缺血后腦組織損傷中的炎細(xì)胞作用

1、缺血后腦組織損傷中的炎細(xì)胞作用    腦動(dòng)脈阻斷后即使立即再通，腦組織的缺血損傷也不能完全恢復(fù)正常，而且不能完全挽救由繼發(fā)損傷造成的腦缺血組織的繼續(xù)擴(kuò)大1。缺血后腦死亡的機(jī)制可能與組織酸中毒、神經(jīng)元釋放興奮性氨基酸、細(xì)胞內(nèi)鈣聚集、氧化應(yīng)激（蛋白氧化、脂質(zhì)過氧化、DNA氧化）、一氧化氮合成、微循環(huán)損害及彌散性去極化抑制等有關(guān)。目前，較多的研究興趣集中在缺血再灌注后的炎性過程，缺血細(xì)胞以及缺血激活的內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞，產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，表達(dá)粘附分子，導(dǎo)致白細(xì)胞積聚和外流1。有些作者認(rèn)為，缺血后導(dǎo)致細(xì)胞死亡的主要因素之一可能是白細(xì)胞浸潤，甚至提出腦缺血治療的途

2、徑一是再通動(dòng)脈，二是抑制細(xì)胞因子的促炎性作用2?，F(xiàn)將有關(guān)的研究報(bào)道綜述如下。 一、腦缺血后炎性細(xì)胞的變化 1.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的依據(jù)：缺血腦組織可檢到CD11和CD18陽性浸入的白細(xì)胞；OX42免疫反應(yīng)的向上調(diào)節(jié)可顯示伴形態(tài)變化的激活小膠質(zhì)細(xì)胞以及在激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和浸入的白細(xì)胞表面都有表達(dá)的ED1、CD68和主要組織相容性復(fù)合體(MHC)抗原。因而梗死后腦組織損傷的形成伴有內(nèi)源性（小膠質(zhì)細(xì)胞）和外源性（多形核白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞）炎細(xì)胞的參與。 梗死后的炎細(xì)胞變化：正常鼠全腦可見OX42陽性的靜息形態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞，呈小細(xì)胞體和細(xì)的分支突觸。小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)可以在缺血后幾分鐘內(nèi)迅速發(fā)生3。缺血4

3、小時(shí)后，細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，突觸較少并有碎片，缺血周邊區(qū)顯示激活形態(tài)為收縮的高度分支的突觸和肥大細(xì)胞體。1天后可見破壞的OX42陽性的小膠質(zhì)細(xì)胞碎片以及散在的OX42陽性的小圓細(xì)胞，更象中性粒細(xì)胞，這時(shí)缺血區(qū)無靜息的或激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。梗死周圍及對側(cè)可見激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。3天后OX42陽性的白細(xì)胞聚集于梗死區(qū)內(nèi)，但除移行帶外，缺血周邊區(qū)的激活小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)趨于減少。7天后缺血中心區(qū)由OX42陽性的大圓細(xì)胞覆蓋（單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞），仍然有一窄的含大量OX42陽性激活的小膠質(zhì)細(xì)胞的移行帶。14天后梗死區(qū)內(nèi)OX42陽性細(xì)胞數(shù)減少，但最強(qiáng)的OX42免疫活性仍見于梗死區(qū)4。不同的顯色方法及不同種系的動(dòng)物腦缺

4、血后顯示的炎性細(xì)胞分布時(shí)間、種類和位置有所不同2，4，5。 再灌注后的炎細(xì)胞變化：再灌注210小時(shí)，缺血中心區(qū)主要為圓形和阿米巴樣細(xì)胞，分布于皺縮神經(jīng)元的相鄰區(qū)，再灌注22小時(shí)邊緣區(qū)可見高度分支狀小膠質(zhì)細(xì)胞，主要出現(xiàn)于形態(tài)完整的神經(jīng)元周圍；再灌注26小時(shí)，圓形和阿米巴樣細(xì)胞見于梗死帶周圍邊緣帶的內(nèi)側(cè)緣；再灌注70166小時(shí)，圓形和阿米巴樣細(xì)胞見于梗死帶的全部缺血區(qū)。這期間病損邊緣帶的外層高度分支的小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量及強(qiáng)度明顯增加。這些資料證實(shí)，再灌注時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)變化呈時(shí)間依賴性，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活狀態(tài)反映損傷的嚴(yán)重程度4。膠質(zhì)細(xì)胞的激活大多出現(xiàn)在神經(jīng)元死亡的組織學(xué)改變之前5。 半暗帶與中心壞

5、死區(qū)的炎細(xì)胞變化：半暗帶區(qū)（急性變性的紋狀區(qū)和梨狀皮層）早期有小膠質(zhì)細(xì)胞激活、吞噬細(xì)胞浸入，而在梗死區(qū)（尾狀核和殼核）晚期才可見到大量的吞噬細(xì)胞浸入。有作者認(rèn)為，小膠質(zhì)細(xì)胞和吞噬細(xì)胞激活形式的不同反映了半暗帶發(fā)生的兩個(gè)不同的變性過程6。中心壞死區(qū)與半暗帶的炎性細(xì)胞變化的特點(diǎn)尚待進(jìn)一步探討。 2.人腦缺血后炎細(xì)胞浸潤的證據(jù)：1996年瑞典Elneihoum等7報(bào)道，缺血性腦血管病病人血漿內(nèi)腫瘤壞死因子（TNF）、可溶性TNF受體蛋白-1P55、多形核白細(xì)胞激活標(biāo)記物中性粒細(xì)胞蛋白酶4（NP4）和中性粒細(xì)胞膠酶相關(guān)的配基（NGAL）水平明顯高于健康對照者。白細(xì)胞的激活獨(dú)立于白細(xì)胞計(jì)數(shù)，二者不相平行

6、。Akopov等8標(biāo)記多形核白細(xì)胞后用單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)（SPECT）檢查，見多形核白細(xì)胞積聚于梗死區(qū)。梗死后腦組織中巨噬細(xì)胞積聚程度與梗死組織損傷嚴(yán)重程度以及臨床預(yù)后有關(guān)：臨床預(yù)后差、梗死面積大者多形核白細(xì)胞聚集多且明顯。缺血早期主要是多形核白細(xì)胞聚集，1周后單核細(xì)胞積聚持續(xù)數(shù)周。SPECT動(dòng)態(tài)研究多形核白細(xì)胞聚集見于卒中發(fā)作后612小時(shí)，持續(xù)69天，然后恢復(fù)正常。Wang等將多種白細(xì)胞混合觀察的結(jié)果表明白細(xì)胞積聚持續(xù)5周9。Fujinuma 等9用锝-99 HMPAO或锝-99ECD測定腦血流后，立即用銦-111標(biāo)記的自體白細(xì)胞靜脈注入，48小時(shí)后腦掃描測定白細(xì)胞，結(jié)果顯示，13例

7、腦栓塞和3例腦血栓病人的腦組織血流減低區(qū)有強(qiáng)的白細(xì)胞積聚，在缺血中心區(qū)白細(xì)胞更明顯。短暫性腦缺血發(fā)作（TIA）的病人未見白細(xì)胞積聚。出血性梗死的病人全部可見白細(xì)胞積聚，但是CT掃描顯示的出血量的大小與白細(xì)胞積聚程度并無關(guān)。急性栓塞時(shí)白細(xì)胞異常積聚與腦血流量減低有關(guān)。10例缺血317天后死亡的人腦組織，用CD68、EMB11單克隆抗體在缺血組織的邊緣帶檢到了巨噬細(xì)胞、星形細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞10。 二、炎細(xì)胞損傷機(jī)制 Mori認(rèn)為中性粒細(xì)胞加重缺血后低灌注現(xiàn)象。Zoppo提出多形核白細(xì)胞通過兩個(gè)途徑使動(dòng)脈閉塞后的不穩(wěn)定因素進(jìn)行性惡化。多形核白細(xì)胞出現(xiàn)于梗死區(qū)血管腔可能是發(fā)生缺血后低灌注的因素之一。多

8、形核白細(xì)胞血管內(nèi)聚集可能造成微血栓，加重微循環(huán)紊亂，啟動(dòng)血管收縮反應(yīng)，破壞內(nèi)皮細(xì)胞；多形核白細(xì)胞聚集還可以通過產(chǎn)生氧自由基加重組織壞死，也可以釋放溶酶體酶、蛋白酶和細(xì)胞因子。最后，多形核白細(xì)胞通過穿越血管的移動(dòng)和浸入缺血組織直接誘發(fā)細(xì)胞毒性作用。所有這些將加重低灌注和壞死，尤其在缺血半暗帶區(qū)8，11。脂源性介質(zhì)、脂質(zhì)過氧化參與以后的神經(jīng)元損傷：胞質(zhì)磷脂酶A2（PLA2）對缺血后神經(jīng)元的死亡起一定作用。PLA2與神經(jīng)細(xì)胞膜磷脂釋放花生四烯酸并啟動(dòng)花生四烯酸級(jí)聯(lián)反應(yīng)12。PLA2陽性細(xì)胞經(jīng)雙染色后認(rèn)定為星形細(xì)胞和激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。但不是所有的星形細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞都顯示PLA2免疫活性12。神經(jīng)元死

9、亡或者亞致死都可引起小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和增生。后者清除中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞外的細(xì)胞殘片。小膠質(zhì)細(xì)胞和單核血源性白細(xì)胞通過釋放毒性產(chǎn)物、吞噬作用和免疫反應(yīng)加速腦細(xì)胞的溶解。腦梗死病人的多形核白細(xì)胞使一氧化氮（NO）失活3。長期進(jìn)行性缺血后周邊區(qū)的神經(jīng)元凋亡可持續(xù)4周。炎細(xì)胞的浸潤與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)，早期遍布梗死區(qū)，后期見于周邊區(qū)13。 三、炎細(xì)胞與炎性因子 曾經(jīng)認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞是免疫幼稚細(xì)胞，現(xiàn)已證實(shí)可以免疫激活產(chǎn)生各種因子和粘附分子。新近的研究結(jié)果證實(shí)，動(dòng)物腦缺血時(shí)表達(dá)細(xì)胞因子、生長因子等的mRNA；化學(xué)因子CINC，MCP-1，MIP-1以及粘附分子。盡管檢測細(xì)胞因子的蛋白很困難，但也發(fā)現(xiàn)神

10、經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞、激活的星形細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞和（或）巨噬細(xì)胞是細(xì)胞因子的來源?？拐掣椒肿涌贵w分子、生長因子及抗細(xì)胞因子抗體已經(jīng)成功地減輕了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腦組織的缺血損傷。激活的單核細(xì)胞和多形核白細(xì)胞以及它們分泌的介質(zhì)是缺血性腦血管病、血栓形成和缺血再灌注組織損傷的重要因素。細(xì)胞因子在缺血再灌注損傷的炎癥變化中起重要作用，典型的過程為白細(xì)胞浸潤、小膠質(zhì)細(xì)胞激活和重建改造3。12天內(nèi)IL-1和TNF誘導(dǎo)白細(xì)胞粘附到內(nèi)皮細(xì)胞，表達(dá)粘附分子。細(xì)胞因子誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞化學(xué)趨向因子（IL-8）是一種著名的化學(xué)因子，引起白細(xì)胞浸入腦實(shí)質(zhì)。浸入的白細(xì)胞激活蛋白酶，引起自由基誘發(fā)脂質(zhì)過氧化，損傷神經(jīng)元。27天梗死周邊區(qū)

11、的小膠質(zhì)細(xì)胞主要在反應(yīng)帶被激活分泌IL-1和TNF。這些細(xì)胞因子誘導(dǎo)星形細(xì)胞增生而且星形細(xì)胞產(chǎn)生營養(yǎng)因子減輕神經(jīng)元的損害，然而，過度的星形細(xì)胞增生對神經(jīng)再生有負(fù)性作用。730天缺血中心區(qū)可見吞噬巨細(xì)胞。吞噬細(xì)胞釋放一系列細(xì)胞防御性因子包括蛋白酶、超氧陰離子降解損傷區(qū)。來自于膠質(zhì)細(xì)胞和吞噬細(xì)胞的TGF堿性成纖維生長因子BFGF誘發(fā)血管生成，清除碎片進(jìn)行重建。腦缺血再灌注后損傷的這些復(fù)雜變化確實(shí)由細(xì)胞因子控制：IL-1和TNF被認(rèn)為是主要介質(zhì)，與IL-8和生長因子一起啟動(dòng)和調(diào)節(jié)腦組織的局部炎癥反應(yīng)3，12。 TNF是一種強(qiáng)有力的細(xì)胞因子，以星形細(xì)胞表達(dá)為主，可通過一系列促炎性作用對缺血性腦損害起作

12、用，如改變血腦屏障的通透性、脫髓鞘、刺激自由基形成、誘導(dǎo)細(xì)胞粘附分子表達(dá)及補(bǔ)充中性粒細(xì)胞。TNF又能誘發(fā)有效的缺血腦組織損傷的保護(hù)機(jī)制，通過影響調(diào)整缺血耐受的信號(hào)通路起作用。腦池內(nèi)應(yīng)用TNF可保護(hù)腦組織，減少缺血后腦損傷。局部腦損傷引起的神經(jīng)元損傷和癲癇在TNFR基因缺陷鼠較重，這類鼠中氧化應(yīng)激增加而且腦細(xì)胞中抗氧化酶減少，提示TNF通過刺激抗氧化通路而保護(hù)腦神經(jīng)元。 轉(zhuǎn)化生長因子(TGF1)對培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞有多種作用：促進(jìn)神經(jīng)元存活、神經(jīng)生長、調(diào)節(jié)施萬細(xì)胞、抑制星形細(xì)胞分化、刺激星形細(xì)胞分泌的蛋白酶和蛋白酶抑制體及自動(dòng)表達(dá)TGF1 mRNA。TGF1可以保護(hù)神經(jīng)元免受興奮性毒性和缺氧的損害,

13、減小梗死灶體積，抗凋亡，抗氧化，抗NO誘發(fā)的氧化。 TGF1在正常腦組織微量表達(dá)，但創(chuàng)傷、興奮性毒性、缺血和（或）缺氧都可以使其表達(dá)顯著增加。 四、炎細(xì)胞加重缺血腦損傷的相反觀點(diǎn) 1996美國Hallenbeck 提出，白細(xì)胞在急性腦缺血后的炎癥反應(yīng)中起重要作用。動(dòng)物模型中應(yīng)用抗中性粒細(xì)胞抗血清以及減少白細(xì)胞或抗白細(xì)胞的藥物后，腦組織損傷減低50%，并可使缺血后的腦血流增加、水腫形成減輕及梗死灶體積減小14。免疫抑制劑白細(xì)胞整合蛋白CD11B/18明顯改進(jìn)狒狒大腦中動(dòng)脈短暫腦缺血后缺血區(qū)內(nèi)的微血管15。消耗循環(huán)血中的白細(xì)胞，應(yīng)用抗炎化學(xué)物質(zhì)如細(xì)胞因子拮抗劑、抗粘附分子抗體和免疫抑制劑，能有效地

14、減輕缺血誘發(fā)的腦梗死。用環(huán)磷酰胺減少循環(huán)血中的白細(xì)胞有利于缺血腦保護(hù)，中性粒細(xì)胞減少的動(dòng)物缺血損傷明顯減輕。也有報(bào)道，循環(huán)血中的白細(xì)胞數(shù)與腦缺血后的炎細(xì)胞浸潤無關(guān)。環(huán)磷酰胺降低循環(huán)血中的白細(xì)胞，但不減輕動(dòng)物模型中的缺血腦損害。 1996年 Haywart 的實(shí)驗(yàn)報(bào)告不支持炎細(xì)胞損傷在腦缺血中的重要作用。有意義的、不連續(xù)的皮層損害在缺血后12小時(shí)最重，而這時(shí)并沒有中性粒細(xì)胞的增加。甚至到了缺血后21小時(shí)，缺血區(qū)內(nèi)也只觀察到非常稀少的中性粒細(xì)胞。用環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)可使中性粒細(xì)胞減低98%，但梗死灶體積并不減小。大面積的缺血損傷出現(xiàn)之前，幾乎看不到中性粒細(xì)胞（1個(gè)/每個(gè)視野）。中性粒細(xì)胞浸入時(shí)，未觀察到

15、缺血損傷體積的進(jìn)一步擴(kuò)大。缺血前用藥物清除中性粒細(xì)胞也不能減小缺血損傷的體積10。 五、治療探討 白細(xì)胞積聚浸入發(fā)生于缺血后624小時(shí)，因而應(yīng)用抗炎療法可能延長腦卒中的治療窗。循環(huán)血中白細(xì)胞數(shù)量的減少或應(yīng)用抗炎藥物如細(xì)胞因子拮抗劑、抗粘附分子抗體和免疫抑制劑，能有效地減小缺血誘發(fā)的腦梗死的體積。LFA-1（CD11A/CD18）、MAC-1（CD11B/CD8）、IL-1、TNF和細(xì)胞間粘附分子的抗體都可減輕腦水腫的程度，減小梗死灶體積，減輕白細(xì)胞在梗死腦組織的聚集1。分子水平的臨床免疫生化研究資料證實(shí)，來自于神經(jīng)肽的semax影響腦缺血后的抗炎反應(yīng)。在抗炎因子白介素10和腫瘤壞死因子與保持炎

16、癥的因子白介素-8和C反應(yīng)蛋白間調(diào)節(jié)平衡16。黑色素細(xì)胞刺激素（alpha-MSH，alpha-melanocyte stimulating hormone）113通過激活的成熟小膠質(zhì)細(xì)胞，作用于局部的黑色素受體，調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子和一氧化氮的產(chǎn)生，抑制炎性因子17。doxycycline 和minocycline是廣譜抗生素，有獨(dú)立于抗小膠質(zhì)細(xì)胞激活作用之外的抗炎作用，在沙土鼠能保護(hù)全腦缺血后的海馬神經(jīng)元。minocycline能完全阻止缺血誘發(fā)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活，但不影響GFAP。缺血后應(yīng)用脂溶性tetracyclines、 doxycycline 和 minocycline能夠抑制炎癥，也有

17、腦缺血后的神經(jīng)元保護(hù)作用，tetracycline的派生物可能有抗缺血作用18。1Yoshimoto T, Houkin K, Tada M, et al. Induction of cytokine, chemokines and adhesion molecule mRNA in a rat forebrain reperfusion model. Acta Neuropathol, 1997, 93:154-158. 2Oostveen JA, Dunn E, Carter DB,et al. Neuroprotective efficacy and mechanisms of nove

18、l pyrrolopyrimidine lipid peroxidation inhibitors in the gerbil forebrain ischemia model. J Cereb Blood Flow Metab, 1998, 18:539-547. 3Krupinski J, Kaluza J,Kumar P,et al. Immunocytochemical studies of cellular reaction in human ischemic brain stroke. MAB anti-CD68 stains macrophages, astrocytes and

19、 microglial cells in infarcted area. Folia Neuropathol, 1996,34:17-24. 4Lees GJ. The possible contribution of microglia and macrophage to delayed neuronal death after ischemia. J Neurol Sci, 1993, 114:119-122. 5Stoll G, Jander S, Schroeter M. Inflammation and glial responses in ischemic brain lesion

20、s. Prog Neurobiol, 1998,56:149-171. 6Nawashiro H, Tasaki K,Ruetzler CA,et al. TNF-alpha pretreatment induces protective effects against focal cerebral ischemia in mice. J Cereb Blood Flow Metab, 1997, 17:483-490. 7Elneihoum AM, Falke P, Axelsson L,et al. Leukocyte activation detected by increased pl

21、asma levels of inflammatory mediators in patients with ischemic cerebrovascular di- seases. Stroke, 1996, 27:1734-1738. 8Akopov SE, Simonian NA, Grigorian GS. Dynamic polymorphonoclear leukocyte accumu- lation in acute cerebral infarction and their correlation with brain tissue damage, Stroke, 1996,

22、 27 : 1739-1743. 9Fujinuma K,Sakai F,Iizuka T,et al.In-111-labeled leukocyte brain SPECT imaging in acute ischemic stroke in man. Rinsho Shinkeigaku, 1997, 37:13-20. 10Hayward NJ, Elliott PJ, Sawyer SD,et al. Lack of evidence for neutrophil participation during infarct formation following focal cere

23、bral ischemia in the rat. Exp Neurol, 1996,139:188-202. 11Kogure K,Yamasaki Y,Matsuo Y,et al. Inflammation of the brain after ischemia. Acta Neurochir, 1996,66 Suppl: 40-43. 12Tomita M, Fukuuchi Y. Leukocytes, macrophages and secondary brain damage following cerebral ischemia. Acta Neurochir 1996, 6

24、6 Suppl: 32-39. 13Akopov SE, Grigorian GS,Ovanessian GA. Deavtivation of NO by polymorphonuclear leukocyte in patients with ischemic cerebral infarction. Stroke, 1996, 27:2337-2338. 14Stoll G, Jander S, Schroeter M. Inflammation and glial responses in ischemic brain lesions. Prog Neurobiol, 1998,56:149-171. 15