劉 琳（綜述） 包正軍 譚利明（審校）

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）疾病中腫瘤壞死因子－a（Tumor ncerosis faetor－a，TNF－α）表達(dá)水平明顯增高，在CNS炎癥與水腫、神經(jīng)元的退變和丟失以及免疫方面起著重要作用。長期以來人們對(duì)CNS的認(rèn)識(shí)和研究都局限在神經(jīng)元損傷和修復(fù)等方面，但近來研究顯示非神經(jīng)元細(xì)胞在CNS中也起到了相當(dāng)重要的作用。神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）將局部的神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和微血管等看作一個(gè)整體，研究TNF－α對(duì)NVU 結(jié)構(gòu)和功能的影響，有利于為整體研究CNS損傷及保護(hù)機(jī)制、尋找臨床治療的新靶點(diǎn)提供依據(jù)。

1 TNF－α的概況

腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）最早由Carswel在致敏的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，該物質(zhì)在體內(nèi)可以使移植腫瘤發(fā)生出血、壞死，故將其命名為TNF。TNF分為兩個(gè)亞型即TNF－α和TNF－β，其中TNF－α的生物學(xué)活性占TNF總活性的75%～95%。TNF 通過與靶細(xì)胞膜上的TNF 受體（tumor necrosis factor receptor，TNFR）相結(jié)合而發(fā)揮生物學(xué)作用，目前已知的TNFR 有兩種即TNFRI和TNFR2，TNFRI表達(dá)于幾乎所有的細(xì)胞表面，而TNFR2的表達(dá)主要局限于免疫細(xì)胞。

TNF－α是一種由多核巨細(xì)胞產(chǎn)生的有廣泛生物學(xué)活性的細(xì)胞因子，參與機(jī)體免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)，其分子量為26 kDa，為2型跨膜蛋白單體（tmTNF），在CNS中TNF－α主要來源于小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血源性巨噬細(xì)胞、神經(jīng)元、周細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞。TNF－α與其受體結(jié)合后有三個(gè)信號(hào)級(jí) 聯(lián)反應(yīng)，（1）細(xì)胞凋亡途徑；（2）NF－κB 途 徑；（3）JNK 途徑。

2 神經(jīng)血管單元的概念和結(jié)構(gòu)

2003年亞裔美國科學(xué)家Lo首次提出了神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）的 概 念，NVU 是 一 個(gè) 概 念 性 框架，它將血管和神經(jīng)元之間的相互作用看做一個(gè)整體單元，將微血管（血管內(nèi)皮－基質(zhì)－星形細(xì)胞足突－周細(xì)胞復(fù)合體是一個(gè)完整的部分）、血管周圍的神經(jīng)元和星形細(xì)胞及其突起，加上這些細(xì)胞周圍的支持細(xì)胞（包括小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞）看作一個(gè)單元。血腦屏障（Blood－brain barrier，BBB）是NVU 的核心結(jié)構(gòu)。近十年來，人們對(duì)神經(jīng)元的單一研究已逐漸發(fā)展到對(duì)NVU 的多細(xì)胞研究。NVU 各組分間的相互作用及細(xì)胞聯(lián)系是保證神經(jīng)血管功能正常的基礎(chǔ)，調(diào)整和改善NVU 內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)，保證腦細(xì)胞功能的正常運(yùn)行，將使CNS的治療達(dá)到更理想的效果。

3 TNF－α對(duì)NVU 的影響

3.1 TNF－α對(duì)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用

CNS損傷過程產(chǎn)生的TNF－α作用的靶點(diǎn)主要是血管內(nèi)皮細(xì)胞。Jennifer等將小鼠內(nèi)皮細(xì)胞及膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，TNF－α能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖［1］。但也有研究表明TNFa可引起人腦內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生凋亡 ，TNF－α對(duì)血管生成發(fā)揮雙重作用可能與細(xì)胞的來源、內(nèi)環(huán)境及其結(jié)合的受體不同而異，體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)分別證明TNF－α能抑制和促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，TNF－α與TNFR2 結(jié)合能刺激內(nèi)皮細(xì)胞的生存、遷移和血管形成，相反TNFR1能抑制這些作用。

3.2 TNF－α對(duì)BBB的作用

BBB是NVU 的核心結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外已有很多研究證明TNF－a表達(dá)水平增高與BBB 通透性密切相關(guān)［3］。Nishioku等通過體外培養(yǎng)小鼠大腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞能釋放TNF－α，引起B(yǎng)BB 功能紊亂［4］。張新宇通過大腦內(nèi)注射TNF－α觀察TNF－α對(duì)BBB的影響，結(jié)果表明BBB 通透性與腦組織水通道蛋白4（AQP4）表達(dá)呈顯著正相關(guān)，并與腦水腫變化趨勢(shì)一致，說明TNF－α能通過上調(diào)AQP4的表達(dá)來增加BBB 通透性，參與腦水腫形成和發(fā)展［5］。TNF－α還能通過蛋白激酶C－α（Protein Kinase C－α，PKC－α）來減少Rho表達(dá)，從而開放BBB，且這種開放可能與時(shí)間有關(guān)［6］。

3.3 TNF－α對(duì)緊密連接的作用

緊密連接（tight junction，TJ）是構(gòu)成血腦屏障特征性的解剖和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，閉合蛋白（Claudins）是TJ的重要組成部分，其中Claudin－5是CNS內(nèi)皮細(xì)胞上TJ的主要蛋白。通過分離并培養(yǎng)小鼠腦原代微血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，TNF－a能夠誘導(dǎo)NF－κB的亞基—p65（RelA）過度表達(dá)，抑制claudin－5啟動(dòng)子，長時(shí)間TNF－a干預(yù)可使內(nèi)皮細(xì)胞上claudin－5蛋白部分缺失，證明TNF－a可以下調(diào)小鼠腦內(nèi)皮細(xì)胞claudin－5的表達(dá)，加重BBB的破壞［7］。也有報(bào)道證明TNF－a對(duì)TJ的正向作用。例如將人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞與TNF－a共培養(yǎng)可增加TJ的滲透性而使跨內(nèi)皮阻抗降低，這種作用有賴于cGMP的產(chǎn)生及cGMP依賴性蛋白激酶的激活［8］。

3.4 TNF－α對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞的作用

在CNS中神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞具有分泌、支持、營養(yǎng)神經(jīng)元，維持水、電解質(zhì)平衡等重要作用。Chaitanya等人將NVU再分為膠質(zhì)血管單元（Gliovascular units，G－unit）［9］，在G－unit內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞支持、營養(yǎng)神經(jīng)元并與星形膠質(zhì)細(xì)胞相連的微血管相互作用，在正常生理情況下TNF－a 對(duì)單獨(dú)培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞無破壞作用，在一定程度上甚至可能發(fā)揮保護(hù)作用，而在內(nèi)皮細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)TNF－a能使跨膜電阻下降，說明TNF－a能通過介導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞分泌某種細(xì)胞因子而破壞BBB的完整性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)TNF－a可以通過旁分泌和（或）自分泌形式刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的［29］激活和增殖，TNF－a激活膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)誘生型一氧化氮合成酶（iNoS），產(chǎn)生過量一氧化氮（nitrogen monoxidum，NO），并誘導(dǎo)其它自由基形成，加重腦損傷，刺激谷氨酸釋放，促進(jìn)腦缺血后N－甲基－D－天（門）冬氨酸（NMDA）和非NMDA 受體激活及鈣超載損傷的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，并觸發(fā)凋亡機(jī)制，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞釋放蛋白激酶，介導(dǎo)由P53決定的神經(jīng)元凋亡［10］。

3.5 TNF－α對(duì)神經(jīng)元的作用

Golan等通過觀察TNF－α基因敲除的大鼠發(fā)現(xiàn)，這些大鼠在生長發(fā)育過程中并沒有出現(xiàn)大的缺陷［11］。而在檢測(cè)TNF－α對(duì)于海馬的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，缺乏TNF－α表達(dá)的大鼠加速了齒狀回的形成，這一機(jī)制可能與神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）有關(guān)。后來有研究者發(fā)現(xiàn)Golan的研究中TNF－α過度表達(dá)可能減少了NGF水平，從而拮抗海馬區(qū)NGF的產(chǎn)生，最終抑制海馬的發(fā)育［12］。此外，TNF－α過度表達(dá)還能損傷海馬的學(xué)習(xí)和記憶功能，即高水平的TNF－α可能抑制機(jī)體的認(rèn)知功能。盡管一些研究已經(jīng)報(bào)道過TNF－α能直接導(dǎo)致神經(jīng)元中毒，但單獨(dú)的TNF－α在缺乏次級(jí)信號(hào)時(shí)將不能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，在一些損傷中更有可能防止細(xì)胞發(fā)生凋亡［13］，例如缺乏TNF受體的小鼠容易導(dǎo)致腦缺血并增加神經(jīng)元死亡的幾率，說明TNF－α在缺血性事件中可能起到保護(hù)性抗氧化作用［14］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)不同的TNFR 對(duì)神經(jīng)元可能有相反的作用，前者有破壞作用，后者有神經(jīng)保護(hù)作用。例如，TNFR－1對(duì)海馬出生后的神經(jīng)再生有抑制作用［15］，而在谷氨酸神經(jīng)興奮性毒性模型中刺激TNFR－2可以使機(jī)體避免神經(jīng)遞質(zhì)中毒 。TNF－α神經(jīng)元的不同作用其確切的機(jī)制尚未完全清楚，可能與其結(jié)合的不同受體亞型、面對(duì)內(nèi)外環(huán)境刺激時(shí)次級(jí)信號(hào)的表達(dá)或缺失以及腦損傷的時(shí)間和進(jìn)展程度有關(guān)。

3.6 TNF－α對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的作用

細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）被認(rèn)為是BBB和NVU 的重要組成部分，對(duì)BBB的形成和維持其正常功能發(fā)揮著重要作用。在病理情況下細(xì)胞外基質(zhì)的破壞可顯著增加BBB通透性。基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPS）是一組鈣鋅依賴性肽鏈內(nèi)切酶家族，可以降解細(xì)胞外基質(zhì)，參與細(xì)胞外基質(zhì)完整性、細(xì)胞與環(huán)境關(guān)系的調(diào)節(jié)，Sung等通過培養(yǎng)人類膠質(zhì)細(xì)胞研究病毒蛋白質(zhì)HIV－1 Tat對(duì)MMP－9表達(dá)的影響，結(jié)果證明這種病毒蛋白質(zhì)能介導(dǎo)人膠質(zhì)細(xì)胞分泌TNF－α，上調(diào)MMP－9 的 表 達(dá)，破 壞BBB 的 完 整 性，證 明TNF－α 對(duì)MMP－9有抑制作用［17］。利用TNF－α預(yù)處理可以發(fā)揮細(xì)胞外基質(zhì)的保護(hù)性作用，其機(jī)制可能與TNF－α上調(diào)細(xì)胞外信號(hào)調(diào) 節(jié) 激 酶1／2（extracellular signal－regulated kinase 1／2，ERK1／2）通路，增加BBB 基底膜Ⅳ型膠原的表達(dá)，減少M(fèi)MP－9水平的活性，改善BBB 功能有關(guān)［18］。因此，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病機(jī)制中TNF－α對(duì)MMPs可發(fā)揮雙重作用，MMP－9表達(dá)水平的增加究竟發(fā)揮著何種作用取決于當(dāng)時(shí)的病理生理?xiàng)l件［19］。

3.7 TNF－α對(duì)周細(xì)胞的作用

周細(xì)胞是一種扁而有突起兼有巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞特性的細(xì)胞，貼在毛細(xì)血管的管壁外面，具有活躍的合成和分泌功能。Fuyuko Takata 等通過分離培養(yǎng)大鼠腦內(nèi)皮細(xì)胞、周皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞來檢測(cè)周細(xì)胞在應(yīng)對(duì)各種炎癥介質(zhì)時(shí)其分泌MMP－9和遷移能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（1）TNF－α可以刺激周細(xì)胞分泌MMP－9，且其分泌量比微血管內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞要高得多；（2）相對(duì)于內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，TNF－α極大地增加了周細(xì)胞的遷移?？梢娫贐BB 組成中周細(xì)胞對(duì)于TNF－α可能最為敏感。

4 展 望

TNF－α是一個(gè)既有細(xì)胞毒性又有細(xì)胞保護(hù)作用的細(xì)胞因子，哪種作用占優(yōu)勢(shì)依賴于各種傳遞路徑間的信號(hào)平衡、與其結(jié)合的受體亞型、面對(duì)內(nèi)外環(huán)境刺激時(shí)次級(jí)信號(hào)的表達(dá)或缺以等。NVU 是一個(gè)結(jié)構(gòu)性與功能性的整體，在疾病狀態(tài)下NVU 各組員間的聯(lián)系發(fā)生改變，TNF－α表達(dá)水平增高并通過一系列途徑介導(dǎo)NCV 發(fā)生改變，TNF－α對(duì)NVU整體究竟發(fā)揮何種作用取決于疾病性質(zhì)、內(nèi)外環(huán)境刺激時(shí)信號(hào)的表達(dá)及腦損傷的時(shí)間和進(jìn)展程度等，目前國內(nèi)外對(duì)于TNF－α與NVU 整體的研究尚無報(bào)道，但“神經(jīng)血管單元”這一概念的提出為研究神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及微血管之間的內(nèi)在聯(lián)系提供了良好的框架。更深入的研究TNF－α 對(duì)NVU 整體結(jié)構(gòu)和功能的影響有利于為臨床治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病損傷及保護(hù)機(jī)制、尋找臨床治療的新靶點(diǎn)提供依據(jù)。

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