAMPs及病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，BAMPs)激活参与炎症反应[18,22]。提示Tim-3调节脑梗死后的炎症反应可能与对胶质细胞NLRP3的调节有关。

3.2 Tim-3与巨噬细胞 巨噬细胞是固有免疫系统重要成员之一，包括早期定植于组织、体腔和粘膜表面的巨噬细胞(如肺脏中的尘细胞、肝脏的库普佛细胞等)及由血源性单核细胞演变而来的巨噬细胞[23]。巨噬细胞受刺激后发生极化，形成M1和M2两种表型：M1表型与IFN-γ、TLR受体激动剂LPS有关，为经典激活的M1巨噬细胞，产生促炎因子加剧脑损伤；M2表型与Th2细胞因子IL-4刺激有关，为非经典激活的M2巨噬细胞，具有抗炎及有助于组织保护和脑修复功能[24]。脑梗死后由于胶质细胞分泌趋化因子及BBB的破坏，使外周血中巨噬细胞进入梗死病灶及周围参与继发性脑损伤过程。研究表明[25]，在脑缺血后的早期，外周巨噬细胞表达非传统激活标志物，包括Arg1、YM1和CD206与保护作用一致。随后表达经典的促炎表型，可能与导致预后不良及慢性炎症有关。说明巨噬细胞在早期入侵可能参与脑保护作用，随后因为过度激活加剧缺血后脑损伤。Yu等[26]报道了在脑出血诱发的炎症反应小鼠模型中，Tim-3基因敲除组巨噬细胞IL-10和Arg-1表达较野生组显著升高，而TNF-α和IL-6表达野生组高于Tim-3基因敲除组，说明Tim-3在小鼠脑出血后通过促进巨噬细胞向M1型转化而加重大脑炎症反应。巨噬细胞表达Tim-3及NLRP3炎症小体参与脑梗死后的炎症反应[20,27]，提示Tim-3对脑梗死后炎症反应的调节与对巨噬细胞NLRP3炎症小体的调节有关。Wang等[28]报道了Tim-3通过抑制巨噬细胞NLRP3炎症小体激活发挥对小鼠腹膜炎的挥保护作用。随后Du等[21]发现，增加Tim-3可通过下调巨噬细胞NLRP3表达，从而减轻MCD诱导的非酒精性脂肪性肝炎。这些看似矛盾的结果实则与Tim-3发挥调节作用具有细胞和背景依赖的特性相关。脑梗死后Tim-3能否通过抑制NLRP3起到缓解作用，需进一步研究证实。

3.3 Tim-3与其他免疫细胞 DCs是经典的抗原提呈细胞，但DCs与TLRs相互作用通过PAMPs或DAMPs参与固有免疫[29]，提示DCs可能参与脑梗死后适应性与固有免疫反应；脑梗死后CD4+T细胞进入梗死灶被活化，分化成Th1或Th2细胞，发挥脑损伤或保护作用[30]；Treg细胞识别自身和外来抗原在脑梗死后的神经炎症中通过释放IL-10发挥保护作用[30]。如前所述，上述细胞均可表达Tim-3，但大多基于病毒相关感染性疾病及肿瘤的研究，Tim-3在脑梗死后上述细胞中的作用及机制需后续的研究证实。

4 小结与展望

目前关于脑梗死后有关炎症细胞的研究已取得很大进步，参与脑梗死的炎症细胞在不同阶段可通过不同的表型及细胞因子既可发挥脑保护性作用，同时也可加重脑缺血后神经元的损伤产生不良预后结果。Tim-3作为一种免疫捡点分子，在多种炎症细胞上均有表达，参与多种炎症反应的调节，在不同炎症细胞亚型及炎症背景下产生不同的效应，但大多数关于Tim-3的研究基于肿瘤及病毒感染性疾病。Tim-3在脑梗死后作用的研究相对不足，目前已有研究提示Tim-3在脑梗死后神经炎症反应中发挥着重要作用，但其具体作用及机制尚需进一步探索，这有助于临床上脑梗死的防治。