炎性细胞因子在缺血性脑损伤中的作用
作者：王宇卉 邵福源(审校)
单位：200003上海第二军医大学长征医院神经科
关键词：
临床神经病学杂志000432 近年来缺血性脑损伤的病理生理方面的研究进展很快，并在此基础上进行了许多药物治疗研究，其中飞速发展并有希望的领域之一是炎症在卒中中的作用，这种作用涉及：(1)缺血性损伤后形成部分炎性反应和参与病理生理级联的分子；(2)可能促使动脉血栓性卒中的炎症或感染过程。炎性细胞因子作为炎症介质，发挥重要的作用，我们谨就此作一综述。
1 白细胞介素-1(IL-1)
IL-1以两种分离的形式存在(α，β)，二者仅有1/3的序列同源性。IL-1在脑缺血期间过度表达，已在持久大脑中动脉(MCA)闭塞、短暂大脑前半球缺血或结扎颈动脉伴缺氧的鼠中证实IL-1 mRNA合成诱导增加，但迄今试图检测卒中患者外周血IL-1的尝试尚不成功，可能是由于其血浆浓度太低[1]。
, 百拇医药
MCA闭塞鼠在再灌注后立即给予侧脑室注入重组人IL-1β，脑梗死面积较大，说明IL-1在脑缺血时有有害作用，脑室内注射重组人IL-1β还促进脑水肿形成及增加缺血区的中性粒细胞数和中性粒细胞-内皮细胞粘附分子的表达[2]。IL-1的复杂功能由特异性细胞表面受体介导，并由IL-1受体抑制剂调节。已确定两种主要的IL-1α受体：Ⅰ型存在于许多细胞，与IL-1α和IL-1β亲和力相同，Ⅱ型在B细胞、中性粒细胞、巨噬细胞表面发现，与IL-1β亲和力高，Ⅰ型和Ⅱ型在脑缺血的调节不同，可能发挥不同作用。在原发性高血压鼠，Ⅰ型IL-1受体mRNA在正常脑实质表达相当高，脑缺血后5天显著增高，Ⅱ型IL-1受体(mRNA)基础表达较低，缺血发作后12小时达高峰。外周免疫细胞上细胞间IL-1信号传递的可能机理包括对环磷酸腺苷(cAMP)、蛋白激酶C和蛋白磷酸化的作用，这些作用尚需在脑缺血中证实[3]。随着IL-1与受体的相互作用，很快出现即时早期基因如c-jun和c-fos的诱导。
研究表明用IL-1拮抗剂或抑制剂后梗死面积减小，进一步证实IL-1在脑缺血中的重要性[4]。IL-1诱导或激活的可能的损害机理包括发热、增加心率和动脉血压、增加N-甲基-D-门冬氨酸介导的损害、小胶质细胞增生、释放花生四烯酸、抑制一氧化氮(NO)合成等。目前，IL-1最广泛确定的功能似乎是诱导内皮粘附分子表达和促进中性粒细胞的组织浸润[1]。
, 百拇医药
一些作者进一步对IL-1阻断剂治疗缺血性卒中进行了研究，Rothwell教授在Manchester的研究组发现用IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)抑制鼠缺血和神经毒性损害，可能首次提供了脑损伤中细胞因子受累的直接证据[5]。在后来的研究中，他们给外伤性脑损伤的鼠用IL-1ra，一组受伤后立即给以治疗，组织学检查发现损伤面积减少44%，即使治疗推迟4小时，仍可见损伤面积减少28%[6]。另一种拮抗IL-1β的手段是阻断IL-1β转换酶(ICE)的作用，ICE使前体分子IL-1β转化为其活性形式，Rothwell研究组发现用ICE抑制剂减轻鼠模型中的缺血性脑损害。
2 肿瘤坏死因子-α(TNFα)
TNFα是一种多效性细胞因子，似乎涉及血脑屏障(BBB)、炎症、血栓形成以及与脑损伤相关的血管变化。已发现鼠局灶性卒中后在白细胞浸润前，早期缺血皮质神经元表达TNFα mRNA增加，近来发现缺血后大鼠和小鼠脑小胶质细胞和活化的巨噬细胞早期表达TNFα mRNA和蛋白质，脑部直接注入TNFα引起白细胞粘附于血管壁和这些炎症细胞浸润入组织戏剧性增加，但在注射部位对神经元无毒性作用。由此，Barone等提出假说，认为TNFα直接用于脑部可加重缺血后损伤的程度。为检验内源性TNFα是局灶性缺血损伤的一种重要介质这一假说，Barone等在缺血期间用两种不同但均是特异性的方法阻断TNFα：抗TNFα单抗(Mab)和可溶性TNF受体(sTNFR)，结果发现在局灶性卒中前增加脑TNFα可望加剧缺血性损伤，而在卒中时阻断TNFα可望减轻局灶性缺血损伤，这些在缺血性脑损伤程度方面的变化似乎与改变脑TNFα的非特异性作用无关[7]。TNFα的毒性作用及其作为局灶性缺血介质的作用可能涉及多种机理，例如TNFα增加BBB的通透性，引起软膜动脉收缩，可能引起局灶性缺血性脑损伤；TNFα对毛细血管有直接毒性作用，它可增加毛细血管通透性，开放BBB，显著增加基质破坏性金属蛋白酶(明胶酶B)的产生，并引起髓鞘增生和反应性胶质增生；此外，TNFα激活白细胞粘附内皮和前凝血活性(即增加组织因子vW因子和PAF)，可加重缺血性损害。TNFα在炎症过程中起关键作用，它活化中性粒细胞，增加白细胞-内皮细胞粘附分子的表达，促使白细胞粘附于血管继之浸润入脑。TNFα还能刺激血管活性物质的释放，诱导血管扩张和收缩，并降低脑血流，因而改变进入已缺血组织的血流，或许增加潜在的白细胞栓塞[1，7，8]。基于这些研究，Barone提出假说：TNFα对缺血性脑损伤的作用可能不是由于它对神经元的直接作用[7]。显然需要更多的研究来了解TNFα介导的缺血损伤的机理，但现有资料表明阻断该细胞因子可能是减轻缺血性损伤的一种很吸引人的药理学方法。
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3 白细胞介素-8(IL-8)
Kostulas等研究发现不管临床症状发作与检测之间的间期有多长，缺血性卒中患者在卒中后第1周血中表达IL-8 mRNA的单个核细胞(MNC)数目较高，血浆IL-8浓度增高，说明该因子在补充多形核白细胞(PMNL)到脑缺血部位中发挥作用[9]。IL-8在离体和在体均是有力的PMNL化学吸引剂，已表明人皮内注射IL-8可诱导血管周围中性粒细胞浸润持续几小时。除了补充PMNL， IL-8还刺激中性粒细胞颗粒释放和这些细胞的呼吸爆发(the respiratory burst)。中性粒细胞颗粒释放伴有中性粒细胞补体受体和整合素增加，进一步促进细胞粘附。细胞补充到脑炎症部位的机理不完全清楚，但缺血脑局部IL-8产生增加可引起跨BBB的IL-8浓度梯度，部分可由全身测出。细胞沿浓度梯度的迁移引起中性粒细胞迅速流入脑实质，因而引起局部炎症。在一兔模型，缺血性肺损伤再灌注引起中性粒细胞浸润和肺组织破坏，同时有IL-8的局部产生，用一种对抗IL-8的中和抗体可预防细胞浸润和组织破坏，提示IL-8可能的作用。中和IL-8的化合物可为正在研究的对抗PMNL介导的缺血后脑损伤中提供将来的对策。
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4 白细胞介素-6(IL-6)
IL-6在机体防御及急、慢性炎症活动中发挥中心作用，在对不同类型的脑损伤反应中表达，在鼠MCA闭塞后3小时 IL-6 mRNA表达增高，12小时达高峰，持续高表达至少24小时[10]。
已发现急性脑缺血患者外周血IL-6水平高于对照者[11]，血浆和脑脊液(CSF)IL-6水平增高者脑CT和MRI所见的梗死面积较大[12]，且临床预后较差，尽管尚不清楚这是单纯反映大的梗死面积IL-6过度产生，还是IL-6自身的直接损害作用，尚未完全阐明IL-6有抗炎作用或前炎症作用或者两者均有[10]。其抗炎作用有赖于通过负反馈作用机理对IL-1和TNFα产生的抑制及它们的循环拮抗剂产生的刺激，这些拮抗剂包括可溶性TNFα受体和IL-1受体拮抗剂。IL-6的部分抗炎作用可归因于它可诱导促皮质素和皮质素的释放，促进急性期蛋白的表达，它们具有抗蛋白酶和氧自由基清除剂的作用。另一方面，还发现IL-6诱导磷脂酶A2基因表达，结果刺激白三烯、前列腺素E(PG)、血小板活化因子(PAF)的产生，所有这些均与缺血性脑损伤有关[1]。
, 百拇医药
5 转化生长因子-β(TGFβ)
TGFβ是一种调节和刺激细胞增殖及分化的细胞因子，在组织修复机理中发挥中心作用。使鼠全脑缺血10分钟，6小时后全脑TGFβ表达增加，第2天更高，此后下降[13]。近来，人体解剖后发现缺血组织TGFβ mRNA表达高于非缺血鼠标本，在梗死周围组织(peumbra带，半影带)检测到TGFβ mRNA最高表达。但一个迄今无法解释的发现是急性卒中患者血清TGFβ水平低于对照者，可能是由于该细胞因子在缺血组织蓄积[11]。
初步结果表明TGFβ可能在脑缺血中具有保护作用，这些有益作用的一些可能原因包括：(1)减少中性粒细胞粘附于内皮细胞；(2)抑制巨噬细胞释放有潜在损害作用的氧和氮衍生物；(3)促进penumbra区血管生成；(4)降低其他细胞因子如TNFα的表达，可能通过阻断P38激酶，继之抑制TNFα转导机理[1]。
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总之，缺血性脑损伤是一个复杂的病理生理过程，有多种因素在其中发挥作用，炎性细胞因子可以通过诱导或增强粘附分子、趋化因子的表达，诱发或促使缺血性脑损伤，而抑制这些细胞的作用有望为治疗提供新的手段。
参考文献
1，Pantoni L,Sarti C,Inzitari D.Arterioscler Thromb Vas Biol,1998,18:503
2，Yamasaki Y,Matsuura N,Shozuhara H,et al.Stroke,1995,26:676
3，Wang X,Barone FC,Aiyar NV,et al.Stroke,1997,28:155
4，Garcia JH,Liu KF,Relton JK.Am J Pathol,1995,147:1477
, http://www.100md.com
5，Rothwell NJ,Strijbos PJ.Int J Dev Neurosci,1995,13:179
6，Stroemer RP,Rothwell NJ.J Cereb Blood Flow Metab,1998,18:833
7，Barone FC,Arvin B,White RF,et al.Stroke,1997,28:1233
8，Mckeating EG,Andrews PJD.Br J Anaesth,1998,80:77
9，Kostulas N,Kivisakk P,Huang Y,et al.Stroke,1998,29:462
10，Wang X,Yue TL,Young PR,et al.J Cereb Blood Flow Metab,1995,15:166
11，Kim JS,Yoon SS,Kim YH,et al.Stroke,1996,27:1553
12，Tarkowsbi E,Rosengren L,Blomstrand C,et al.Stroke,1995,26:1393
13，Lehrmann E,Kiefer R,Finsen B,et al.Exp Neurol,1995,131:114
(收稿1999-12-21), http://www.100md.com
单位：200003上海第二军医大学长征医院神经科
关键词：
临床神经病学杂志000432 近年来缺血性脑损伤的病理生理方面的研究进展很快，并在此基础上进行了许多药物治疗研究，其中飞速发展并有希望的领域之一是炎症在卒中中的作用，这种作用涉及：(1)缺血性损伤后形成部分炎性反应和参与病理生理级联的分子；(2)可能促使动脉血栓性卒中的炎症或感染过程。炎性细胞因子作为炎症介质，发挥重要的作用，我们谨就此作一综述。
1 白细胞介素-1(IL-1)
IL-1以两种分离的形式存在(α，β)，二者仅有1/3的序列同源性。IL-1在脑缺血期间过度表达，已在持久大脑中动脉(MCA)闭塞、短暂大脑前半球缺血或结扎颈动脉伴缺氧的鼠中证实IL-1 mRNA合成诱导增加，但迄今试图检测卒中患者外周血IL-1的尝试尚不成功，可能是由于其血浆浓度太低[1]。
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MCA闭塞鼠在再灌注后立即给予侧脑室注入重组人IL-1β，脑梗死面积较大，说明IL-1在脑缺血时有有害作用，脑室内注射重组人IL-1β还促进脑水肿形成及增加缺血区的中性粒细胞数和中性粒细胞-内皮细胞粘附分子的表达[2]。IL-1的复杂功能由特异性细胞表面受体介导，并由IL-1受体抑制剂调节。已确定两种主要的IL-1α受体：Ⅰ型存在于许多细胞，与IL-1α和IL-1β亲和力相同，Ⅱ型在B细胞、中性粒细胞、巨噬细胞表面发现，与IL-1β亲和力高，Ⅰ型和Ⅱ型在脑缺血的调节不同，可能发挥不同作用。在原发性高血压鼠，Ⅰ型IL-1受体mRNA在正常脑实质表达相当高，脑缺血后5天显著增高，Ⅱ型IL-1受体(mRNA)基础表达较低，缺血发作后12小时达高峰。外周免疫细胞上细胞间IL-1信号传递的可能机理包括对环磷酸腺苷(cAMP)、蛋白激酶C和蛋白磷酸化的作用，这些作用尚需在脑缺血中证实[3]。随着IL-1与受体的相互作用，很快出现即时早期基因如c-jun和c-fos的诱导。
研究表明用IL-1拮抗剂或抑制剂后梗死面积减小，进一步证实IL-1在脑缺血中的重要性[4]。IL-1诱导或激活的可能的损害机理包括发热、增加心率和动脉血压、增加N-甲基-D-门冬氨酸介导的损害、小胶质细胞增生、释放花生四烯酸、抑制一氧化氮(NO)合成等。目前，IL-1最广泛确定的功能似乎是诱导内皮粘附分子表达和促进中性粒细胞的组织浸润[1]。
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一些作者进一步对IL-1阻断剂治疗缺血性卒中进行了研究，Rothwell教授在Manchester的研究组发现用IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)抑制鼠缺血和神经毒性损害，可能首次提供了脑损伤中细胞因子受累的直接证据[5]。在后来的研究中，他们给外伤性脑损伤的鼠用IL-1ra，一组受伤后立即给以治疗，组织学检查发现损伤面积减少44%，即使治疗推迟4小时，仍可见损伤面积减少28%[6]。另一种拮抗IL-1β的手段是阻断IL-1β转换酶(ICE)的作用，ICE使前体分子IL-1β转化为其活性形式，Rothwell研究组发现用ICE抑制剂减轻鼠模型中的缺血性脑损害。
2 肿瘤坏死因子-α(TNFα)
TNFα是一种多效性细胞因子，似乎涉及血脑屏障(BBB)、炎症、血栓形成以及与脑损伤相关的血管变化。已发现鼠局灶性卒中后在白细胞浸润前，早期缺血皮质神经元表达TNFα mRNA增加，近来发现缺血后大鼠和小鼠脑小胶质细胞和活化的巨噬细胞早期表达TNFα mRNA和蛋白质，脑部直接注入TNFα引起白细胞粘附于血管壁和这些炎症细胞浸润入组织戏剧性增加，但在注射部位对神经元无毒性作用。由此，Barone等提出假说，认为TNFα直接用于脑部可加重缺血后损伤的程度。为检验内源性TNFα是局灶性缺血损伤的一种重要介质这一假说，Barone等在缺血期间用两种不同但均是特异性的方法阻断TNFα：抗TNFα单抗(Mab)和可溶性TNF受体(sTNFR)，结果发现在局灶性卒中前增加脑TNFα可望加剧缺血性损伤，而在卒中时阻断TNFα可望减轻局灶性缺血损伤，这些在缺血性脑损伤程度方面的变化似乎与改变脑TNFα的非特异性作用无关[7]。TNFα的毒性作用及其作为局灶性缺血介质的作用可能涉及多种机理，例如TNFα增加BBB的通透性，引起软膜动脉收缩，可能引起局灶性缺血性脑损伤；TNFα对毛细血管有直接毒性作用，它可增加毛细血管通透性，开放BBB，显著增加基质破坏性金属蛋白酶(明胶酶B)的产生，并引起髓鞘增生和反应性胶质增生；此外，TNFα激活白细胞粘附内皮和前凝血活性(即增加组织因子vW因子和PAF)，可加重缺血性损害。TNFα在炎症过程中起关键作用，它活化中性粒细胞，增加白细胞-内皮细胞粘附分子的表达，促使白细胞粘附于血管继之浸润入脑。TNFα还能刺激血管活性物质的释放，诱导血管扩张和收缩，并降低脑血流，因而改变进入已缺血组织的血流，或许增加潜在的白细胞栓塞[1，7，8]。基于这些研究，Barone提出假说：TNFα对缺血性脑损伤的作用可能不是由于它对神经元的直接作用[7]。显然需要更多的研究来了解TNFα介导的缺血损伤的机理，但现有资料表明阻断该细胞因子可能是减轻缺血性损伤的一种很吸引人的药理学方法。
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3 白细胞介素-8(IL-8)
Kostulas等研究发现不管临床症状发作与检测之间的间期有多长，缺血性卒中患者在卒中后第1周血中表达IL-8 mRNA的单个核细胞(MNC)数目较高，血浆IL-8浓度增高，说明该因子在补充多形核白细胞(PMNL)到脑缺血部位中发挥作用[9]。IL-8在离体和在体均是有力的PMNL化学吸引剂，已表明人皮内注射IL-8可诱导血管周围中性粒细胞浸润持续几小时。除了补充PMNL， IL-8还刺激中性粒细胞颗粒释放和这些细胞的呼吸爆发(the respiratory burst)。中性粒细胞颗粒释放伴有中性粒细胞补体受体和整合素增加，进一步促进细胞粘附。细胞补充到脑炎症部位的机理不完全清楚，但缺血脑局部IL-8产生增加可引起跨BBB的IL-8浓度梯度，部分可由全身测出。细胞沿浓度梯度的迁移引起中性粒细胞迅速流入脑实质，因而引起局部炎症。在一兔模型，缺血性肺损伤再灌注引起中性粒细胞浸润和肺组织破坏，同时有IL-8的局部产生，用一种对抗IL-8的中和抗体可预防细胞浸润和组织破坏，提示IL-8可能的作用。中和IL-8的化合物可为正在研究的对抗PMNL介导的缺血后脑损伤中提供将来的对策。
, 百拇医药
4 白细胞介素-6(IL-6)
IL-6在机体防御及急、慢性炎症活动中发挥中心作用，在对不同类型的脑损伤反应中表达，在鼠MCA闭塞后3小时 IL-6 mRNA表达增高，12小时达高峰，持续高表达至少24小时[10]。
已发现急性脑缺血患者外周血IL-6水平高于对照者[11]，血浆和脑脊液(CSF)IL-6水平增高者脑CT和MRI所见的梗死面积较大[12]，且临床预后较差，尽管尚不清楚这是单纯反映大的梗死面积IL-6过度产生，还是IL-6自身的直接损害作用，尚未完全阐明IL-6有抗炎作用或前炎症作用或者两者均有[10]。其抗炎作用有赖于通过负反馈作用机理对IL-1和TNFα产生的抑制及它们的循环拮抗剂产生的刺激，这些拮抗剂包括可溶性TNFα受体和IL-1受体拮抗剂。IL-6的部分抗炎作用可归因于它可诱导促皮质素和皮质素的释放，促进急性期蛋白的表达，它们具有抗蛋白酶和氧自由基清除剂的作用。另一方面，还发现IL-6诱导磷脂酶A2基因表达，结果刺激白三烯、前列腺素E(PG)、血小板活化因子(PAF)的产生，所有这些均与缺血性脑损伤有关[1]。
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5 转化生长因子-β(TGFβ)
TGFβ是一种调节和刺激细胞增殖及分化的细胞因子，在组织修复机理中发挥中心作用。使鼠全脑缺血10分钟，6小时后全脑TGFβ表达增加，第2天更高，此后下降[13]。近来，人体解剖后发现缺血组织TGFβ mRNA表达高于非缺血鼠标本，在梗死周围组织(peumbra带，半影带)检测到TGFβ mRNA最高表达。但一个迄今无法解释的发现是急性卒中患者血清TGFβ水平低于对照者，可能是由于该细胞因子在缺血组织蓄积[11]。
初步结果表明TGFβ可能在脑缺血中具有保护作用，这些有益作用的一些可能原因包括：(1)减少中性粒细胞粘附于内皮细胞；(2)抑制巨噬细胞释放有潜在损害作用的氧和氮衍生物；(3)促进penumbra区血管生成；(4)降低其他细胞因子如TNFα的表达，可能通过阻断P38激酶，继之抑制TNFα转导机理[1]。
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总之，缺血性脑损伤是一个复杂的病理生理过程，有多种因素在其中发挥作用，炎性细胞因子可以通过诱导或增强粘附分子、趋化因子的表达，诱发或促使缺血性脑损伤，而抑制这些细胞的作用有望为治疗提供新的手段。
参考文献
1，Pantoni L,Sarti C,Inzitari D.Arterioscler Thromb Vas Biol,1998,18:503
2，Yamasaki Y,Matsuura N,Shozuhara H,et al.Stroke,1995,26:676
3，Wang X,Barone FC,Aiyar NV,et al.Stroke,1997,28:155
4，Garcia JH,Liu KF,Relton JK.Am J Pathol,1995,147:1477
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5，Rothwell NJ,Strijbos PJ.Int J Dev Neurosci,1995,13:179
6，Stroemer RP,Rothwell NJ.J Cereb Blood Flow Metab,1998,18:833
7，Barone FC,Arvin B,White RF,et al.Stroke,1997,28:1233
8，Mckeating EG,Andrews PJD.Br J Anaesth,1998,80:77
9，Kostulas N,Kivisakk P,Huang Y,et al.Stroke,1998,29:462
10，Wang X,Yue TL,Young PR,et al.J Cereb Blood Flow Metab,1995,15:166
11，Kim JS,Yoon SS,Kim YH,et al.Stroke,1996,27:1553
12，Tarkowsbi E,Rosengren L,Blomstrand C,et al.Stroke,1995,26:1393
13，Lehrmann E,Kiefer R,Finsen B,et al.Exp Neurol,1995,131:114
(收稿1999-12-21), http://www.100md.com