脑出血后炎症反应中小胶质细胞及其相关炎症介质的作用研究进展

龚举鑫，燕鹏，郑传华，覃成箭，罗起胜

脑出血(intracerebral hemorrhage，ICH)是起病急而凶险常见疾病，其病死率和后续严重并发症的发生率都比较高。ICH的继发脑组织损伤可能对患者预后极为不利，对生活水平造成很大的不可逆影响。揭示主要参与炎症反应的细胞及与其相关的炎症介质在ICH继发损伤中的作用机制，探究在ICH恢复期药物干预炎症反应，从而预防性地减轻ICH后炎症反应对患者脑组织的损伤，减轻脑水肿及其他并发症对患者的影响成为目前研究ICH后继发反应的主要方向。因此本文主要就炎症细胞小胶质细胞及与其相关的几种炎症介质做一概述，旨在为临床应对ICH继发损伤指明新方向。

1 小胶质细胞

大量研究显示，炎症机制与ICH导致的脑损伤关系密切，尤其是小胶质细胞对及炎症介质的激活，在整个发病过程中都发挥了不可忽视的生理病理作用。小胶质细胞是中枢神经系统(central nervous system，CNS)固有的先天免疫细胞，是覆盖整个脑实质防御网络的主要响应者，是公认的对各种急性脑损伤(包括ICH)作出反应的第一个非神经元细胞[1]。正常情况下，小胶质细胞通过修剪突触或吞噬多余的神经元来维持大脑发育过程中的组织稳态。而因各种因素活化的小胶质细胞的主要作用是吞噬血肿和细胞碎片，从而维持组织稳定。同时它也是细胞因子、趋化因子、前列腺素、蛋白酶、亚铁和其他免疫调节分子的主要分泌来源。这些因子会引发继发性脑损伤和随后的脑修复过程。

ICH后小胶质细胞被激活，并分化为两个表型：经典活化型(M1，促炎性)或交替活化型(M2，抗炎性)，此过程称为极化过程[2]。M1型分泌的炎症因子主要作用为促进炎症反应发生，损伤正常细胞及组织， 如白细胞介素(interleukins，IL)(IL-1β，IL-6等)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factors α，TNF-α)、趋化因子等。一些临床研究表明ICH后，早期在核因子-κB(nuclear factor κB,NF-κB)的介导下，IL-1β和TNF的水平在1 d内增加，而这些炎症因子正是早期促炎反应的关键物质。活化的M2小胶质细胞分为三种亚型(M2a，M2b和M2c)，每种亚型具有不同的细胞表面标记和独特的生物学功能，M2a小胶质细胞主要促进细胞再生，而M2b和M2c细胞参与吞噬作用和组织碎片的清除；针对急性脑损伤，M2型小胶质细胞可以动态和暂时地改变其表型；它们分泌抗炎因子并上调神经保护性，主要包括IL-10，转化生长因子-β(transforming growth factor beta,TGF-β)和糖皮质激素等[3]。

既往简单地将活化的小胶质细胞分两种表型，认为这两种表型是孤立地表达作用。目前的研究已经证实，M1型和M2型之间可以相互转化，并且根据病情的进展M1、M2之间处于动态演变过程，这种状态被称为极化状态。研究表明ICH后1～3 d小胶质细胞以M1型为主，而3～5 d以M2型为主[4]。这种表现符合ICH病情进展，证实M1型为进展期的影响因素(促炎作用)，而M2型为恢复期的影响因素(抗炎作用)。在这种动态的演变过程中小胶质细胞表型的变化成为炎症反应方向的指南针。

Zhang等[5]在实验中测定了ICH后小鼠血清中的酪蛋白激酶2相互作用蛋白1(casein kinase 2 interacting protein,CKIP-1)、Let-7a、炎症介质。CKIP-1已被确定为操纵小胶质细胞极化的转录分子。实验发现Let-7a通过在ICH后靶向调节CKIP-1来增强小胶质细胞M2极化从而抑制ICH小鼠中促炎细胞因子的表达，减少脑水肿并改善神经功能。He等[6]则在小鼠的ICH模型中验证了IL-4通过调节M1/M2极化来介导炎症，即IL-4可通过促进M1型小胶质细胞转变为M2型从而减轻ICH后的炎症反应。通过调节M2型小胶质细胞的激化从而抑制炎症反应，减轻脑水肿及脑组织损伤，该途径目前仍停留在实验室研究中。如未来可以应用到临床，其治疗效果可能比抑制单一种类炎症因子更好。

2 与小胶质细胞相关的炎症因子

ICH后，小胶质细胞与星形胶质细胞最早对渗出的血液作出炎症反应，小胶质细胞活化后直接释放炎症因子以及间接引起众多炎症因子的产生[7]。M1型小胶质细胞分泌的TNF-α、IL-1β对早期炎症的发生和发展有着举足轻重的作用。而当炎症反应达到高峰时，M2型小胶质细胞就开始占据主导地位，其分泌的IL-10与转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)开始抑制炎症反应，直至炎症反应的消失。另一种在炎症反应中扮演重要角色的炎症因子基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，尤其是MMP-9，其作用正被广泛关注。尽管尚不清楚MMPs与小胶质细胞之间的确切关系，但目前研究表明小胶质细胞是MMPs的主要来源之一，同时小胶质细胞分泌的细胞因子(TNF-α和IL-1β)和自由基也可以激活MMPs。

2.1 TNF-α TNF-α在ICH炎症反应中的功能已经经过反复论证，已在临床及实验室研究中达成共识[3]。TNF是由巨噬细胞分泌的一种小分子蛋白,主要分为TNF-α和TNF-β两种，前者大部分由单核巨噬细胞分泌，后者是由活化的T淋巴细胞分泌而来。研究表明TNF具有多种生物学功能，可以调节和维持哺乳动物免疫和神经系统的平衡，其主要作用有：(1)通过作用于血管内皮细胞来激活和介导炎症反应；(2)促进中性粒细胞的杀菌吞噬作用；(3)炎症反应发生后局部浓度升高还会使周围组织发生损伤坏死。TNF-α可激活NF-κB，同时TNF-α表达间接受到NF-κB的调节,而NF-κB通路是众多炎症因子激活的关键途径。TNF-α除NF-κB的激活之外，也可由其他因素完成，如趋化因子、致病病毒、黏附分子等。在ICH研究过程中,许多学者认为TNF-α是众多炎症因子的始动因子，可以诱导小胶质细胞和白细胞分泌其他细胞因子,如IL-1、IL-6等[8]。

2.2 IL IL是一种由多种细胞分泌的重要细胞因子，可以广泛作用于各种细胞。IL具有传导信息，激活与调节免疫细胞，介导T、B淋巴细胞的增殖与分化等功能，其家族中成员众多。

IL-1是其家族中最为常见且作用最强的炎症因子之一，其主要分泌形式为IL-1β。处在生理状况时IL-1β不表达，但在病理状态下，如阿尔茨海默病、痛风、类风湿性关节炎等，其表达增加。在单核细胞中先合成再分泌到细胞外，诱发炎性反应并通过级联反应放大炎症反应[9]。在脑组织中主要由星形胶质细胞和小胶质细胞产生IL-1β。有学者研究表明，IL-1β导致血管内皮通透性增加，从而加重脑水肿[10]；同时提出，IL-1β与TNF-α在ICH时急剧上升，并在48 h处于最高值。相关研究提出，IL-1β可提示ICH后的炎症水平，与脑组织损伤有一定关联性，但与ICH严重程度相关性不大。Ren等[11]注射自体血液或细菌胶原酶诱导的ICH小鼠中，在诱导后，利用相关炎症小体(NLRP3)的抑制剂(MCC950)降低了IL-1β的产生，并因此明显减轻了神经损伤和血肿周围脑水肿。实验表明血清IL-1β与ICH大鼠脑水肿程度有关，可最终作为ICH后脑水肿进展的指标，并有助于选择治疗策略。

IL-10是一种由单核细胞、淋巴细胞分泌抗炎作用的免疫抑制因子，其结构为单肽链糖蛋白，具有抑制动脉粥样硬化的形成，减少脑缺血后神经元损害和死亡的功能[12]。哺乳动物有多种细胞可分泌IL-10， 如Th细胞、单核巨噬细胞、肥大细胞等。IL-10抑制功能主要有：(1)抑制多种细胞因子，主要有IL-1β、 INF-γ 、TNF-α等；(2)降低单核细胞抗原的呈递能力；(3)抑制NK细胞活性；(4)抑制T细胞凋亡。动物实验表明IL-10可抑制T淋巴细胞产生细胞因子，从而降低炎症反应，尤其是抑制细胞免疫应答。另外IL-10与ICH血肿大小程度有一定关联且与脑水肿程度成正相关[13]。脑血管病变的原因与动脉粥样硬化斑块的形成有直接关系，而动脉硬化的最主要的成因和形成过程是炎症反应。IL-10通过在一定程度上抑制和减轻炎症反应，从而减少动脉粥样硬化斑块发生，促进愈合。所以IL-10可间接地保护脑血管，降低ICH的风险。由于IL-10可通过抑制炎性细胞产生炎症介质, 同时阻断NF-κB信号通路活性, 参与JAK-STAT信号通路的调控来抑制炎症反应，表明ICH后IL-10具有保护脑组织的作用。Song等[14]在最新的研究中，通过转染高表达的IL-10质粒在ICH后不同时间段的大鼠皮质星形胶质细胞内进行培养，结果显示转染IL-10高表达质粒可通过降低proNGF蛋白和p75NTR蛋白水平，从而改善ICH后炎症反应及细胞凋亡，减轻ICH患者继发性损伤。目前运用靶向上调抗炎因子及抑制抗炎因子对脑组织的治疗也是对ICH治疗的方法之一。除此之外，有研究表明IL家族中的 IL-17A可在ICH中促进小胶质细胞活化和炎症因子的表达[15-16]。其抗体IL-17A Ab则可以显著降低脑积水，并改善ICH小鼠的神经功能。IL-17A Ab阻止了ICH诱导的细胞因子表达(包括TNF-α、IL-1β和IL-6)以及下游信号分子的表达，并减弱了小胶质细胞活化，可能会为ICH治疗的新线索。

2.3 TGF-β TGF-β是一种可以影响多种细胞生长、分化、凋亡及免疫调节等功能的多功能蛋白质，分为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三种亚型，目前认为主要在脑组织中发挥作用的TGFβ1主要产生于小胶质细胞及星形胶质细胞[13]。在ICH后的炎症反应中, 其主要有如下作用:(1)抑制部分免疫细胞，如中性粒细胞、T细胞和巨噬细胞等，在炎症反应中的损伤作用；(2)促进轴突细胞的生长及促进神经生长因子的分泌；(3)促血管生成；(4)促进损伤的修复；(5)抗凋亡作用。Taylor等[17]通过对大鼠模型的研究证实了TGF-β1可以改善ICH后的脑功能恢复，同时该研究也在观察到早期TGF-β1血浆浓度高的患者ICH后90 d有更好的预后。这些研究表明，TGF-β1可通过调节ICH后的炎症反应从而促进神经功能恢复。由此可见，TGF-β1可能是ICH继发脑损伤的治疗靶点。

2.4 MMPs 1962 年 Gross 和 Lapiere 通过研究蝌蚪尾巴首次发现了MMPs，自此人们对MMPs的认识不断加深，尤其是其在脑血管意外中的关键作用，人们越来越重视MMPs的研究。MMPs 是一组锌-钙依赖的肽链内切酶家族，主要分为四大组：胶原酶(MMP-1、MMP-8、MMP-13),基质溶解素(MMP-3、MMP-10、MMP-11),明胶酶(MMP-2、MMP-9)和膜型金属蛋白酶 (MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17 等)。

不同的信号可诱导MMPs的转录，主要包括炎性细胞因子(主要是TNF-α,IL-1βand IL - 6)、趋化因子、核因子等。MMPs被激活后通过降解细胞外基质，参与组织结构的重塑，从而对正常生长、发育和创伤的修复具有重要作用。在生理情况下，MMPs以非活化的状态位于各种细胞(主要包括小胶质细胞、血管内皮细胞、中性粒细胞等)的胞浆中。当ICH发生后，外渗的血液成分激活凝血系统(凝血酶活化)，活化炎性细胞因子(TNF-α、IL-1β)，释放大量蛋白酶和自由基，从多个环节激活MMPs参与ICH的病理过程[18]。目前MMP-9被研究较多，因其在分类上属于明胶酶，故也称为明胶酶B，是MMPs家族的重要成员，在ICH后炎症反应中也尤为关键。MMP-9活跃时，可加大ICH风险，其原因可能在于其对血管基底膜具有降解作用。活化的MMP-9通过加速降解细胞外基质，使毛细血管通透性增加，改变血管内外渗透压，使血管中水分进入细胞间，从而加重脑水肿[19]。MMPs和凝血酶等蛋白酶之间的相互作用和相互依赖也存在于神经损伤的发展过程中。值得注意的是，MMP-3可以将MMP-9酶原转化为活性形式，并且MMP-9和凝血酶协同作用促进神经毒性[20]。

Manuel等[21]对比了105例非创伤性ICH患者MMP-1、MMP-2、MMP-7、MMP-9、MMP-10和MMPs抑制剂(tissue metalloproteinase inhibitor factor，TIMP)的血浆水平及其与临床、放射学和功能变量的关系。该研究表明MMP-9对脑水肿形成有促进作用。该研究还通过对小鼠注射TIMP-1观察ICH小鼠恢复情况，实验表明TIMP的使用对ICH的恢复是有一定的治疗效果的。此外MMPs还参与神经修复，通过参与神经干细胞迁移、促血管生成和神经营养因子的释放和激活、血管重构、my-elin形成和轴突生长。也有学者认为，MMP-9的活性程度与ICH发生率成正比，就意味着MMP-9的高浓度和高活性增大了ICH的风险[22]。在ICH急性期抑制MMPs是一个重要的减轻继发性脑损伤的靶点，从而改善临床治疗效果。所以调控MMPs的表达和活性，使适量血管形成同时又降低了血管的通透性，可以缓解脑水肿程度，继而改善ICH患者的预后，甚至降低ICH发病率及病死率。所以MMPs抑制剂短期使用可以减轻炎症，减轻脑组织水肿，但长期使用不利于脑组织恢复(抑制MMPs的神经修复作用)。目前对MMPs抑制剂的使用尚在研究阶段，还没有明确指南指导使用MMPs抑制剂，对于其疗效尚无明确判定，其使用时间也没有系统有效的治疗方案，目前使用只能依靠临床经验。

3 通过下调炎症介质治疗ICH

目前临床上对于药物与炎症介质相关性研究较多，但较少有能明确解释其下调炎症介质、减轻炎症反应机制的文献。目前在药物作用机制研究上主要有二甲胺四环素及吡格列酮。

二甲胺四环素是一种研究较多的可以减轻ICH后炎症反应的药物，其具有抗炎、保护神经和抗凋亡的特性，这些特性可能归因于通过对TrkB / BDNF通路的上调来诱导M2小胶质细胞极化[23]以及对MMPs抑制能力。 Wu等[24]对24只大鼠的右基底神经节注射100 μL自体动脉血,用二甲胺四环素或媒介物处理，进行免疫组化、TUNEL和蛋白质印迹分析,以探究二甲胺四环素对ICH治疗的有效性。研究表明二甲胺四环素能有效减轻ICH后炎症反应及ICH后脑水肿。二甲胺四环素的作用不仅能减少炎症介质的生成，还能通过维持血脑屏障(blood brain barrier，BBB)的完整性从而保护脑组织[25]。 二甲胺四环素目前还是主要作为抗生素在临床上使用，而对于其对炎症因子的清除作用以及对脑组织的保护作用，还停留在实验室和基础研究上。对于临床运用二甲胺四环素从而在抑制炎症反应减轻脑组织损伤，还需要进一步的研究。

吡格列酮在临床上常作为胰岛素增敏剂，常用于糖尿病的治疗。近年来，在一些动物试验的研究中发现，吡格列酮可抑制炎性因子的释放从而起到保护脑组织的作用。其可能的机制为吡格列酮使过氧化物酶体增殖物激活受体γ激动剂(peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonist，PPARγ)水平显著升高，而BBB通透性和神经功能缺损评分则显着降低[26]。而PPARγ激活剂可拮抗NF-κB活性从而抑制IL-6、IL-1β、一氧化氮合酶、MMP-9和A型清道夫受体等。

4 总结与展望

目前对于ICH后炎症反应的研究较多，本文就目前小胶质细胞与其相关的部分炎症介质作出一点总结。作为一系列炎症反应的第一响应者和主导者，小胶质细胞发挥了促炎和抑炎的双重作用。亦有学者希望通过促进M2型小胶质细胞从而尽早抑制炎症反应减轻脑水肿，改善ICH后继发脑组织损伤，但目前研究仍处于理论阶段。小胶质细胞通过各种不同的炎症因子发挥着不同的作用：IL-1β、TNF-α对炎症的进程有着促进作用，同时也伴随着对脑组织的损伤和脑水肿的产生；而IL-10、TGFβ可以抑制炎症反应，对脑水肿的改善及神经功能的恢复有着促进作用。MMPs存在于多种细胞中，在ICH的病程中具有至关重要的影响。一方面MMPs具有降解血管基底膜，改变毛细血管通透性从而加重水肿；另一方面，在ICH血管形成的过程中，MMPs有促进血管形成的作用。

对于药物和炎症因子关系的研究，目前仍是研究人员热衷的。促进M1型小胶质细胞的转化，抑制其分泌各种对组织有损伤的物质是研究的最终目标。如二甲胺四环素、吡格列酮等药物，其研究仍停留在实验室，运用于临床治疗仍有一段距离。相信未来随着对ICH后炎症因子探究的不断加深，通过炎症因子指标及早针对ICH患者进行对症处理，从而减轻炎症反应对脑组织继发损害，改善ICH的预后效果。

在整个炎症反应的进程中，参与的细胞以及各种因子十分庞杂，本文所探讨的仅仅是这个过程的冰山一角。早期炎症反应所导致的脑组织损伤是毋庸置疑的，但各种炎症细胞、炎症因子作用各不相同，甚至同一种物质同时有着利害两种特性，而如同运用MMPs抑制剂治疗究竟对患者的疾病治疗利大于弊还是弊大于利仍然是需要不断探索和总结的。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。