腦缺血與炎性細胞因子

腦缺血與炎性細胞因子

中華神經科雜誌 1998年第5期第31卷 綜述

作者：劉士民　郭玉璞

單位：100730 中國醫學科學院中國協和醫科大學北京協和醫院神經內科

　　一、前言

　　人們很早就發現腦梗死伴發炎性反應，但直到近幾年才對其有了較為清楚的認識。腦梗死時白細胞浸潤髮生在缺血後6～24小時內，促使白細胞向血管外遷移的細胞因子產生在腦梗死的初始部位。在炎性細胞反應出現之前有介導炎性反應的細胞因子――前炎性細胞因子(proinflammatory cytokines)的表達，它透過誘導白細胞和內皮細胞膜分子蛋白的改變而促進白細胞粘附於內皮細胞。浸潤的白細胞表達cd11和cd18粘附分子，而內皮細胞表達細胞間粘附分子(icam-1)。損傷的神經元和軸突釋放的細胞因子具有趨化作用，亦稱趨化細胞因子，簡稱趨化因子(chemokine)，它可促使白細胞自血管內向缺血區腦組織遷移。有關腦缺血後各種營養因子(包括生長因子)的表達及其病理生理作用不在此敘述。

　　臨床上也發現，缺血性腦血管病病人的白細胞聚集性高於短暫性腦缺血發作(tia)病人，兩者均高於對照組，症狀嚴重的病人其白細胞聚集性更高。透過單光子發射計算機體層攝影術(spect)結合白細胞標記技術對腦血管病病人的研究發現，急性半球梗死病人腦組織低灌注區有白細胞浸潤，這種現象可持續5周，而慢性腦缺血病人無白細胞浸潤^［1］。

　　目前，無論是動物模型研究還是臨床試驗均支援炎性反應參與缺血性腦損傷。抗炎治療可使腦梗死的治療時間窗變寬，贏得進一步治療的時機^［2］。但炎性反應本身以及其對缺血性腦損傷的影響都相當複雜，其影響因缺血程度不同和缺血再灌注時間不同而異。

　　二、前炎性細胞因子

　　在腦缺血動物模型中出現的前炎性細胞因子包括白介素1（il－1)、白介素6(il-6)、腫瘤壞死因子α(tnfα)和轉化生長因子β(tgfβ)。

　　用northern雜交方法研究發現，大鼠大腦中動脈持續阻斷(pmcao)後1小時即有c-fos和zif268 mrna的表達。這些早期反應基因有轉錄調節作用，可調節各種前炎性細胞因子信使rna的轉錄。pmcao後3小時在缺血區出現il-6mrna明顯表達，12小時後表達程度達非缺血區或假手術組的10倍，24小時後逐漸下降^［3］。原位雜交發現，大鼠pmcao後15分鐘有il－1β mrna的明顯表達，3小時達高峰，4天內逐漸消失^［4］。

　　tnfα是一種營養多肽，它在腦免疫反應和炎性反應活動中起重要作用。局灶腦缺血後1小時便出現tnfα mrna的表達，缺血後6～12小時達高峰，1～2天內逐漸降低。tnfα首先出現於缺血區的神經元，後期見於梗死區的巨噬細胞^［5］。

　　tgfβ₁ mrna的表達在6小時至2天內出現^［6］。我們的實驗結果顯示，tgfβ₁的表達有兩種模式，即早期的普遍表達和後期的與損傷有關的表達。第一期反應出現在24小時以前，我們最早在缺血2小時就發現有tgfβ₁的大量表達，遍佈於雙側大腦半球，缺血區略重於非缺血區，持續再灌注後24小時基本消失。該期在染色時顯示比較彌散。第二期反應見於再灌注24小時以後，以缺血區最突出，細胞內的表達僅見於梗死灶周邊區。tgfβ₂的表達只有相當於tgfβ₁的第二期反應，但表達強度(染色深淺)大於tgfβ₂的表達。

　　臨床上也發現，腦梗死病人和tia病人血漿細胞因子tnfα水平升高^［7］。對腦梗死症狀出現4小時內的病人進行檢測發現，il－6血漿水平在症狀出現1小時後就升高，10小時達高峰，3天后開始下降，7天后達基線水平。而il－1β、tnfα和tnf可溶性受體p55、p57水平無升高。目前，尚無足夠證據確定前炎性細胞因子與臨床腦梗死的確切關係。

　　三、粘附分子icam和cd11b/18

　　用northern blot 和rt-pcr方法發現局灶腦缺血後，缺血皮層icam-1 mrna水平於3小時後明顯增高，6～12小時達高峰，5天后仍保持高水平。內皮細胞-白細胞粘附分子(elam-1)mrna水平於6小時後明顯升高，12小時達高峰，5天后降到基線水平。免疫組化顯示icam-1在缺血皮層明顯表達，侷限在缺血皮層腦實質的內皮細胞。icam-1和elam-1的表達與趨化因子如細胞因子誘導的中性粒細胞趨化劑(ninc)和單核細胞趨化蛋白(mcp-1)平行，但較那些前炎性細胞因子tnfα和il－1β要晚的多^［8］。

　　在局灶腦缺血再灌注模型，缺血1小時即可檢出icam-1 mrna，再灌注10小時後達高峰，持續1周；再灌注2小時後微血管內皮細胞icam-1顯著升高，46小時達高峰，持續1周。也就是說，缺血早期出現icam-1 mrna，再灌注早期表達icam-1^［9］。

　　血小板內皮細胞粘附分子(pecam)是一種免疫球蛋白基因超家族成員，它在中性粒細胞和內皮細胞呈結構性表達，能促進白細胞穿越血管內皮的過程。實驗結果顯示，用抗體中和pecam後，大鼠心肌梗死範圍明顯減小^［10］。pecam在缺血性腦損傷中的作用尚不清楚。

　　缺血性腦血管病和tia病人症狀出現72小時內，白細胞膜cd11a表達均高於對照組。cd18在兩組病人均升高，但僅在tia病人組達到顯著程度。缺血性腦血管病病人組和tia病人組cd18和cd11a表達均較對照組有顯著差別^［11］。

　　四、趨化因子

　　腦缺血後損傷的神經元和軸突釋放的某些細胞因子具有趨化作用，可促使白細胞自血管內向缺血區腦組織遷移，對腦組織中的白細胞浸潤和組織修復起重要作用。在腦缺血後出現的趨化因子包括單核細胞趨化蛋白(mcp)、巨噬細胞炎性蛋白(mip)和ninc。無論在持續腦缺血還是短暫腦缺血後，再灌注模型均可見趨化因子的表達，而且對某些趨化因子的干預實驗顯示有良好的結果。

　　mcp-1是一種單核細胞特異性的強有力的趨化劑。mcao後6小時， mcp-1和mip-1α mrna即有表達，48小時內仍維持在高水平，96小時後明顯減少；mcp-1免疫反應見於缺血區血管內皮細胞和巨噬細胞樣細胞。mip-1α見於啟用的星形細胞，可能對組織修復起重要作用。在短暫性腦缺血(tmcao)模型中，缺血2小時再灌注1小時，mcp-1 mrna即有明顯升高，12小時至2天達高峰，5天后開始下降^［12］。mcao後6小時至2天，mcp-1 mrna出現於半暗帶的星形細胞，4天后mcp-1 mrna見於梗死區的巨噬細胞和反應性小膠質細胞^［13］。

　　大鼠mcao後6小時，在缺血皮層可見 ninc，即白介素－8(il-8)mrna升高，12小時達高峰，24小時後降低^［14］。大鼠mcao 1小時再灌注3小時，缺血腦組織出現cinc表達，再灌注12小時達高峰，24～48小時內逐漸減少；腦組織il－8水平在再灌注6小時後顯著升高，但其血漿水平卻增高不明顯。免疫組化結果顯示，il－8蛋白在血管壁和浸潤的白細胞中表達。

　　五、炎性細胞因子增多對缺血性腦損傷的影響

　　體外實驗結果發現，il-1β、il-1α和tnfα能誘導人腦微血管內皮細胞表達icam－1。模擬的缺血再灌注狀態亦會使icam－1表達上調3～15倍。在體實驗發現，將il-8、il-1和tnfα注射到動物的海馬後可啟用小膠質細胞，引起白細胞廣泛粘附血管壁，但這些白細胞很少進入腦實質，只是在缺少血腦屏障的部位才出現白細胞聚集現象。用il-1受體抗體阻斷il-1的作用能顯著減小大鼠腦梗死體積，並且證實其作用部位在紋狀體^［15］。

　　tgfβ是一類普遍存在的細胞因子，它對多種型別的細胞，包括小膠質細胞、星形細胞和神經元都有生物學作用。tgfβ的作用涉及細胞生長、分化、炎症和組織修復。在缺血性腦損傷中，tgfβ有抗氧化、阻止細胞凋亡、調節炎性反應、調節小膠質細胞和星形細胞反應的多種作用。tgfβ的使用能明顯減小腦梗死體積^［16］。il-6對周圍神經和中樞神經都有很強的神經營養作用。在體實驗結果也發現，il-6提前注射到沙土鼠的腦室系統，能顯著減少缺血性神經元損傷^［17］。

　　在大鼠的兩血管缺血模型中，抗icam-1抗體的使用也能明顯減輕中性粒細胞和單核巨噬細胞的浸潤。icam-1單抗單獨使用在大鼠能使局灶腦缺血的梗死灶體積減少41%，同時缺血皮層的中性粒細胞也明顯減少^［18］。cd11b/18(mac-1)整合素抗體在大鼠局灶腦缺血2小時再灌注1小時和22小時使用，能減少腦實質內中性粒細胞和腦梗死灶體積^［19］。icam-1單抗與t-pa結合使用能減少兔腦栓塞模型的神經元損傷^［20］。抗cd18單抗ib4能抑制狒狒的中性粒細胞粘附於內皮細胞，於再灌注前15分鐘使用能抑制mcao 3小時後的“無再流”現象^［21］。

　　由於mcp-1免疫反應見於缺血區血管內皮細胞和巨噬細胞樣細胞，而mip-1α見於啟用的星形細胞；故前者可能促進炎性反應、加重組織損傷並加速對壞死組織的轉運，而後者(mip-1α)可能對組織修復起重要作用。il－8是眾所周知的趨化因子，可促發腦實質的白細胞浸潤。隨後浸潤的白細胞蛋白酶啟用、自由基形成，繼而引起脂質過氧化和神經元損傷。由於它比中性粒細胞浸潤和腦水腫出現得早，故可能對這兩者有一定作用。抗il－8抗體能顯著減少腦梗死體積和腦水腫程度^［22］。

　　白細胞和細胞因子主要在局灶腦缺血再灌注中起作用，它們在再灌注損傷中的作用可分為3個典型階段：白細胞浸潤、小膠質細胞啟用和再塑。在1～2天內，il-1和tnf誘導粘附分子表達，可導致白細胞粘附於內皮細胞。2～7天，梗死灶周邊區小膠質細胞啟用，並分泌il-1和tnf，這些細胞因子誘導星形細胞增生並分泌神經營養因子，以限制神經元損傷。但星形細胞過度增生會妨礙神經再生。7～30天后，吞噬性巨噬細胞出現於梗死灶中心區。巨噬細胞釋放一系列細胞溶解劑，包括蛋白酶和超氧陰離子。膠質細胞釋放的tgfβ和鹼性成纖維細胞生長因子，與巨噬細胞一起誘導血管增生，有利於轉運壞死組織和神經再塑。

　　六、展望

　　白細胞減少症的梗死範圍比對照組明顯減小，而且eeg和體感誘發電位亦明顯改善。因此，白細胞造成的繼發性腦損傷為腦梗死的治療提供了“第二時間窗”的可能性^［23］。與白細胞相關的細胞因子，即前炎性細胞因子和趨化因子在炎性反應和組織修復中起重要作用。

　　針對白細胞因素的干預措施並非總是有效。在兔的腦栓塞模型，於栓塞發生後15分鐘用藥，無論是抗icam-1抗體或t-pa均無效，但聯合用藥時能明顯改善神經系統症狀，因此，聯合用藥可增強溶栓效果^［24］。在嚴重的局灶腦缺血時，抗白細胞抗體不能減少腦損傷^［25］。hartl等^［26］總結了抗白細胞治療的大量文獻，包括局灶腦缺血、全腦缺血、持續缺血和再灌注等情況，得出的結果不一致，但可以認為白細胞在中度腦缺血及再灌注時可造成繼發性腦損傷。dirnagl等^［27］透過鐳射共聚焦掃描顯微鏡觀察發現，白細胞壅塞不是全腦缺血後低灌注的原因。hayward等^［28］的研究不支援白細胞在腦梗死形成中有普遍和基本的作用，而在什麼情況下起作用需要進一步研究。

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(收稿：1998-04-23　　修回：1998-07-06)

關於北科腦電圖及神經電生理學術獎申獎事項的通知

　　為了促進我國腦電圖及神經電生理科學的研究和發展，經中華醫學會神經病學分會批准，北京北科醫療器械新技術公司出資，建立“北科腦電圖及神經電生理學術獎”。將聘請全國著名的腦電及神經電生理專家組成評獎委員會，以嚴格、公正、公平、公開的原則進行評獎。首次頒獎於1999年第五屆全國腦電圖及神經電生理學術會議開幕式上進行。有關申獎事項如下。

　　1.有關腦電圖及神經電生理的基礎及臨床研究均可申請(從1995年1月1日至今)。

　　2.申請檔案包括申請者簡歷及所作研究工作的全面總結(不超過1 500字)，已發表的全部論文的影印件或將在第五屆全國腦電圖及神經電生理學術會議上發表的論文。以上檔案一式三份，請自留底稿，恕不退稿。

　　3.來稿寫明作者單位、郵編、地址、電話，並附單位介紹信。

　　4.首次腦電圖及神經電生理學術獎設：

　　一等獎　　　1項，每項10 000元

　　二等獎　　　2項，每項6 000元

　　三等獎　　　3項，每項3 000元

　　優秀論文獎　4項，每項2 000元。

　　5.申請檔案請於1998年12月31日前寄至北京海淀區西土城路乙3號北京北科醫療器械新技術公司尚洪雷收。郵編：100088。諮詢電話：62004422，62061620，62041542

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