趙曉君， 吳曉光綜述， 王建福審校

?

腦出血繼發(fā)腦水腫的病理機制研究

趙曉君1， 吳曉光2綜述， 王建福3審校

自發(fā)性腦出血是一種有著高發(fā)病率、死亡率和致殘率的常見疾病，占腦卒中的15%～20%，每年影響著全世界約200萬人，死亡率高達40%，其發(fā)病率隨年齡的增加而增加[1～3]。但是由于目前對腦出血的機制并不完全清楚，并沒有發(fā)現(xiàn)特別有效的治療方案。而越來越多的研究表明，腦出血后的炎性機制、氧化應激、凝血酶、紅細胞裂解產物等在繼發(fā)性腦損害中發(fā)揮著重要的作用。腦出血后24 h內出現(xiàn)的水腫為由凝血酶、炎癥等導致的細胞毒性水腫，24 h后出現(xiàn)的水腫為血腦屏障破壞導致的血管源性水腫[4]。為減輕腦出血后的二次損害對患者預后的影響，現(xiàn)對腦出血繼發(fā)腦水腫的病理機制進行綜述，為臨床用藥和科研提供參考依據。

1 炎性機制

研究表明，在腦出血后，星形膠質細胞的數(shù)量于1 d開始增加并在5～7 d達到高峰，中性粒細胞的數(shù)量在12 h后開始上升，3 d達到頂峰然后開始下降，而小膠質細胞(又稱為腦巨噬細胞)數(shù)目在12 h后開始增加，并于1 d達到高峰。小膠質細胞最早被激活，釋放一系列的有毒因素，包括細胞因子、 活性氧 (ROS)，環(huán)氧合酶-2、 蛋白酶、 血紅素氧合酶-1 和前列腺素[1]。

1.1 腫瘤壞死因子(TNF-α) 腦出血后小膠質細胞激活和巨噬細胞浸潤，使得血管通透性的增加，導致腦水腫的發(fā)生。TNF-α可以直接上調血管細胞p-選擇素，導致白細胞浸潤，加重炎癥反應，同時在中樞神經系統(tǒng)微血管內皮細胞，TNF-α可以通過NF-κB壓制claudin-5啟動子活性，使 claudin-5表達下降。而claudin-5表達下降可能是BBB破壞和導致中樞神經系統(tǒng)炎癥的一個潛在的分子機制。Lei等的研究表明，TNF-α 抗體 CNTO5048在小鼠模型中可以有效地減少神經炎癥和改善神經功能[5]。TNF-α通過刺激腫瘤壞死因子受體 (TNFR1和TNFR2)，誘導其下游蛋白質TRADD，TRAF和RIP1的生物活性，導致炎癥的發(fā)生[6，7]。TNFR1，介導大多數(shù)的TNF-α的炎性動作，在星形膠質細胞和微脈管組成中大量表達；TNFR2，只是刺激大腦，具有抗炎作用。TNFR1的激活可以增加血腦屏障的通透性，使中性粒細胞滲入大腦，誘導血管內皮細胞和星形膠質細胞中黏附分子、 細胞間粘附分子-1 和血管細胞黏附分子的表達，促進腦的炎癥反應。Alexander等的研究結果表明，TNF-α/TNFR1 通路可以減輕細胞凋亡，減少中性粒細胞浸潤、 星形膠質細胞反應和 LPS 誘導的腦水腫[7]。King等的研究表明TNF-α受體拮抗劑，R-7050可以有選擇性地抑制與TNFR結合的分子，阻止TNF-α結合后的細胞應答，從而減輕腦出血后的炎癥癥狀，減輕腦水腫的發(fā)生[6]。

1.2 基質金屬蛋白酶-9(MMP-9) 臨床研究表明在急性自發(fā)性腦出血患者的血清基質MMP-9、MMP-2水平升高，通過破壞基膜、激活血管內皮生長因子導致細胞凋亡，與后續(xù)血腫的擴展，血腫周圍水腫，以及神經功能惡化密切相關[3，8]。其機制可能為腦出血后由MMP-9、基質金屬蛋白酶抑制劑-1(TIMP-1)組成的酶原-抑制劑解離，隨著MMP-9的不斷增多，血腦屏障(BBB)通透性增加，導致腦水腫的發(fā)生[9]。抑制基質金屬蛋白酶可降低腦出血后腦組織的損傷，但是基質金屬蛋白酶對于神經髓鞘功能和軸突生長的調節(jié)具有重要作用[10]。而基質金屬蛋白酶-9 的表達也同時受到NF-κ B的調控[11]。

1.3 NLRP3 炎癥體 腦出血后NLRP3 小體通過釋放白細胞介素-1β(IL-1β)促進中性粒細胞浸潤擴大炎癥反應。而NLRP3 小體活化的主要誘因為線粒體 ROS。NLRP3 小體表達譜，包括 NLRP3，半胱氨酸蛋白酶-1 和白介素-1β[2]。研究表明，腦出血動物模型中，NLRP1和NLRP3炎性體，以及IL-1β和IL-18的水平都明顯升高[12]。NLRP3，半胱氨酸蛋白酶-1、IL-1β在腦出血后3 h開始增加，12 h達到頂點，并在72 h后恢復正常水平。這表明抑制NLRP3的表達，或可以減輕腦出血后的損傷，但是目前并沒有NLRP3 特異性抑制劑或中和抗體，這也成為ICH患者干預治療的一個靶點[10]。同時Zhou等人發(fā)現(xiàn)，在血腫周圍組織中IL-1β 和IL-6 的水平明顯增高，促進了炎性反應的發(fā)生[8]。

1.4 Tim-3 Tim-3是一種免疫調節(jié)分子，廣泛存在于天然免疫細胞中，比如小膠質細胞，單核細胞、 肥大細胞、 樹突狀細胞。Tim-3在小膠質細胞中的表達可以誘導炎性細胞因子，如TNF-α和IL-1 β的產生，從而加重炎癥和繼發(fā)性腦損害。Tim-3和IL-1 β、TNF-α、腦組織含水量是呈正相關的。Tim-3不僅在小膠質細胞中表達，也可以調節(jié)他們的功能，抑制小膠質細胞的活化，但不會影響到星形膠質細胞和中性粒細胞。阻止Tim-3的表達，不僅可以降低TNF-α、 IL-1 β、腦組織含水量及小膠質細胞/巨噬細胞的數(shù)量，同時也改善神經系統(tǒng)的功能。但是Tim-3分子調節(jié)小膠質細胞的信號通路有待進一步研究[1]。

1.5 前列腺素 前列腺素介導的炎癥機制也參與了腦出血后的繼發(fā)性腦損害。前列腺素 E2 受體 1 (EP1R)受體激動劑可誘導腦水腫、 細胞死亡、 神經變性、 神經炎癥和行為的缺陷，EP1R 主要是通過減少 Scr 酶磷酸化水平和MMP-9 的激活，從而減輕氧化應激和腦白質損傷起到保護大腦的作用[3]。

1.6 NF-κB 通路 NF-κB 通路在炎癥過程和氧化應激中發(fā)揮著至關重要的作用。NF-κB已證實可以促進腦出血后血腫周圍組織的損傷。NF-κB作為一個重要的轉錄調節(jié)因子，參與轉錄調控多個目標基因，例如TNF-α。激活的 NF-κB 促進TNF-α mRNA 轉錄，TNF-α反過來促進 NF-κB的活化，形成一個循環(huán)，導致炎癥反應的持續(xù)擴大[8]。同時研究表明，通過抑制NF-κB可以顯著減少NOX和NKCCI離子轉運蛋白的活動程度，以及星形膠質細胞的腫脹，其機制考慮和自由基有關，NF-κB激活，氧化反應使得NKCCI磷酸化激活，從而導致腦水腫的發(fā)生[12]。

1.7 P2X7離子通道 P2X7 是 ATP 門控離子通道，包括Ca2+和 K+通道[13]，在腦出血后6 h，P2X7R 水平均明顯升高，約 24 h 達高峰，隨后逐漸下降，在 72 h 達到水平基線。并且實驗證明，p2x7主要是從小膠質細胞產生，P2X7R 依賴于 NOX2、 iNOS ONOO-的形成來導致NLRP3炎癥體的激活，ONOO-在體內分解催化FeTPPS，從而抑制ICH后NLRP3/ ASC/ caspase-1激活和IL-1β/ IL-18的產生和成熟，顯著改善腦水腫及神經功能缺損。ONOO-作為P2X7R和NLRP3炎癥體激活的關鍵橋梁，其機制可能為：(1)直接氧化線粒體和線粒體 DNA (mtDNA) 釋放激活 NLRP3 小體；(2)硝化反應可以使硫氧還蛋白(TRX)滅活，從而激活 NLRP3。(3)ONOO-可能介導 K+外排，然后激活 NLRP3。同時Feng等人發(fā)現(xiàn)，BBG可通過抑制ICH后的P2X7R / NLRP3軸的炎癥反應達到改善神經功能和減少腦水腫的發(fā)生[14]。

1.8 其他炎性因子 除此之外，還有其他炎性因子，如水通道蛋白AQPs，尤其是AQP-4在中樞神經系統(tǒng)分布最廣泛，主要是促進水分子在腦組織間的物質運輸，腦出血后AQP-4 表達增加，導致BBB的通透性增大，促進腦水腫的產生。Ca2+的超載也會導致大量自由基的產生，促進腦水腫的發(fā)生，同時腦血管的平滑肌和內皮細胞內 Ca2+增多，會導致血管痙攣，細胞收縮，間隙變大，BBB開放，從而產生血管源性水腫[15]。

2 氧化應激反應

氧化應激時機體對各種有害刺激作出反應，產生過量活性氧 (ROS)和活性氮(RNS)，自由基的出現(xiàn)與腦出血關系密切?；钚匝?ROS)通過調節(jié)免疫系統(tǒng)殺死病原體，有利于維持身體的正常生理活動和防御。短期的氧化應激有防止老化的作用，但過度的氧化應激可導致細胞凋亡甚至壞死。腦出血后的血腫周圍腦組織的氧化應激反應會導致腦神經細胞凋亡?；钚匝蹩梢哉T導急性炎性細胞因子TNF-α 和IL-10 等直接表達，同時激活NF-κB，促進炎癥反應的發(fā)生，同時促炎性細胞因子也可誘導產生 ROS，形成一個循環(huán)。氧化應激也可導致腦出血后MMP-9的增多。過氧氧化還原酶I(PRXI)和血紅素加氧酶-1(HO-1)被認為是與血紅素的氧化應激相關的蛋白，血紅素抑制PRXI抗氧化活性。PRXI可通過Nrf2促進前列腺素 E2 和 D2 (PGE2 和 PGD2)的產生，從而抑制氧化應激的產生，起到保護腦細胞的作用。盡管PRXS在細胞內時有保護神經的作用，但是在細胞外則通過激活炎癥通路參與腦部缺血-再灌注損傷[3]。

3 凝血酶

凝血酶在腦出血后即被激活，是血液凝固的必需物質。高濃度的凝血酶誘導神經元的損害，而低濃度的凝血酶通過抑制缺氧和氧化應激等反應對神經細胞有保護的作用。腦出血后ATP、 神經遞質、 核酸等刺激作用于不同的小膠質細胞toll 樣受體 (TLRs) 和晚期糖基化終產物受體，通過NF-κ B 通路激發(fā)炎癥過程。除了TLRs，小膠質細胞也可以通過凝血酶經蛋白酶激活受體-1 (PAR-1) 和絲裂原活化蛋白激酶激活炎癥通路[10]。凝血酶刺激小膠質細胞釋放炎癥細胞因子、TNF-α 和IL-1β。同時凝血酶可以直接打開血-腦屏障導致水腫，凝血酶的體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)它可以增強 N-甲基-D-天冬氨酸受體功能并激活嚙齒動物小膠質細胞分泌各種有毒物質，從而導致神經元和星形膠質細胞凋亡[16]。高表達 IL-1 受體拮抗劑能夠降低凝血酶誘導的腦水腫，血腦屏障破裂和神經元的丟失[10]。同時，Liu等的研究表明，在腦出血后的早期注入水蛭素來抑制凝血酶，可以顯著抑制小膠質細胞的活化和白細胞的浸潤，CD34陽性微血管也可恢復到正常水平，表明凝血酶誘導的血腦屏障損害是可逆的，并且早期水蛭素應用可以減少血腦屏障損害。而在腦出血后24 h后加入水蛭素，雖然也可以抑制小膠質細胞的活化和白細胞的浸潤，但是不能逆轉血腦屏障的損害，為抗凝血酶藥物在腦出血后阻斷凝血酶的毒性的應用提供了理論依據[4]。

4 紅細胞裂解產物

腦出血后紅細胞裂解會釋放出游離的血紅素，鐵離子，血紅蛋白等物質。鐵離子和血紅蛋白，一直被認為和小膠質細胞活化、腦水腫、氧化應激等反應有關[17]。血紅蛋白誘導的腦水腫的產生的原因包括：血腦屏障的破壞，大量血紅蛋白滲入組織間隙導致水腫；血紅蛋白裂解導致的鐵離子和血紅素等誘導自由基的產生，促進水腫的形成[18]。而研究表明血紅素通過Toll 樣受體 4 (TLR4)加強ICH后小膠質細胞的活化，進而通過的MyD88/ TRIF(MyD88：髓系分化蛋白)信號通路誘導NF-κB的激活，并最終提高細胞因子的表達和炎性損傷。TLR4在神經系統(tǒng)中主要是在小膠質細胞，星形膠質細胞及神經元中表達，并能與血紅素結合，從而TNF-α 分泌[19]。

游離膽紅素(UBR)是血紅素分解代謝的產物之一，可以增加血腫周圍中性粒細胞浸潤和腦出血后腦水腫，體外研究表明UBR 可以誘導星形膠質細胞和小膠質細胞產生IL-1β和TNF-α，低濃度的UBR可以通過蛋白激酶C(PKC)促進炎癥反應，高濃度UBR則可以抑制某些功能。在體內，高濃度UBR可以通過直接清除活性氧或通過改變信號通路，從而降低硝酸鹽/亞硝酸鹽的含量。同時UBR可以增加中性粒細胞浸潤，其機制這可能和增加ICAM-1的表達有關[20]。

5 展望

綜上，腦出血后腦水腫的發(fā)生是多方面綜合作用的結果，藥物作用于單一或多個影響因子如凝血酶或抑制炎性反應，均可減輕ICH的繼發(fā)損傷。今后若能徹底闡釋腦出血后各方面的影響機制，開辟和完善腦出血的治療方法，對腦出血后患者的預后是一個極大的幫助。其中尤以炎癥機制種類繁多，于腦出血后出現(xiàn)較早，且致病因子多種多樣，炎癥或成為今后腦出血后腦水腫的一個治療靶點。

[1]Xu CJ，Wang T，Cheng S，et al. Increased expression of T cell immunoglobulin and mucin domain 3 aggravates brain inflammation via regulation of the function of microglia/macrophages after intracerebral hemorrhage in mice[J/OL]. Journal of Neuroinflammation，(2013-12-01)[2016-09-05].

[2]Ma Q，Chen S，Hu Q，et al. NLRP3 Inflammasome Contributes to Inflammation after Intracerebral Hemorrhage[J]. Ann Neurol，2014，75(2)：209-219.

[3]Duan XC，Wen ZJ，Shen HT，et al. Intracerebral Hemorrhage，Oxidative Stress，and Antioxidant Therapy[J/OL]. Oxidative Medicine and Cellular Longevity，(2016-04-14)[2016-09-05].

[4]Liu CM，Shi BZ，Zhou JS. Effects of thrombin on the secondary cerebral injury of perihematomal tissues of rats after intracerebral hemorrhage[J]. Genetics and Molecular Research，2014，13(2)：4617-4626.

[5]Lei B，Dawson HN，Roulhac-Wilson B. Tumor necrosis factor α antagonism improves neurological recovery in murine intracerebral hemorrhage[J/OL]. Journal of Neuroinflammation，(2013-08-20)[2016-09-05].

[6]King MD，Alleyne CH Jr，Dhandapani KM. TNF-alpha receptor antagonist，R-7050，improves neurological outcomes following intracerebral hemorrhage in mice[J]. Neurosci Lett，2013，542：92-96.

[7]Alexander JJ，Jacob A，Cunningham P，et al. TNF is a key mediator of septic encephalopathy acting through its receptor，TNF receptor-1[J]. Neurochemistry International. 2008，52，(3)：447-456.

[8]Zhou QB，Jin YL，Jia Q，et al. Baicalin Attenuates Brain Edema in a Rat Model of Intracerebral Hemorrhage[J]. Inflammation，2014，37(1)：107-115.

[9]林 琇. 腦出血后周圍組織繼發(fā)腦水腫病理機制研究進展[J]. 中國醫(yī)藥科學，2015，5(2)：33-35.

[10]Mracsko E，Veltkamp R. Neuroinflammation after intracerebral hemorrhage[J/OL]. Frontiers in Cellular Neuroscience，(2014-10-02)[2016-09-05].

[11]Ma QY，Chen S，Hu Q，et al. NLRP3 Inflammasome Contributes to Inflammation after Intracerebral Hemorrhage[J]. Ann Neurol，2014，75(2)：209-219.

[12]Mohamed IN，Ishrat T，F(xiàn)agan SC，et al. Role of inflammasome activation in the pathophysiology of vascular diseases of the neurovascular unit[J]. Antioxidants & Redox Signaling，2015，22(13)：1188-1206.

[13]Jayakumar AR，Tong XY，Ruiz-Cordero R，et al. Activation of NF-κB Mediates Astrocyte Swelling and Brain Edema in Traumatic Brain Injury[J]. Journal of Neuroinflammation，2014，31(14)：1249-1257.

[14]Krishnan SM，Sobey CG，Latz E，et al. IL-1β and IL-18：inflammatory markers or mediators of hypertension[J]. British Journal of Pharmacology，2014，171(24)：5589-5602.

[15]Feng L，Chen YZ，Ding R，et al. P2X7R blockade prevents NLRP3 inflammasome activation and brain injury in a rat model of intracerebral hemorrhage：involvement of peroxynitrite[J/OL]. Journal of Neuroinflammation，(2015-10-17)[2016-09-05].

[16]丁 興，林海峰. 腦出血后腦水腫發(fā)病機制研究進展[J]. 世界最新醫(yī)學信息文摘，2015，15(86)：59-60，63.

[17]Wu JM，Yang SX，Xi G，et al. Minocycline reduces intracerebral hemorrhage-induced brain injury[J]. Neurological Research，2009，31(2)：183-188.

[18]Lin S，Yin Q，Zhong Q，et al. Heme activates TLR4-mediated inflammatory injury via MyD88/TRIF signaling pathway in intracerebral hemorrhage [J/OL]. Journal of Neuroinflammation，(2012-03-06)[2016-09-05].

[19]曹國輝，王新平，甕沛杉. 腦出血后腦水腫的形成機制及治療對策[J]. 醫(yī)學研究與教育，2015，32(5)：78-83，88.

[20]Loftspring MC，Johnson HL，F(xiàn)eng R，et al. Unconjugated bilirubin contributes to early inflammation and edema after intracerebral hemorrhage [J]. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism，2011，31(4)：1133-1142.

1003-2754(2016)11-1054-03

R743.34

2016-09-10；

2016-10-16

河北省中醫(yī)藥管理局項目資助課題(No. 2015070)

(1.承德醫(yī)學院研究生學院中醫(yī)內科學，河北 承德 067000；2.承德醫(yī)學院，河北 承德 067000；3.承德市中醫(yī)院 神經內科，河北 承德 067000)

王建福，E-mail：wjfc2010@sina.cn