炎症反应与继发性脑损伤
【文献标识码】 A 【文章编号】 1606-8106(2004)04-0316-03
大量实验和临床研究证实，外伤造成的脑损伤并不仅仅是在伤后瞬时完成的，伤后逐渐发展演化形成的继发性脑损伤才是伤后脑损害的主要病理过程 [1] 。近年来，外伤后脑局部炎症反应在继发性脑损害中所起的作用越来越受到人们的重视。外伤后脑组织的炎症反应主要包括炎症细胞的浸润和炎症因子的产生和释放，并由此引起血脑屏障(Blood-Brain-Barrier BBB)的破坏，水肿的形成，氧自由基和一氧化氮的产生，以及神经细胞的凋亡。本文就脑外伤(TBI)后引起局部脑组织的炎症反应的因素及其在继发性脑损害中所起的作用作一简要概述。
1 炎症细胞浸润和小胶质细胞的激活
许多研究和动物实验表明:炎症细胞浸润是TBI后的关键，浸润的炎症细胞主要包括多形核中性粒细胞(PMN)，单核细胞，淋巴细胞。中性粒细胞于外伤后6h开始出现，浸润的高峰在TBI后24h，而单核细胞和淋巴细胞则在TBI后12～24h或更晚才出现。Staffan等 [2] 研究发现，TBI后24h内，局部脑组织血管内有大量的PMN积聚，中等量的淋巴细胞和单核细胞积聚。Holmin等 [3] 在实验性脑外伤的研究中发现，在TBI后第1个24h内PMN浸润占主导地位，但在TBI的后期阶段(伤后3～5天)，脑实质的炎症细胞浸润则以单核细胞为主，同时有中等量的PMN和淋巴细胞。
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浸润的白细胞在脑组织中释放和产生多种炎症介质，诱导局部的炎症反应，加重脑细胞的损害。常见的介质如下:(1)活性氧的代谢产物，如超氧负离子(O 2 ·- )，过氧化氢(H 2 O 2 )，以及羟自由基(OH - )，它们在细胞内与一氧化氮(NO)结合，形成活性氮中间产物，这些物质少量释放到细胞外有增加白细胞介素8(IL-8)和细胞间粘附因子(IˉCAM)表达的作用，从而影响炎症反应。如这些物质大量释放到细胞外，有损伤组织的作用。(2)一氧化氮(NO)主要是由内皮细胞、单核细胞和一些特定的神经细胞所产生，是在一氧化氮合成酶(NOS)作用下生成的。一氧化氮(NO)参与炎症过程主要是作用于血管平滑肌，使血管扩张，并能调节控制白细胞向炎症灶集中的作用。(3)花生四烯酸(AA)代谢产物，包括前列腺素(PG)和白细胞三烯(LT)。AA是二十碳不饱和脂肪酸，正常存在于细胞膜磷脂内，在炎症刺激下，细胞的磷脂酶被激活，膜磷脂释放出AA。在炎症时，嗜中性粒细胞的溶酶体是磷脂酶的主要来源。AA分别在环氧合酶(Cyclooxygenase)和脂质氧化酶(Lipoxygenase)作用下形成前列腺素(PGD2.PGE2.PGF2等)和白细胞三烯(LTB4LTC4LTD4LTE4等)。前列腺素有使炎症时血管扩张、水肿加剧的作用。LTB4是嗜中性粒细胞趋化因子。LTC4LTD4LTE4可使血管通透性增加，从而通过不同角度参与炎症反应。(4)血小板激活因子(PAF)，来源于嗜中性粒细胞、单核细胞、内皮细胞和血小板本身，它从多方面参与炎症反应，包括影响血流动力学的改变，增加血管的通透性，促使白细胞与内皮细胞粘附，以及影响白细胞趋化作用和促使白细胞脱颗粒等。另外还有刺激合成前列腺素(PG)和白细胞三烯(LT)的作用。(5)细胞因子和化学因子(后述)。
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小胶质细胞在静息状态下表达HLA-DR，其在外伤后被激活。激活后的小胶质细胞表达HLA-DQ和MHC-2类分子，同时具有树突状抗原递呈细胞(APC)的功能和表型特性。有临床研究显示，被激活的小胶质细胞表达HLA-DQ。不但具有合成和释放多种细胞因子的功能，还具有抗原呈递细胞(APC)的功能。与此同时，在TBI的脑组织中，浸润了大量的CD4 + 的淋巴细胞，两类细胞的同时出现，使得对脑组织抗原的自身免疫成为可能。该研究认为，在正常情况下，由于BBB的存在，一些潜在的脑细胞抗原逃脱免疫监视而得以保护，外伤后，由于BBB的破坏，小胶质细胞的激活并具有APC的功能，CD4 + 的淋巴细胞浸润，形成自身免疫的病理基础。这种自身免疫的持续性炎症反应长期作用于中枢神经系统(CNS)，成为脑退变如Alzheimer’s disease的可能病因 [4] 。
2 白细胞介素-1(interleukin-1IL-1)
白细胞介素-1(IL-1)是一种由2号染色体编码前炎症因子，包括IL-1α和IL-1β两种类型。TBI后，在外伤局部，同侧海马及对侧脑组织均有较高的表达。Kinoshita等 [5] 研究发现，表达IL-1的mRNA于外伤后60min内即开始增加，并保持持续增长到3h。Fassbender等[6] 在研究脑外伤诱导的IL-1的释放时间和程度的关系时，通过对外伤后脑组织灌溉液的微量分析发现，在1h之内即可测到IL-1。在此早期阶段，用免疫反应的方法亦可测到脑组织内IL-1的mRNA。但不能测到脑组织内IL-1，随后细胞外分泌的IL-1的浓度逐渐增高，伤后2天达到高峰，以后即逐渐下降。Rosworonski等 [7] 认为，在脑损伤的动物模型中，IL-1在伤后3h即出现显着增高，并局限于外伤的位置。IL-1在TBI后的表达细胞为内皮细胞、小胶质细胞和浸润的白细胞。
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有关IL-1参与炎症反应造成继发性脑损害机制尚未完全阐明，可能与下列机制有关:(1)上调细胞间粘附分子(ICAM)的表达，促使白细胞与脑微血管内皮细胞的粘附。(2)诱导细胞凋亡:细胞的凋亡是由Caspases的激活而引起的，Caspases的活化与否取决于Bax/Bcl-2的比率。Staffan [2] 等在脑内注射IL-1β后24h即可观察到Bax的明显升高，Bax/Bcl-2的比率也升高，从而激活Caspases，诱发细胞凋亡。(3)促进星形细胞释放花生四烯酸 [8] 。体外星形胶质细胞培养，用IL-1处理后，花生四烯酸释放量是原来的4倍，其机制是IL-1增强了细胞质内磷脂酶(cPLA)的活性，后者分解细胞膜上的磷脂生成花生四烯酸(AA)，AA在环氧合酶和脂质氧化酶的作用下生成前列腺素和白细胞三烯，参与炎症反应。(4)IL-1在促进基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的表达中起着关键作用。MMP-9能破坏BBB，使BBB的通透性增强。总之，IL-1的过度表达引起脑损害的机制十分复杂，可能是多种机制共同作用的结果。
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3 肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor-αTNF-α)
TNF-α是一种细胞起源的蛋白，是一种前炎症因子，其表达细胞为神经元、单核吞噬细胞、星形胶质细胞和室管膜细胞。在动物TBI模型中，伤后1～4h就可观察到TNF-αmRNA和TNF-α的表达 [9] 。研究者认为，TNF-α的快速表达和释放是中枢神经细胞(包括神经元和神经胶质细胞)继发合成的，而不是由系统炎症细胞分泌迁徙而来的。Knoblach等 [10]研究发现，TBI后1～4h，在外伤部位的胞质提取物中即可观察到TNF-α有显著升高。研究者用液压制造的脑损伤模型中发现TNF-α早期(伤后1h)即有表达，8h达到高峰。但Nomoto等 [11] 应用射频电凝(RF)在鼠纹状体形成一个2mm的凝固形坏死灶，发现在损伤的早期阶段(1.4h、8h和1天)伤灶以及远离伤灶的海马和胼胝体均未发现TNF-α的表达，RF后2天有少许TNF-α的表达，4～8天伤灶周围有较显著的表达，14天下降，24天消失。Holmin [12] 报道在脑挫伤灶的TNF-α的延迟表达其高峰在6天，并认为与脑水肿有密切相关，TNF-α的表达局限在脑挫伤周围，轻度的脑挫伤不出现TNF-α的表达。
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多数研究表明:TBI后TNF-α的表达具有加重局部炎症反应和神经毒性作用。Galasso IM等 [13] 应用TNF-α结合蛋白(TNF-αbp)与NMDA(氮甲基-D-天门冬氨酸)一起注射到鼠的纹状体，TNF-αbp能减少NMDA诱导的脑损害的26%。Lavin SD等 [14] 应用TNF-α中和抗体，可明显减轻皮质和皮质下的脑损伤，同时改善神经功能。TNF-α发挥加重炎症反应和神经毒性作用的机制可能与下列因素有关:(1)TNF-α能够抑制核因子kappaβ(NF-kappaβ)的活性，NK-kappaβ是一种调节抗凋亡基因表达的转录因子，在脑损伤后被激活并具有保护作用。(2)促进粘附分子的表达，引起白细胞在损伤灶的积聚。(3)增强血脑屏障(BBB)的通透性。TNF-α通过损伤内皮细胞而破坏BBB，同时介导髓鞘和少突胶质细胞的破坏。(4)直接或通过神经毒介质(如NO)的产生而导致损伤灶的进一步加重。
4 趋化因子
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趋化因子是由具有趋化作用的细胞因子组成的一个大家族，已发现有50多个不同的成员，且数目仍在不断增加，其结构具有同源性，是大小约8～10kDa的小蛋白质分子，依其保留的N-末端特异性半胱氨酸残基不同分为4个亚家族，即CXC.CC.C和CX3C，其中CXC有根据N-末端是否含有谷氨酸-亮氨酸-精氨酸活性区域分为ELR-趋化因子(如IL-8.GRO等)和非ELR-趋化因子(如IP10.SDF-1等)。脑的趋化因子主要是由星形胶质细胞和小胶质细胞表达，其次为神经元以及迁徙来的单核吞噬细胞。
在TBI后24h，星形胶质细胞反应开始出现，活化的单核吞噬细胞和小胶质细胞浸润损伤部位。Chirnikar RS等 [15] 研究啮齿动物穿刺伤时发现，趋化因子GRO-a.IP-10.MCP-1a.MIP-1b和RANTES mRNA在脑穿刺伤后3h即被上调，接近穿刺伤部位的星形胶质细胞表达MCP-1和MCP-1a，而RANTES仅由损伤部位的巨噬细胞表达。
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趋化因子在脑损伤后炎症反应和继发性脑损害中起着重要的作用。JM Gallasso等 [16] 研究发现，重组单核细胞趋化因子-1(rMCP-1)与NMDA一起注射到鼠的纹状体和海马分别加重NMDA诱导的脑损害55%和167%，而用MCP-1抗体与NMDA一起注射入纹状体和海马内分别减轻脑损害的57%和39%。Chirnikar RS还在研究中发现，脑伤后白细胞浸润与MCP-1.MCP-1b和RANTES Mrna水平上升存在着密切联系。
趋化因子引起炎症反应和继发性脑损害的机制可能与下列因素有关:(1)激活和招募小胶质细胞和白细胞。TBI后小胶质细胞迅速被激活并积聚在损伤的脑组织周围。(2)改变BBB的通透性。Bell MD等 [17] 用趋化因子注入脑实质内证实了BBB的通透性增高，其结果是有利于增加血中白细胞向脑损伤区域游走，从而加重局部脑损害。
5 细胞间粘附分子-1(ICAM-1)
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ICAM-1又称CD54，是分子量为76～114kDa的单链糖蛋白，属于免疫球蛋白超家族，体内由两种ICAM-1s形式，即膜结合ICAM-1(mICAM-1)和可溶性ICAM-1(sICAM-1)。颅脑损伤后mICAM-1主要表达于脑血管内皮细胞和胶质细胞。Carlos等 [18] 行大鼠TBI实验，并分别于伤后4h、24h、48h、72h检测，发现伤后4h伤侧脑血管内皮细胞ICAM-1开始表达，并呈现延迟增强表达效应，72h达到高峰。同时他们还发现，对侧脑血管内皮细胞ICAM-1也表达增加，并持续升高到72h，中性脑细胞浸润高峰出现于伤后48h。在星形细胞的研究中也发现ICAM-1的迟发表达，伤后48h具ICAM-1活性的星形细胞数量达高峰，并持续到伤后7天。在最初研究发现，轻度TBI后，损伤处脑微血管内皮细胞ICAM-1于伤后4h开始表达增加，持续到24h、24～48h开始出现BBB通透性增加，颅内压升高等继发改变。ICAM-1与白细胞和血管内皮细胞粘附密切相关，白细胞和血管内皮细胞粘附分两步:先由选择素和其配体介导使白细胞流动缓慢，在血管内皮细胞上起始粘附;其后，在P选择素作用下ICAM-1迟发表达增多，ICAM-1和其配体LFA-1结合，使白细胞稳定粘附于内皮细胞表面。
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脑外伤后血清sICAM-1主要源于星形胶质细胞和血管内皮细胞。TBI病人中脑脊液(CSF)中sICAM-1明显长期升高。Pleins等 [19] 证实，严重脑外伤病人CSF中sICAM-1高于正常人和非脑外伤的创伤病人;利用CSF和血清蛋白比值与CSF中sICAM-1作相关性分析，CSF中sICAM-1与BBB功能损伤程度密切相关。这表明CSF中sICAM-1的增加可反映正在激活脑内免疫反应，并与脑组织的损伤和BBB功能密切相关，sICAM-1可作为炎症反应过度发展的标志和监测脑组织损伤程度的有效指标。
总之，上述诸物质直接或间接参与了TBI后局部脑组织的炎症反应，这种反应是TBI后基本的病理变化，其关键在于原发性脑损伤后大量的炎症细胞的浸润和激活，炎症介质的产生和释放以及炎症因子的表达，其结果导致脑组织的破坏和细胞的死亡。然而部分炎症因子在引起炎症反应造成损害的同时还对神经的修复起到一定的积极作用。Morganti-Kossmann等 [20] 认为，完全剔除炎症介质后对神经功能的恢复十分有害。Dekosky等 [21] 研究表明IL-1在TBI后直接介导神经生长因子(NGF)的表达，用IL-1R拮抗剂能减少NGF的表达，抑制神经功能的恢复。另外，有研究者发现，TNF-α也有神经保护作用，TNF-α可抑制NMDA谷氨酸离子通道介导的Ca 2+ 内流，通过p55受体的激活以及神经元释放TNF-α而发挥作用，此外，TNF-α可通过“第二信使”神经酰胺介导脑缺血后耐受，而应用TNF-α抗体可削弱这种作用。因此，TBI后神经组织的炎症反应是一个相当复杂的病理过程。虽然炎症反应是TBI后许多病理生理的级联反应之一，但此过程中释放的各种介质的确切功能、被激活的细胞类型和功能以及其病理生理机制尚待进一步研究和阐明。
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参考文献
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21 Dekosky ST，Styren SD，Malley ME，et al.IL-1receptor antagonist suppresses neurotrophin response in injured rat brain.Am Neurol，1996，39(1):123-127.
作者单位: 450003 河南郑州大学第二附属医院神经外科
(编辑 曲全), http://www.100md.com
大量实验和临床研究证实，外伤造成的脑损伤并不仅仅是在伤后瞬时完成的，伤后逐渐发展演化形成的继发性脑损伤才是伤后脑损害的主要病理过程 [1] 。近年来，外伤后脑局部炎症反应在继发性脑损害中所起的作用越来越受到人们的重视。外伤后脑组织的炎症反应主要包括炎症细胞的浸润和炎症因子的产生和释放，并由此引起血脑屏障(Blood-Brain-Barrier BBB)的破坏，水肿的形成，氧自由基和一氧化氮的产生，以及神经细胞的凋亡。本文就脑外伤(TBI)后引起局部脑组织的炎症反应的因素及其在继发性脑损害中所起的作用作一简要概述。
1 炎症细胞浸润和小胶质细胞的激活
许多研究和动物实验表明:炎症细胞浸润是TBI后的关键，浸润的炎症细胞主要包括多形核中性粒细胞(PMN)，单核细胞，淋巴细胞。中性粒细胞于外伤后6h开始出现，浸润的高峰在TBI后24h，而单核细胞和淋巴细胞则在TBI后12～24h或更晚才出现。Staffan等 [2] 研究发现，TBI后24h内，局部脑组织血管内有大量的PMN积聚，中等量的淋巴细胞和单核细胞积聚。Holmin等 [3] 在实验性脑外伤的研究中发现，在TBI后第1个24h内PMN浸润占主导地位，但在TBI的后期阶段(伤后3～5天)，脑实质的炎症细胞浸润则以单核细胞为主，同时有中等量的PMN和淋巴细胞。
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浸润的白细胞在脑组织中释放和产生多种炎症介质，诱导局部的炎症反应，加重脑细胞的损害。常见的介质如下:(1)活性氧的代谢产物，如超氧负离子(O 2 ·- )，过氧化氢(H 2 O 2 )，以及羟自由基(OH - )，它们在细胞内与一氧化氮(NO)结合，形成活性氮中间产物，这些物质少量释放到细胞外有增加白细胞介素8(IL-8)和细胞间粘附因子(IˉCAM)表达的作用，从而影响炎症反应。如这些物质大量释放到细胞外，有损伤组织的作用。(2)一氧化氮(NO)主要是由内皮细胞、单核细胞和一些特定的神经细胞所产生，是在一氧化氮合成酶(NOS)作用下生成的。一氧化氮(NO)参与炎症过程主要是作用于血管平滑肌，使血管扩张，并能调节控制白细胞向炎症灶集中的作用。(3)花生四烯酸(AA)代谢产物，包括前列腺素(PG)和白细胞三烯(LT)。AA是二十碳不饱和脂肪酸，正常存在于细胞膜磷脂内，在炎症刺激下，细胞的磷脂酶被激活，膜磷脂释放出AA。在炎症时，嗜中性粒细胞的溶酶体是磷脂酶的主要来源。AA分别在环氧合酶(Cyclooxygenase)和脂质氧化酶(Lipoxygenase)作用下形成前列腺素(PGD2.PGE2.PGF2等)和白细胞三烯(LTB4LTC4LTD4LTE4等)。前列腺素有使炎症时血管扩张、水肿加剧的作用。LTB4是嗜中性粒细胞趋化因子。LTC4LTD4LTE4可使血管通透性增加，从而通过不同角度参与炎症反应。(4)血小板激活因子(PAF)，来源于嗜中性粒细胞、单核细胞、内皮细胞和血小板本身，它从多方面参与炎症反应，包括影响血流动力学的改变，增加血管的通透性，促使白细胞与内皮细胞粘附，以及影响白细胞趋化作用和促使白细胞脱颗粒等。另外还有刺激合成前列腺素(PG)和白细胞三烯(LT)的作用。(5)细胞因子和化学因子(后述)。
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小胶质细胞在静息状态下表达HLA-DR，其在外伤后被激活。激活后的小胶质细胞表达HLA-DQ和MHC-2类分子，同时具有树突状抗原递呈细胞(APC)的功能和表型特性。有临床研究显示，被激活的小胶质细胞表达HLA-DQ。不但具有合成和释放多种细胞因子的功能，还具有抗原呈递细胞(APC)的功能。与此同时，在TBI的脑组织中，浸润了大量的CD4 + 的淋巴细胞，两类细胞的同时出现，使得对脑组织抗原的自身免疫成为可能。该研究认为，在正常情况下，由于BBB的存在，一些潜在的脑细胞抗原逃脱免疫监视而得以保护，外伤后，由于BBB的破坏，小胶质细胞的激活并具有APC的功能，CD4 + 的淋巴细胞浸润，形成自身免疫的病理基础。这种自身免疫的持续性炎症反应长期作用于中枢神经系统(CNS)，成为脑退变如Alzheimer’s disease的可能病因 [4] 。
2 白细胞介素-1(interleukin-1IL-1)
白细胞介素-1(IL-1)是一种由2号染色体编码前炎症因子，包括IL-1α和IL-1β两种类型。TBI后，在外伤局部，同侧海马及对侧脑组织均有较高的表达。Kinoshita等 [5] 研究发现，表达IL-1的mRNA于外伤后60min内即开始增加，并保持持续增长到3h。Fassbender等[6] 在研究脑外伤诱导的IL-1的释放时间和程度的关系时，通过对外伤后脑组织灌溉液的微量分析发现，在1h之内即可测到IL-1。在此早期阶段，用免疫反应的方法亦可测到脑组织内IL-1的mRNA。但不能测到脑组织内IL-1，随后细胞外分泌的IL-1的浓度逐渐增高，伤后2天达到高峰，以后即逐渐下降。Rosworonski等 [7] 认为，在脑损伤的动物模型中，IL-1在伤后3h即出现显着增高，并局限于外伤的位置。IL-1在TBI后的表达细胞为内皮细胞、小胶质细胞和浸润的白细胞。
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有关IL-1参与炎症反应造成继发性脑损害机制尚未完全阐明，可能与下列机制有关:(1)上调细胞间粘附分子(ICAM)的表达，促使白细胞与脑微血管内皮细胞的粘附。(2)诱导细胞凋亡:细胞的凋亡是由Caspases的激活而引起的，Caspases的活化与否取决于Bax/Bcl-2的比率。Staffan [2] 等在脑内注射IL-1β后24h即可观察到Bax的明显升高，Bax/Bcl-2的比率也升高，从而激活Caspases，诱发细胞凋亡。(3)促进星形细胞释放花生四烯酸 [8] 。体外星形胶质细胞培养，用IL-1处理后，花生四烯酸释放量是原来的4倍，其机制是IL-1增强了细胞质内磷脂酶(cPLA)的活性，后者分解细胞膜上的磷脂生成花生四烯酸(AA)，AA在环氧合酶和脂质氧化酶的作用下生成前列腺素和白细胞三烯，参与炎症反应。(4)IL-1在促进基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的表达中起着关键作用。MMP-9能破坏BBB，使BBB的通透性增强。总之，IL-1的过度表达引起脑损害的机制十分复杂，可能是多种机制共同作用的结果。
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3 肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor-αTNF-α)
TNF-α是一种细胞起源的蛋白，是一种前炎症因子，其表达细胞为神经元、单核吞噬细胞、星形胶质细胞和室管膜细胞。在动物TBI模型中，伤后1～4h就可观察到TNF-αmRNA和TNF-α的表达 [9] 。研究者认为，TNF-α的快速表达和释放是中枢神经细胞(包括神经元和神经胶质细胞)继发合成的，而不是由系统炎症细胞分泌迁徙而来的。Knoblach等 [10]研究发现，TBI后1～4h，在外伤部位的胞质提取物中即可观察到TNF-α有显著升高。研究者用液压制造的脑损伤模型中发现TNF-α早期(伤后1h)即有表达，8h达到高峰。但Nomoto等 [11] 应用射频电凝(RF)在鼠纹状体形成一个2mm的凝固形坏死灶，发现在损伤的早期阶段(1.4h、8h和1天)伤灶以及远离伤灶的海马和胼胝体均未发现TNF-α的表达，RF后2天有少许TNF-α的表达，4～8天伤灶周围有较显著的表达，14天下降，24天消失。Holmin [12] 报道在脑挫伤灶的TNF-α的延迟表达其高峰在6天，并认为与脑水肿有密切相关，TNF-α的表达局限在脑挫伤周围，轻度的脑挫伤不出现TNF-α的表达。
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多数研究表明:TBI后TNF-α的表达具有加重局部炎症反应和神经毒性作用。Galasso IM等 [13] 应用TNF-α结合蛋白(TNF-αbp)与NMDA(氮甲基-D-天门冬氨酸)一起注射到鼠的纹状体，TNF-αbp能减少NMDA诱导的脑损害的26%。Lavin SD等 [14] 应用TNF-α中和抗体，可明显减轻皮质和皮质下的脑损伤，同时改善神经功能。TNF-α发挥加重炎症反应和神经毒性作用的机制可能与下列因素有关:(1)TNF-α能够抑制核因子kappaβ(NF-kappaβ)的活性，NK-kappaβ是一种调节抗凋亡基因表达的转录因子，在脑损伤后被激活并具有保护作用。(2)促进粘附分子的表达，引起白细胞在损伤灶的积聚。(3)增强血脑屏障(BBB)的通透性。TNF-α通过损伤内皮细胞而破坏BBB，同时介导髓鞘和少突胶质细胞的破坏。(4)直接或通过神经毒介质(如NO)的产生而导致损伤灶的进一步加重。
4 趋化因子
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趋化因子是由具有趋化作用的细胞因子组成的一个大家族，已发现有50多个不同的成员，且数目仍在不断增加，其结构具有同源性，是大小约8～10kDa的小蛋白质分子，依其保留的N-末端特异性半胱氨酸残基不同分为4个亚家族，即CXC.CC.C和CX3C，其中CXC有根据N-末端是否含有谷氨酸-亮氨酸-精氨酸活性区域分为ELR-趋化因子(如IL-8.GRO等)和非ELR-趋化因子(如IP10.SDF-1等)。脑的趋化因子主要是由星形胶质细胞和小胶质细胞表达，其次为神经元以及迁徙来的单核吞噬细胞。
在TBI后24h，星形胶质细胞反应开始出现，活化的单核吞噬细胞和小胶质细胞浸润损伤部位。Chirnikar RS等 [15] 研究啮齿动物穿刺伤时发现，趋化因子GRO-a.IP-10.MCP-1a.MIP-1b和RANTES mRNA在脑穿刺伤后3h即被上调，接近穿刺伤部位的星形胶质细胞表达MCP-1和MCP-1a，而RANTES仅由损伤部位的巨噬细胞表达。
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趋化因子在脑损伤后炎症反应和继发性脑损害中起着重要的作用。JM Gallasso等 [16] 研究发现，重组单核细胞趋化因子-1(rMCP-1)与NMDA一起注射到鼠的纹状体和海马分别加重NMDA诱导的脑损害55%和167%，而用MCP-1抗体与NMDA一起注射入纹状体和海马内分别减轻脑损害的57%和39%。Chirnikar RS还在研究中发现，脑伤后白细胞浸润与MCP-1.MCP-1b和RANTES Mrna水平上升存在着密切联系。
趋化因子引起炎症反应和继发性脑损害的机制可能与下列因素有关:(1)激活和招募小胶质细胞和白细胞。TBI后小胶质细胞迅速被激活并积聚在损伤的脑组织周围。(2)改变BBB的通透性。Bell MD等 [17] 用趋化因子注入脑实质内证实了BBB的通透性增高，其结果是有利于增加血中白细胞向脑损伤区域游走，从而加重局部脑损害。
5 细胞间粘附分子-1(ICAM-1)
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ICAM-1又称CD54，是分子量为76～114kDa的单链糖蛋白，属于免疫球蛋白超家族，体内由两种ICAM-1s形式，即膜结合ICAM-1(mICAM-1)和可溶性ICAM-1(sICAM-1)。颅脑损伤后mICAM-1主要表达于脑血管内皮细胞和胶质细胞。Carlos等 [18] 行大鼠TBI实验，并分别于伤后4h、24h、48h、72h检测，发现伤后4h伤侧脑血管内皮细胞ICAM-1开始表达，并呈现延迟增强表达效应，72h达到高峰。同时他们还发现，对侧脑血管内皮细胞ICAM-1也表达增加，并持续升高到72h，中性脑细胞浸润高峰出现于伤后48h。在星形细胞的研究中也发现ICAM-1的迟发表达，伤后48h具ICAM-1活性的星形细胞数量达高峰，并持续到伤后7天。在最初研究发现，轻度TBI后，损伤处脑微血管内皮细胞ICAM-1于伤后4h开始表达增加，持续到24h、24～48h开始出现BBB通透性增加，颅内压升高等继发改变。ICAM-1与白细胞和血管内皮细胞粘附密切相关，白细胞和血管内皮细胞粘附分两步:先由选择素和其配体介导使白细胞流动缓慢，在血管内皮细胞上起始粘附;其后，在P选择素作用下ICAM-1迟发表达增多，ICAM-1和其配体LFA-1结合，使白细胞稳定粘附于内皮细胞表面。
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脑外伤后血清sICAM-1主要源于星形胶质细胞和血管内皮细胞。TBI病人中脑脊液(CSF)中sICAM-1明显长期升高。Pleins等 [19] 证实，严重脑外伤病人CSF中sICAM-1高于正常人和非脑外伤的创伤病人;利用CSF和血清蛋白比值与CSF中sICAM-1作相关性分析，CSF中sICAM-1与BBB功能损伤程度密切相关。这表明CSF中sICAM-1的增加可反映正在激活脑内免疫反应，并与脑组织的损伤和BBB功能密切相关，sICAM-1可作为炎症反应过度发展的标志和监测脑组织损伤程度的有效指标。
总之，上述诸物质直接或间接参与了TBI后局部脑组织的炎症反应，这种反应是TBI后基本的病理变化，其关键在于原发性脑损伤后大量的炎症细胞的浸润和激活，炎症介质的产生和释放以及炎症因子的表达，其结果导致脑组织的破坏和细胞的死亡。然而部分炎症因子在引起炎症反应造成损害的同时还对神经的修复起到一定的积极作用。Morganti-Kossmann等 [20] 认为，完全剔除炎症介质后对神经功能的恢复十分有害。Dekosky等 [21] 研究表明IL-1在TBI后直接介导神经生长因子(NGF)的表达，用IL-1R拮抗剂能减少NGF的表达，抑制神经功能的恢复。另外，有研究者发现，TNF-α也有神经保护作用，TNF-α可抑制NMDA谷氨酸离子通道介导的Ca 2+ 内流，通过p55受体的激活以及神经元释放TNF-α而发挥作用，此外，TNF-α可通过“第二信使”神经酰胺介导脑缺血后耐受，而应用TNF-α抗体可削弱这种作用。因此，TBI后神经组织的炎症反应是一个相当复杂的病理过程。虽然炎症反应是TBI后许多病理生理的级联反应之一，但此过程中释放的各种介质的确切功能、被激活的细胞类型和功能以及其病理生理机制尚待进一步研究和阐明。
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作者单位: 450003 河南郑州大学第二附属医院神经外科
(编辑 曲全), http://www.100md.com