任靚明 田紅旗

北京協(xié)和醫(yī)學院 中國醫(yī)學科學院放射醫(yī)學研究所 天津市放射醫(yī)學與分子核醫(yī)學重點實驗室，天津 300192

腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia/reperfusion injury，CIRI）是復雜的時間和空間級聯(lián)反應性病理生理過程，由于腦組織缺血一定時間后恢復血流灌注，局部區(qū)域未能吸收灌注液，出現(xiàn)了相較于灌注前更為嚴重的結構和功能損傷。CIRI 的發(fā)生與興奮性氨基酸的毒性作用、自由基的損傷作用、Ca2+超載、一氧化氮（NO）毒性、細胞凋亡和炎癥反應等相關，最終導致線粒體功能障礙、血腦屏障破壞及神經元壞死。炎癥反應是CIRI 的重要誘發(fā)因素之一，小膠質細胞、星形膠質細胞和中性粒細胞作為腦組織缺血再灌注（is-chemia/reperfusion，I/R）的主要效應細胞，釋放大量炎癥因子如白細胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等產生炎癥反應。促炎因子激活神經元和血管內皮細胞，釋放活性氧（reactive oxygen species，ROS）和蛋白水解酶等，介導微血管功能障礙，破壞血腦屏障導致血漿纖連蛋白和纖維原蛋白滲入腦組織，加重神經元凋亡壞死[1]。因此，有效地抑制炎癥因子釋放有助于緩解CIRI。本文將對近年來炎癥因子及其抑制劑在腦缺血再灌注損傷過程中的生理作用進行綜述。

1 炎癥因子

1.1 IL-1

IL-1 有兩種不同的存在形式IL-1α 和IL-1β，參與細胞增殖、分化和凋亡等多種細胞活動。CIRI 動物的外周血中可檢測到過表達的IL-1，向短暫性大腦中動脈閉塞再灌注（middle cerebral artery occlusion/reperfusion，MCAO/R）大鼠的側腦室注入重組人IL-1β，其腦梗死體積較對照組大鼠的腦梗死體積大，同時加重腦水腫，中性粒細胞與內皮細胞的黏附增強，顯示IL-1β 可能在CIRI 中發(fā)揮有害作用[2]。此外，IL-1β 還能夠促進IL-2 的合成并誘導其受體的表達，刺激淋巴細胞、巨噬細胞和內皮細胞合成IL-6 等細胞因子。

IL-1 具有兩種特異性細胞表面受體，Ⅰ型受體（IL-1RⅠ）和Ⅱ型受體（IL-1RⅡ）。神經元上缺失IL-1RⅠ的小鼠，CIRI 誘導的腦梗死面積小于對照組小鼠，敲除IL-1RⅠ基因可以抑制下游促炎介質的產生，由此顯示IL-1RⅠ對CIRI 產生有害作用[3]。IL-1 家族還有一種內源性拮抗劑即IL-1 受體拮抗劑（IL-1Ra），它通過與IL-1RI 競爭性結合進而抑制IL-1 的活性。向MCAO 大鼠側腦室注射IL-1Ra 可顯著降低血漿中炎癥因子的濃度，進一步證明了IL-1 在腦缺血的調節(jié)中發(fā)揮著至關重要的作用[4]。

1.2 TNF-α

TNF-α 是一類能夠引發(fā)炎癥反應和調節(jié)自身免疫的細胞因子，激活白細胞的組織因子和黏附分子，促進IL-1、NO 和凝血因子Ⅷ的釋放，介導微血管功能障礙，加重腦組織的炎癥反應。短暫性MCAO 大鼠，再灌注早期TNF-α 的含量迅速增加3 h 達到高峰，TNF-α 的濃度與腦梗死的強度密切相關，在MCAO 前24 h 向大鼠腦室內注射TNF-α 會加重再灌注后腦組織的損傷程度[5]。TNF-α 破壞血腦屏障并誘導神經細胞死亡，TNF-α 對少突膠質細胞有細胞毒性作用，并且可能抑制少突膠質細胞分化或誘導其凋亡。亦有少數(shù)文獻報道TNF-α 具有神經保護作用，實驗前給予外源性TNF-α 使其與相應受體結合，有效地減輕MCAO/R 引起的損傷，與野生型小鼠比較缺乏TNF-α 受體的MCAO 小鼠神經元損傷更為嚴重，體外條件下TNF-α 通過維持細胞內Ca2+穩(wěn)態(tài)進而抑制ROS 的釋放，激活核轉錄因子κB（NF-κB）保護神經元免受氧化性和興奮性毒性損傷[6]。

1.3 IL-6

IL-6 具有促炎和抗炎雙重作用，在炎癥活動和各種腦損傷應激反應中表達?？寡追矫妫琁L-6 可能通過下丘腦-垂體-腎上腺軸促進皮質醇釋放，利用負反饋作用機制調控IL-1 和TNF-α 的合成，IL-6 還可以誘導急性期蛋白的表達并清除ROS，發(fā)揮IL-6 的抗炎作用[7]；促炎方面，IL-6 增強趨化因子和黏附分子的表達，募集白細胞并誘導磷脂酶A2 表達，進而合成CIRI 相關的細胞因子如白三烯等。此外，IL-6 通過誘導星形膠質細胞釋放神經生長因子發(fā)揮神經保護作用，促進星形膠質細胞在大腦各個區(qū)域表達不同的神經營養(yǎng)蛋白，這可能是腦缺血后機體的應激狀態(tài)促進了A1 腺苷受體的表達導致的結果[8]。

1.4 IL-10

IL-10 作為抗炎因子可以抑制TNF-α 和IL-1β合成，限制相關細胞因子受體激活，抑制T 細胞、單核細胞和巨噬細胞發(fā)揮相應的功能。研究顯示，IL-10對CIRI 大鼠具有神經保護作用，腦缺血的早期階段促炎和抗炎因子之間的平衡會由于促炎因子的大量釋放而受到破壞，血清中IL-10 水平低的患者在I/R后的72 h 內神經系統(tǒng)迅速惡化[9]。給予外源性IL-10可以保護缺血的腦組織，與野生型小鼠比較，IL-10基因敲除小鼠會出現(xiàn)較大面積梗死，過量IL-10 能夠延緩梗死灶機化發(fā)展[10]。

1.5 IL-18

IL-18 是IL-1 家族中的一種新型促炎因子，最初命名為γ 干擾素（interferon-γ，IFN-γ），能夠激活自然殺傷細胞和T 細胞釋放干擾素產生嚴重的炎癥反應。CIRI 患者24 h 檢測到血清中IL-18 水平升高[11]，動物實驗3 h 即可檢測到IL-18 mRNA，與野生型小鼠比較，IL-18 基因敲除小鼠的腦梗死體積小且腦組織損傷程度較輕[12]。

綜上所述，CIRI 過程中IL-1、TNF-α 和IL-18 作為促炎因子，通過與相應受體結合誘發(fā)神經元凋亡和炎癥反應，進而破壞血腦屏障引起腦水腫、腦梗死等生理損傷；IL-10 作為抗炎因子，抑制上述促炎因子的合成及釋放，并且具有神經保護作用；IL-6 則具有促炎和抗炎雙重作用，同時能夠誘導神經生長因子大量釋放，表達神經營養(yǎng)蛋白進而減輕神經損傷。由此表明，炎癥因子在腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮著重要作用，進而科學家們提出針對炎癥因子緩解CIRI 的治療方式。

2 炎癥因子抑制劑

2.1 有機合成化合物

2.1.1 影響物質代謝的藥物 羥甲戊二酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶是肝細胞合成膽固醇過程中的限速酶，控制細胞內膽固醇的合成和細胞外膽固醇的蓄積，他汀類藥物是HMG-CoA 還原酶抑制劑，目前廣泛用于臨床治療動脈粥樣硬化。辛伐他汀通過抑制NF-κB 介導的MyD88/TRIF 信號通路，促進血管血流恢復，保護血腦屏障和神經元，改善神經功能[13]。臨床上使用辛伐他汀聯(lián)合阿司匹林治療CIRI，對神經系統(tǒng)的保護功能效果更顯著且安全性更高。其他他汀類藥物如阿托伐他汀和瑞舒伐他汀通過抑制NF-κB 信號通路，降低氧糖剝奪/再灌注（oxygen-glucose deprivation/reperfusion，OGD/R）的BV2 小膠質細胞促炎因子的水平，上調抗炎因子IL-10 的含量[14]。瑞舒伐他汀預處理可有效抑制大腦中動脈血管平滑肌細胞中的TNF -α、IL-1β 和IL-6 mRNA 和蛋白質的表達[15]。

2.1.2 影響信號轉導的藥物 過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR ）是一類影響炎癥反應的轉錄調節(jié)因子，PPAR γ 激動劑米非司酮通過調節(jié)基質金屬蛋白酶（MMP）和組織型金屬蛋白酶抑制劑（TIMP）之間的平衡，抑制MCAO/R 大鼠炎癥因子TNF-α、IL-1β 和IL-6 的表達，減少腦梗死體積，改善神經組織形態(tài)[16]。

G 蛋白偶聯(lián)受體介導1-磷酸鞘氨醇（S1P）抑制血管內皮細胞通透性增加，保護炎癥反應和氧化應激條件下內皮細胞的屏障功能。S1P 受體調節(jié)劑芬戈莫德可以下調MCAO/R 大鼠IL-6、IL-8 和TNF-α 的水平，并且具有保護腦組織和改善記憶功能的作用，顯著降低神經功能損傷評價和平衡木行走評分[17]。

2.1.3 其他藥物 神經系統(tǒng)藥物尼亞酰胺能夠上調泛醌蛋白-1，減少TNF-α 的表達，從而保護神經元減輕炎癥反應[18]。Morris 水迷宮試驗結果顯示抗癲癇藥丙戊酸（VPA）可減輕認知功能障礙，通過促進Caspase-1蛋白表達減少海馬神經元細胞凋亡，降低IL-1β 和IL-18 的水平，緩解CIRI 引起的神經系統(tǒng)損傷[19]。

免疫抑制劑用于治療I/R 也可有效抑制炎癥因子的生成。體外細胞實驗結果顯示，環(huán)孢素A（CsA）顯著降低了OGD/R 暴露的BV2 小膠質細胞中IL-1β的水平，低溫條件下會減少IL-1β 和iNOS 表達，促進TNF-α 表達，然而CsA 與低溫聯(lián)合作用后會導致復雜的體外細胞毒性神經炎癥[20]。

中藥治療CIRI 也有較好的效果。清開靈注射液通過抑制NLRP3 炎癥小體激活，從而抑制促炎因子TNF-α、IL-6 和IL-1 的表達，增加抗炎因子IL-4 和IL-10 的表達，減輕MCAO/R 誘導的神經系統(tǒng)缺陷，改善血腦屏障通透性[21]。

2.2 天然化合物

2.2.1 苷類 黃芪的有效成分是黃芪甲苷、人參皂苷Rg1 和人參皂苷Rb1。黃芪甲苷治療能夠改善CIRI大鼠的神經功能，炎癥因子IL-1β、IL-6 和TNF-α 的水平顯著下降[22]。人參皂苷Rg1 下調IL-1、IL-6 和TNF-α 的表達，并且抑制NF-κB 的核轉位以及IκBα的磷酸化，降低CIRI 腦組織中蛋白酶體活性和蛋白質聚集，表明人參皂苷Rg1 具有神經保護功能[23]。人參皂苷Rb1 通過下調Caspase-3 和Caspase-9 的裂解水平抑制CIRI 誘導的細胞凋亡，降低NF-κB、TNF-α和IL-6 的水平并且減小腦梗死體積[24]。通關藤苷H劑量依賴性地減少MCAO/R 誘發(fā)的神經元凋亡和腦水腫，通過TrκB 信號通路調節(jié)炎癥反應，抑制促炎因子IL-1β、IL-6 和TNF-α 的表達，增加抗炎因子IL-4、IL-10 和BDNF 的表達[25]。天麻素預處理OGD/R 的BV2 小膠質細胞，MMP-2 和MMP-9 陽性細胞數(shù)量減少，下調IL-6 和IL-1β 的水平，改善CIRI 誘導的神經行為缺陷和血腦屏障損傷[26]。

2.2.2 多酚類 姜黃素預處理通過抑制Wnt/JNK1 信號通路，劑量依賴性降低I/R 腦內TNF-α 和IL-6 的水平，降低JNK1 磷酸化和NK-κB 的核易位水平，顯著提高神經元細胞活力抑制細胞凋亡[27]。白藜蘆醇通過調節(jié)小腸固有層中腸道菌群介導的Treg/Th17 和Th1/Th2 平衡的變化，降低腦梗死灶周圍區(qū)域促炎因子的水平[28]。

2.2.3 生物堿類 生物堿類物質去甲烏藥堿抑制CIRI誘導的TNF-α、IL-1、IL-6、IL-18 和CD14+細胞水平升高，同時減少軸突神經變性[29]。葫蘆巴堿預處理通過PI3K/Akt 信號通路，抑制OGD/R 誘導的海馬神經元TNF-α、IL-6 和IL-1 的含量升高[30]。

3 小結

綜上所述，腦缺血再灌注損傷過程中涉及到多種炎癥因子，大量炎癥因子觸發(fā)一系列級聯(lián)反應，無法有效地恢復缺血區(qū)域的血流灌注，對神經系統(tǒng)造成不可逆的損傷。因此科學家們極力探索尋求抑制炎癥因子的合成與分泌的化合物。目前，炎癥因子相關的抑制藥物主要包括有機合成化合物和天然產物，通過多種信號傳導途徑調控炎癥因子、保護神經元、改善血液循環(huán)，增強腦缺血再灌注的治療效果，有效地預防和治療CIRI，提高患者的生活質量。在未來的研究中，可以通過兩種方式尋求炎癥因子抑制劑，一是研究舊有藥物在CIRI 方面的新用途，二是探究天然產物對CIRI 的作用效果，為臨床上治療腦缺血再灌注損傷提供幫助。