细胞因子与缺血性脑卒中

张其梅 夏 杰 彭 玉

三峡大学第一临床医学院(宜昌市中心人民医院神经内科) 宜昌 443003

细胞因子是一种具有低分子量的多肽类物质,主要包括白介素(interleukin,IL)、集落刺激因子(colony stimu lating factor,CSF)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、转化生长因子(transform ing grow th foctor,TGF)等,中枢神经系统各类组织细胞可产生多种细胞因子,这些细胞因子作为免疫反应中的基本介质,在脑缺血后炎症损伤过程中具有广泛的作用,可以直接或间接参与炎症细胞的活化和浸润,并在神经元的损伤与修复过程中起重要作用。本文就几种细胞因子在脑缺血后病理生理过程中的作用作一简要综述。

1 TNF-α与缺血性脑卒中

TNF-α主要是由激活的单核/巨噬细胞分泌产生的细胞因子,在中枢神经系统中,神经元、星形细胞和胶质细胞也可产生TNF-α,在正常情况下,具有抗肿瘤、感染和促进组织修复等重要作用;但若持续释放,则会引起机体发热、休克、恶病质和组织损伤。研究发现大鼠大脑中动脉阻断术后2 h,TNF-αm RNA表达升高,4～8 h TNF-α表达至高峰,且均至少持续24 h,在梗死中心和半暗带均可检测到TNF-α免疫标记阳性神经元,与凋亡神经元的分布具有一致性,表明脑缺血后TNF-α的表达水平增高与神经元的凋亡有关[1]。TNF-α可促进脑微血管内皮粘附分子的表达,并诱导中性粒细胞化学趋化因子、单核细胞化学趋化因子的产生,致使粘附及趋化现象的出现,这在脑缺血后白细胞-内皮粘附及继发的炎症细胞穿越血管壁进入脑实质中具有重要意义[2]。

Pradillo等[3]通过反复大脑中动脉栓塞(10m in/次)使大鼠获得缺血预适应(Ischem ic preconditioning,IPC),再持续栓塞48h,发现神经元肿瘤坏死因子受体1(TNFR1)表达上调,并与获得IPC前相比,梗死面积显著减小,谓之缺血耐受(Ischem ic tolerance,IT),再行脑室内注射TNFR1反义核苷酸后,发现IT被抑制,从而证明TNF-α的神经元保护作用。

2 G-CSF与缺血性脑卒中

粒细胞克隆刺激因子(Granulocyte-colony stimu lating factor,G-CSF)是一种刺激粒细胞和巨噬细胞增殖、成熟和分化的酸性糖蛋白,有广泛的免疫活性,具有重要的免疫调节功能。在中枢神经系统内,巨噬细胞集落刺激因子主要由星形细胞产生,可分化为多能干细胞,包括神经元、胶质细胞、血管内皮细胞等[4]。研究发现持续大脑中动脉栓塞小鼠,与预先动脉或脑室注射G-CSF组相比,后者梗死灶和水肿面积显著减少、梗死侧脑组织含水量及皮层损伤范围也显著减少,同时抑制IL-1βmRNA表达的上调[5]。这种缺血保护作用可能与动员造血干细胞、抗凋亡、促神经元分化、血管生成、抗炎等机制有关[5-6]。G-CSF的抗凋亡机制可能与增加脑缺血后信号转导子及转录活化子3(STAT3)的活化、上调抗凋亡信号蛋白如细胞凋亡抑制蛋白2(cIAP2)、Pim-1、bcl-2的表达、抑制凋亡信号Caspace-3、细胞色素C的表达及Bax转位至线粒体有关[7]。

3 IL-1与缺血性脑卒中

IL-1家族包括IL-1α、IL-1β以及IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra),是一类前炎症细胞因子。IL-1家族中,与脑缺血后神经元损伤关系最密切的是IL-1β。脑组织中IL-1β的来源主要为神经细胞和神经胶质细胞,具有刺激胶质细胞的生长和分化、诱导其他细胞因子产生的作用。早期研究已发现各种脑缺血模型缺血区均出现IL-1βm RNA表达增高。在大脑中动脉栓塞大鼠模型中,大脑缺血皮质区IL-1β表达明显增多,而以IL-1β抗体预先阻断后,大鼠梗死体积及神经、行为缺失评分明显降低[8]。研究表明,IL-1存在两种受体即IL-1βⅠ型(IL-1βRⅠ)和IL-1βⅡ型(IL-1βRⅡ),IL-1主要通过IL-1βRⅠ介导神经元损伤,因为IL-1βRⅠ敲除小鼠在缺血条件下,神经元损伤程度较野生型轻,且1月内康复程度高[9]。IL-1β与脑缺血后神经损伤关系密切。研究还发现IL-1α也参与了神经元损伤过程,同时敲除IL-1α、IL-1β小鼠与野生型相比,神经元损伤显著减轻,而单独敲除IL-1α或IL-1β时并未能获得同样效果[10]。IL-1在脑缺血后参与神经元损伤的机制可能与其诱导脑微血管内皮细胞粘附分子及化学趋化细胞因子表达、促进白细胞浸润等促炎作用有关。

有研究表明[11]似乎仅小胶质细胞分泌的内源性IL-1Ra才具有神经元保护作用,可能与IL-1β诱导胶质细胞产生神经生长因子有利于脑缺血后的修复过程有关[11-12]。

4 IL-6与缺血性脑卒中

IL-6是由单核-巨噬细胞、活化的T、B-淋巴细胞、内皮细胞、成纤维细胞等分泌的一种蛋白质,其主要生物学功能是调节B细胞的增殖和分化,直接影响成熟B细胞分泌免疫球蛋白。IL-6在急慢性免疫反应中占有重要地位,各种脑损伤均可诱导其表达升高。急性脑缺血患者血清IL-6表达水平增高,且与梗死灶面积、患者预后呈相关性,表明IL-6水平升高可能是脑血管炎性损害的标志。IL-6能刺激前列腺素、血小板活化因子(p latelet activation factor,PAF)的产生,诱导一氧化氮合酶的表达,进而促进炎症的发展和血管内皮的损害[13]。虽然目前许多研究都证实IL-6参与了脑缺血后的炎症反应,但也有研究表明IL-6对缺血后神经元具有保护作用。研究发现缺血再灌注区IL-6下游信号转导通路JAKSTAT和Stat3大量激活,而这些信号通路被认为与神经元保护有关[14]。而Fujita等[15]认为IL-6参与了星形胶质细胞介导的神经元修复过程。IL-6对中枢神经系统的作用究竟是保护性的还是损伤性的仍存有争议,有学者提出在急性期参与了神经元损伤过程,而在亚急性和恢复期因调节因子起到神经营养作用[14]。

5 IL-10与缺血性脑卒中

白细胞介素-10(inter leukin-10,IL-10)主要由Th2细胞分泌,是一类强有力的抗炎性细胞因子,与脑缺血后神经元的保护过程密切相关。研究表明IL-10敲除小鼠在大脑中动脉栓塞后,梗死面积超过正常野生型30%,在体外培养时,其大脑皮层神经元对兴奋性神经毒性敏感性较野生型小鼠增加,当向培养基中加入重组小鼠IL-10后,神经元对缺血缺氧耐受性显著增强,并呈浓度依赖性[16]。Ooboshi等[17]通过向局部或全脑缺血模型大鼠侧脑室注入编码IL-10(Ad IL-10)的腺病毒载体,发现脑梗死体积显著缩小,且在全脑缺血后的海马神经元起到的保护作用更大,表明IL-10基因在脑缺血后转入侧脑室可减弱脑梗死和海马破坏。IL-10的这种神经元保护作用可能与其抑制血管内皮粘附分子和细胞间粘附分子的表达,进而抑制脑缺血灶周围区非特异免疫反应和前炎症细胞因子IL-1β、TNF-α的合成有关[17-18]。

6 IL-17与缺血性脑卒中

IL-17是目前发现的又一新的细胞因子,主要由活化记忆型CD4+T细胞亚群分泌,能诱导多种基质细胞产生多种前炎性细胞因子和造血活性因子,如IL-8、IL-6、G-CSF、TNFα、IL-1、PGE2等,具有促进多种细胞释放炎性因子、促进细胞增殖及抑制部分肿瘤生长等多种生物学作用。目前研究发现其与机体多种疾病相关,如类风湿关节炎、关节骨破坏、肠道炎症、肺部感染等。最近有研究发现缺血性脑卒中患者和大脑中动脉栓塞模型大鼠患侧IL-17表达水平均增强,提示IL-17参与了缺血性脑损伤后的炎性反应[19]。但这种缺血后IL-17表达规律的具体意义及可能的机制尚有待进一步研究。

7 TGF-β与缺血性脑卒中

转化生长因子-β(transforming grow th factor-β,TGF-β)是具有调节和刺激细胞增殖分化的细胞因子,在组织修复中占重要地位。TGF-β是一重要的抗炎因子,对神经元主要起保护作用,其机制可能为:(1)调节凋亡蛋白(Bad)和抗凋亡蛋白(Bcl-2,Bcl-x1)的表达平衡;(2)创造利于神经元存活的环境,如促进血管生成、抑制巨噬细胞自由基的产生和释放、降低中性粒细胞-白细胞粘附等;(3)参与细胞外信号调节激酶1/2(Erk1/2)的活化[20-21]。

8 IL-8与缺血性脑卒中

IL-8主要由单核细胞产生,具有趋化和激活中性粒细胞、调节粘附分子的表达、增强白细胞与内皮细胞的粘附、在脑缺血后的炎性损伤中起重要作用。IL-8已成为脑缺血抗炎治疗的新靶分子,V illa[22]等研究发现,在大鼠中动脉栓塞3.5、6 h及3d后注射IL-8受体抑制剂,与对照组相比,梗死体积明显减少,急性期及恢复期神经功能获得明显改善。

脑缺血后炎症反应作为一个复杂的病理生理过程,各类细胞因子在这一过程中具有广泛的作用,或起促炎反应介导神经元损伤,或抗炎参与脑保护,但表达顺序和作用并不是孤立的,而是相互平衡、相互制约的关系。因此调节缺血后炎症反应,并通过各种方法使他们发挥神经元保护作用而拮抗其促炎效应,可能是今后治疗脑缺血的一条新的有效途径。

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