劉 馨,張建忠
(1.川北醫(yī)學(xué)院病理教研室,四川 南充 637000;2.寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系,寧夏回族自治區(qū)顱腦疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,寧夏 銀川 750004)
缺血再灌注損傷是一種常見的臨床病理生理過程,在一定限度內(nèi),缺血時(shí)間越長,重灌注損傷越重,缺血時(shí)間相等,再灌注時(shí)間越長,組織損傷也越重。李麟仙等[1]報(bào)道獼猴大腦在缺血15 min后再灌注,大腦生物電活動(dòng)雖然有所恢復(fù),但不能恢復(fù)到原來水平,往往表現(xiàn)為持續(xù)低幅慢波,隨著缺血時(shí)間的延長,再灌注后生物電活動(dòng)越難恢復(fù),腦水腫程度越重。由于神經(jīng)中樞受損,造成呼吸停止后心臟相繼停搏的嚴(yán)重后果。在局灶腦缺血早期,缺血區(qū)腫脹和皺縮的神經(jīng)元與正常形態(tài)的神經(jīng)元混合存在,其中還有少數(shù)壞死的神經(jīng)元。腦缺血后的炎性損傷備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注,其中炎性細(xì)胞浸潤和相應(yīng)細(xì)胞因子分泌在缺血性腦損傷中發(fā)揮著極為重要的作用[2]。臨床研究提示,糖尿病伴有的高血糖是引起缺血性中風(fēng)的一個(gè)重要的危險(xiǎn)因素,高血糖患者出現(xiàn)腦缺血后,梗死面積明顯增加,造成的運(yùn)動(dòng)和感覺功能障礙明顯加重,恢復(fù)時(shí)間也明顯延長[3]。盡管高血糖誘發(fā)或加重腦缺血再灌注損傷的機(jī)制尚不完全清楚,比較肯定的是高血糖是缺血性腦損傷發(fā)病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,并且是導(dǎo)致局部和廣泛缺血預(yù)后較差的危險(xiǎn)因素[4]。目前,越來越多學(xué)者研究關(guān)于腦缺血再灌注損傷機(jī)制中腦組織缺血后的炎癥反應(yīng),大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),腦缺血后強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)是造成腦組織繼發(fā)性損傷的因素之一,在此炎癥反應(yīng)過程中,多種因素相互作用,共同引起再灌注損傷[5]。
白介素(interleukin,IL)為介導(dǎo)白細(xì)胞間相互作用的一些細(xì)胞因子,研究表明各種白介素均可參與炎癥反應(yīng),其中重要的有IL-1、IL-6、IL-8等。
目前已知,IL-1可由多種活性細(xì)胞合成和分泌,神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞也可合成,它是一類具有廣泛作用的多肽?;钚孕问接蠭L-1α、IL-1β、IL-1rα三種形式。IL-1β是血漿和組織液中的主要形式,也是腦組織中的主要形式。它不僅能夠協(xié)同其他細(xì)胞因子促進(jìn)B、T 細(xì)胞活化,而且能夠誘導(dǎo)其他炎性介質(zhì)的產(chǎn)生,加強(qiáng)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附,調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)、IL-6的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)證明,腦損傷后急性期高血糖可使血漿IL-1升高[6]。研究表明,IL-1在腦缺血區(qū)表達(dá)增加,尤以IL-1β表達(dá)較高,表達(dá)細(xì)胞主要是內(nèi)皮細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。腦缺血再灌注病理過程中IL-1β的表達(dá)主要在早期,說明它參與了早期的炎癥反應(yīng),刺激黏附分子的產(chǎn)生[7]。在大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞和再灌注模型中,腦室內(nèi)給予外源性重組IL-1β(recombinant human IL-1β, rhIL-1β)可引起梗死灶擴(kuò)大,腦含水量增多,梗死區(qū)白細(xì)胞浸潤及對(duì)血管內(nèi)皮黏附性增加,這種加重?fù)p害不是發(fā)熱引起的[8]。向赟等[9]報(bào)道,IL-1β參與全腦缺血-再灌注損傷的機(jī)制可能與炎癥反應(yīng)、神經(jīng)毒性作用、細(xì)胞凋亡等因素有關(guān)。此外,也有報(bào)道,小膠質(zhì)細(xì)胞也在這個(gè)過程中發(fā)揮了作用,它在腦缺血后被激活并活化,當(dāng)腦細(xì)胞出現(xiàn)凋亡時(shí)轉(zhuǎn)化為腦巨噬細(xì)胞;另一方面,小膠質(zhì)細(xì)胞激活后可產(chǎn)生多種炎癥反應(yīng)因子及補(bǔ)體,如IL-1、TNF-α、C1q、C2等,這些物質(zhì)在可造成神經(jīng)元凋亡,促進(jìn)腦缺血發(fā)生、發(fā)展在中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)中起重要作用[10]。
IL-6是一種具有廣泛生物學(xué)活性的多功能單鏈糖蛋白細(xì)胞因子,是由T細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等產(chǎn)生,可受IL-1β、TNF-α的調(diào)節(jié)而上調(diào)[11]。臨床研究表明,正常情況下,胰島細(xì)胞自發(fā)分泌IL-6。高糖能促進(jìn)IL-6產(chǎn)生,且與葡萄糖的濃度正相關(guān)[12]。Ⅱ型糖尿病患者外周血IL-6水平顯著高于正常[13]。研究表明,大鼠缺血早期即有IL-6的表達(dá),12 h時(shí)顯著增高[14]。研究顯示,當(dāng)缺血發(fā)生時(shí)IL-6是一種重要的神經(jīng)保護(hù)因子,其保護(hù)作用是通過刺激內(nèi)源性受體拮抗劑的產(chǎn)生而實(shí)現(xiàn)的[15]。IL-6的神經(jīng)保護(hù)作用可能與下述機(jī)制有關(guān)[16]:(1)能刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞合成、分泌促進(jìn)神經(jīng)生長因子(nerve growth factor,NGF)及其他神經(jīng)營養(yǎng)因子(neurotrophic factor,NTF),從而恢復(fù)受損神經(jīng)細(xì)胞的功能[16-17]。(2)對(duì)抗興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性,促進(jìn)中腦區(qū)的兒茶酚胺神經(jīng)元、前腦膽堿能神經(jīng)元及海馬神經(jīng)元的存活。(3)抑制TNF-α和IL-1β的合成,促進(jìn)可溶性TNF-α型受體和抗炎因子IL-1ra的生成。(4)促進(jìn)腎上皮質(zhì)激素釋放激素(corticotropin releasing hormone,CRH)的釋放,提高血中促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotrophic hormone,ACTH)和皮質(zhì)激素的濃度,在一定程度上抑制炎癥反應(yīng)。由此可見,IL-6對(duì)于多種細(xì)胞的生長、分化與基因表達(dá)都有影響,其表達(dá)失調(diào)與缺血性腦損傷密切相關(guān),IL-6表達(dá)水平的高低是缺血再灌注損傷程度的一個(gè)重要指標(biāo)[18]。
IL-8是機(jī)體主要的炎癥趨化因子,對(duì)中性粒細(xì)胞有明顯的趨化和功能活化作用,同時(shí)參與了中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞黏附過程的調(diào)節(jié),在炎癥過程中起重要作用[19]。它可以使細(xì)胞表面表達(dá)黏附分子,釋放貯存酶,引起呼吸爆發(fā),生成活性氧代謝產(chǎn)物以至引起組織浸潤等一系列反應(yīng)。研究表明,高血糖、高胰島素血癥對(duì)血管有毒性,使內(nèi)皮細(xì)胞缺氧,甚至死亡,而缺氧條件下的內(nèi)皮細(xì)胞可直接釋放IL-8[20],也可以刺激中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-8,導(dǎo)致IL-8急劇升高[21]。有研究發(fā)現(xiàn),IL-8的變化與腦缺血再灌注損傷存在一定的關(guān)系,腦缺血再灌注早期明顯升高[22-23]。Kostulas等[24]檢測腦缺血后外周中性粒細(xì)胞表達(dá)IL-8 mRNA的情況。結(jié)果顯示,缺血1~3 d表達(dá)IL-8的中性粒細(xì)胞數(shù)量明顯增加,20~31 d 表達(dá)IL-8 mRNA的中性粒細(xì)胞數(shù)量低于急性期,IL-8在腦脊液中進(jìn)一步增加。曹秋云等[25]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),IL-8既參與腦組織的正常代謝和生理功能,又參與腦缺血-再灌注損傷的病理生理過程。在腦灌注模型中,抗IL-8治療也顯示了明顯的神經(jīng)保護(hù)作用。而TNF-α、IL-1的促炎作用也是經(jīng)IL-8而發(fā)揮的。IL-8在腦缺血中的中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的炎性損傷中起樞紐作用,并可成為腦缺血抗炎治療的新靶分子[26]。
IL-10又稱為細(xì)胞因子合成抑制因子,是抗炎癥細(xì)胞因子之一。有文獻(xiàn)報(bào)道,腦缺血發(fā)生后,血漿及腦組織IL-10的表達(dá)與濃度均出現(xiàn)變化[27]。在缺血性卒中患者發(fā)病24h內(nèi)檢測IL-10濃度較低,血漿IL-10低水平與病情惡化有關(guān)[28]。IL-10在急性卒中早期明顯降低,到第7天快速升高。有研究已證實(shí),IL-10可拮抗TNF-α、IL-1β等介導(dǎo)的促炎反應(yīng),并抑制細(xì)胞因子受體的表達(dá)及激活,具有腦缺血神經(jīng)保護(hù)作用[29]。劉楠等[30]研究指出,IL-10對(duì)腦缺血損傷具有保護(hù)作用,其機(jī)制可能與IL-10的抗炎癥和抗凋亡作用有關(guān)。早期以促炎癥因子的合成為主,促炎作用較強(qiáng);隨著炎癥的加重,抗炎作用增強(qiáng)。腦缺血后IL-10的升高在TNF-α和IL-1β的升高之后,且隨著IL-10的升高,TNF-α和IL-1β明顯降低。促炎和抗炎是一個(gè)相互作用的過程,抗炎和促炎作用趨于相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡。國內(nèi)亦有文獻(xiàn)報(bào)道,促進(jìn)抗炎因子IL-10的表達(dá),從而減輕急性腦缺血再灌注白細(xì)胞的浸潤,起保護(hù)神經(jīng)功能的作用[31]。
IL-16于1982年被發(fā)現(xiàn),最初被命名為淋巴細(xì)胞趨化因子(lymphocyte chemoattractant factor,LCF)[32],直到1995年才被指定為白介素16。IL-16促成繼發(fā)性缺血性腦損傷可能的機(jī)制是:(1)促進(jìn)中性粒細(xì)胞在血管中的邊集;(2)通過激活炎癥細(xì)胞而產(chǎn)生毒性介質(zhì);(3)破壞血腦屏障完整性,導(dǎo)致腦水腫的形成。結(jié)果表明,IL-16是缺血損傷中重要的炎癥細(xì)胞因子。由于白細(xì)胞在血管壁的激活、邊集和黏附,進(jìn)一步加重缺血后的低灌注,引起血管痙攣,使損傷加重[33]。因此IL-16與腦缺血的關(guān)系是明確的。
IL-18是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞因子,具有多種生物學(xué)活性,在許多疾病過程中有多效的、復(fù)雜的、奇異的效應(yīng)[34-35]。IL-18是結(jié)構(gòu)上與IL-1β類似的促炎癥細(xì)胞因子,大鼠腦缺血后48 h 才檢測到IL-18 mRNA,在7~14 d 達(dá)到高峰。研究顯示,IL-18主要在小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上表達(dá)[36]。這提示IL-18可能在腦缺血的晚期炎癥反應(yīng)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。并且,研究表明,2型糖尿病患者的高血糖水平可誘導(dǎo)IL-18高表達(dá),促進(jìn)了缺血后的炎癥反應(yīng),這可能是糖尿病加重腦缺血損傷的重要機(jī)制之一[37]。高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激,促進(jìn)可溶性糖基化終產(chǎn)物和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的生成,可能誘導(dǎo)IL-18等炎性因子的表達(dá),從而加重神經(jīng)元的損傷[38-39]。
TNF是Garwell等在1975年發(fā)現(xiàn)的一種能使腫瘤發(fā)生出血壞死的物質(zhì),它包括TNF-α和TNF-β,在腦缺血早期,TNF-α的增加是腦梗塞形成的主要原因[40]。研究表明,TNF-α的釋放可能參與了血腦屏障保護(hù)機(jī)制,可能介導(dǎo)了星形膠質(zhì)細(xì)胞參與神經(jīng)元的保護(hù)及神經(jīng)功能的修復(fù)[41]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TNF-α在腦缺血后早期就可升高[42]。目前認(rèn)為不但神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞及星型膠質(zhì)細(xì)胞可表達(dá)TNF-α,外周的免疫細(xì)胞也有表達(dá)[43]。并且,有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),正常血糖組大鼠在大腦組織缺血2 h即有TNF-α的升高,再灌注3 h、6 h 后仍持續(xù)升高,在急性高血糖組和糖尿病組中TNF-α的表達(dá)水平較正常血糖組更高,這表明高血糖和糖尿病狀態(tài)有上調(diào)TNF-α的表達(dá)的作用[44]。Panes等[45]發(fā)現(xiàn),糖尿病大鼠在缺血再灌注損傷后,腦組織的血流狀態(tài)改變和白細(xì)胞黏附性增強(qiáng),導(dǎo)致白細(xì)胞游出增加,使高血糖水平下更容易遭受腦缺血再灌注損傷。
核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)是1986年由Sen和Baltimore首先在B淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),也存在于其它細(xì)胞中,可誘導(dǎo)多種細(xì)胞因子表達(dá),促進(jìn)炎癥反應(yīng),調(diào)節(jié)T、B淋巴細(xì)胞增殖和分化,在體液和細(xì)胞免疫中起重要作用。研究表明[46]多種炎癥遞質(zhì)基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子中包含κB位點(diǎn),NF-κB活化后可誘導(dǎo)這些基因表達(dá),進(jìn)而介導(dǎo)炎癥反應(yīng),加重腦損傷。另缺血缺氧可激活I(lǐng)κB激酶,導(dǎo)致IκB被降解,NF-κB迅速轉(zhuǎn)移到核內(nèi)[47],與DNA上相應(yīng)的κB位點(diǎn)特異結(jié)合,促進(jìn)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。高血糖可引起NF-κB的轉(zhuǎn)錄與激活[48]。有實(shí)驗(yàn)研究顯示,糖尿病再缺血灌注組大鼠腦組織NF-κB表達(dá)與正常血糖缺血再灌注組比較,陽性細(xì)胞率增高,提示糖尿病大鼠腦組織缺血再灌注后NF-κB表達(dá)增加和表達(dá)時(shí)間提前可能是糖尿病加重腦缺血再灌注損傷的機(jī)制之一[49]。
轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor beta1,TGF-β1)是多功能細(xì)胞因子,它由二硫鍵連接兩個(gè)各含112個(gè)氨基酸亞單位組成的二聚體多肽,分子量25 KD,這種由二硫鍵組成的雙聚體是維持TGF-β1三維空間結(jié)構(gòu)及生物學(xué)活性的分子基礎(chǔ)[50]。其可通過抑制缺血早期中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng),減輕腦水腫,減少梗死面積,促進(jìn)微血管增生,對(duì)腦組織損傷后的修復(fù)發(fā)揮重要作用[51]。有研究證實(shí),在糖尿病動(dòng)物模型及糖尿病患者的血漿、腎組織及尿液中均可檢測到異常增高的TGF-β1表達(dá)。Singh等[52]臨床觀察到糖尿病腎病早期腎小球內(nèi)TGF-β1表達(dá)增高,且腎小球內(nèi)TGF-β1mRNA水平與糖化血紅蛋白(glycosylated hemoglobin,HbAic)相關(guān)。高糖除直接刺激TGF-β1表達(dá)外,還可刺激腎細(xì)胞TGF-β1受體的合成以增加TGF-β1的生物學(xué)效應(yīng)。正常腦組織對(duì)TGF-β1呈極低表達(dá),局灶持續(xù)性腦缺血后2 d,TGF-β1mRNA表達(dá)明顯增加,一直持續(xù)到15 d以后。TGF-β1mRNA產(chǎn)生時(shí)程與缺血時(shí)巨噬細(xì)胞的聚集和小膠質(zhì)細(xì)胞的激活相平衡,巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞是TGF-β1的主要來源[53]。在腦缺血再灌注的實(shí)驗(yàn)中,神經(jīng)細(xì)胞中TGF-β1的表達(dá)僅見于梗死灶周圍,而在缺血早期,梗死早中心的神經(jīng)元中沒有表達(dá)[54]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),外源性TGF-β1可減少腦缺血后腦梗死的體積和神經(jīng)細(xì)胞變性的損害。缺乏TGF-β1基因表達(dá)的新生小鼠會(huì)出現(xiàn)廣泛的神經(jīng)元變性[55]。因此,TGF-β在神經(jīng)元表達(dá)增加可被認(rèn)為是神經(jīng)元存活的標(biāo)志[56]。
炎癥機(jī)制在腦缺血再灌注損傷中的作用越來越受到重視,腦缺血損傷后多種多效性細(xì)胞因子參與其后的炎癥反應(yīng),形成一個(gè)炎癥細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò),其產(chǎn)生的時(shí)程和作用并不相同,各種細(xì)胞因子互相誘導(dǎo)產(chǎn)生、互相制約,共同參與腦缺血后炎癥反應(yīng)的病理生理過程。由此可見,腦缺血再灌注損傷時(shí)炎性機(jī)制涉及多因素、多環(huán)節(jié)之間的相互作用,互為因果,形成惡性循環(huán)。高血糖既是腦缺血的重要獨(dú)立危險(xiǎn)因素,亦是導(dǎo)致缺血性腦卒中患者預(yù)后不良的原因。高血糖誘導(dǎo)的炎癥相關(guān)因子在腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮重要的作用,內(nèi)皮細(xì)胞受損直接導(dǎo)致了腦神經(jīng)元功能損害,干預(yù)此病理生理過程將有助于治療缺血性腦損害,其具體過程有待于進(jìn)一步研究。并且,目前在什么階段增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子表達(dá),什么階段阻斷致炎細(xì)胞因子表達(dá),增強(qiáng)、阻斷細(xì)胞因子在什么水平最合適,如何在基因水平開辟新的治療途徑,都有待進(jìn)一步研究。因此,需進(jìn)一步深入研究炎癥細(xì)胞因子在缺血性腦損傷中的作用機(jī)制,探求如何抑制致炎因子而增強(qiáng)抗炎因子的作用,為預(yù)防及治療缺血性卒中提供新的思路。
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