作者：袁苏苏，贾锋，上海交通大学医学院附属仁济医院神经外科
缺血性脑卒中(ischemic stroke， IS)是由脑血管发生病变而引起的一种疾病，每年新发IS的人数约为1 500万，占脑卒中患者总数的85%，病死率约为20%，是全球第二大死亡病因。IS损伤的病理机制包括毒性递质的释放、胞内Ca2+超载、自由基产生、神经炎症反应以及神经细胞凋亡等方面，但研究表明神经炎症反应是脑卒中病变进展的关键环节。
神经炎症的发生由受损或死亡的神经元通过产生损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns， DAMPs)而引发，DAMPs包括
它们被募集到缺血损伤区域，通过识别相应配体而触发一系列炎症级联信号通路，从而导致炎症小体及IL-1β、TNF-α、IL-6等炎症介质释放增加，由此引起血管内皮通透性屏障破坏、促炎基因表达和炎症细胞更大程度的募集，并因此进一步加剧了脑血管血流的阻塞和血脑屏障的损伤，甚至导致神经功能的缺损。同时，研究也表明神经炎症也可以带来限制损伤范围扩大、促进神经细胞修复并给予其营养的有益效果。因此本文将重点阐述神经炎症在脑卒中发生过程中的具体作用机制，为IS的防治手段提供新的治疗靶点。
1. IS与炎症细胞
大脑中常驻免疫细胞与外周免疫细胞均参与IS后神经炎性反应，这些细胞被激活后，可释放大量细胞毒性和保护性物质，从而介导神经细胞的损伤和修复。因此研究这些免疫细胞的作用机制以及它们浸润脑部的时空顺序将会对IS的治疗带来非常大的意义。
1.1 小胶质细胞
IS发生后，小胶质细胞作为大脑中的固有免疫细胞，是最先作出反应的炎症细胞。小胶质细胞根据所发挥的功能及分泌的因子可以表现出两种不同的表型： 经典激活表型(M1)和交替激活的表型(M2)。研究表明小胶质细胞可以根据局部环境、刺激以及时期的不同而分化为不同的表型，如神经炎症发生初期，IFN-γ和脂多糖刺激的增多可促使小胶质细胞向M1表型转化；相反，在炎症的慢性期，IL-4、IL-10、TGF-β的刺激可使小胶质细胞向M2表型转化。
M1表型在炎症急性期具有促炎功能，在识别DAMPs后可释放细胞因子和具有氧化特性的促炎物质，如NO、ROS、TNF、IL-6和IL-1β等。这些促炎因子可导致血管内皮细胞凋亡、紧密连接蛋白分泌减少，致使血脑屏障通透性升高；同时也可促进血管内皮黏附分子的表达，引起白细胞的浸润，进一步加剧血脑屏障的损伤。另外IS发生后，大脑中兴奋性神经递质如
M2表型在炎症后期发挥有益作用，可释放抗炎因子如IL-4和IL-10及多种生长因子和具有神经营养特性的因子如
目前最新的共识为根据转录因子、胞内标志物以及表面标志物的表达水平来区分小胶质细胞的不同状态，即从表观遗传、转录组、代谢组学和蛋白质组学将小胶质细胞的信息进行多维整合，从而更加清晰地表明小胶质细胞所处状态。在静息状态下，小胶质细胞呈多分枝状，脑卒中发作后，小胶质细胞迅速迁移到损伤部位并产生形态学改变，表现为细胞胀大、去分支化、运动强化，并且其细胞表面吞噬标志物如CD16、CD11b等表达升高。
在这种变化下，他们与血液循环中的巨噬细胞几乎无法区分，因此被称为脑源性巨噬细胞。研究发现，核因子κB(nuclear factor kappa-B， NF-κB)通路、信号转导子和转录激活子(signal transducer and activator of transcription， STAT)通路、核因子E2-相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2， Nrf2)通路和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ， PPAR γ)通路可参与小胶质细胞的表型极化，其中NF-κB通路和STAT通路与小胶质细胞向M1表型极化相关，而Nrf2通路和PPAR γ通路则与小胶质细胞向M2表型极化密切关联。
考虑到小胶质细胞在脑缺血期间可能表现出的两种不同表型的完全不同的作用，开发一种能够抑制向M1表型转化或促进向M2表型转化并维持小胶质细胞有益一面的治疗策略至关重要。以往研究多主要关注于对小胶质细胞活性的抑制，如
据报道，在米诺环素治疗的小鼠大脑中动脉栓塞(middle cerebral artery occlusion， MCAO)模型中，小胶质细胞活化减少，神经再生和神经功能可得到改善。而目前将小胶质细胞表型转变为修复性表型已逐渐成为脑卒中的一种新的治疗干预措施。
迄今为止已发现许多药物具有促进小胶质细胞由M1表型向M2表型转化的作用，例如皮下或脑室内给予IL-4可以诱导小胶质细胞的表型转变，并改善缺血性卒中的功能结果；
1.2 星形胶质细胞
星形胶质细胞是大脑中的另一种常驻细胞群，它们可调节水和离子的平衡，分泌神经营养因子，并且参与血脑屏障的形成，因此星形胶质细胞与维持中枢神经系统的正常功能密切相关。在IS发生后，活化的星形胶质细胞可发挥神经毒性与神经保护作用。与小胶质细胞类似，星形胶质细胞可在卒中后呈现出A1和A2两种表型。A1型释放大量炎症介质发挥促炎作用，并且可以释放基质蛋白酶-2，损伤细胞外基质；还可以促进缺血大脑区域中
研究也发现胶质细胞在大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery occlusion， MCAO)模型所致脑缺血后产生IL-15，刺激CD8+T细胞和NK细胞浸润脑部，形成更大面积的梗死和神经元缺失。而A2型星形胶质细胞则相反，它们分泌多种抗炎介质和神经营养因子来防止组织损伤和促进神经细胞的修复及再生从而发挥保护作用。
研究表明，Toll样受体4(Toll-like receptor 4， TLR4)/NF-κB通路和Wnt通路等与星形胶质细胞向A1表型极化有关，但调控这些通路促进表型极化的研究尚少，确切机制需要进一步阐明。研究显示，免疫调节剂
另外基于对星形胶质细胞A1和A2表型的认识，如何维持两种表型的动态平衡以及调节它们的促炎与抗炎作用已成为当下脑卒中治疗领域的研究热点。有研究指出，Wnt-3α和高频重复经颅刺激可促进星形胶质细胞向保护表型A2极化。因此深入理解星形胶质细胞在脑卒中疾病进程中的作用，抑制其神经毒性的特性并促进向A2表型的转化，在调控脑卒中后神经炎症方面具有非常不错的潜力。
1.3 中性粒细胞
中性粒细胞是最早侵入缺血脑组织的血源免疫细胞。IS发生后，和其他免疫细胞一样，中性粒细胞也表现出一定程度的功能可塑性，可分别呈现神经毒性N1表型和神经保护性N2表型。N1型在黏附分子大量表达下可发生形态变化，并通过内皮血管壁迁移，之后被趋化因子吸引到缺血区并按浓度梯度分布，释放促炎因子、ROS、蛋白酶和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases， MMPs)引起继发性损伤。
另外中性粒细胞活化后会释放中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps， NETs)，引发血栓形成，促进免疫细胞浸润导致血脑屏障损伤，限制新生血管形成和血管修复，促进神经元死亡并影响功能恢复。
N2型可促进小胶质细胞的吞噬活性从而促进细胞碎片的清除，有利于脑卒中后神经炎症的消退。综上所述，虽然中性粒细胞以往被人们认为是致炎的特征性细胞，但其在神经炎症发展过程中也显示出积极有益的一面，而目前对于中性粒细胞表型的调控机制的研究还不足，如何将中性粒细胞向神经保护N2表型极化需要进一步探讨。
目前已有研究表明阻断中性粒细胞的浸润将会有效阻止脑组织继发性损伤的进程并且已被证明可以改善MCAO模型的功能结果。另外最近有些研究尝试以中性粒细胞的黏附和转运为靶点来抑制循环血液中的中性粒细胞向脑组织的募集，也起到了一定的效果。然而，中性粒细胞的减少不会影响MCAO后的梗死面积，迄今为止测试的抗中性粒细胞疗法均未对脑卒中患者显示出有益效果。是什么导致在动物模型和患者身上的治疗效果的差异还未得到阐明，可能与两者的生理结构之间的差异有关，未来还需进一步优化动物模型，使其与人类脑卒中发作后的病理生理更为接近。
1.4 淋巴细胞
淋巴细胞作为免疫系统的重要组成成分，近年来已被证明在IS的病变进展中起着重要作用。与大脑常驻免疫细胞和中性粒细胞不同，T淋巴细胞在缺血性脑损伤的晚期才向缺血区域募集。根据表面分子标志物的表达不同，可主要分为5种类型的T细胞，分别为细胞毒性(CD8+)T细胞、辅助性(CD4+)T细胞、调节性(Treg)T细胞、γδT细胞以及CD4-CD8-双阴性T(double negative T， DNT)细胞。
研究表明，脑卒中后，这5类T细胞均可以浸润脑实质，不过它们对于脑卒中后炎症的进展却有不同的作用。CD8+T细胞在缺血脑区表现出干扰素γ(interferon γ， IFN-γ)、TNF和穿孔素的上调，介导对脑组织细胞的毒性损伤作用。辅助性T细胞可分为TH1细胞、TH2细胞和TH17细胞，在炎症发生期间，TH1细胞可表达大量ROS、IFN-γ、
Treg细胞通过抑制基质金属蛋白酶9(MMP-9)的表达可避免血脑屏障遭到损害，并且其能够产生抗炎介质IL-10以及抵消IFN-γ、TNF-α、IL-17a等因子的促炎活性，发挥神经保护作用。γδT细胞表面高度表达IL-23R，与IL-23结合可促进IL-17a的分泌，吸引中性粒细胞募集并加重炎症反应。
关于DNT细胞的研究报道仍较少，有研究发现其可能参与脑卒中后神经炎症的进展，不过具体机制需待阐明。T淋巴细胞参与神经炎症的机制复杂，不同T细胞亚群对于炎症的发展可能具有相反的作用，然后对于这5种T细胞亚群在时间及空间分布上的区别还尚未可知，需要进一步探讨。
而近年随着硬脑膜淋巴管的发现，研究人员开始关注中枢神经系统与免疫系统的关联，随之不断有研究表明硬脑膜淋巴管与多种免疫性疾病有关。尽管目前尚未有研究探讨硬脑膜淋巴管是否参与IS的神经炎性反应，这一可能仍不可忽视。如果其参与，那么卒中主要激发硬脑膜淋巴管的何种免疫细胞，淋巴管源性和血管源性免疫细胞谁占主导地位以及硬脑膜的炎性反应是否可以早于脑实质从而打破小胶质细胞在神经炎性反应中的“免疫前锋”的地位便值得进一步思考。
2. IS与炎症介质
神经炎症反应是IS后病变进展过程中的关键环节，而炎症的特征是炎症细胞的募集及其所释放的炎症因子所介导的修复或损伤作用。目前已发现TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10、TGF-β及趋化因子等介质均参与神经炎症反应的发生，故可以从这些方面来进一步提升脑卒中分子治疗策略。
2.1 TNF-α
TNF-α是在IS中被研究最多的一种细胞因子。单核细胞、T细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和成纤维细胞均可以产生这种细胞因子。在脑卒中发作后，TNF-α在大脑中的出现很快，是最早出现的细胞因子之一。TNF-α以分泌形式(soluble TNF， solTNF)和跨膜形式(transmembrane TNF， tmTNF)存在。研究发现solTNF-TNFR1通路是TNF的促炎作用的原因，通过促进小胶质细胞和星形胶质细胞的增殖并促进巨噬细胞的吞噬作用及其细胞毒性作用而系统地发挥促炎作用；它还刺激IL-1和IL-6的产生以及诱导MMP的转录从而加剧炎症发展。
但是TNF-α也可保护脑实质免受IS引起的损伤，研究表明TNF在慢性缺血期以及卒中后神经元可塑性中发挥关键修复作用；TNF的缺乏也会影响人类的认知和行为。因此，TNF-α在卒中后的大脑炎症中具有双重作用，表现为在炎症的急性期起到促炎作用，在中晚期则起到抗炎和促修复作用。
探讨TNF-α在炎症急性和慢性期不同的作用机制以及两者如何转变将会更加丰富脑卒中的未来治疗策略。目前已认识到常规的他汀类药物如
研究报道，小胶质细胞中的核转录因子NR4A1(nuclear receptor subfamily 4 group A member 1)可作为RNA结合蛋白破坏TNF-α mRNA的稳定性从而在分子层面下调TNF-α在炎症期间的表达，不过NR4A1也可能在机体遭受病原体侵犯时带来风险，在神经炎症期间如何阶段性调控NR4A1将值得进一步研究。已有研究显示单独靶向solTNF对于治疗卒中后炎症有着不错的效果同时又能够保证TNF-α对于组织修复有益的一面不被抵消。因此未来的研究应将重点放在抑制TNF-α的损伤特性同时维持其组织修复特性上面。
2.2 IL-1β
IL-1β是一种在调节免疫系统中发挥重要作用的细胞因子。在生理条件下，IL-1β在脑部组成性表达，发挥神经营养作用或调节离子通道的表达和活性。在IS后IL-1β急性上调，初期主要在小胶质细胞和巨噬细胞中，后期星形胶质细胞成为IL-1β的主要来源。IL-1β可刺激小胶质细胞活化，表现为刺激其细胞表面TLRs表达并激活核因子NF-κB，促进具有促炎作用的神经毒性物质相关基因的表达，加重炎症反应，导致继发性脑损伤。
研究证实，在给予IL-1β的大鼠中，MCAO诱导的脑损伤更加严重。因此，这些证据表明，IL-1β是缺血性脑损伤的关键因素。迄今为止，白细胞介素-1受体拮抗剂(IL-1Ra)是唯一一种针对IL-1诱导的炎症的治疗剂。在临床前卒中模型中，重组(r)IL-1Ra在中枢和外周给药后被证明对神经组织具有保护作用，显示在MCAO模型中可减少梗死面积。但药理学研究表明，rIL-1Ra穿过血脑屏障的速度缓慢并且在循环中的半衰期很短，因此如何提高rIL-1Ra的脂溶性使其快速通过血脑屏障并且维持在大脑的有效治疗浓度将是未来的探讨热点。
2.3 IL-6
IL-6是除了TNF-α和IL-1β外另一种具有多效性功能的强效促炎细胞因子。它在许多细胞类型上表达，包括小胶质细胞、神经元和神经胶质细胞。IL-6介导的信号通路可分为经典信号通路和反式信号通路，前者需要IL-6R和gp130，后者则与可溶性IL-6R(sIL-6R)相结合。
据报道，IL-6在经典信号通路中被认为具有神经营养因子特性，有助于维持神经元稳态，发挥神经保护作用。在一项小鼠实验中，静脉注射IL-6被证实可改善脑卒中后神经功能结果，但是这一神经保护特性尚未得到临床验证。IL-6介导的反式信号通路则起到促炎作用，表现为上调白细胞和血管内皮细胞表面上黏附分子的表达以及促进血栓形成从而促进炎症进展，加重继发性损伤。不过其是否可以直接影响卒中后神经炎症的发生与发展有待进一步研究。目前很少有研究探讨IS以IL-6为靶点的治疗策略，这可能与IL-6作用机制复杂并且目前无法调节IL-6的双重作用有关。
2.4 IL-10与TGF-β
IL-10是一种多效性抗炎细胞因子，2型辅助T细胞和单核细胞是其主要来源。IL-10在抑制脑缺血时的脑损伤中起关键作用，与IL-10受体(IL-10R)结合可抑制促炎细胞因子的分泌，减轻IS后的炎症并限制细胞凋亡。
TGF-β是一种遍及于人体的生长因子。在脑缺血后，活化的M2型巨噬细胞产生的TGF-β增多。TGF-β可以抑制小胶质细胞、中性粒细胞和星形胶质细胞在脑卒中后的活化，间接减少促炎细胞因子的产生，从而减轻这些细胞类型引起的潜在损伤。
2.5 趋化因子
趋化因子是一种具有趋化作用的小信号蛋白。大多数炎症细胞均可以表达这种因子。IS发生后，趋化因子释放到脑脊液和细胞外液中，可激活免疫细胞之间的通信，刺激中性粒细胞、单核细胞和小胶质细胞等炎症细胞募集至缺血损伤区域。趋化因子除了具有趋化特性外，还能够直接影响血脑屏障。
在一项脑内皮细胞和星形胶质细胞的共培养实验中，单核细胞趋化因子1(monocyte chemotactic protein-1， MCP-1)的添加导致血脑屏障通透性显著增加，并引起内皮细胞中紧密连接蛋白的改变。然而，在IS的慢性期，趋化因子也可趋化神经干细胞及血管内皮祖细胞，从而促进神经细胞修复和血管再生，起到有益作用。因此，基于上述认识，进一步了解趋化因子在脑卒中后炎症中的作用机制，发现更多趋化因子与神经炎症的联系至关重要。
3. IS与炎症小体
炎症小体是一种大的多蛋白复合物，其本身由三个部分组成，分别是胞内NOD样受体(NOD-like receptors， NLRs)、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase act-ivation and recruitment domain， ASC)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1前体(pro-cysteinyl aspartate specific proteinase-1， Pro-caspase-1)。研究发现炎症小体在IS损伤刺激后可组装、活化并引起大量促炎介质释放，介导缺血后的炎症反应并进一步加重脑组织的继发性损伤。
而核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3， NLRP3)是最先被发现的炎症小体之一，也是目前研究最为透彻的炎症小体。在脑内NLRP3炎症小体主要表达于小胶质细胞和星形胶质细胞内，也是由NLRP3、ASC和Pro-caspase-1这3个胞质成分组成，并且通过下文所述的启动和激活阶段完成经典活化途径，从而介导炎症反应的发展。
DAMPs被免疫细胞识别可激活NF-κB通路，促进大量NLRP3、IL-1β前体和IL-18前体的表达，这就是所谓的第一阶段启动阶段。随后NLRP3发生构象变化，可吸引ASC和Pro-caspase-1。ASC作为衔接蛋白，可将NLRP3和Pro-caspase-1连接，从而装配成完整的蛋白复合物。Pro-caspase-1在被NLRP3募集过程中发生自身酶解，生成具有酶活性的caspase-1，随之酶解IL-1β前体和IL-18前体，形成可发挥促炎活性的IL-1β和IL-18并释放出去，进一步加重炎症反应，这个过程便是第二阶段激活阶段。
通过上述两个阶段，NLRP3炎症小体可引发一系列炎症级联反应，以其为靶点针对卒中后神经炎症已成为极具潜力的治疗策略。不过其影响炎症发展的具体调控通路还未阐明，具体机制还需进一步探讨。亮蓝G以及MCC950等作为NLRP3活化抑制剂，不仅能减轻
4. IS后神经炎症信号通路
脑卒中后，募集而来的炎症细胞以及介质触发一系列炎症信号通路而释放大量促炎症因子，导致脑组织细胞受损。近些年来，TLR/NF-κB信号通路和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase， MAPK)通路在神经炎症中被广泛提及，这些信号通路在很大程度上将为治疗脑卒中提供新颖的思路。
4.1 TLR/NF-κB信号通路
TLR作为一种跨膜蛋白，是先天免疫系统的关键成分，可识别大量DAMPs将刺激信息传递到细胞内，启动炎症级联反应。迄今为止，在已鉴定出的10种TLR亚型中，TLR2和TLR4与炎症发生关系最为密切。TLR可由多种免疫细胞和脑驻留细胞表达，如淋巴细胞、内皮细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞。在响应损伤的反应中，TLR通过MyD88依赖性途径和MyD88非依赖性途径与相应配体结合以诱导细胞活化。这两种TLR信号途径都激活下游信号因子NF-κB。
NF-κB由完整的p50/p65异二聚体复合物构成，是调节炎症反应的关键信号转导因子。在还未受到刺激时，NF-κB与其抑制性蛋白κB(inhibitor protein of nuclear factor κB， IκB)相结合，尚无转录活性。而当细胞受到损伤刺激时，TLR介导的上述途径便可激活IκB激酶(inhibitor of kappa B kinase， IKK)将IκB蛋白磷酸化，随后NF-κB和IκB复合物便可经泛素化途径降解，使NF-κB从复合物中解离出来并从细胞质转移到细胞核中，通过与特定基因位点结合，启动转录过程并触发一系列促炎细胞因子的释放，包括细胞色素c氧化酶亚基2，IL-1β和TNF-α等，从而造成细胞损伤。考虑到TLR/NF-κB信号通路在炎症进展中的重要作用，需进一步探讨此通路在脑卒中的病理生理机制，以提供出更多有效的治疗策略。
4.2 MAPK通路
MAPK是一类进化保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，根据MAPK活性结构域内的苏氨酸-X-酪氨酸(Thr-X-Tyr)序列的不同，MAPK家族可分为3类亚家族，分别为细胞外信号调节激酶(ERK)，c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38 MAPK亚家族。MAPK通过3层激酶级联包括MAPKK激酶(MAPKKK)、MAPK激酶(MAPKK)和MAPK转导细胞应激并介导各种细胞内活性。3类亚家族信号通路都可以在脑缺血后被激活，特别是p38 MAPK在炎症介导的缺血性损伤中发挥重要作用，另外ERK和JNK也一定程度上在脑缺血中发挥不利作用。
当脑卒中发生时，p38 MAPK通路被激活，NF-κB是p38 MAPK的下游分子，因此p38 MAPK信号通路可激活NF-κB易位至细胞核，驱动特定炎症因子的表达，介导炎症反应，增强炎症损伤；ERK1/2信号通路被激活后，能够增强炎症因子的表达，增加血脑屏障的破坏，导致脑损伤。然而也有报道称ERK1/2具有神经保护活性，是什么因素决定其在脑缺血中发挥有害或有益的作用尚不得而知；JNK是介导脑缺血细胞凋亡的关键因子，其与p38 MAPK具有许多相似之处，大多数能够激活p38 MAPK的刺激也能够激活JNK亚族，并且也可以通过与NF-κB信号通路产生交互性联系而发挥调控炎症的作用。
综上，3种MAPK亚家族通路均可以促进脑卒中后炎症反应的进展，后续应更深入研究如何调控MAPK信号通路来改善卒中后脑组织的恢复。
5. 总结及展望
IS的病理生理学是一个复杂的过程。越来越多的证据表明，神经炎症在IS的发病机制中起着关键作用，已成为治疗干预的一个非常具有潜力的靶点。然而各种证据表明，参与神经炎症的免疫细胞及炎症介质大多具有双重功能。因此炎症在损伤和修复中的双重作用使针对脑卒中患者神经炎症方向的干预尝试变得复杂，必须注意应在何时、何处以及如何调节脑卒中后神经炎症的进程。
此外，现阶段对于脑卒中后神经炎症靶向治疗的研究仍处于基础阶段，主要的策略多以针对单个靶点为主，而炎症是多细胞、多因子相互作用级联放大的过程，因此针对单一靶点的治疗方法难以取得很好的临床疗效。并且目前选用的药物在抑制炎症的同时不可避免地也会加剧免疫系统受损，增加了患者感染的风险。因此，在未来需要探索更多针对多靶点、多通路的治疗策略，同时开展更多长时程、随机性的临床试验，为防治IS提供更全面的思路。
来源：袁苏苏,贾锋.缺血性脑卒中后神经炎症的研究进展[J].同济大学学报(医学版),2024,45(04):591-599.
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