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)的過程。它的發(fā)生發(fā)展依靠一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,其中c-uJn氨基端激酶-信號轉(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)的三條重要信號通路。細(xì)胞因子主要通過這三條途徑來調(diào)控相應(yīng)基因的表達(dá)來參與炎性反應(yīng)，這三條通路之間并不是獨立的,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)胞和一些分子通過被破壞的血腦屏障（blood brain barrier，BBB）進(jìn)入受損的腦組織，啟動一系列分子和細(xì)胞級連鎖反應(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，具有在血中停留時間較長和被組織中巨噬細(xì)胞吞噬的兩個重要特性，在數(shù)小時內(nèi)使血管保持較高的信號強(qiáng)度，其灌注期及增強(qiáng)期均有延長，已被用于對比增強(qiáng)的磁共振血管動脈造影。

USPIO顆粒分布于巨噬細(xì)胞或血池內(nèi)，造成局部磁場不均勻，加速質(zhì)子去相位的過程，使質(zhì)子的T2值縮短（磁化率效應(yīng)）。USPIO還具有縮短 T1時間的效應(yīng)，在低濃度時T1增強(qiáng)效應(yīng)較明顯；高濃度時，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對比異常強(qiáng)化的范圍反映巨噬細(xì)胞浸潤的范圍和程度[3]。目前臨床普遍采用的Gd對比劑是一種細(xì)胞外間隙磁共振小分子成像對比劑，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)胞浸潤和血腦屏障破壞是時間和空間上互相獨立的兩種病理生理過程[4]，鑒于Gd對比劑不利于檢測出炎性反應(yīng)病理早期變化,因此提出使用新型對比劑，比如USPIO監(jiān)測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成像可顯示出信號的改變，再通過對巨噬細(xì)胞的病理及免疫組化染色和鐵染色，可以提供與MS炎癥有無活動性的直接證據(jù)，更好地估計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USPIO MRI成像可建立MRI判斷MS病灶有無活動性的新標(biāo)準(zhǔn)。MS急性期的治療策略主要是抑制炎性細(xì)胞進(jìn)入腦實質(zhì),通過直接阻斷黏附因子的相互作用或者通過免疫調(diào)節(jié)減少白細(xì)胞的滲出,因此對巨噬細(xì)胞的觀察有利于MS治療的監(jiān)測[5]。

實驗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MRI T2WI低信號區(qū)聚集了大量USPIO粒子，而USPIO的強(qiáng)化高峰則出現(xiàn)在臨床癥狀最重時期之后，因此他們認(rèn)為BBB的破壞早于炎癥細(xì)胞的浸潤，USPIO的聚集程度與EAE臨床評分以及免疫組化所見的單核細(xì)胞浸潤程度呈正相關(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EAE的急性期、緩解期、首次復(fù)發(fā)期3個期相進(jìn)行磁共振對比研究，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，處于炎癥活動期都有USPIO強(qiáng)化，而緩解期沒有，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MS免疫細(xì)胞，僅需少量USPIO就可探測到，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，方法簡單，重復(fù)性好，可以監(jiān)測免疫細(xì)胞的動態(tài)變化，并能確定何時啟動免疫反應(yīng)，監(jiān)測免疫細(xì)胞浸潤情況[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?；罨木奘杉?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)，它們在局部發(fā)揮吞噬、免疫作用，同時產(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]將小鼠的大腦中動脈夾閉后5.5h后注入USPIO，在MR圖像上能夠顯示缺血區(qū)域巨噬細(xì)胞浸潤情況，進(jìn)一步實驗表明，使用射線照射損傷小鼠的皮質(zhì)微動脈，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信號降低區(qū)，病理組織切片顯示該T2WI信號減低區(qū)有大量巨噬細(xì)胞聚集。

Marinescu等[10]利用USPIO增強(qiáng)MRI監(jiān)測抗炎藥物（如二甲胺四環(huán)素）對實驗性卒中的療效。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上異常信號區(qū)顯著減少,為療效檢測提供了替代性標(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,這使USPIO 在放射性腦損傷診斷中的應(yīng)用成為可能。Philippens 等[11]通過動物實驗來檢測中樞神經(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,在水腫周圍呈環(huán)狀低信號,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對早期局灶性損傷和晚期壞死的診斷均有價值。

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

通過分子影像學(xué)，研究者們希望通過生物標(biāo)識物區(qū)分異常靶細(xì)胞與正常細(xì)胞,從而達(dá)到無創(chuàng)檢測和評價新生病理過程。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)，啟動炎性反應(yīng)和粥樣硬化病變過程。此外，它可作為磁共振分子成像的靶點，通過將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，用來增強(qiáng)腦部伴發(fā)炎性反應(yīng)的磁共振信號。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。他們通過選擇合適抑制劑，與α4β1連接而阻止其與VCAM-1相互作用，在動物實驗中發(fā)現(xiàn)在病理上還不能檢測出MS明顯損害性癥狀的時候，運用MRI就可以探測到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，還可通過改變磁性氧化鐵粒子的表面修飾配體，來對其他炎癥、癌癥、粥狀動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

運用USPIO作為相對特異的巨噬細(xì)胞示蹤劑可以用于MR活體監(jiān)測CNS炎癥反應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展的過程，對治療藥物的開發(fā)、療效的評估有重要作用，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潛在治療靶點。目前USPIO與相關(guān)通路的研究尚未見到報道，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。上述針對腦缺血后CNS炎性反應(yīng)的各種治療方法,動物實驗中雖然有可喜的結(jié)果,但在臨床中尚未有特異性的療效[14]。如果以TLRs通路中的信號分子作為靶點開發(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)炎癥信號通路交匯作用研究進(jìn)展.中國病理生理雜志,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)合磁化傳遞對比成像在實驗性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎的應(yīng)用.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報,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)實驗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對比劑活體追蹤巨噬細(xì)胞在多發(fā)性硬化及其動物模型中的價值.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.新型磁共振對比劑 USPIO 及應(yīng)用研究現(xiàn)狀.國際醫(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.