文章来源：中国脑血管病杂志, 2021, 18(6):423-427.
作者：王少岩 张淑芬 王美琳 田力
基金项目:中国医科大学2018 年度临床医学重大专项建设项目(111-3110118036)
通信作者:田力,Email:tianlicmu2@126.com
摘要:
炎性反应在急性缺血性卒中(AIS)的发生发展过程中起重要作用｡中性粒细胞作为炎性反应的重要标志物之一,其在AIS 发生后最先从外周血迁移入脑组织,并聚集在缺血区周围,通过细胞计数增加及释放细胞因子等方式参与炎性损伤及修复过程｡该文从中性粒细胞的表型､所分泌细胞因子以及其与其他免疫细胞的相互关系等方面,对外周免疫细胞参与AIS 的进展及其对静脉溶栓治疗的影响等进行了综述｡
卒中是世界范围内仅次于心脏病和恶性肿瘤造成死亡和残疾的第三大疾病,每年全球该病死亡人数约600 万,幸存者中约80%遗留有不同程度的残疾,给社会和家庭带来沉重的经济及精神负担[1]｡卒中主要分为出血性和缺血性卒中两种类型,其中缺血性卒中占85%以上,主要病因为栓子或血栓阻塞动脉导致血流不通引起的无菌性炎性反应[2]｡与传统的治疗方案相比较,发病4.5 h 时间窗内用重组组织型纤溶酶原激活剂(rt-PA)静脉溶栓及机械取栓术是目前已证实有显著疗效的临床治疗方法[3],但受到患者从发病到接受有效治疗的时间及当地医疗条件等方面的限制,以及治疗本身可能会引起的并发症对整体疗效评价的影响,rt-PA 或机械取栓术尚未能得到广泛应用[4]｡研究表明,免疫系统参与了急性缺血性卒中(acute ischemic stroke,AIS)及其整个病程进展过程,尤其在脑损伤及组织修复过程中起着重要作用,卒中后脑组织引发炎性反应,随后被激活的免疫细胞迁移到缺血区域,病理表现为免疫细胞数量升高并向组织浸润,其中以中性粒细胞升高最显著[1,4-5]｡中性粒细胞于卒中后首先进入受累脑区及其周围,并在卒中后48～72 h 达到高峰,有效启动先天免疫,而防御过度则会对脑组织及血管造成损伤[6]｡
1 中性粒细胞的双向作用
神经免疫系统在缺血性卒中病程中发挥必不可少的作用[7],其中的中性粒细胞具有较强的破坏脑组织的能力,可通过蛋白酶的蛋白水解产物产生直接神经毒性作用,也可通过中性粒细胞在血管内积聚,产生毛细血管血流阻塞的间接作用,因而一直受到研究者的关注[8]｡直接神经毒性作用具体表现为中性粒细胞聚集并产生活性氧,释放基质金属蛋白酶(MMP)等因子,导致血-脑屏障损伤并加剧炎性反应,刺激脂质过氧化,释放蛋白水解酶直接损伤内皮细胞,使血-脑屏障通透性增加,引起脑组织水肿,加重血管阻塞程度[2]｡有研究表明,中性粒细胞浸润在血-脑屏障破坏和卒中预后恶化过程中起主要作用[9]｡动物体内实验结果显示,在制备的局灶性脑缺血小鼠模型中,使用中和抗体去除中性粒细胞可以减少血-脑屏障的破坏,减轻脑损伤及炎性反应,在卒中后产生显著的神经保护作用[6]｡中性粒细胞为抵挡炎性反应入侵第一道屏障的免疫细胞,在炎性反应发生时立即迁移到损伤部位,消灭病原微生物,同时帮助受损脑组织后续修复[1],参与神经和血管新生及提高神经可塑性[4,10]｡此外,中性粒细胞还对病原微生物的先天性免疫应答发挥着必不可少的作用,除了维持免疫防御感染[8,11],也能够杀死细菌,参与对细胞碎片的免疫清除[5],在健康组织中调节急慢性炎性反应,平衡机体[12]｡脑损伤后,炎性细胞通过刺激一种预处理状态来调整大脑自身应激反应,即通过分泌炎性介质使机体适应病理过程､启动修复,通过重塑组织来发挥保护作用[1]｡研究报道,给予卒中患者细胞间黏附分子1 抗体治疗后,中性粒细胞数量减少,同时临床合并肺内感染发生率明显增加(P<0.01),不利于卒中预后恢复,由此可见,中性粒细胞也是预防卒中后感染的重要因素之一[13]｡
2 不同分型的中性粒细胞对缺血性卒中预后的影响
不同卒中患者的预后有很大差异,临床溶栓效果也不尽相同,研究表明,这些差异与中性粒细胞表型有关[14]｡N1 表型中性粒细胞可通过分泌多种有害物质从而加重神经炎性反应;N2 表型中性粒细胞则通过促进小胶质细胞和中性粒细胞的吞噬功能,缓解卒中后炎性反应[7]｡中性粒细胞在体内具有功能异质性,体外试验结果显示,细胞因子暴露的条件下其表型可发生改变[15]｡Cai 等[14]研究发现,小鼠AIS 前1 d 注射转化生长因子β,可使中性粒细胞向N2 表型改变,随着N2 表型细胞数增加,小鼠脑梗死体积相应减少(P<0.05),提示中性粒细胞向N2表型转化可减轻AIS 后脑损伤｡临床观察发现,缺血性卒中后1 d 预防性注射全反式维甲酸,脑梗死体积减少,神经功能缺损程度减轻(P<0.01),其机制可能是全反式维甲酸不仅可阻止中性粒细胞的聚集,也可使中性粒细胞向N2 表型转化,从而促进巨噬细胞的清除并抑制网状细胞的形成[7]｡
综上,在特定因素刺激下,中性粒细胞可以从N1 表型向N2 表型转化,进而有利于保护神经细胞[16],因此诱导中性粒细胞向N2 表型转化被认为是临床有效治疗的策略之一[14]｡
3 中性粒细胞与其他免疫因子的关系
研究显示,在缺血性卒中的整个阶段,中性粒细胞主要聚集在梗死区周围的皮质中[11]｡除了发挥自身毒性及修复受损组织双重作用外,中性粒细胞还通过分泌或影响其他免疫因子共同参与卒中后炎性反应,即免疫因子同时具有神经损伤及神经保护的双重作用[16]｡
3.1 中性粒细胞胞外捕集器(neutroPhil extracellulartraPs,NETs)
卒中激活中性粒细胞使其在大脑中聚集,导致细胞核和颗粒内容物释放,形成了以脱氧核糖核酸为骨架,黏附着组蛋白和颗粒蛋白的网状结构即NETs,NETs 释放多种毒性蛋白酶,诱导内皮细胞损伤的同时增加血管通透性[11]｡在缺血性卒中的条件下,NETs 扮演了“双刃剑”的角色｡一方面,NETs可以作为屏障限制病原体(细菌､真菌､病毒､寄生虫等)的传播和炎性因子的扩散,避免对正常组织造成破坏[11];另一方面,在血栓形成过程中发挥重要作用,参与血栓形成的支架并维持其稳定性,血管内网状物形成过多也是慢性炎性反应产生的重要原因[17]｡根据Laridan 等[18]的临床观察发现,由于NETs 的主要成分为脱氧核糖核酸,在rt-PA 中加入脱氧核糖核酸酶Ⅰ后,血栓在体外溶解变得更容易;脱氧核糖核酸酶Ⅰ可以快速恢复血管的开放,还可以减少缺血-再灌注损伤,其与rt-PA 的联合使用可能会减少rt-PA 的使用剂量,减少其副作用,并可能延长治疗时间窗,使更多的AIS 患者有机会接受rt-PA等治疗,最大程度获益｡
3.2 MMP-9
MMP 包括多个蛋白水解酶,是可以降解细胞外基质的主要成分｡其中,MMP-9 主要来源于中性粒细胞,且可以促进中性粒细胞黏附与聚集｡研究表明,MMP-9 浓度与缺血性卒中程度呈正相关[16,19-20]｡MMP-9 前体存在于中性粒细胞分泌颗粒中,缺血性卒中发生后,这些分泌颗粒释放并激活MMP-9｡MMP-9 激活可增强炎性反应,导致血-脑屏障破坏､脑水肿､神经细胞变性死亡和出血转化等病理变化,并进一步加剧免疫细胞在缺血区的浸润[2]｡卒中急性期,联合应用粒细胞集落刺激因子和rt-PA 可增加出血风险(P<0.05),这一结果可能是由于粒细胞集落刺激因子导致中性粒细胞早期增殖,或rt-PA 促进中性粒细胞释放MMP-9 所致[21]｡卒中后早期抑制MMP-9 激活可以延缓缺血性卒中进展,缩小梗死体积,减轻脑损伤及再灌注病理损伤并改善神经功能[22]｡
3.3 极晚期抗原4(very late antigen,VLA-4)
VLA-4 是一种关键的细胞表面受体,可以在多种细胞(除中性粒细胞)表面表达,其通过多种细胞—细胞和细胞—基质间相互作用来介导细胞黏附和活化,从而促进炎性反应中中性粒细胞向组织迁移,抑制VLA-4 表达可能在炎性反应中起作用[23]｡Lehmann-Horn 等[24]研究发现,VLA-4 可以在成熟B细胞表面表达,选择性B 细胞VLA-4 缺乏症可以减少免疫细胞向中枢神经系统的聚集,因此B 细胞耗竭剂可用于治疗神经炎性疾病｡Neumann 等[25]研究发现,抗VLA-4 可抑制内皮细胞相互作用,阻碍中性粒细胞进入缺血脑组织,减少缺血组织的损伤,进而减少神经功能损伤｡研究结果还显示,一过性短时抑制VLA-4 的作用对机体正常免疫防御功能无不良影响,而VLA-4 过度表达可促进干细胞归巢到损伤组织中,以修复受损的神经组织[26]｡
4 中性粒细胞分泌的细胞因子
无论是体内还是体外,中性粒细胞在适当的条件下都能通过产生多种不同的细胞因子参与免疫过程[27-28]｡白细胞介素2(IL-2)､IL-4､IL-10､IL-13､IL-19､IL-33 在减轻脑缺血损伤､神经保护､改善患者预后等方面发挥重要作用[29]｡此外,IL-1α 诱导中性粒细胞浸润,IL-1β 增加中性粒细胞的黏附性[30]｡肿瘤坏死因子α 上调炎性因子(如IL-1､IL-6等),促进脑缺血后炎性反应及缺血-再灌注损伤[31]｡有临床研究表明,卒中患者影像学检查尚未显示异常时,其肿瘤坏死因子α 水平已经升高,这为脑缺血患者早期诊断及制定治疗方案提供了新依据[31]｡
5 中性粒细胞与淋巴细胞比值(neutroPhil tolymPhocyte ratio,NLR)与静脉溶栓
单一的生物标志物容易受到外界环境以及机体健康状态的影响,NLR 作为复合指标可以更准确地描述免疫细胞的活性[19]｡NLR 也与出血转化独立相关(OR=2.34,95% CI:1.36～4.01,P<0.01)[20]｡NLR 对预测缺血性卒中患者的疾病严重程度､预后及复发等均有指导意义,NLR 值异常增高是缺血性卒中的独立危险因素(OR=1.76,95% CI:1.09～2.84,P <0.01)[32]｡中性粒细胞激活和系统抑制淋巴细胞共同促进了再灌注损伤和出血转化,AIS 患者发病后90 d 不良预后与NLR 值增高有关(OR =1.09,95% CI:1.00～1.20,P<0.05)[33]｡在AIS后数小时,外周血中性粒细胞迅速招募并浸润到缺血区域,导致炎性因子释放,从而加重组织损伤,较高的外周血中性粒细胞计数与住院时卒中的严重程度以及较差的预后呈正相关(均P<0.01),而较低的外周血淋巴细胞计数与3 个月时神经功能恢复程度呈负相关(P<0.01)[34]｡NLR 是一种方便快捷､经济可靠的炎性标志物,可以作为评判AIS 患者病死率和预后的指标,也可以作为脑出血风险亚组的潜在生物学标志物[32-33]｡
缺血性炎性反应的特点是中性粒细胞激活,释放有害分子如活性氧､细胞因子及趋化因子,从而加重梗死程度,并导致神经功能恶化,AIS 后在治疗时间窗允许的前提下,rt-PA 静脉溶栓是目前临床应用比较广泛的治疗方法[4]｡Zhu 等[21]的研究结果表明,AIS 发病4.5 h 内进行溶栓的患者,发生症状性颅内出血的最佳截断值是NLR≥4.8,当该值>4.8 时,其颅内出血风险增加了3.7 倍｡
6 中性粒细胞对静脉溶栓的影响
在生理条件下,血-脑屏障将中枢神经系统与机体其他部分分隔开来,AIS 后脑损伤发生,血-脑屏障通透性改变,星形胶质细胞释放促炎介质,招募免疫细胞迁移入脑组织[35]｡血-脑屏障功能障碍是AIS患者rt-PA 治疗后,尤其是延迟rt-PA 治疗后,出血转化和病死率增加的重要原因,缺血发生后早期血-脑屏障开放在很大程度上与rt-PA 溶栓后脑出血相关[9]｡卒中后几分钟内,中性粒细胞首先进入大脑缺血区,并在卒中后48～72 h 达到高峰[5]｡缺血性卒中时,血液中某些趋化因子和黏附分子释放增加,促进中性粒细胞释放,诱导其在血管中滚动､黏附,最后通过浓度梯度变化被趋化因子吸引到脑缺血区域[10]｡
多项研究结果均表明,中性粒细胞作为免疫细胞中含量最多的细胞,目前已经成为预测缺血性脑血管疾病患者预后的生物标志物之一[20,32,36]｡出血转化作为rt-PA 溶栓的严重并发症之一,早发现､早诊断､早治疗对卒中患者的神经功能结局和预后起到至关重要的作用[36]｡AIS 患者接受rt-PA 治疗后,中性粒细胞数量增加10%与3 个月内死亡和致残的发生率高度相关(OR=1.99,95% CI:1.20～3.39,P <0.01),但入院时或者接受rt-PA 治疗前外周血中性粒细胞增加与其预后无明确相关性(OR=1.03,95% CI:0.57～1.87,P>0.05)[10]｡也有临床观察发现,接受rt-PA 治疗的轻度AIS 患者中性粒细胞计数和中性粒细胞比例的基线水平较高,并且中性粒细胞比例升高较中性粒细胞计数升高对疾病预后具有更好的预测能力(中性粒细胞计数和中性粒细胞比例的受试者工作特征曲线下面积分别为0.62 和0.72,P=0.04)[37]｡因此,监测接受rt-PA治疗患者的中性粒细胞水平可以帮助医师预测不良后果,提供更有效的个体化治疗方案,也为神经保护提供了新的靶点[4,38]｡
7 小结及展望
缺血性卒中后的炎性反应在脑损伤及修复过程中起重要作用,免疫调节已经成为辅助临床医师诊断及治疗疾病的重要手段｡尽管中性粒细胞在脑组织炎性损伤中起着有害作用,但是不能忽视其在组织修复过程中所发挥的免疫功能｡其作用机制在动物实验中已经取得研究进展[39],有待于广泛引入临床,从而在临床中进行靶向治疗｡
参考文献 请见原文
