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(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)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(xué)變化，這是全世界嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題。研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷后應(yīng)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(yīng)有關(guān)[1-5]。在健康的組織中，炎癥通常起到對(duì)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?xiàng)l件下，炎癥也可加重組織損傷[6-8]。TBI的炎癥反應(yīng)曾被認(rèn)為是外周免疫介質(zhì)通過受損的血腦屏障而發(fā)生的，現(xiàn)在被認(rèn)為是中樞細(xì)胞、外周細(xì)胞和可溶性細(xì)胞之間通過一種復(fù)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(zhì)細(xì)胞啟動(dòng)和外周中性粒細(xì)胞浸潤，隨后淋巴細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞浸潤。同時(shí)，各種炎性細(xì)胞因子和趨化因子啟動(dòng)免疫細(xì)胞并在病變區(qū)域積聚[9-10]。TBI后的炎癥反應(yīng)是一把雙刃劍，具有益方面，如促進(jìn)碎片清除和神經(jīng)元再生、膠質(zhì)細(xì)胞分化和血管生成；還有一些有害方面，例如介導(dǎo)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(yīng)尤為重要。本文將從以上兩個(gè)方面對(duì)TBI后神經(jīng)炎性反應(yīng)相關(guān)細(xì)胞以及他們的相互作用最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為創(chuàng)傷性腦損傷的相關(guān)研究提供參考。

1 TBI后的炎癥反應(yīng)與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞

1.1 TBI后的炎癥反應(yīng)與小膠質(zhì)細(xì)胞啟動(dòng)

小膠質(zhì)細(xì)胞的功能與外周巨噬細(xì)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(zhì)細(xì)胞主要分為M1型和M2型，M2型又可細(xì)分為M2a、M2b、M2c三個(gè)亞型[11]。M1樣表型主要由危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns DAMPs)、自由基或促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)產(chǎn)生，其特征是促進(jìn)趨化因子、促炎細(xì)胞因數(shù)、活性氧ROS生成以及細(xì)胞吞噬活性降低。M1樣“促炎”小膠質(zhì)細(xì)胞通常被認(rèn)為是有害的，過度或延長M1樣反應(yīng)可導(dǎo)致繼發(fā)性腦損傷。M2a樣小膠質(zhì)細(xì)胞可有白介素4(interleukin,IL-4)和IL-13刺激的產(chǎn)生，其與抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和吞噬活性的增加有關(guān)。M2c樣小膠質(zhì)細(xì)胞可促進(jìn)組織修復(fù)和重塑。M2b樣小膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞極化主導(dǎo)類型隨TBI后時(shí)間以及TBI模型不同而改變，大部分啟動(dòng)的小膠質(zhì)細(xì)胞混合了M1/M2樣小膠質(zhì)細(xì)胞。研究表明M2型小膠質(zhì)細(xì)胞具有可促進(jìn)組織修復(fù)以及抗炎作用，而M1型小膠質(zhì)細(xì)胞異常增多則使病理結(jié)果惡化[12]。因此TBI早期治療策略不僅要抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，更應(yīng)關(guān)注提高M(jìn)2型小膠質(zhì)細(xì)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(zhì)干細(xì)胞、芬戈莫德等可以提高M(jìn)2/M1比[13]。

1.2 TBI后的炎癥反應(yīng)與星形膠質(zhì)細(xì)胞啟動(dòng)

細(xì)胞腫脹是腦外傷后顱內(nèi)壓升高的主要病理生理機(jī)制。星形細(xì)胞介導(dǎo)的NFκB信號(hào)傳導(dǎo)可以引起細(xì)胞腫脹，進(jìn)而導(dǎo)致顱內(nèi)壓升高，因此抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞中的NFκB信號(hào)可以減少中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的炎癥反應(yīng)[14-15]。此外，TBI誘導(dǎo)的組織損傷后，高遷移率族蛋白1(HMGB1)的釋放可向小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，從而誘導(dǎo)IL-6的分泌，向反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，進(jìn)而上調(diào)參與水?dāng)z取的AQP4水通道[16]。反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可直接導(dǎo)致細(xì)胞毒性水腫引起的顱內(nèi)壓升高，以及產(chǎn)生有害的炎癥介質(zhì)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(zhì)細(xì)胞的DAMPs也會(huì)引起它們與吞噬細(xì)胞相互作用，進(jìn)而促進(jìn)清除毒性碎片[18-19]。同樣地，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可以釋放HMGB1等信號(hào)到內(nèi)皮細(xì)胞及其祖細(xì)胞，以促進(jìn)腦損傷后神經(jīng)血管重構(gòu)和BBB的修復(fù)[20-21]。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞中的NFκB信號(hào)也可能在腦損傷后產(chǎn)生有益的作用，因?yàn)樗梢詫?dǎo)致神經(jīng)和膠質(zhì)保護(hù)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(zhì)在不同損傷水平以及不同損傷時(shí)間點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生不同的炎癥相關(guān)分子以及免疫調(diào)節(jié)分子、細(xì)胞因子、趨化因子、生長因子等[22]。因此對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的抗炎和促炎作用的研究，應(yīng)考慮損傷程度與時(shí)間等相關(guān)因素影響。

1.3 TBI后的炎癥反應(yīng)與少突膠質(zhì)細(xì)胞啟動(dòng)

成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞包裹軸突或血管，形成神經(jīng)絕緣結(jié)構(gòu)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(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)周圍少突膠質(zhì)細(xì)胞和血管周圍少突膠質(zhì)細(xì)胞。血管間少突膠質(zhì)細(xì)胞沿白質(zhì)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(zhì)細(xì)胞，也稱為神經(jīng)周衛(wèi)星細(xì)胞，可由少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞(OPCs)增殖，作為對(duì)損傷或疾病的反應(yīng)。OPCs的激活被認(rèn)為是保持體內(nèi)平衡和參與損傷后修復(fù)的一種大腦保護(hù)反應(yīng)[23-24]。腦損傷后，少突膠質(zhì)細(xì)胞可以作為神經(jīng)炎性介質(zhì)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(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的 CXCL12 結(jié)合；少突膠質(zhì)細(xì)胞可以通過其膜糖蛋白 CD200 與小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞間通訊。CD200 與由小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的 CD200R受體結(jié)合而降低小膠質(zhì)細(xì)胞的活性；CD200 缺乏的小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)自發(fā)活化[25-28]。此外，少突膠質(zhì)細(xì)胞也會(huì)分泌大量的CXC趨化因子，如CXCL1-5和CCL21，加重炎癥反應(yīng)。創(chuàng)傷性腦損傷后，OPCs可以釋放金屬基質(zhì)蛋白酶MMP-9，破壞血腦屏障，促進(jìn)中性粒細(xì)胞以及單核細(xì)胞浸潤，進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)[29]。

2 TBI后的炎癥反應(yīng)與中性粒細(xì)胞

神經(jīng)炎癥是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的炎癥反應(yīng)，由腦細(xì)胞和周圍免疫細(xì)胞共同參與。雖然神經(jīng)炎癥反應(yīng)是為了保護(hù)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(jī)制。TBI相關(guān)的神經(jīng)炎癥以啟動(dòng)的膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、招募的白細(xì)胞和大腦中樞上調(diào)的炎性細(xì)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(shí)質(zhì)中很少發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞[31]。在腦脊液(CSF)、腦膜和軟腦膜等特定的隔間內(nèi)，僅有少量中性粒細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞提供免疫監(jiān)測(cè)。然而，在感染、創(chuàng)傷、缺血和出血等病理?xiàng)l件下，中性粒細(xì)胞進(jìn)入腦組織的數(shù)量明顯增加[32]。中性粒細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子非常復(fù)雜，除了常見的炎癥相關(guān)細(xì)胞因子[腫瘤壞死因子(TNF)家族、促炎細(xì)胞因子、CXC-趨化因子、CC-趨化因子]外，中性粒細(xì)胞中還檢測(cè)到其他抗炎細(xì)胞因子、免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子、血管生成因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子[33-36]。中性粒細(xì)胞除了具有衍生的細(xì)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(xì)胞分解血腦屏障有助于招募更多的免疫細(xì)胞對(duì)抗病原體,這同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致組織損傷。研究表明抑制活化的中性粒細(xì)胞有利于炎癥消退和隨后的恢復(fù)[37-42]。

3 TBI后的炎癥反應(yīng)與T淋巴細(xì)胞

T細(xì)胞對(duì)小膠質(zhì)細(xì)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(xì)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(dòng)物炎癥減輕，恢復(fù)良好。Th17細(xì)胞因其產(chǎn)生IL-17和其他促炎細(xì)胞因子而命名，被認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)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(xì)胞和其他“17型”T細(xì)胞與多種自身免疫和炎癥狀態(tài)有關(guān)，但尚未在TBI中進(jìn)行研究。17型應(yīng)答可以在腦外傷后釋放的細(xì)胞因子如IL-1β，促進(jìn)并誘導(dǎo)CXCL8和中性粒細(xì)胞募集，進(jìn)而加重炎癥反應(yīng)[45]。然而，T細(xì)胞對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷亦是一把雙刃劍，研究發(fā)現(xiàn)T細(xì)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(yù)后較差，表明T細(xì)胞具有顯性神經(jīng)保護(hù)作用[46-47]。在小鼠體內(nèi)啟動(dòng)自身免疫性T細(xì)胞，有利于中樞神經(jīng)損傷的修復(fù)，這種保護(hù)的機(jī)制可能是由于T細(xì)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(zhì)細(xì)胞以促進(jìn)存活和修復(fù)[47-52]。T細(xì)胞是正常中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育所必需的，因?yàn)門細(xì)胞缺陷的小鼠表現(xiàn)出認(rèn)知和行為發(fā)育異常，這表明T細(xì)胞也有助于大腦的發(fā)育和維持[53]。在調(diào)節(jié)M1/M2樣平衡的同時(shí)，T細(xì)胞產(chǎn)生的IL-4通過增強(qiáng)神經(jīng)營養(yǎng)素信號(hào)來保護(hù)神經(jīng)元。IL-4介導(dǎo)的T細(xì)胞對(duì)受損中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織的保護(hù)，似乎不需要T細(xì)胞的抗原特異性受體啟動(dòng)，神經(jīng)元可以直接誘導(dǎo)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(hù)作用[55]。眾所周知，IL-33作用于產(chǎn)生IL-4的Th2細(xì)胞，因此，IL-33可能為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和啟動(dòng)IL-4產(chǎn)生之間提供了一種聯(lián)系[56-58]。

4 TBI后炎癥反應(yīng)中各種細(xì)胞的相互作用

4.1 小膠質(zhì)細(xì)胞啟動(dòng)與中性粒細(xì)胞

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

4.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞與中性粒細(xì)胞

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

4.3 少突膠質(zhì)細(xì)胞與中性粒細(xì)胞

少突膠質(zhì)細(xì)胞不僅與小膠質(zhì)細(xì)胞以及星形膠質(zhì)細(xì)胞相互作用參與免疫調(diào)節(jié)，而且與中性粒細(xì)胞也有一定的關(guān)系。在腦損傷的急性期，OPCs是MMP9表達(dá)細(xì)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(zhì)蛋白酶MMP-9,破壞血腦屏障，促進(jìn)中性粒細(xì)胞浸潤，進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)。Seo等[29]在小鼠腦損傷術(shù)后以及術(shù)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(xì)胞浸潤。

4.4 少突膠質(zhì)細(xì)胞與T淋巴細(xì)胞

少突膠質(zhì)細(xì)胞并不是免疫應(yīng)答的旁觀者，事實(shí)上少突膠質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生多種免疫調(diào)節(jié)因子，以及表達(dá)多種與之相結(jié)合的受體。如少突膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的MHCⅠ類分子能夠被 CD8+T淋巴細(xì)胞識(shí)別[70]，表達(dá)的 MHCⅡ類分子能夠與 CD4+T 淋巴細(xì)胞相互作用; 表達(dá)的非典型MHCⅠ類分子人類白細(xì)胞抗原 E( human leukocyte antigen E， HLA-E) 可以對(duì)炎性細(xì)胞因子入侵進(jìn)行應(yīng)答[71]。然而究竟是典型還是非典型MHC分子會(huì)誘發(fā) T 細(xì)胞介導(dǎo)的損傷亦或啟動(dòng)修復(fù)程序尚需深入研究。

5 展望

TBI后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)包括神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的啟動(dòng)、大腦中炎癥介質(zhì)的釋放以及外周免疫細(xì)胞的募集，這些炎癥反應(yīng)在誘發(fā)腦繼發(fā)性損傷的同時(shí)，也在一定程度上具有修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)的作用。因此，創(chuàng)傷后神經(jīng)炎癥反應(yīng)是一把雙刃劍，既有正面作用也有負(fù)面作用。因此，未來的研究重點(diǎn)應(yīng)該放在闡明TBI后隨著時(shí)間變化各種炎性細(xì)胞以及炎癥因子所起到的具體作用，并找到相應(yīng)的炎癥調(diào)節(jié)策略，進(jìn)而在TBI后的不同時(shí)期發(fā)揮相應(yīng)的作用，在降低炎癥反應(yīng)繼發(fā)性損傷的同時(shí)，它在促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)和再生方面起著重要作用[72]。臨床治療不能簡(jiǎn)單地抑制炎癥反應(yīng)，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(biāo)志物等，來定義患者的炎癥表型。開展針對(duì)特定患者進(jìn)行個(gè)性化炎癥調(diào)節(jié)治療的臨床試驗(yàn)，以期能夠減少繼發(fā)性損傷，增強(qiáng)修復(fù)，改善患者預(yù)后。