張 成 楊爍慧（綜述）詹松華（審校）

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）損傷后的炎性反應(yīng)是腦組織腫脹、腦水腫等形成的重要原因之一。目前對(duì)CNS損傷后炎性反應(yīng)的研究取得了較大的收獲，特別是納米技術(shù)以及結(jié)合靶向藥物和抗體等分子探針的飛速發(fā)展，使相關(guān)研究得到進(jìn)一步的發(fā)展。

CNS炎性反應(yīng)的機(jī)制

炎性反應(yīng)是具有血管系統(tǒng)的生物機(jī)體對(duì)損傷因子所發(fā)生復(fù)雜的防御反應(yīng),是機(jī)體一種重要的生理病理反應(yīng)。它包括白細(xì)胞的激活、滲出、細(xì)胞因子的釋放及其產(chǎn)生的一系列生理病理反應(yīng)的過(guò)程。它的發(fā)生發(fā)展依靠一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,其中c-uJn氨基端激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活蛋白、絲裂原活化蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子-κB是細(xì)胞內(nèi)參與炎性反應(yīng)的三條重要信號(hào)通路。細(xì)胞因子主要通過(guò)這三條途徑來(lái)調(diào)控相應(yīng)基因的表達(dá)來(lái)參與炎性反應(yīng)，這三條通路之間并不是獨(dú)立的,而是存在復(fù)雜的交互作用[1]。

在腦外傷、感染、卒中及多發(fā)性硬化（multiplesclerosis，MS）中，不僅外周血循環(huán)中的中性粒細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞和一些分子通過(guò)被破壞的血腦屏障（blood brain barrier，BBB）進(jìn)入受損的腦組織，啟動(dòng)一系列分子和細(xì)胞級(jí)連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生大量的炎性因子，導(dǎo)致免疫激活和炎性反應(yīng)，而且腦組織中的小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等也積極參與腦損傷后的炎性反應(yīng)。

超微超順磁性氧化鐵粒的特性

超微超順磁性氧化鐵顆粒(ultrasmall superparamagnetic particles of iron oxide，USPIO)，直徑小于30nm，血漿半衰期約200 min，分布在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)和血池中，具有在血中停留時(shí)間較長(zhǎng)和被組織中巨噬細(xì)胞吞噬的兩個(gè)重要特性，在數(shù)小時(shí)內(nèi)使血管保持較高的信號(hào)強(qiáng)度，其灌注期及增強(qiáng)期均有延長(zhǎng)，已被用于對(duì)比增強(qiáng)的磁共振血管動(dòng)脈造影。

USPIO顆粒分布于巨噬細(xì)胞或血池內(nèi)，造成局部磁場(chǎng)不均勻，加速質(zhì)子去相位的過(guò)程，使質(zhì)子的T2值縮短（磁化率效應(yīng)）。USPIO還具有縮短 T1時(shí)間的效應(yīng)，在低濃度時(shí)T1增強(qiáng)效應(yīng)較明顯；高濃度時(shí)，磁化率效應(yīng)在一定程度上平衡T1效應(yīng)。依賴于粒子的大小及表面修飾物的性質(zhì)，磁性粒子在體內(nèi)會(huì)被吞噬細(xì)胞特異性地或非特異性的吸收或吸附[2]。U-SPIO可能被血液中的單核/巨噬細(xì)胞所吞噬，隨吞噬細(xì)胞到達(dá)炎癥部位，USPIO對(duì)比異常強(qiáng)化的范圍反映巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)的范圍和程度[3]。目前臨床普遍采用的Gd對(duì)比劑是一種細(xì)胞外間隙磁共振小分子成像對(duì)比劑，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要反映血腦屏障的破壞，而巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和血腦屏障破壞是時(shí)間和空間上互相獨(dú)立的兩種病理生理過(guò)程[4]，鑒于Gd對(duì)比劑不利于檢測(cè)出炎性反應(yīng)病理早期變化,因此提出使用新型對(duì)比劑，比如USPIO監(jiān)測(cè)CNS炎癥反應(yīng)的需求。

USPIO在CNS炎性反應(yīng)中的應(yīng)用

1.多發(fā)性硬化

MS是一種發(fā)生在CNS中最常見(jiàn)的脫髓鞘疾病之一，其病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。MS的病理組織特征為廣泛性炎性脫髓鞘和軸索損傷，其中炎性反應(yīng)在MS的病理機(jī)制中扮演著極其重要的角色，標(biāo)志是小膠質(zhì)細(xì)胞或小膠質(zhì)或巨噬細(xì)胞的活化，其中巨噬細(xì)胞是MS病灶中重要的效應(yīng)細(xì)胞，參與MS病程的各個(gè)階段和髓鞘碎片的清除。USPIO粒子被巨噬細(xì)胞攝取后，經(jīng)MRI成像可顯示出信號(hào)的改變，再通過(guò)對(duì)巨噬細(xì)胞的病理及免疫組化染色和鐵染色，可以提供與MS炎癥有無(wú)活動(dòng)性的直接證據(jù)，更好地估計(jì)MS病程中炎性反應(yīng)的程度和提供效應(yīng)細(xì)胞的生化信息，通過(guò)USPIO MRI成像可建立MRI判斷MS病灶有無(wú)活動(dòng)性的新標(biāo)準(zhǔn)。MS急性期的治療策略主要是抑制炎性細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì),通過(guò)直接阻斷黏附因子的相互作用或者通過(guò)免疫調(diào)節(jié)減少白細(xì)胞的滲出,因此對(duì)巨噬細(xì)胞的觀察有利于MS治療的監(jiān)測(cè)[5]。

實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoinmmune encephalomyelitis，EAE）是目前研究人類MS的常用動(dòng)物模型,在諸多方面與人類MS有相似之處。Flaris等[6]研究結(jié)果表明在急性炎性期，超微結(jié)構(gòu)電鏡和免疫組化證實(shí)MRI T2WI低信號(hào)區(qū)聚集了大量USPIO粒子，而USPIO的強(qiáng)化高峰則出現(xiàn)在臨床癥狀最重時(shí)期之后，因此他們認(rèn)為BBB的破壞早于炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，USPIO的聚集程度與EAE臨床評(píng)分以及免疫組化所見(jiàn)的單核細(xì)胞浸潤(rùn)程度呈正相關(guān)。因此USPIO活體標(biāo)記巨噬細(xì)胞可以為MS的臨床試驗(yàn)提供更多組織病理學(xué)信息。Berger等[7]在慢性復(fù)發(fā)性EAE模型的炎性早期階段用USPIO跟蹤巨噬細(xì)胞的遷移，對(duì)EAE的急性期、緩解期、首次復(fù)發(fā)期3個(gè)期相進(jìn)行磁共振對(duì)比研究，結(jié)果表明，復(fù)發(fā)期病灶的嚴(yán)重程度明顯輕于急性炎癥期，處于炎癥活動(dòng)期都有USPIO強(qiáng)化，而緩解期沒(méi)有，急性炎癥期的磁化傳遞率值顯著下降，該值反映了髓鞘的丟失或軸索密度減少；USPIO強(qiáng)化病灶的體積與神經(jīng)癥狀的嚴(yán)重程度有關(guān)，提示MRI可以活體追蹤巨噬細(xì)胞能監(jiān)測(cè)炎癥病灶的演變，并可區(qū)分炎癥期與緩解期。MRI免疫成像在體監(jiān)測(cè)MS免疫細(xì)胞，僅需少量USPIO就可探測(cè)到，成像的可行性強(qiáng)，USPIO標(biāo)記的單克隆抗體在體標(biāo)記特異性免疫細(xì)胞，方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，可以監(jiān)測(cè)免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化，并能確定何時(shí)啟動(dòng)免疫反應(yīng)，監(jiān)測(cè)免疫細(xì)胞浸潤(rùn)情況[8]。

2.缺血性卒中

炎性反應(yīng)是缺血性腦損傷發(fā)生的主要機(jī)制，主要來(lái)自固有小膠質(zhì)細(xì)胞和循環(huán)單核細(xì)胞演變后的巨噬細(xì)胞。活化的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量的細(xì)胞毒性物質(zhì)，加速了缺血腦組織的損傷，缺血-再灌注時(shí)由于局部代謝產(chǎn)物及血管活性物質(zhì)的作用使血管通透性增加，血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放細(xì)胞黏附分子，使白細(xì)胞邊聚-黏附-游出。開(kāi)始是中性粒細(xì)胞，24 h后則以單核/巨噬細(xì)胞為主(包括位于腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞和血液循環(huán)中的單核細(xì)胞)，它們?cè)诰植堪l(fā)揮吞噬、免疫作用，同時(shí)產(chǎn)生的溶酶體酶、活性氧自由基及白三烯等物質(zhì)可以造成缺血灶內(nèi)部和周圍組織一定程度的溶解和破壞，加重缺血區(qū)腦組織損傷。Wiart等[9]將小鼠的大腦中動(dòng)脈夾閉后5.5h后注入U(xiǎn)SPIO，在MR圖像上能夠顯示缺血區(qū)域巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)情況，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，使用射線照射損傷小鼠的皮質(zhì)微動(dòng)脈，從而導(dǎo)致血管閉塞，5d后注射USPIO，24h后MR圖像顯示病變區(qū)域邊緣出現(xiàn)條帶樣T2信號(hào)降低區(qū)，病理組織切片顯示該T2WI信號(hào)減低區(qū)有大量巨噬細(xì)胞聚集。

Marinescu等[10]利用USPIO增強(qiáng)MRI監(jiān)測(cè)抗炎藥物（如二甲胺四環(huán)素）對(duì)實(shí)驗(yàn)性卒中的療效。二甲胺四環(huán)素治療后，腦梗死面積、血腦屏障滲透性和小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的免疫染色F4/80值顯著降低，二甲胺四環(huán)素治療鼠的R2圖大于35/ms的區(qū)域也顯著減少。二甲胺四環(huán)素治療后 USPIO 增強(qiáng)MRI上異常信號(hào)區(qū)顯著減少,為療效檢測(cè)提供了替代性標(biāo)記物。

3.放射性腦損傷

放射性腦損傷本身伴有炎性細(xì)胞浸潤(rùn),這使USPIO 在放射性腦損傷診斷中的應(yīng)用成為可能。Philippens 等[11]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)放射性損傷的早期和晚期遲發(fā)反應(yīng),研究發(fā)現(xiàn)局灶性損傷區(qū)USPIO 聚集呈現(xiàn)明顯低信號(hào),在水腫周圍呈環(huán)狀低信號(hào),晚期遲發(fā)反應(yīng)白質(zhì)壞死的鄰近區(qū)域也可有較大范圍的USPIO強(qiáng)化灶。因此,USPIO增強(qiáng)MRI對(duì)早期局灶性損傷和晚期壞死的診斷均有價(jià)值。

USPIO結(jié)合分子影像在CNS炎性反應(yīng)中的進(jìn)展

通過(guò)分子影像學(xué)，研究者們希望通過(guò)生物標(biāo)識(shí)物區(qū)分異常靶細(xì)胞與正常細(xì)胞,從而達(dá)到無(wú)創(chuàng)檢測(cè)和評(píng)價(jià)新生病理過(guò)程。血管細(xì)胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）通常在活化的內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞表面表達(dá)，啟動(dòng)炎性反應(yīng)和粥樣硬化病變過(guò)程。此外，它可作為磁共振分子成像的靶點(diǎn)，通過(guò)將VCAM-1抗體與超順磁納米顆粒相連接制備特異性磁共振納米探針，用來(lái)增強(qiáng)腦部伴發(fā)炎性反應(yīng)的磁共振信號(hào)。McAteer 等[12]研究VCAM-1及其配體α4β1整聯(lián)蛋白是否是調(diào)節(jié)白細(xì)胞募集及引起機(jī)體損傷效應(yīng)的關(guān)鍵因素。他們通過(guò)選擇合適抑制劑，與α4β1連接而阻止其與VCAM-1相互作用，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在病理上還不能檢測(cè)出MS明顯損害性癥狀的時(shí)候，運(yùn)用MRI就可以探測(cè)到MS急性期腦組織炎性反應(yīng)的VCAM-1，達(dá)到早期診斷并觀察MS的發(fā)展程度以采取相應(yīng)的治療措施。此外，還可通過(guò)改變磁性氧化鐵粒子的表面修飾配體，來(lái)對(duì)其他炎癥、癌癥、粥狀動(dòng)脈硬化癥等病癥中所特異表達(dá)的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物進(jìn)行磁共振成像。

展 望

運(yùn)用USPIO作為相對(duì)特異的巨噬細(xì)胞示蹤劑可以用于MR活體監(jiān)測(cè)CNS炎癥反應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程，對(duì)治療藥物的開(kāi)發(fā)、療效的評(píng)估有重要作用，為CNS炎性反應(yīng)及相關(guān)免疫反應(yīng)等病理變化的研究提供新途徑。lv等[13]的研究顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞的Toll（toll like receptor,TLR)-2／IL-23／IL-17軸可能是缺血再灌注損傷的一個(gè)潛在治療靶點(diǎn)。目前USPIO與相關(guān)通路的研究尚未見(jiàn)到報(bào)道，如將兩者結(jié)合更能深入了解炎性反應(yīng)的機(jī)制。針對(duì)CNS炎癥不同環(huán)節(jié)的治療原則,停止或減輕腦損傷程度,如抑制細(xì)胞內(nèi)黏附分子、血管細(xì)胞黏附分子、中性粒細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、主要組織相容性復(fù)合物、細(xì)胞因子、趨化因子和自由基活性。上述針對(duì)腦缺血后CNS炎性反應(yīng)的各種治療方法,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中雖然有可喜的結(jié)果,但在臨床中尚未有特異性的療效[14]。如果以TLRs通路中的信號(hào)分子作為靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)一些新的藥物如抗體、反義核酸及小干擾RNA等直接阻斷炎癥的發(fā)生，將有益于減輕腦損傷后的炎癥反應(yīng)。

[1]劉 輝,姚詠明.細(xì)胞內(nèi)炎癥信號(hào)通路交匯作用研究進(jìn)展.中國(guó)病理生理雜志,2005,21:1607-1608.

[2]Weinstein JS,Varallyay CG,Dosa E,et al.Superparamagnetic iron oxide nanop-articles:diagnostic magnetic resonance imaging and potential therapeutic applications in neurooncology and central nervous system inflammatory pathologies,a review.Cerebr Blood F Met,2010,30:15-35.

[3]王 芳,陸菁菁,金征宇等.超小超順磁性氧化鐵顆粒聯(lián)合磁化傳遞對(duì)比成像在實(shí)驗(yàn)性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎的應(yīng)用.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào),2009,31:177-181.

[4]張海琴，髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白多肽35-55誘發(fā)實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎大鼠模型及其中樞神經(jīng)系統(tǒng)病灶的臨床型MR成像研究.北京：首都醫(yī)科大學(xué)，2007.

[5]李詠梅，謝 鵬.USPIO對(duì)比劑活體追蹤巨噬細(xì)胞在多發(fā)性硬化及其動(dòng)物模型中的價(jià)值.中風(fēng)與神經(jīng)疾病，2008，12,25：760-762.

[6]Flori S,Blezer ELA,Schreibelt G,et al.Blood-brain barrier permeability and monocyte in infiltration in experimental allergic encepha lomyelitis A quantitative MRI study.Beain,2004,127:616-627.

[7]Berger C,Hiestand P,Kindler-Baumann D，et al.Analysis of lesion development during acute inflammation and remission in a ratmodel of experimental autoimmu-ne encephalomyelitis by visualization of macrophage infiltration,denyelination and blood-brain barrier damage.NMR Biomed,2006,19:101-107.

[8]王 芳，陸菁菁，金征宇.新型磁共振對(duì)比劑 USPIO 及應(yīng)用研究現(xiàn)狀.國(guó)際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志，2008，31：372-375.

[9]Wiart M,Davoust N,Pialat J B,et al.MRI monitoring of neuroinflammation in mouse focal ischemia.Stroke,2007,38:131-137.

[10]Marinescu M,Chawrau F,Durand A，et al.Monitoring therapeutic effects experimentai strokeby serial USPIO-enhanced MRI.EurRadiol,2013,23:37-47.

[11]Phillippens ME,Gambarota G,Pikkemaat JA,et al.Characteriza-tion of late radiation effects in the rat thoracolumbar spinal cord by MR imaging using.USPIO.MAGMA,2004,17:303-312.

[12]McAteer MA,Sibson NR,Mühlen C,et al.In vivo magnetic resonance imaging of acute brain inflammation using microparticles of iron oxide.Nat Med,2007,13:1253-1258.

[13]Lv M，Liu Y，Zhang J，et a1.Roles of inflammation response in microglia-ceil through Toll—like receptors 2/nterleukin-23/interleukin-17 pathway in cerebral ischemia/reperfusion injury.Neuroscience,2011,176：162-172.

[14]Jack Rivers-Auty,John C.Ashton.Neuroinflammation in ischemic brain inju-ry as an adaptive process.Medical Hypotheses,2014,82:151-158.