缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）是目前威脅人類健康的重要疾病之一，IS的發生發展過程可觸發一系列復雜的病理生理改變，包括血腦屏障受損、離子失衡、氧化應激、線粒體損傷等，最終導致缺血區神經細胞的凋亡及壞死。其中，血腦屏障受損是IS患者出現腦水腫、出血轉化及預后不良的關鍵因素，而神經炎性反應在血腦屏障受損及修復過程中發揮重要作用。該文主要圍繞膠質細胞、促炎性細胞因子及基質金屬蛋白酶介導的神經炎性反應與IS血腦屏障受損及修復的相關機制進行綜述，以期為IS的治療提供新方向。
引用本文： 杜仁峰, 余波, 潘丹紅, 藺雁萍, 王清華, 李永男, 侯雙興. 缺血性腦卒中血腦屏障受損及修復的神經炎性機制研究進展. 華西醫學, 2022, 37(4): 622-626. doi: 10.7507/1002-0179.202106277 復制
腦卒中是目前世界范圍內致死及致殘的主要原因之一，據統計，全球每年約1500萬人罹患腦卒中[1]。缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）是最常見的卒中類型，約占所有卒中的80%以上[2]。因此，明確IS的病理機制對預防卒中事件及尋找更為有效的治療靶點具有重要意義。研究顯示，IS可導致受損神經元釋放損傷相關分子模式分子，進而誘導膠質細胞活化、炎性介質釋放及基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）表達上調，導致血腦屏障受損[3]，而受損的血腦屏障還能促進炎性細胞的浸潤及膠質細胞的進一步活化，加劇炎性反應的級聯過程及缺血性腦損害[4-5]。因此，針對神經炎癥的抗炎策略可能為IS的治療帶來希望。已有研究報道，抑制炎癥的主要成分如小膠質細胞（microglia，MG）、T淋巴細胞及促炎性細胞因子等可減少實驗動物的腦缺血并改善神經癥狀[1]。然而，與上述研究報道不同，免疫細胞及炎性細胞因子亦參與血腦屏障的修復過程[3, 5]。該文基于近期發表的神經炎性介質所介導的神經炎性反應與IS血腦屏障受損及修復的相關機制進行綜述，旨在為IS發病機制的探索及治療策略的制定提供新思路。
1 血腦屏障的結構與生理功能
血腦屏障是腦微循環的重要組成部分，主要由毛細血管內皮細胞、星形膠質細胞（astrocyte，AST）、周細胞及細胞外基質等構成[6]。正常條件下，血腦屏障可表達多種離子轉運蛋白，且存在離子通道，為腦組織提供必需的營養，并清除腦內代謝廢物，從而有效維持中樞神經系統（central nervous system，CNS）的穩態[7]。然而，并非所有成分均能通過血腦屏障，其具有高度的選擇性屏障作用。血腦屏障憑借緊密連接蛋白及連接黏附分子使得內皮細胞之間連接更加緊密，并聯合AST、周細胞等充分保證了血腦屏障結構的完整及穩定[3, 7]。通過上述方式，血腦屏障將CNS與外周血液循環相隔離，有效限制和調節血液與CNS之間的分子、離子及細胞交換，正是這種精準調控，使得大多數分子、病毒及炎性因子等有害成分難以通過血腦屏障，這對于維持CNS的正常生理功能至關重要[3, 7-8]。然而，在IS的病理過程中，膠質細胞、促炎性細胞因子及MMP等介導的神經炎性反應可導致血腦屏障的結構及功能障礙，進而加重缺血性腦損害[3-5]。但在IS慢性階段，上述炎性介質可促進神經元存活、軸突生長、神經血管單元重塑等，從而發揮重要的神經修復作用[3, 5, 9-10]。
2 膠質細胞與血腦屏障
2.1 MG
MG是CNS的主要免疫細胞，充當CNS先天免疫應答反應的第一道防線。研究顯示，MG的激活發生在IS的每個階段，并廣泛參與IS后血腦屏障損害及修復的病理過程[3]。MG活化對IS血腦屏障的影響在很大程度上取決于MG的表型或狀態，而其表型或狀態與CNS的微環境變化密切相關[11]。
IS條件下，缺血區內MG活化異常活躍，其形態結構、基因表型迅速轉變，可分化成促炎和抗炎2種不同表型。其中，促炎相關的M1表型可導致血腦屏障的通透性增強及功能障礙，其特征在于產生促炎介質，包括腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細胞介素（interleukin，IL）-6及MMP等[3-5, 12-13]。促炎性細胞因子通過上調血管內皮細胞黏附分子的表達并促進免疫細胞（如中性粒細胞、淋巴細胞）的浸潤，進一步加劇炎性級聯反應及血腦屏障破壞[13-14]。MMP則可直接降解血腦屏障的緊密連接蛋白和細胞外基質成分，從而損害血管完整性，導致血腦屏障通透性增加[5]。而抑制MG的激活及上述促炎介質的表達可減輕血腦屏障的損害及神經功能缺損，并降低IS后腦水腫和出血轉化風險[5, 13]。
然而，與M1型相反，激活的M2型MG可以釋放多種抗炎因子如IL-4、IL-10等，從而削弱炎性反應并發揮神經保護作用[13]。此外，M2型MG還能表達多種神經營養因子，如胰島素樣生長因子-1、腦源性神經營養因子、轉化生長因子-β等，進而促進損傷組織的再生及修復[3, 13]。與M1型相比，M2型MG具有更高的吞噬活性，可以有效消除細胞碎片并促進細胞外基質重建，在介導受損血腦屏障的修復過程中發揮重要作用[13]。
2.2 AST
AST是CNS中最常見的神經膠質細胞類型，作為大腦的主要管家細胞，AST對于腦微環境的控制、腦血流量的調節、神經遞質的吸收、神經營養因子的釋放、突觸的形成及血腦屏障的發育和維持具有重要意義[9]。在人腦中，AST在其結構域內具有多達200萬個突觸，并且AST直接與神經元、少突膠質細胞、MG、內皮細胞及周細胞接觸，這對于神經組織中的細胞間通訊至關重要[9]。
IS發生后，受損神經元及免疫細胞可產生損傷相關分子模式分子，進而誘導AST活化。活化的AST能夠快速增殖，改變其形態和功能，成為反應性AST[15]。反應性AST通過釋放促炎性細胞因子、血管內皮生長因子、MMP、一氧化氮、谷氨酸和內皮素等引起內皮細胞凋亡和緊密連接相關蛋白下調，從而導致血腦屏障破壞[16]。并且相關炎性介質還可通過受損的血腦屏障誘導白細胞從血液到神經組織的遷移及浸潤，進一步加劇血腦屏障的破壞及缺血性神經損傷[15]。而抑制AST的激活可顯著減輕IS后的神經炎性反應并改善腦缺血實驗動物模型的神經功能缺損[17-19]。
近年來，越來越多的研究顯示，AST同樣參與IS的神經修復過程[9-10, 20-22]。在IS慢性階段，AST促進多種神經營養因子的分泌，如腦源性神經營養因子、神經生長因子、神經營養蛋白-3及血管內皮生長因子等[9]。這些營養因子對缺血性神經元網絡的恢復和神經發生過程至關重要[9]。此外，AST可通過谷氨酸轉運蛋白清除突觸區域的谷氨酸來保護CNS免受氧化應激損傷[20]。近年來，研究已表明氧化應激是IS發生及發展的重要病理機制之一，氧化應激與炎性反應相互促進，形成惡性循環，最終導致內皮細胞損傷、血腦屏障破壞及細胞凋亡[21]。而AST可增強抗氧化劑（如谷胱甘肽）的合成和釋放并增加轉錄因子的表達來促進神經元存活[10]。AST還可以從神經元接受受損的線粒體進行線粒體吞噬，然后將健康的線粒體傳遞至神經元，而增強線粒體能量的產生是IS后重建腦細胞功能的關鍵[22]。由此可見，AST在IS不同階段可發揮損傷及修復的雙重作用，但其具體機制仍需進一步研究。
3 促炎性細胞因子與血腦屏障
3.1 TNF-α
TNF-α作為維持CNS穩態及調節病理生理過程的關鍵因子，在IS的神經-免疫調節機制中發揮重要作用[1, 23]。局部缺血發生后，活化的MG和巨噬細胞產生的TNF-α可增強興奮性神經毒性及氧化應激，并促進內皮細胞的凋亡和血腦屏障的破壞[24]。研究顯示，TNF-α主要通過誘導炎性細胞因子釋放、內皮黏附分子上調、白細胞募集等機制參與上述病理過程[25]。
有研究顯示，IS后24 h即可發現患者血液和腦脊液中TNF-α水平升高，并且持續1～2周[26]。也有動物實驗亦發現缺血大鼠模型外周血和缺血腦區TNF-α水平均升高，而自由基清除劑（α-硫辛酸）及TNF-α抑制劑（依那西普）單獨或聯合應用均能有效改善大腦中動脈閉塞大鼠的梗死面積、血腦屏障破壞及神經運動障礙，且聯合應用效果更為顯著[27]。與此類似，Chen等[28]的研究表明，應用TNF-α另一種抑制劑（英夫利西單抗）可阻斷TNF-α與TNF受體的結合并抑制壞死性信號傳導，顯著改善了腦缺血大鼠模型的內皮細胞壞死及卒中結局。
然而，TNF-α在IS病理過程中還發揮神經保護作用，TNF-α的有害或保護作用呈區域特異性，且還取決于參與細胞信號傳導的受體類型[24]。TNF-α存在2種生物活性形式，即跨膜型和分泌型，通過與其2種受體TNF受體1和TNF受體2的不同結合而發揮生物學作用[1]。近期研究顯示，IS患者急性期血漿內上述2種受體水平升高[23]。并且在IS的病理過程中，跨膜型TNF-α-TNF受體1信號似乎具有保護作用，TNF-α通過激活核因子-κB途徑而參與IS病理過程中神經元的存活和可塑性調節，并通過與TNF受體1結合而介導IS后缺血半暗帶內的血管生成和組織重塑[29]。
3.2 IL-1
IL-1家族成員是先天免疫反應的重要介質。研究表明，IL-1的家族成員IL-1α及IL-1β在IS病理過程中發揮重要作用[30]。IL-1不僅由MG產生，AST及神經元亦是其重要來源，IL-1可刺激AST分泌細胞因子和趨化因子，并增加MMP的表達，導致血腦屏障破壞。此外，還可上調細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1的表達，從而誘導中性粒細胞、巨噬細胞和其他白細胞向缺血區進一步浸潤，加劇血腦屏障的破壞[25]。研究顯示，IL-1β的信使RNA水平在腦缺血后15～30 min內升高，在局灶性腦缺血模型中，腦源性和血液源性IL-1均會導致血腦屏障破壞，而IL-1α/β雙敲除小鼠的梗死面積明顯減小[26]。使用高度選擇性的IL-1受體拮抗劑（IL-1受體a）可阻斷IL-1信號傳導，從而對IS和其他形式的腦損傷均具有保護作用[31]。Wong等[30]亦發現，敲除腦內皮細胞及膽堿能神經元的IL-1受體1可導致大腦中動脈閉塞小鼠梗死體積減小、腦水腫減輕、中性粒細胞遷移下調、血腦屏障通透性降低，并且神經功能得到改善。近期的研究還發現，胰島素樣生長因子-1的應用可有效減少大鼠的梗死面積并改善其感覺運動功能，與其抑制IL-1β的表達相關[32]。
3.3 IL-6
IL-6是IS相關的另一種多效能細胞因子，可由單核細胞、神經元和膠質細胞等分泌，其多效性主要通過其不同的跨膜信號傳遞形式而實現，包括經典傳導途徑和反式信號傳導途徑，IL-6的經典信號傳導主要發揮抗炎和神經保護作用，而反式信號傳導則負責促炎效應[33]。
在臨床研究中，IL-6的高水平與IS的嚴重程度呈正相關[34-35]。一項前瞻性多中心研究發現，血清IL-6水平升高與IS患者3個月后發生的不良預后和較高的病死率相關[34]，是AIS患者不良預后的獨立危險預測因子[35]。IS后最初的幾小時內MG被激活并釋放IL-6、IL-1等促炎性細胞因子，這些細胞因子可增強細胞間黏附分子-1、P選擇素和E選擇素的表達，進一步促進白細胞黏附、聚集及跨內皮遷移，加劇炎性級聯反應而導致血腦屏障功能障礙[14]。IL-6還可誘導內皮細胞間緊密連接蛋白磷酸化，改變緊密連接的超微結構分布而導致血腦屏障通透性增加[36]。此外，IL-6積極地促進了某些趨化因子的合成和釋放[37]，從而加劇IS急性期血腦屏障的損害。
然而，與上述研究結果不同，Feng等[38]發現在IS復雜的促炎網絡活動中，IL-6具有神經保護作用而非神經毒性因子。IL-6靜脈應用能夠減輕大鼠模型梗死面積和神經系統評分，并且通過激活Jak/信號轉導及轉錄激活因子通路中的信號轉導及轉錄激活因子3來調節神經元抗凋亡蛋白的表達，從而有效抑制局部缺血誘導的細胞凋亡[38]。IL-6還可下調炎性介質如IL-1β和TNF-α的釋放并抑制MMP-9在缺血腦組織中的表達，從而減輕血腦屏障破壞[38]。
4 MMP與血腦屏障
MMP屬于多肽酶家族，基于其作用底物及蛋白結構差異，MMP家族被分為6類。由于在發育、損傷和修復過程中與組織相互作用的復雜性，使得MMP具有多重作用，在IS早期主要參與缺血性腦損傷，而在后期則參與損傷的修復和重建[39]。
正常情況下，MMP在成年大腦中的表達極低，甚至可能無法檢測到，但在IS條件下，MMP被廣泛上調及激活，并已被確定為腦缺血和再灌注后血腦屏障損傷的關鍵介質[40-45]。目前，以MMP-2和MMP-9的研究最為廣泛。研究顯示，IS患者循環血液及梗死核心區域MMP-2及MMP-9水平升高[40-41]。并且MMP-9水平與IS患者腦水腫和出血性轉化密切相關，是IS不良預后的有力預測指標[42]。此外，IS患者血清MMP-9水平與卒中后認知障礙及卒中后抑郁癥密切相關[43-44]。而抑制MMP-9的表達能減輕腦缺血實驗動物模型的神經功能障礙及血腦屏障損傷[45]。
在IS條件下，MMP-2表達上調，其主要由神經元、膠質細胞和內皮細胞產生，并在早期腦損傷及可逆性的血腦屏障開放病理過程中發揮重要作用，若缺血、缺氧狀態持續存在，則會誘導嗜中性粒細胞和單核細胞向受損腦區遷移并增加炎性介質的釋放，導致MMP-3和MMP-9的廣泛激活，最終發生持續性的傷害作用，如血腦屏障的廣泛破壞、腦水腫、出血轉化及神經元壞死[39, 46]。
然而，在IS后期，MMP可通過參與神經干細胞遷移、血管重塑、突觸可塑性調節、神經發生等過程而發揮神經修復作用[40, 47-48]。在腦缺血大鼠模型中，海馬齒狀回MMP的激活與神經干細胞向成熟神經元的增殖和分化速率密切相關，是缺血后海馬神經發生的重要組成部分[48]。此外，MMP通過增加生長因子的表達來刺激血管生成及神經發生，進而促進組織重塑，這對于卒中恢復至關重要[40]。
5 小結與展望
綜上所述，膠質細胞及炎性介質等所介導的神經炎性反應是IS血腦屏障受損及修復過程的關鍵。盡管近年來針對IS血腦屏障受損及修復的病理機制研究取得了一定進展，但由于其病理過程錯綜復雜，涉及多種免疫細胞、炎性因子以及相應細胞內信號轉換，目前臨床上通過抗炎及免疫調節治療IS方案的嘗試并未達到理想效果。因此，需要分子生物學、影像學、醫學工程學等多學科合作進一步探索IS血腦屏障受損的炎性病理過程，進而在特定的時間靶向抑制有害的炎性反應。相信通過更為深入的研究，探索更具針對性的個體化抗炎及免疫調節療法能夠為IS的治療帶來希望。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
腦卒中是目前世界范圍內致死及致殘的主要原因之一，據統計，全球每年約1500萬人罹患腦卒中[1]。缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）是最常見的卒中類型，約占所有卒中的80%以上[2]。因此，明確IS的病理機制對預防卒中事件及尋找更為有效的治療靶點具有重要意義。研究顯示，IS可導致受損神經元釋放損傷相關分子模式分子，進而誘導膠質細胞活化、炎性介質釋放及基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）表達上調，導致血腦屏障受損[3]，而受損的血腦屏障還能促進炎性細胞的浸潤及膠質細胞的進一步活化，加劇炎性反應的級聯過程及缺血性腦損害[4-5]。因此，針對神經炎癥的抗炎策略可能為IS的治療帶來希望。已有研究報道，抑制炎癥的主要成分如小膠質細胞（microglia，MG）、T淋巴細胞及促炎性細胞因子等可減少實驗動物的腦缺血并改善神經癥狀[1]。然而，與上述研究報道不同，免疫細胞及炎性細胞因子亦參與血腦屏障的修復過程[3, 5]。該文基于近期發表的神經炎性介質所介導的神經炎性反應與IS血腦屏障受損及修復的相關機制進行綜述，旨在為IS發病機制的探索及治療策略的制定提供新思路。
1 血腦屏障的結構與生理功能
血腦屏障是腦微循環的重要組成部分，主要由毛細血管內皮細胞、星形膠質細胞（astrocyte，AST）、周細胞及細胞外基質等構成[6]。正常條件下，血腦屏障可表達多種離子轉運蛋白，且存在離子通道，為腦組織提供必需的營養，并清除腦內代謝廢物，從而有效維持中樞神經系統（central nervous system，CNS）的穩態[7]。然而，并非所有成分均能通過血腦屏障，其具有高度的選擇性屏障作用。血腦屏障憑借緊密連接蛋白及連接黏附分子使得內皮細胞之間連接更加緊密，并聯合AST、周細胞等充分保證了血腦屏障結構的完整及穩定[3, 7]。通過上述方式，血腦屏障將CNS與外周血液循環相隔離，有效限制和調節血液與CNS之間的分子、離子及細胞交換，正是這種精準調控，使得大多數分子、病毒及炎性因子等有害成分難以通過血腦屏障，這對于維持CNS的正常生理功能至關重要[3, 7-8]。然而，在IS的病理過程中，膠質細胞、促炎性細胞因子及MMP等介導的神經炎性反應可導致血腦屏障的結構及功能障礙，進而加重缺血性腦損害[3-5]。但在IS慢性階段，上述炎性介質可促進神經元存活、軸突生長、神經血管單元重塑等，從而發揮重要的神經修復作用[3, 5, 9-10]。
2 膠質細胞與血腦屏障
2.1 MG
MG是CNS的主要免疫細胞，充當CNS先天免疫應答反應的第一道防線。研究顯示，MG的激活發生在IS的每個階段，并廣泛參與IS后血腦屏障損害及修復的病理過程[3]。MG活化對IS血腦屏障的影響在很大程度上取決于MG的表型或狀態，而其表型或狀態與CNS的微環境變化密切相關[11]。
IS條件下，缺血區內MG活化異常活躍，其形態結構、基因表型迅速轉變，可分化成促炎和抗炎2種不同表型。其中，促炎相關的M1表型可導致血腦屏障的通透性增強及功能障礙，其特征在于產生促炎介質，包括腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細胞介素（interleukin，IL）-6及MMP等[3-5, 12-13]。促炎性細胞因子通過上調血管內皮細胞黏附分子的表達并促進免疫細胞（如中性粒細胞、淋巴細胞）的浸潤，進一步加劇炎性級聯反應及血腦屏障破壞[13-14]。MMP則可直接降解血腦屏障的緊密連接蛋白和細胞外基質成分，從而損害血管完整性，導致血腦屏障通透性增加[5]。而抑制MG的激活及上述促炎介質的表達可減輕血腦屏障的損害及神經功能缺損，并降低IS后腦水腫和出血轉化風險[5, 13]。
然而，與M1型相反，激活的M2型MG可以釋放多種抗炎因子如IL-4、IL-10等，從而削弱炎性反應并發揮神經保護作用[13]。此外，M2型MG還能表達多種神經營養因子，如胰島素樣生長因子-1、腦源性神經營養因子、轉化生長因子-β等，進而促進損傷組織的再生及修復[3, 13]。與M1型相比，M2型MG具有更高的吞噬活性，可以有效消除細胞碎片并促進細胞外基質重建，在介導受損血腦屏障的修復過程中發揮重要作用[13]。
2.2 AST
AST是CNS中最常見的神經膠質細胞類型，作為大腦的主要管家細胞，AST對于腦微環境的控制、腦血流量的調節、神經遞質的吸收、神經營養因子的釋放、突觸的形成及血腦屏障的發育和維持具有重要意義[9]。在人腦中，AST在其結構域內具有多達200萬個突觸，并且AST直接與神經元、少突膠質細胞、MG、內皮細胞及周細胞接觸，這對于神經組織中的細胞間通訊至關重要[9]。
IS發生后，受損神經元及免疫細胞可產生損傷相關分子模式分子，進而誘導AST活化。活化的AST能夠快速增殖，改變其形態和功能，成為反應性AST[15]。反應性AST通過釋放促炎性細胞因子、血管內皮生長因子、MMP、一氧化氮、谷氨酸和內皮素等引起內皮細胞凋亡和緊密連接相關蛋白下調，從而導致血腦屏障破壞[16]。并且相關炎性介質還可通過受損的血腦屏障誘導白細胞從血液到神經組織的遷移及浸潤，進一步加劇血腦屏障的破壞及缺血性神經損傷[15]。而抑制AST的激活可顯著減輕IS后的神經炎性反應并改善腦缺血實驗動物模型的神經功能缺損[17-19]。
近年來，越來越多的研究顯示，AST同樣參與IS的神經修復過程[9-10, 20-22]。在IS慢性階段，AST促進多種神經營養因子的分泌，如腦源性神經營養因子、神經生長因子、神經營養蛋白-3及血管內皮生長因子等[9]。這些營養因子對缺血性神經元網絡的恢復和神經發生過程至關重要[9]。此外，AST可通過谷氨酸轉運蛋白清除突觸區域的谷氨酸來保護CNS免受氧化應激損傷[20]。近年來，研究已表明氧化應激是IS發生及發展的重要病理機制之一，氧化應激與炎性反應相互促進，形成惡性循環，最終導致內皮細胞損傷、血腦屏障破壞及細胞凋亡[21]。而AST可增強抗氧化劑（如谷胱甘肽）的合成和釋放并增加轉錄因子的表達來促進神經元存活[10]。AST還可以從神經元接受受損的線粒體進行線粒體吞噬，然后將健康的線粒體傳遞至神經元，而增強線粒體能量的產生是IS后重建腦細胞功能的關鍵[22]。由此可見，AST在IS不同階段可發揮損傷及修復的雙重作用，但其具體機制仍需進一步研究。
3 促炎性細胞因子與血腦屏障
3.1 TNF-α
TNF-α作為維持CNS穩態及調節病理生理過程的關鍵因子，在IS的神經-免疫調節機制中發揮重要作用[1, 23]。局部缺血發生后，活化的MG和巨噬細胞產生的TNF-α可增強興奮性神經毒性及氧化應激，并促進內皮細胞的凋亡和血腦屏障的破壞[24]。研究顯示，TNF-α主要通過誘導炎性細胞因子釋放、內皮黏附分子上調、白細胞募集等機制參與上述病理過程[25]。
有研究顯示，IS后24 h即可發現患者血液和腦脊液中TNF-α水平升高，并且持續1～2周[26]。也有動物實驗亦發現缺血大鼠模型外周血和缺血腦區TNF-α水平均升高，而自由基清除劑（α-硫辛酸）及TNF-α抑制劑（依那西普）單獨或聯合應用均能有效改善大腦中動脈閉塞大鼠的梗死面積、血腦屏障破壞及神經運動障礙，且聯合應用效果更為顯著[27]。與此類似，Chen等[28]的研究表明，應用TNF-α另一種抑制劑（英夫利西單抗）可阻斷TNF-α與TNF受體的結合并抑制壞死性信號傳導，顯著改善了腦缺血大鼠模型的內皮細胞壞死及卒中結局。
然而，TNF-α在IS病理過程中還發揮神經保護作用，TNF-α的有害或保護作用呈區域特異性，且還取決于參與細胞信號傳導的受體類型[24]。TNF-α存在2種生物活性形式，即跨膜型和分泌型，通過與其2種受體TNF受體1和TNF受體2的不同結合而發揮生物學作用[1]。近期研究顯示，IS患者急性期血漿內上述2種受體水平升高[23]。并且在IS的病理過程中，跨膜型TNF-α-TNF受體1信號似乎具有保護作用，TNF-α通過激活核因子-κB途徑而參與IS病理過程中神經元的存活和可塑性調節，并通過與TNF受體1結合而介導IS后缺血半暗帶內的血管生成和組織重塑[29]。
3.2 IL-1
IL-1家族成員是先天免疫反應的重要介質。研究表明，IL-1的家族成員IL-1α及IL-1β在IS病理過程中發揮重要作用[30]。IL-1不僅由MG產生，AST及神經元亦是其重要來源，IL-1可刺激AST分泌細胞因子和趨化因子，并增加MMP的表達，導致血腦屏障破壞。此外，還可上調細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1的表達，從而誘導中性粒細胞、巨噬細胞和其他白細胞向缺血區進一步浸潤，加劇血腦屏障的破壞[25]。研究顯示，IL-1β的信使RNA水平在腦缺血后15～30 min內升高，在局灶性腦缺血模型中，腦源性和血液源性IL-1均會導致血腦屏障破壞，而IL-1α/β雙敲除小鼠的梗死面積明顯減小[26]。使用高度選擇性的IL-1受體拮抗劑（IL-1受體a）可阻斷IL-1信號傳導，從而對IS和其他形式的腦損傷均具有保護作用[31]。Wong等[30]亦發現，敲除腦內皮細胞及膽堿能神經元的IL-1受體1可導致大腦中動脈閉塞小鼠梗死體積減小、腦水腫減輕、中性粒細胞遷移下調、血腦屏障通透性降低，并且神經功能得到改善。近期的研究還發現，胰島素樣生長因子-1的應用可有效減少大鼠的梗死面積并改善其感覺運動功能，與其抑制IL-1β的表達相關[32]。
3.3 IL-6
IL-6是IS相關的另一種多效能細胞因子，可由單核細胞、神經元和膠質細胞等分泌，其多效性主要通過其不同的跨膜信號傳遞形式而實現，包括經典傳導途徑和反式信號傳導途徑，IL-6的經典信號傳導主要發揮抗炎和神經保護作用，而反式信號傳導則負責促炎效應[33]。
在臨床研究中，IL-6的高水平與IS的嚴重程度呈正相關[34-35]。一項前瞻性多中心研究發現，血清IL-6水平升高與IS患者3個月后發生的不良預后和較高的病死率相關[34]，是AIS患者不良預后的獨立危險預測因子[35]。IS后最初的幾小時內MG被激活并釋放IL-6、IL-1等促炎性細胞因子，這些細胞因子可增強細胞間黏附分子-1、P選擇素和E選擇素的表達，進一步促進白細胞黏附、聚集及跨內皮遷移，加劇炎性級聯反應而導致血腦屏障功能障礙[14]。IL-6還可誘導內皮細胞間緊密連接蛋白磷酸化，改變緊密連接的超微結構分布而導致血腦屏障通透性增加[36]。此外，IL-6積極地促進了某些趨化因子的合成和釋放[37]，從而加劇IS急性期血腦屏障的損害。
然而，與上述研究結果不同，Feng等[38]發現在IS復雜的促炎網絡活動中，IL-6具有神經保護作用而非神經毒性因子。IL-6靜脈應用能夠減輕大鼠模型梗死面積和神經系統評分，并且通過激活Jak/信號轉導及轉錄激活因子通路中的信號轉導及轉錄激活因子3來調節神經元抗凋亡蛋白的表達，從而有效抑制局部缺血誘導的細胞凋亡[38]。IL-6還可下調炎性介質如IL-1β和TNF-α的釋放并抑制MMP-9在缺血腦組織中的表達，從而減輕血腦屏障破壞[38]。
4 MMP與血腦屏障
MMP屬于多肽酶家族，基于其作用底物及蛋白結構差異，MMP家族被分為6類。由于在發育、損傷和修復過程中與組織相互作用的復雜性，使得MMP具有多重作用，在IS早期主要參與缺血性腦損傷，而在后期則參與損傷的修復和重建[39]。
正常情況下，MMP在成年大腦中的表達極低，甚至可能無法檢測到，但在IS條件下，MMP被廣泛上調及激活，并已被確定為腦缺血和再灌注后血腦屏障損傷的關鍵介質[40-45]。目前，以MMP-2和MMP-9的研究最為廣泛。研究顯示，IS患者循環血液及梗死核心區域MMP-2及MMP-9水平升高[40-41]。并且MMP-9水平與IS患者腦水腫和出血性轉化密切相關，是IS不良預后的有力預測指標[42]。此外，IS患者血清MMP-9水平與卒中后認知障礙及卒中后抑郁癥密切相關[43-44]。而抑制MMP-9的表達能減輕腦缺血實驗動物模型的神經功能障礙及血腦屏障損傷[45]。
在IS條件下，MMP-2表達上調，其主要由神經元、膠質細胞和內皮細胞產生，并在早期腦損傷及可逆性的血腦屏障開放病理過程中發揮重要作用，若缺血、缺氧狀態持續存在，則會誘導嗜中性粒細胞和單核細胞向受損腦區遷移并增加炎性介質的釋放，導致MMP-3和MMP-9的廣泛激活，最終發生持續性的傷害作用，如血腦屏障的廣泛破壞、腦水腫、出血轉化及神經元壞死[39, 46]。
然而，在IS后期，MMP可通過參與神經干細胞遷移、血管重塑、突觸可塑性調節、神經發生等過程而發揮神經修復作用[40, 47-48]。在腦缺血大鼠模型中，海馬齒狀回MMP的激活與神經干細胞向成熟神經元的增殖和分化速率密切相關，是缺血后海馬神經發生的重要組成部分[48]。此外，MMP通過增加生長因子的表達來刺激血管生成及神經發生，進而促進組織重塑，這對于卒中恢復至關重要[40]。
5 小結與展望
綜上所述，膠質細胞及炎性介質等所介導的神經炎性反應是IS血腦屏障受損及修復過程的關鍵。盡管近年來針對IS血腦屏障受損及修復的病理機制研究取得了一定進展，但由于其病理過程錯綜復雜，涉及多種免疫細胞、炎性因子以及相應細胞內信號轉換，目前臨床上通過抗炎及免疫調節治療IS方案的嘗試并未達到理想效果。因此，需要分子生物學、影像學、醫學工程學等多學科合作進一步探索IS血腦屏障受損的炎性病理過程，進而在特定的時間靶向抑制有害的炎性反應。相信通過更為深入的研究，探索更具針對性的個體化抗炎及免疫調節療法能夠為IS的治療帶來希望。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。