杜思霖 綜述，李詠梅 審校

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis, MS)是一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其組織病理特征為中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛脫髓鞘、軸索丟失、膠質(zhì)增生。最近文獻(xiàn)報(bào)道了鐵在MS患者及其動(dòng)物模型中均有鐵的沉積[1-5]。鐵在MS的病理生理中有重要作用，但關(guān)于鐵沉積的病理生理機(jī)制并不清楚，若能對(duì)鐵沉積的機(jī)制及其變化進(jìn)行定量研究和測(cè)定，將有助于理解MS疾病的發(fā)生機(jī)制和幫助臨床治療，然而，腦內(nèi)的鐵代謝遠(yuǎn)沒(méi)有其他器官(如肝臟和小腸)研究清楚，筆者綜述MS患者及動(dòng)物模型中對(duì)鐵的研究進(jìn)展。

1 鐵在MS中的作用及其分布

鐵是機(jī)體不可缺少的微量金屬離子，它不僅是機(jī)體運(yùn)輸氧和蛋白質(zhì)的必需成分，而且是很多酶的輔助因子。在神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、分化和髓鞘化等過(guò)程中具有關(guān)鍵性的作用。在腦組織中，脂肪成分約為灰質(zhì)重量的33%，白質(zhì)重量的55%，髓鞘重量的70%，少突膠質(zhì)細(xì)胞占髓鞘成分的50%以上，在形成髓鞘的過(guò)程中產(chǎn)生大量的脂肪，如此大的“脂肪工廠(chǎng)”需要足夠的酶參與，而很多酶需要鐵作為催化劑[2]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中少突膠質(zhì)細(xì)胞和髓鞘均含有豐富的鐵，缺鐵會(huì)造成髓鞘生成不良和髓鞘再生障礙。

2 MRI測(cè)量鐵含量的技術(shù)及其研究進(jìn)展

MRI可以檢測(cè)到鐵，源于鐵蛋白及鐵，分別為超順磁性和順磁性物質(zhì)，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的特殊性能顯著改變局部磁場(chǎng)，造成局部磁場(chǎng)的不均勻，使鄰近質(zhì)子失相位，導(dǎo)致T2*、T2縮短及相位的改變。在腦內(nèi)的微量金屬中(如錳、鎂、銅等)只有鐵達(dá)到足夠的濃度時(shí)能夠改變MRI信號(hào)。鐵的定量指標(biāo)有T2弛豫時(shí)間、橫向弛豫率(transverse relaxation rate,R2)、有效橫向弛豫率(effective transverse relaxation rate, R2*)、磁場(chǎng)不均勻性引起的弛豫率(relaxation rate due to field inhomogeneity, R2＇)，以及磁敏感加權(quán)成像(Susceptibility Weighted Imaging, SWI)等技術(shù)。Haacke等[3]對(duì)27例臨床確診為MS的患者行SWI，分析病灶、病灶周?chē)?、看似正常表現(xiàn)的白質(zhì)及灰質(zhì)區(qū)中的鐵沉積，并在SWI相位圖上對(duì)鐵進(jìn)行定量的研究，結(jié)果顯示SWI不僅在識(shí)別病灶時(shí)較常規(guī)方法敏感，且與常規(guī)方法結(jié)合后可發(fā)現(xiàn)超過(guò)50%的病灶，同時(shí)還可以顯示MS病灶內(nèi)鐵的不同位置特征，如病灶中心、周?chē)办o脈壁鐵的沉積；Chen等[4]用三維增強(qiáng)磁敏感加權(quán)血管成像(3D-enhanced susceptibilityweighted angiography, ESWAN)證實(shí)42例臨床確診為復(fù)發(fā)緩解型MS (relapsing-remitting MS, RRMS)部分深部灰質(zhì)的鐵含量高于同齡的視神經(jīng)脊髓炎患者和對(duì)照組。曾春等[5]在ESWAN相位圖上對(duì)臨床確診為RRMS患者分別測(cè)量半卵圓中心和正中側(cè)腦室旁之間層面的病灶和健康志愿者相應(yīng)感興趣區(qū)(region of interest, ROI)的相位值，得出ESWAN相位圖可以量化腦鐵含量，有助于研究MS的發(fā)病機(jī)制和病理改變。苗延巍等[6]對(duì)臨床確診為MS的患者及正常對(duì)照組行SWI及動(dòng)態(tài)磁敏感灌注成像研究，得出MS患者看似正常腦白質(zhì)區(qū)域(normal-appearing white matter,NAWM)的相位值顯著低于正常人，與微循環(huán)血量及擴(kuò)展殘疾狀態(tài)評(píng)分(expanded disability status scale,EDSS)有相關(guān)性。

3 MS中鐵異常沉積與發(fā)生機(jī)制關(guān)系的理論假設(shè)及實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)是局限于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的遲發(fā)型超敏反應(yīng)性自身免疫性疾病，具有與人類(lèi)MS相同的免疫反應(yīng)及病理特征，是研究人類(lèi)MS的理想動(dòng)物模型，其中大鼠EAE模型是研究EAE病理改變過(guò)程、探索MS病因及發(fā)病機(jī)制等的重要研究平臺(tái)[7]。在EAE動(dòng)物模型和MS病解組組織中顯示有小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、脫髓鞘斑塊、髓鞘白質(zhì)和灰質(zhì)均有鐵的異常沉積[2，4，8]。MRI研究MS患者T2WI示皮質(zhì)、病灶以及基底節(jié)區(qū)中散在的低信號(hào)為病理性的鐵沉積，與MS患者的行走障礙、腦萎縮的相關(guān)性較常規(guī)MRI顯示的病灶更密切[3，8]。在MS疾病的過(guò)程中，EAE模型和進(jìn)展型MS的腦脊液中均發(fā)現(xiàn)有鐵蛋白濃度升高，當(dāng)缺氧和緊張時(shí)，少突膠質(zhì)細(xì)胞增加鐵蛋白的合成，且CD4+T細(xì)胞的發(fā)育和代謝也需要鐵，因此在EAE發(fā)展過(guò)程中鐵的調(diào)節(jié)可能發(fā)揮了雙刃劍(double-edge sword)功能。針對(duì)這些理論，文獻(xiàn)從不同的角度和實(shí)驗(yàn)研究了鐵的異常沉積。

3.1 鐵沉積與神經(jīng)元變性及髓鞘破壞之間的關(guān)系

神經(jīng)元即神經(jīng)細(xì)胞，是神經(jīng)系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位之一，神經(jīng)系統(tǒng)主要由神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)組成。神經(jīng)元大致都可以分為細(xì)胞體和突起兩部分。自胞體伸出兩種突起：呈樹(shù)枝狀的被稱(chēng)為樹(shù)突，它接收其他神經(jīng)元的信息并傳至胞體；細(xì)長(zhǎng)的突起稱(chēng)為軸突，它把沖動(dòng)由胞體傳至遠(yuǎn)處，傳給另一個(gè)神經(jīng)元的樹(shù)突或肌肉與腺體。髓鞘由少突膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成，包裹在軸突上，起著絕緣和加速傳遞作用。而在少突膠質(zhì)細(xì)胞中含有豐富的鐵。當(dāng)免疫細(xì)胞(如Th1、Th17)破壞少突膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)，導(dǎo)致大量的鐵沉積[9]。

神經(jīng)元吸收鐵的方式可能有：鐵通過(guò)血腦屏障后與星型膠質(zhì)細(xì)胞的終足接觸，在鐵氧化酶血漿銅藍(lán)蛋白作用下變?yōu)镕e3+，與轉(zhuǎn)鐵蛋白一起通過(guò)細(xì)胞膜表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體進(jìn)入神經(jīng)元；鐵還可以與檸檬酸鐵和三磷酸腺苷等結(jié)合形成復(fù)合物，通過(guò)Ca2+電通道進(jìn)入神經(jīng)元內(nèi)；通過(guò)長(zhǎng)鏈亞單位H-鐵蛋白受體吸收鐵蛋白進(jìn)入神經(jīng)元內(nèi)[10]。有研究證實(shí)MS發(fā)生脫髓鞘時(shí)，神經(jīng)元受到破壞后，釋放鐵導(dǎo)致腦內(nèi)自由鐵含量增加[9]。研究者推測(cè)，在炎性脫髓鞘時(shí)，巨噬細(xì)胞透過(guò)血腦屏障后吞噬衰老的紅細(xì)胞，過(guò)多的鐵從血液進(jìn)入腦組織，組織中的自由鐵過(guò)量，促進(jìn)自由基的產(chǎn)生，引起脂質(zhì)過(guò)氧化，最終促使神經(jīng)元變性、凋亡或壞死，從而導(dǎo)致腦組織內(nèi)鐵含量的增加。

Pelizzoni等[11]基于單細(xì)胞的熒光分析顯示胞內(nèi)自由Fe2+增加能夠促進(jìn)Fe2+進(jìn)入神經(jīng)元，激活N-甲基-D天冬氨酸鹽受體和Ca2+的電壓門(mén)控通道，而不是改變胞內(nèi)Ca2+濃度。該研究顯示鐵進(jìn)入途徑不是被胞內(nèi)鐵濃度調(diào)控的，鐵異常沉積對(duì)神經(jīng)元有損害，組織學(xué)研究[12-13]也發(fā)現(xiàn)帕金森病(Parkinson disease, PD)、阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)及其他一些慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者有腦內(nèi)鐵的異常聚集，而且數(shù)據(jù)還顯示在神經(jīng)退行性變疾病中因鐵的代謝紊亂時(shí)線(xiàn)粒體可以作為潛在的靶向治療[11]。在MS患者中，線(xiàn)粒體通過(guò)Fenton反應(yīng)(指H2O2與Fe2+結(jié)合后在催化劑的作用下產(chǎn)生自由基)發(fā)生氧化應(yīng)激損傷和釋放磷脂質(zhì)，隨著有毒的自由基產(chǎn)生的增加，可能導(dǎo)致鐵的含量的增加[14]。過(guò)量的鐵沉積通過(guò)酶促反應(yīng)會(huì)使活性氧的產(chǎn)物增加，而活性氧的增加能影響線(xiàn)粒體的功能和氧化應(yīng)激破壞脂質(zhì)、蛋白和核酸等物質(zhì)[9]。

3.2 鐵沉積與炎癥的關(guān)系

有學(xué)者認(rèn)為鐵沉積觸發(fā)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)[9，15]。慢性腦脊髓靜脈功能不全(cerebrospinal venous insufficiency, CCSVI)是顱外主要靜脈發(fā)育異常引起腦脊髓血管內(nèi)血流量改變，這些顱外的主要靜脈包括頸內(nèi)靜脈、椎靜脈和奇靜脈等[16]。根據(jù)CCSVI相關(guān)的大腦靜脈流速改變的特征和靜脈周?chē)g隙的組織學(xué)特征，提出了MS中鐵沉積是CCSVI的結(jié)果。這個(gè)假設(shè)是腦脊髓靜脈的逆流或改變引起血腦屏障破壞和微循環(huán)改變，從而導(dǎo)致紅細(xì)胞溢出，組織學(xué)和MRI證實(shí)在顱內(nèi)有病灶的MS患者中紅細(xì)胞溢出和存在吞噬鐵的巨噬細(xì)胞均在靜脈周?chē)鶾9，15]。研究顯示小靜脈周?chē)装Y是MS最常見(jiàn)的一種病理特征[15]，該研究組用有創(chuàng)的選擇性靜脈造影術(shù)、經(jīng)顱彩色多普勒超聲提示MS患者存在多發(fā)性顱外靜脈(包括奇靜脈)回流障礙、靜脈狹窄及逆流異常表現(xiàn)，因此該研究組提出了MS可能類(lèi)似慢性靜脈性疾病(如下肢靜脈性潰瘍)出現(xiàn)組織內(nèi)鐵的沉積與靜脈血流動(dòng)力學(xué)的異常有關(guān)。還有學(xué)者認(rèn)為MS的炎癥、纖維沉積或者其他因素導(dǎo)致血管閉塞和紅細(xì)胞外滲，而在這種情況下鐵沉積是炎癥的結(jié)果[17]。但是Worthington等[18]在3年隨訪(fǎng)MS患者中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)腦脊液中鐵蛋白水平有明顯的變化，這與CCSVI相關(guān)的腦組織內(nèi)鐵沉積相矛盾。

Williams等[19]用立體定向的方法在大鼠大腦內(nèi)注入致腦炎因子、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)和干擾素-γ(Interferon，IFN-γ)來(lái)誘導(dǎo)腦型EAE (cerebral EAE, cEAE)模型，在兩對(duì)照組中分別用同樣的方法注入生理鹽水、不含致腦炎因子的生理鹽水和細(xì)胞因子，用MRI和鐵的組織染色來(lái)定位鐵沉積，用其他的組織化學(xué)方法定位炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)。cEAE組大鼠中MRI顯示T2低信號(hào)的鐵沉積區(qū)域在血管周?chē)鸵恍┭装Y病變區(qū)，并用鐵的組織化學(xué)方法證實(shí)，組織染色發(fā)現(xiàn)在激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中也觀察到鐵的沉積，但是在沒(méi)有鐵沉積的區(qū)域也可以觀察到炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，還發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞可能在進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)之前就含有高濃度的鐵；而且在沒(méi)有炎癥但有鐵沉積的大鼠中，平均血管數(shù)比有炎癥有鐵沉積大鼠的平均血管數(shù)明顯增加[20]，這些征象說(shuō)明了血管周?chē)蔫F沉積與炎癥的發(fā)生是獨(dú)立的，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)并不是引起鐵沉積的誘因。Williams等[19]還用多普勒分析大腦內(nèi)血管的血流速度，顯示了cEAE大鼠的腦血流量比對(duì)照組降低，可能是因?yàn)檠装Y細(xì)胞引起血管阻塞；還發(fā)現(xiàn)炎癥刺激物伴隨著血管周?chē)蔫F沉積，這些征象支持血管炎癥導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)血流速度的改變，從而引起鐵沉積。然而這個(gè)模型也存在爭(zhēng)議，腦內(nèi)局部TNF和IFN同時(shí)增加可能使磷酸表面抗原的自身免疫反應(yīng)自發(fā)的發(fā)生，在炎癥的條件下這個(gè)自身免疫反應(yīng)的修飾會(huì)導(dǎo)致一種腦內(nèi)局部鐵沉積。Le Vine等[2]在這之前已經(jīng)報(bào)道在無(wú)局部腦注射物時(shí)也有類(lèi)似的鐵沉積，但兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)還不清楚。

因此，MS中樞神經(jīng)系統(tǒng)靜脈周?chē)F沉積可以促發(fā)炎癥反應(yīng)；然而炎癥、纖維沉積或者其他因素導(dǎo)致血管閉塞和紅細(xì)胞外滲時(shí)可以導(dǎo)致鐵的過(guò)量沉積，但是鐵沉積和炎癥到底誰(shuí)先發(fā)生需要進(jìn)一步的大量實(shí)驗(yàn)證明。

4 鐵劑治療MS療效的研究

過(guò)量的鐵沉積會(huì)導(dǎo)致疾病的惡化，可能主要是通過(guò)促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)、阻礙修復(fù)機(jī)制、激活小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，從而提高促炎癥因子的釋放和促進(jìn)線(xiàn)粒體的改變而導(dǎo)致細(xì)胞的變性。Le Vine等[2]在EAE動(dòng)物模型中，觀察到了異常的鐵沉積，而在缺鐵的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，卻不能誘導(dǎo)EAE模型，鐵異常沉積的發(fā)生機(jī)制研究有助于鑒別對(duì)鐵的干擾是否對(duì)疾病的治療有效。針對(duì)干預(yù)鐵、鐵平衡及鐵催化自由基等不同方法來(lái)探討治療EAE和MS的療效，大多數(shù)直接的方法是利用鐵的螯合劑來(lái)治療。Bowern等[21]用鐵的螯合劑去鐵胺來(lái)治療EAE，研究顯示去鐵胺通過(guò)限制鐵所催化的自由基來(lái)抑制疾病的活躍期從而阻止破壞組織?？刂畦F在中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同細(xì)胞中的分布或許能夠控制MS的發(fā)展，而且干預(yù)鐵催化的酶促反應(yīng)可能是MS進(jìn)一步治療的方向[2]。

5 小結(jié)

在炎性脫髓鞘時(shí)，巨噬細(xì)胞透過(guò)血腦屏障后吞噬衰老的紅細(xì)胞、破壞的髓鞘和少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡碎屑；鐵的沉積也可能來(lái)源于神經(jīng)元吸收鐵后被破壞；鐵的沉積還可能來(lái)源于胞漿蛋白，因血腦屏障破壞，血漿蛋白進(jìn)入中樞神經(jīng)受到破壞；線(xiàn)粒體發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)可能使胞內(nèi)鐵沉積；谷氨酸鹽的抗興奮毒性可能促進(jìn)鐵吸收；腦靜脈壓的升高引起出血可能使鐵沉積在血管周?chē)?，目前這幾種可能機(jī)制都需要進(jìn)一步研究。在MS和EAE病程中有鐵的沉積，且過(guò)量的鐵沉積可能會(huì)導(dǎo)致疾病的惡化，鐵異常沉積的機(jī)制研究有助于鑒別對(duì)鐵的干擾是否對(duì)疾病的治療有效，將來(lái)還需要進(jìn)一步借助于相關(guān)組織病理學(xué)和MRI技術(shù)為MS腦內(nèi)鐵沉積的機(jī)制作更深入的研究。

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