趙清輝, 羅秋麗, 琚芳迪, 何晉, 姚婷婷, 馬勝男, 尋治銘, 趙鵬翔, 謝飛

北京工業(yè)大學生命科學與生物工程學院, 北京 100124

創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury, TBI)是由外力引起的腦功能或病理學變化，這是全世界嚴重的公共衛(wèi)生問題。研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷后應激障礙、記憶障礙、帕金森、癲癇、慢性創(chuàng)傷性腦病均和神經(jīng)炎癥反應有關[1-5]。在健康的組織中，炎癥通常起到對抗入侵病原體和維持組織健康的作用，然而，在諸如創(chuàng)傷等病理條件下，炎癥也可加重組織損傷[6-8]。TBI的炎癥反應曾被認為是外周免疫介質通過受損的血腦屏障而發(fā)生的，現(xiàn)在被認為是中樞細胞、外周細胞和可溶性細胞之間通過一種復雜的相互作用而發(fā)生，并受多種因素影響。創(chuàng)傷性腦損傷發(fā)生后，小膠質細胞啟動和外周中性粒細胞浸潤，隨后淋巴細胞和單核巨噬細胞浸潤。同時，各種炎性細胞因子和趨化因子啟動免疫細胞并在病變區(qū)域積聚[9-10]。TBI后的炎癥反應是一把雙刃劍，具有益方面，如促進碎片清除和神經(jīng)元再生、膠質細胞分化和血管生成；還有一些有害方面，例如介導神經(jīng)元死亡和神經(jīng)退行性疾病。因此，全面了解TBI后的神經(jīng)炎癥反應尤為重要。本文將從以上兩個方面對TBI后神經(jīng)炎性反應相關細胞以及他們的相互作用最新研究進展進行綜述，以期為創(chuàng)傷性腦損傷的相關研究提供參考。

1 TBI后的炎癥反應與神經(jīng)膠質細胞

1.1 TBI后的炎癥反應與小膠質細胞啟動

小膠質細胞的功能與外周巨噬細胞相似，易受周圍微環(huán)境的影響向不同表型發(fā)生極化，極化的小膠質細胞主要分為M1型和M2型，M2型又可細分為M2a、M2b、M2c三個亞型[11]。M1樣表型主要由危險相關分子模式(damage associated molecular patterns DAMPs)、自由基或促炎細胞因子誘導產(chǎn)生，其特征是促進趨化因子、促炎細胞因數(shù)、活性氧ROS生成以及細胞吞噬活性降低。M1樣“促炎”小膠質細胞通常被認為是有害的，過度或延長M1樣反應可導致繼發(fā)性腦損傷。M2a樣小膠質細胞可有白介素4(interleukin,IL-4)和IL-13刺激的產(chǎn)生，其與抗炎細胞因子的產(chǎn)生和吞噬活性的增加有關。M2c樣小膠質細胞可促進組織修復和重塑。M2b樣小膠質細胞可由TLR配體刺激產(chǎn)生，具有促炎和抗炎雙重作用。小膠質細胞極化主導類型隨TBI后時間以及TBI模型不同而改變，大部分啟動的小膠質細胞混合了M1/M2樣小膠質細胞。研究表明M2型小膠質細胞具有可促進組織修復以及抗炎作用，而M1型小膠質細胞異常增多則使病理結果惡化[12]。因此TBI早期治療策略不僅要抑制小膠質細胞活化，更應關注提高M2型小膠質細胞比例。近年來，研究發(fā)現(xiàn)阿托伐他汀、西地那非、米諾環(huán)素、?；撬崦撗跄懰帷⑶嗵賶A、間充質干細胞、芬戈莫德等可以提高M2/M1比[13]。

1.2 TBI后的炎癥反應與星形膠質細胞啟動

細胞腫脹是腦外傷后顱內壓升高的主要病理生理機制。星形細胞介導的NFκB信號傳導可以引起細胞腫脹，進而導致顱內壓升高，因此抑制星形膠質細胞中的NFκB信號可以減少中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的炎癥反應[14-15]。此外，TBI誘導的組織損傷后，高遷移率族蛋白1(HMGB1)的釋放可向小膠質細胞發(fā)出信號，從而誘導IL-6的分泌，向反應性星形膠質細胞發(fā)出信號，進而上調參與水攝取的AQP4水通道[16]。反應性星形膠質細胞可直接導致細胞毒性水腫引起的顱內壓升高，以及產(chǎn)生有害的炎癥介質加重腦損傷，這是其不利的一方面。雖然Walko等[17]研究發(fā)現(xiàn)增加腦脊液中的DAMPS、HMGB1和線粒體DNA濃度可以加重腦外傷患者的病情，但是星形膠質細胞的DAMPs也會引起它們與吞噬細胞相互作用，進而促進清除毒性碎片[18-19]。同樣地，反應性星形膠質細胞可以釋放HMGB1等信號到內皮細胞及其祖細胞，以促進腦損傷后神經(jīng)血管重構和BBB的修復[20-21]。此外，星形膠質細胞中的NFκB信號也可能在腦損傷后產(chǎn)生有益的作用，因為它可以導致神經(jīng)和膠質保護生長因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)生長因數(shù)的產(chǎn)生和分泌[19]。星形膠質在不同損傷水平以及不同損傷時間點會產(chǎn)生不同的炎癥相關分子以及免疫調節(jié)分子、細胞因子、趨化因子、生長因子等[22]。因此對創(chuàng)傷性腦損傷星形膠質細胞產(chǎn)生的抗炎和促炎作用的研究，應考慮損傷程度與時間等相關因素影響。

1.3 TBI后的炎癥反應與少突膠質細胞啟動

成熟的少突膠質細胞包裹軸突或血管，形成神經(jīng)絕緣結構的髓鞘，維持神經(jīng)元的正常功能。根據(jù)分布可分為三類：血管間少突膠質細胞、神經(jīng)周圍少突膠質細胞和血管周圍少突膠質細胞。血管間少突膠質細胞沿白質和神經(jīng)纖維分布，在髓鞘形成階段迅速減少。神經(jīng)周少突膠質細胞，也稱為神經(jīng)周衛(wèi)星細胞，可由少突膠質細胞前體細胞(OPCs)增殖，作為對損傷或疾病的反應。OPCs的激活被認為是保持體內平衡和參與損傷后修復的一種大腦保護反應[23-24]。腦損傷后，少突膠質細胞可以作為神經(jīng)炎性介質的受體如白介素家族IL-4 IL-6、IL-7等以及趨化因子受體1(CXCR1)、CXCR2 、CXCR4 等；CXCR4 能與由星形膠質細胞和小膠質細胞分泌的 CXCL12 結合；少突膠質細胞可以通過其膜糖蛋白 CD200 與小膠質細胞進行細胞間通訊。CD200 與由小膠質細胞表達的 CD200R受體結合而降低小膠質細胞的活性；CD200 缺乏的小鼠小膠質細胞會自發(fā)活化[25-28]。此外，少突膠質細胞也會分泌大量的CXC趨化因子，如CXCL1-5和CCL21，加重炎癥反應。創(chuàng)傷性腦損傷后，OPCs可以釋放金屬基質蛋白酶MMP-9，破壞血腦屏障，促進中性粒細胞以及單核細胞浸潤，進一步加重炎癥反應[29]。

2 TBI后的炎癥反應與中性粒細胞

神經(jīng)炎癥是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的炎癥反應，由腦細胞和周圍免疫細胞共同參與。雖然神經(jīng)炎癥反應是為了保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)不受感染和損傷，但也是腦外傷后繼發(fā)損傷的重要機制。TBI相關的神經(jīng)炎癥以啟動的膠質細胞、星形膠質細胞、招募的白細胞和大腦中樞上調的炎性細胞因子為特征[30]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中，由于血腦屏障(BBB)的存在，在腦實質中很少發(fā)現(xiàn)中性粒細胞[31]。在腦脊液(CSF)、腦膜和軟腦膜等特定的隔間內，僅有少量中性粒細胞和其他免疫細胞提供免疫監(jiān)測。然而，在感染、創(chuàng)傷、缺血和出血等病理條件下，中性粒細胞進入腦組織的數(shù)量明顯增加[32]。中性粒細胞衍生的細胞因子非常復雜，除了常見的炎癥相關細胞因子[腫瘤壞死因子(TNF)家族、促炎細胞因子、CXC-趨化因子、CC-趨化因子]外，中性粒細胞中還檢測到其他抗炎細胞因子、免疫調節(jié)細胞因子、血管生成因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子[33-36]。中性粒細胞除了具有衍生的細胞因子的作用外，還能損傷BBB的緊密連接和滲透性。顯然，中性粒細胞分解血腦屏障有助于招募更多的免疫細胞對抗病原體,這同時也會導致組織損傷。研究表明抑制活化的中性粒細胞有利于炎癥消退和隨后的恢復[37-42]。

3 TBI后的炎癥反應與T淋巴細胞

T細胞對小膠質細胞表型和功能有很大的影響。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后，T細胞浸潤損傷組織，Norimatsu等[43]通過給予免疫抑制劑FTY720從而使脊髓損傷的嚙齒動物炎癥減輕，恢復良好。Th17細胞因其產(chǎn)生IL-17和其他促炎細胞因子而命名，被認為是實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)中引起脊髓炎性脫髓鞘的原因[44]。Th17細胞和其他“17型”T細胞與多種自身免疫和炎癥狀態(tài)有關，但尚未在TBI中進行研究。17型應答可以在腦外傷后釋放的細胞因子如IL-1β，促進并誘導CXCL8和中性粒細胞募集，進而加重炎癥反應[45]。然而，T細胞對創(chuàng)傷性腦損傷亦是一把雙刃劍，研究發(fā)現(xiàn)T細胞缺陷小鼠(由于RAG或MHCII基因缺陷)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷模型中的預后較差，表明T細胞具有顯性神經(jīng)保護作用[46-47]。在小鼠體內啟動自身免疫性T細胞，有利于中樞神經(jīng)損傷的修復，這種保護的機制可能是由于T細胞產(chǎn)生的神經(jīng)營養(yǎng)因子作用于神經(jīng)元和星形膠質細胞以促進存活和修復[47-52]。T細胞是正常中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育所必需的，因為T細胞缺陷的小鼠表現(xiàn)出認知和行為發(fā)育異常，這表明T細胞也有助于大腦的發(fā)育和維持[53]。在調節(jié)M1/M2樣平衡的同時，T細胞產(chǎn)生的IL-4通過增強神經(jīng)營養(yǎng)素信號來保護神經(jīng)元。IL-4介導的T細胞對受損中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織的保護，似乎不需要T細胞的抗原特異性受體啟動，神經(jīng)元可以直接誘導IL-4[54]。IL-33在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后也具有神經(jīng)保護作用[55]。眾所周知，IL-33作用于產(chǎn)生IL-4的Th2細胞，因此，IL-33可能為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和啟動IL-4產(chǎn)生之間提供了一種聯(lián)系[56-58]。

4 TBI后炎癥反應中各種細胞的相互作用

4.1 小膠質細胞啟動與中性粒細胞

小膠質細胞是大腦固有的免疫細胞，類似于周圍組織中的巨噬細胞。它的功能是清除碎片、傳遞炎癥信號等。小膠質細胞有靜息或活化兩種狀態(tài)。靜息狀態(tài)的小膠質細胞可被中風、衰老、腦損傷和神經(jīng)退行性疾病誘導，成為活化的小膠質細胞。到目前為止，還沒有直接證據(jù)表明，在TBI模型中，中性粒細胞影響了小膠質細胞亞型(M1和M2)。然而，Moxon和Schlichter[59]研究表明中性粒細胞的減少可減少腦出血后的小膠質/巨噬細胞數(shù)量，并降低小膠質/巨噬細胞上的啟動標記CD68，表明中性粒細胞參與了調節(jié)小膠質狀態(tài)。腦損傷后，小膠質細胞可以啟動內皮細胞的活化，以及促進外圍白細胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的募集[60]。啟動的小膠質細胞迅速產(chǎn)生大量的炎性細胞因子和趨化因子(IL-1β、TNF-α、IL-6、CXCL1-5、CXCL8-10)，這些炎性介質是招募和啟動中性粒細胞的強趨化因子，除了上述小膠質細胞衍生的細胞因子外，中性粒細胞釋放一些其他分子來相互啟動小膠質細胞，如ROS、脂質運載蛋白2和MMP9等[61-63]。啟動的小膠質細胞表現(xiàn)得像一把雙刃劍：一方面，它促進中性粒細胞分泌更多促炎細胞因子，造成細胞因子大量釋放；另一方面，啟動的小膠質細胞也與減少神經(jīng)元損傷、釋放小膠質神經(jīng)保護因子有關[64]。但是在TBI后，中性粒細胞是否會影響小膠質細胞M1/M2的極化尚不清楚。

4.2 星形膠質細胞與中性粒細胞

星形膠質細胞通常被認為是神經(jīng)炎癥過程中的一種保護機制[65]。同時，在急性炎癥反應期間，反應性星形膠質細胞可以形成血管周圍疤痕，從而限制中性粒細胞從受損組織擴散到健康組織中[66]。在體外實驗中，Xie等[67]發(fā)現(xiàn)中性粒細胞與星形膠質細胞相互作用有直接與間接兩種方式。在細胞-細胞直接接觸下，星形膠質細胞可減少中性粒細胞的凋亡和脫粒，提高中性粒細胞的吞噬能力和促炎細胞因子的表達。在間接作用下，星形膠質細胞可減少中性粒細胞的凋亡，增強中性粒細胞的壞死和吞噬，抑制中性粒細胞的脫粒[[67]。中性粒細胞與星形膠質細胞相互作用也會影響星形膠質細胞的反應性。用抗Ly6G抗體治療小鼠，可抑制星形膠質細胞增生，并使脊髓損傷的結果惡化[68]。在另一項體外研究中，Hooshmand和Nguyen[69]發(fā)現(xiàn)中性粒細胞可以通過產(chǎn)生C1q和C3a來誘導星形膠質形成。所有這些數(shù)據(jù)都表明中性粒細胞和星形膠質細胞是神經(jīng)炎癥過程中細胞因子的主要來源，通過相互刺激促進炎癥級聯(lián)反應。中性粒細胞是腦損傷過程中促進反應性星形膠質細胞增生的重要因素。星形膠質細胞增生在腦損傷中是好是壞仍是一個懸而未決的問題。

4.3 少突膠質細胞與中性粒細胞

少突膠質細胞不僅與小膠質細胞以及星形膠質細胞相互作用參與免疫調節(jié)，而且與中性粒細胞也有一定的關系。在腦損傷的急性期，OPCs是MMP9表達細胞的主要組成部分，創(chuàng)傷性腦損傷后，OPCs可以釋放金屬基質蛋白酶MMP-9,破壞血腦屏障，促進中性粒細胞浸潤，進一步加重炎癥反應。Seo等[29]在小鼠腦損傷術后以及術后第二天給予MMP抑制劑GM6001治療，發(fā)現(xiàn)GM6001可以減少早期BBB滲漏和中性粒細胞浸潤。

4.4 少突膠質細胞與T淋巴細胞

少突膠質細胞并不是免疫應答的旁觀者，事實上少突膠質細胞可產(chǎn)生多種免疫調節(jié)因子，以及表達多種與之相結合的受體。如少突膠質細胞表達的MHCⅠ類分子能夠被 CD8+T淋巴細胞識別[70]，表達的 MHCⅡ類分子能夠與 CD4+T 淋巴細胞相互作用; 表達的非典型MHCⅠ類分子人類白細胞抗原 E( human leukocyte antigen E， HLA-E) 可以對炎性細胞因子入侵進行應答[71]。然而究竟是典型還是非典型MHC分子會誘發(fā) T 細胞介導的損傷亦或啟動修復程序尚需深入研究。

5 展望

TBI后的神經(jīng)炎癥反應包括神經(jīng)膠質細胞的啟動、大腦中炎癥介質的釋放以及外周免疫細胞的募集，這些炎癥反應在誘發(fā)腦繼發(fā)性損傷的同時，也在一定程度上具有修復神經(jīng)系統(tǒng)的作用。因此，創(chuàng)傷后神經(jīng)炎癥反應是一把雙刃劍，既有正面作用也有負面作用。因此，未來的研究重點應該放在闡明TBI后隨著時間變化各種炎性細胞以及炎癥因子所起到的具體作用，并找到相應的炎癥調節(jié)策略，進而在TBI后的不同時期發(fā)揮相應的作用，在降低炎癥反應繼發(fā)性損傷的同時，它在促進神經(jīng)修復和再生方面起著重要作用[72]。臨床治療不能簡單地抑制炎癥反應，需要根據(jù)患者的年齡、性別、遺傳易感性、存在或不存在繼發(fā)性損傷以及血清、CSF、成像、生物標志物等，來定義患者的炎癥表型。開展針對特定患者進行個性化炎癥調節(jié)治療的臨床試驗，以期能夠減少繼發(fā)性損傷，增強修復，改善患者預后。