趙 培 朱金墻 梁鈺彬

(天津中醫(yī)藥大學，天津 300193)

?

腫瘤壞死因子-α在腦缺血再灌注炎癥損傷中的作用

趙 培 朱金墻1梁鈺彬

(天津中醫(yī)藥大學，天津 300193)

腦缺血再灌注；炎癥；腫瘤壞死因子-α

腦卒中發(fā)病中缺血性腦卒中占大多數(shù)，深入研究腦缺血再灌注(CIR)損傷的機制并尋求新的神經(jīng)保護策略迫在眉睫，而抑制炎性細胞的浸潤及炎性細胞因子、黏附分子等的表達有望成為防治腦缺血性疾病的新途徑〔1〕。腫瘤壞死因子(TNF)-α具有顯著的促炎癥反應作用，可被作為CIR損傷的治療靶點。但是，TNF-α在CIR損傷中具有損傷與保護雙重作用，現(xiàn)綜述如下。

1 腦缺血炎癥反應

腦缺血損傷的機制極為復雜，主要包括細胞內(nèi)Ca2+失衡、自由基生成增多、興奮性氨基酸釋放增加、炎性反應等〔2〕。腦缺血炎癥反應是一個復雜的過程，由CIR損傷產(chǎn)生一系列炎癥介質(zhì)，包括TNF-α、核因子(NF)-κB、白細胞介素等。這些炎癥介質(zhì)具有功能多樣性和趨化作用，可以介導中性粒細胞向腦缺血區(qū)微血管內(nèi)皮細胞移動、黏附、滲透，中性粒細胞與內(nèi)皮細胞的黏附，一方面可以促使內(nèi)皮細胞皺縮、破裂、凝集和壞死，破壞血腦屏障〔3〕,另一方面還可以導致血管阻塞，造成無復流現(xiàn)象，加重了腦組織缺血，同時，外周炎性細胞向缺血區(qū)域移動、增殖、浸潤，可直接導致細胞毒性損傷，造成腦組織水腫和炎癥形成，中性粒細胞在微血管內(nèi)聚集、釋放一些炎癥介質(zhì)和細胞因子可以刺激炎癥細胞的增殖與分化，又可吸引更多的中性粒細胞的聚集、浸潤，加重炎癥反應，進一步誘導腦缺血損傷。

2 TNF-α與腦缺血損傷

TNF-α既具有調(diào)節(jié)機體免疫功能的作用，又可以介導炎癥反應、組織損傷等生理病理反應。TNF-α必須與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用，腦內(nèi)TNF-α受體主要有兩種：Ⅰ型TNF受體(TNFR-1，P55)和Ⅱ型TNF受體(TNFR-2，P75)〔4〕。目前TNF-α合成的確切機制仍然不太清楚，在腦缺血等損傷中，其主要是通過誘導前體肽proTNF合成，損傷后刺激蛋白水解酶水解proTNF,從而釋放TNF-α到細胞外，TNF-α通過與TNFR-1和TNFR-2相結(jié)合發(fā)揮作用。TNF-α作為一種重要的促炎性細胞因子在腦缺血損傷中發(fā)揮著重要作用，其作用由特異性受體決定，TNF-α與受體結(jié)合后激活蛋白激酶，磷脂酶等信使因子，從而激活NF-κB進入細胞核，促使細胞間黏附分子、環(huán)氧合酶、鈣結(jié)合蛋白和一些細胞因子的表達。已經(jīng)有實驗證實腦損傷后血清和腦脊髓液中TNF的表達升高。Liu等〔5〕建立大鼠大腦中動脈阻塞模型1 h后即可在大腦缺血皮層檢測到TNF-α mRNA的表達，3 h表達升高，12 h達到頂峰，5 d后，TNF-α水平仍然呈升高趨勢，實驗第一次證明了大鼠局灶性腦缺血損傷導致了缺血神經(jīng)元中TNF-α mRNA和蛋白的升高,結(jié)果還顯示出早期TNF-α的表達增加主要發(fā)生在神經(jīng)元，而5 d后TNF-α主要發(fā)生在星形膠質(zhì)細胞中。實驗還發(fā)現(xiàn)TNF-α的上升伴隨著白細胞的浸潤，這與TNF-α加重炎癥反應的觀點相一致。Meistrell等〔6〕在建立大鼠大腦中動脈缺血(MCAO)模型24 h后，應用Western印跡檢測到TNF-α在大腦皮質(zhì)區(qū)表達增加，也證實了上述結(jié)果。然而，也有實驗〔7〕證實TNF-α會在不同的區(qū)域被激活，Saito等〔8〕建立短暫全腦缺血模型(5～10 min)，應用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測TNF-α的表達，結(jié)果顯示，在再灌注的前期(<6 h)TNF-α在海馬和紋狀體中表達增加，在小腦和丘腦中未見表達。推測表達區(qū)域不同與建立腦卒中模型的方法及再灌注的時間有著密切關(guān)系。另外，Vila等〔9〕臨床研究也證實，腦缺血48 h內(nèi)，腦卒中患者腦脊液和血漿中TNF-α的濃度即開始升高。

3 TNF-α的神經(jīng)損傷作用

研究表明，TNF-α可促進腦微血管內(nèi)皮細胞黏附分子(ICAM)-1的表達，誘導中性粒細胞和單核細胞趨化因子的表達，促進中性粒細胞黏附在微血管周圍〔3〕。TNF-α還可以影響血管舒縮活性物質(zhì)的表達，促使血管舒張因子含量下降和內(nèi)毒素含量增加，促進血管收縮，從而加重腦缺血損傷程度〔10，11〕。此外，TNF-α對血管有直接毒性作用，可導致血管痙攣，增加血管通透性〔12〕。Barone等〔13〕在建立永久性MCAO模型前進行預處理，分為提前給予TNF-α組、注射TNF-α抗體(mAb)后給予TNF-α組和只給予TNF-α抗體組，隨后進行腦組織形態(tài)學檢測。結(jié)果顯示，提前注射TNF-α組腦梗死面積增加，并且呈劑量遞增關(guān)系(P<0.05；2.5 pmol組增加18.9%，25 pmol組增加27.1%)，而給予TNF-α抗體后再注射TNF-α則梗死面積減小，水腫和神經(jīng)損傷程度都減輕，提示外源性的TNF-α可以加重腦損傷；另外，在模型前給予TNF-α抗體可以減少腦梗死面積，表明阻斷內(nèi)源性的TNF-α可以顯著減輕腦缺血對大腦的損傷。推測TNF-α可能通過增加內(nèi)皮細胞上中性粒細胞的吸附，造成微血管阻塞，腦水腫加重，從而引發(fā)神經(jīng)損傷。另外，實驗中還使用培養(yǎng)的小鼠神經(jīng)元細胞觀察TNF-α對細胞有無直接毒性作用。結(jié)果顯示，TNF-α并沒有直接影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放及增加谷氨酸和氧自由基對神經(jīng)元造成的毒性作用。提示TNF-α導致的損傷并不是由神經(jīng)因素引起的。由于TNF-α必須與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用，采用TNF受體抑制劑降低TNF-α的表達也可以發(fā)揮減輕神經(jīng)損傷的作用。Dawson等〔14〕建立永久性MCAO模型誘導缺血性損傷，用TNF-α受體抑制劑抑制TNF-α的激活〔在MCAO前0.5 h給予腫瘤壞死因子結(jié)合蛋白(TNFbp)〕，結(jié)果顯示，給予TNFbp可以顯著減弱微血管灌注障礙，減輕腦缺血損傷程度。說明TNF-α加重腦缺血損傷，抑制TNF-α產(chǎn)生明顯的神經(jīng)保護作用?？梢姡琓NFbp的神經(jīng)保護作用是通過提高微血管灌注來實現(xiàn)的，也表明炎癥和血管狀態(tài)與TNF-α的病理作用有關(guān)。Yang等〔15〕實驗也證實了上述結(jié)果。TNF-α具有損傷作用，應用TNF-α抗體或受體抑制劑抑制TNF-α的作用，可以明顯地縮小腦梗死面積，減輕腦組織水腫，發(fā)揮腦保護作用。

4 TNF-α的神經(jīng)保護作用

TNF-α的損傷作用已經(jīng)被大家所熟知，然而也有不少研究〔16〕表明TNF-α在缺血過程中有神經(jīng)保護作用，其作用的發(fā)揮主要通過誘導腦缺血耐受，刺激抗炎因子的分泌和促進神經(jīng)元修復來實現(xiàn)。研究表明，基礎(chǔ)釋放量的TNF-α對正常的生長發(fā)育是很重要，包括神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的生存和功能維持。Gary等〔17〕選用缺乏TNFR的小鼠來研究TNF-α在腦損傷中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，缺乏TNFR小鼠神經(jīng)損傷程度更加嚴重，提示基礎(chǔ)釋放量的TNF-α對神經(jīng)具有保護作用。同時發(fā)現(xiàn)在腦卒中前給予TNF-α預處理造成腦組織對缺血刺激的耐受狀態(tài)具有神經(jīng)保護作用，Nawashiro等〔18〕在建立小鼠MCAO模型前經(jīng)不同途徑(靜脈、腹腔、腦池)給予不同劑量的TNF-α，并于MCAO術(shù)后24 h處死取腦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦池內(nèi)給藥效果優(yōu)于其他組(腹腔、靜脈)，表明TNF-α預處理可以降低梗死面積。推測TNF-α的保護作用可能與其調(diào)節(jié)腦缺血耐受的信號通路有關(guān)。Tasaki等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)在建立MCAO模型前注射單一劑量脂多糖可以明顯減小梗死面積，而給予TNFbp抑制TNF-α的合成則使這種保護作用消失。提示TNF-α可能在脂多糖(LPS)誘導的腦缺血保護中發(fā)揮作用。另外，TNF-α還可以通過介導其他保護因子的分泌和抑制炎性細胞的激活以減輕腦缺血損傷〔20〕。Bruce等〔21〕建立局灶性腦缺血模型，TNFR缺失大鼠梗死面積增加，氧化應激反應增強，神經(jīng)保護酶和超氧化物歧化酶(SOD)分泌減少，提示TNF-α是通過刺激抗氧化通路，促進SOD表達上調(diào)而發(fā)揮保護作用。同時在敲除TNF-α受體大鼠腦中，誘導損傷的小膠質(zhì)細胞激活受到了抑制，證明了TNF-α在誘導損傷的免疫應答中發(fā)揮重要作用。TNF-α還可以促進神經(jīng)生長因子分泌，保護神經(jīng)元。Watters等〔22〕的實驗表明，低濃度的TNF-α預處理可以增加神經(jīng)元對谷氨酸刺激的抵抗作用。另外，覃玉群〔23〕的研究團隊通過建立細胞在體和動物活體模型，觀察到TNF-α預刺激可以使得腦微血管內(nèi)皮細胞中的血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2分泌增多，促進大鼠CIR損傷皮質(zhì)區(qū)血管新生以減輕腦組織損傷。以上結(jié)果均表明TNF-α預處理對神經(jīng)損傷具有修復的作用，然而給予抑制劑或敲除受體基因可使這種保護作用消失，證明了TNF-α具有神經(jīng)保護作用，其保護機制包括許多方面，TNF-α通過刺激神經(jīng)酰胺的分泌、激活腦缺血耐受通路、提高損傷區(qū)域?qū)θ毖哪褪苄?，可以激活錳SOD、促進鈣結(jié)合蛋白和一些抗炎因子的釋放、清除自由基、調(diào)節(jié)Ca2+平衡、促進內(nèi)皮細胞上一氧化氮合酶分泌增加、降低NO毒性作用、促進星型膠質(zhì)細胞中神經(jīng)生長因子的合成，并且TNF-α對培養(yǎng)的神經(jīng)元在受興奮性、代謝性及氧化性損害后起保護作用，能促進軸索在損傷后再生〔24〕。

5 結(jié) 語

TNF-α對腦組織發(fā)揮損傷和保護雙重作用，其在腦缺血損傷中的有害或有利取決于多種因素，主要包括：①TNF-α劑量不同；②來源差異。預處理給予的TNF-α都是高度人工合成的，與機體遭遇腦卒中時分泌的TNF-α存在一定的差異；③TNF-α與其受體空間上表達不同。比如有時在大腦皮質(zhì)區(qū)表達，有時在海馬和紋狀體；④同時也受表達時間的影響。比如在腦缺血前期及恢復期給予TNF-α能發(fā)揮不同的作用。梁慶成等〔25〕實驗表明，在腦缺血前和再灌注后分別注射不同劑量TNF-α，結(jié)果顯示TNF-α預注射對CIR損傷有神經(jīng)保護作用,而在CIR后給予TNF-α則加重腦缺血。Wilde等〔26〕實驗也證實了上述結(jié)果，體外培養(yǎng)神經(jīng)元細胞，通過糖氧剝奪建立腦損傷模型，24 h后用免疫熒光法檢測，發(fā)現(xiàn)提前給予TNF-α組可抑制神經(jīng)元的死亡，而在腦損傷后期給予TNF-α，則出現(xiàn)細胞毒性。此外，有實驗表明機體自身合成的TNF-α在缺血早期具有毒性作用，腦缺血損傷后TNF-α可能介導其他炎癥介質(zhì)〔如活性氧(ROS)〕的激活。然而在后期，TNF-α的表達速度下降，ROS消除，TNF-α激活抗凋亡通路，有利于損傷組織的修復，保護機制出現(xiàn)。在腦缺血后急性期阻礙TNF-α的合成或者用TNF-α進行預處理激活腦缺血耐受方面的研究，可為治療缺血性腦損傷提供新的治療思路和方法，另外，在已有研究的基礎(chǔ)上進一步加強相關(guān)的機制研究，探索TNF-α在腦缺血中損傷-保護的開關(guān)及平衡點，讓其在最適宜的時間發(fā)揮其最有利的作用對臨床急性腦卒中的治療極為重要。

1 Wang ZQ,Wu DC,Huang FP,etal.Inhibition of MEK/ERK1/2 pathway reduces pro-inflammatory cytokine interleukin-1 expression in focal cerebral ischemia〔J〕.Brain Res,2004；996(1):55-66.

2 劉啟鋒，劉 明，劉玉河，等.腦缺血再灌注損傷機制研究進展〔J〕.中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2006；5(6)：566-8.

3 張 莉,杜冠華.細胞因子在腦缺血損傷機制中的作用〔J〕.國外醫(yī)學·腦血管疾病冊,2004；12(5):379-82.

4 邱彥龍,李樹華,穆象山,等.腫瘤壞死因子-α的藥理學和病理學研究〔J〕.中國當代醫(yī)藥,2012；19(19):18-9.

5 Liu T,Clark RK,McDonnell PC,etal.Tumor necrosis factor-alpha expression in ischemic neurons〔J〕.Stroke,1994；25(7):1481-8.

6 Meistrell ME 3rd,Botchkina GI,Wang H,etal.Tumor necrosis factor is a brain damaging cytokine in cerebral ischemia〔J〕.Shock,1997；8(5):341-8.

7 阮 洋.TNF-α通過下調(diào)NFκB信號傳導減輕KA誘導的神經(jīng)毒性作用〔D〕.長春：吉林大學，2012.

8 Saito K,Suyama K,Nishida K,etal.Early increases in TNF-alpha,IL-6 and IL-1 beta levels followingtransient cerebral ischemia in gerbil brain〔J〕.Neurosci Lett，1996;206:149-52.

9 Vila N,Castillo J,Dávalos A,etal.Proinflammatory cytokines and early neurological worsening in ischemic stroke〔J〕.Stroke,2000；31(10):2325-9.

10 Zhang H,Park Y,Wu J，etal.Role of TNF-α in vascular dysfunction Clin Sci(Lond),2009;116:219-30

11 Gao X,Belmadani S,Picchi A,etal.Tumor necrosis factor-alpha induces endothelial dysfunction in Lepr(dp) mice〔J〕.Circulation,2007;115:245-54.

12 劉青青,郭 虹,王少峽,等.腦缺血損傷機制的研究進展〔J〕.中華中醫(yī)藥學刊,2012；30(6):1228-30.

13 Barone FC,Arvin B,White RF,etal.Tumor necrosis factor-α A mediator of focal ischemic brain injury〔J〕.Stroke,1997；28(6):1233-44.

14 Dawson DA,Martin D,Hallenbeck JM.Inhibition of tumor necrosis factor-alpha reduces focal cerebral ischemic injury in the spontaneously hypertensive rat〔J〕.Neurosci Lett,1996；218(1):41-44.

15 Yang G Y,Gong C,Qin Z,etal.Inhibition of TNF-α attenuates infarct volume and ICAM-1 expression in ischemic mouse brain〔J〕.Neuroreport,1998；9(9):2131-4.

16 董 梅，宋學琴，劉秀玲，等.TNF-α在腦血管病不同時期的作用研究〔J〕.腦與神經(jīng)疾病雜志，2003；11(1)：14-6.

17 Gary DS,Bruce-Keller AJ,Kindy MS,etal.Ischemic and excitotoxic brain injury is enhanced in mice lacking the p55 tumor necrosis factor receptor〔J〕.J Cerebral Blood Flow Metab,1998；18(12):1283-7.

18 Nawashiro H,Tasaki K,Ruetzler CA,etal.TNF-α pretreatment induces protective effects against focal cerebral ischemia in mice〔J〕.J Cerebral Blood Flow Metab,1997;17(5):483-490.

19 Tasaki K,Ruetzler C A,Ohtsuki T,etal.Lipopolysaccharide pre-treatment induces resistance against subsequent focal cerebral ischemic damage in spontaneously hypertensive rats〔J〕.Brain Res,1997；748(1):267-70.

20 Shohami E,Ginis I,Hallenbeck JM.Dual role of tumor necrosis factor alpha in brain injury〔J〕.Cytok Growth Factor Revi,1999；10(2):119-30.

21 Bruce AJ,Boling W,Kindy MS,etal.Altered neuronal andd micreglial responses to excitotoxic and ischemic brain injury in mice lacking TNF-α receptor〔J〕.Nat Med,1996；2:788.

22 Watters O,O'Connor JJ.A role for tumor necrosis factor-α in ischemia and ischemic preconditioning〔J〕.J Neuroinflamm,2011；8:87.

23 覃玉群.TNF-α對腦缺血再灌注血管新生作用的研究〔D〕.杭州：杭州師范大學，2013.

24 Mattson MP,Barger SW,Furnkawa K,etal.Cellular signaling roles of TGF beta TNFalpha and beta App in brain injury responses ans Alzheimer's disease〔J〕.Brain Res Rev,1997；23:747.

25 梁慶成,吳 云,史淑杰,等.注射腫瘤壞死因子-α 對大鼠腦缺血再灌注的影響 (英文)〔J〕.中國臨床康復,2005；9(41):168-71.

26 Wilde GJC,Pringle AK,Sundstrom LE,etal.Attenuation and augmentation of ischaemia-related neuronal death by tumour necrosis factor-α in vitro〔J〕.Europ J Neurosci,2000；12(11):3863-70.

〔2016-03-12修回〕

(編輯 苑云杰/杜 娟)

國家自然科學基金項目(No.81273815)

朱金墻(1985-)，男，助理研究員，主要從事中醫(yī)藥藥理學研究。

趙 培(1993-),女,碩士,主要從事中醫(yī)藥防治心腦血管疾病研究。

R36

A

1005-9202(2017)14-3628-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.14.109

1 天津中醫(yī)藥大學研究院