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白细胞介素与脑缺血

临床神经病学杂志 2000年第3期第13卷 综述

作者：杨渊　方思羽　张苏明

单位：同济医科大学临床神经医学中心/附属同济医院神经内科　430030

　　白细胞介素（il）是主要由单个核细胞（包括淋巴细胞和单核-巨噬细胞）产生的一组免疫活性因子，作用于淋巴细胞、巨噬细胞和其它细胞，共同参与机体免疫反应、应激反应和炎症的调节。近年来临床和实验研究发现，il在脑缺血后表达明显增加，并通过作用于白细胞、血管内皮细胞、神经细胞等，一部分il（il-1、il-6）在脑缺血中发挥神经毒性和神经保护双重作用，一部分（il-8）介导脑缺血后炎性反应，参与缺血性脑损伤，其它（il-3、il-10）则保护缺血的神经元。

　　1　介导神经损伤和神经保护双向作用的因子——il-1与il-6

　　1.1　il-1与il-6的生物学特性　il-1可由多种细胞合成和分泌，最主要的是活化的单核/巨噬细胞，神经胶质细胞、内皮细胞也能少量合成。人il-1分子量为15～17 kd，活性形式有3种： il-1α、il-1β和il-1rα。il-1β是血浆和组织液中的主要分泌形式，也是脑组织中的主要形式。它不仅能协同其它细胞因子促进b、t细胞活化，而且能诱导其它炎性产物的生成，加强白细胞对血管内皮的粘附，并调节il-6、tnf-α、脑脊液及其自身的产生。il-1rα与il-1β竞争性结合il-1r可减弱il-1β的效应。il-6亦可由多种细胞产生，并能作用于多种靶细胞。人il-6分子量为21～26 kd，人、鼠的il-6氨基酸序列有65%同源性。il-6可以调节神经内分泌网络，对下丘脑-垂体-肾上腺轴有正负调节作用；使激活的b细胞成熟为分泌型浆细胞，从而间接提高免疫球蛋白的含量，并能在il-2存在的条件下，诱导t细胞增生和向细胞毒性方向转化。

　　1.2　il-1β与il-6在脑缺血中的表达　正常时只有少量il-1β和il-6表达于脑内，主要分布于海马、下丘脑、皮质。缺血后il-1β、il-6表达明显增加，增加幅度与缺血程度、持续时间相关。zhang等^［1］ 用抗il-1β单克隆抗体检测发现，小鼠大脑中动脉阻塞（mcao）15分钟后，缺血区il-1β表达即增加，1～2小时达高峰。在全脑缺血再灌注模型中，原位杂交、northern blot等方法研究显示，皮质、尾-壳核、海马等脑区il-1β mrna明显增加（14～16倍），白质也有少量增加，同时海马各区il-1r mrna水平也相应升高（10～24倍）。缺血时间越长，il-1β及il-1r增加越明显，累及的脑区越多；其中，对缺血特别敏感的海马ca₁、ca₂区的il-1β及il-1r增加最显著、持续时间最长^［2］。而hillhouse等^［3］观察到mcao大鼠脑内il-1β表达可分为两个时相：缺血后即刻快速时相和缺血后4小时至72小时的延迟时相。其意义尚不清楚，推测可能与il-1β对神经系统的损害和保护双重作用有关。fassbender等^［4］在急性脑缺血患者周围血il-6的动态观察中发现，缺血后1小时il-6开始升高，10小时内达高峰，持续3天降至基础水平，其升高程度与脑梗死的范围及神经功能缺失程度呈正相关；loddick 等^［5］则发现大鼠永久性mcao 2～24小时，缺血半球的il-6活性急剧增高；新生儿缺血缺氧性脑病患儿的脑脊液中il-6水平亦明显升高^［6］。脑缺血后脑内il-1β、il-6及其受体表达增多，提示脑缺血可诱导其在脑内合成。研究表明，缺血后合成il-1β的细胞主要为胶质细胞和内皮细胞，缺血易损区的神经元、血管内皮细胞则表达il-1r，介导il-1β的功能。il-6则主要由星形细胞合成。但对缺血后il-1β、il-6的产生途径知之甚少。有学者发现，再灌注早期生成的自由基或内源性兴奋性氨基酸可促il-1合成；局灶性脑缺血时，细胞外腺苷表达增加，后者通过与其相应受体结合而刺激il-6的表达 ，il-6的转录还依赖于nf-kappab和nf-il6的活性^［7］。确切机理有待进一步研究。

　　1.3　il-1β与il-6在脑缺血中介导的双向作用　 脑缺血后il-1β、il-6表达增加，表明其参与脑缺血损伤或修复过程。研究发现，il-1、il-6对中枢神经系统发挥神经毒性及神经营养、神经保护双重作用。但它们是在什么情况下、如何发挥神经元保护或毒性作用的还不十分清楚。多数学者认为，il-1对中枢神经系统的作用依浓度而不同。低浓度下，il-1可协同il-6促进神经生长因子的释放、胶质增生及新生血管形成，从而在缺血局部增强神经元抗损伤和促进修复的作用^［8，9］。il-6还能通过对下丘脑-垂体-肾上腺轴的正负调节来调节免疫反应。yamada等^［10］报道，il-6可保护培养的海马神经元对抗谷氨酸引起的细胞损伤；大鼠脑室注射重组il-6可显著减轻mcao后的神经元损伤^［4］。另一方面，缺血状态下高浓度il-1可能参与神经损伤。在大鼠mcao模型中，脑室或纹状体内注射il-1β，可加重缺血性脑损伤，增加梗死面积、脑含水量和促进炎症反应^{［11，12］}。而注射抗il-1β抗体或il-1β抑制剂znpp能减轻脑缺血后的炎症反应；脑室、纹状体或全身注射il-1rα均能明显减轻脑水肿、减小梗死灶和减轻中性粒细胞浸润^{［13，14］}，进一步证实了il-1β的脑损伤作用。il-6在脑缺血时表达增加，可诱导缺血区b、t细胞分化，增强免疫反应，引起缺血性脑损伤。如转基因小鼠il-6在星形细胞中过量表达可引起神经元损害^［15］；脑缺血患者血及脑脊液中il-6水平与神经元损害程度呈正相关，也说明il-6参与脑缺血的神经元损伤。然而，il-1β、il-6是如何介导脑缺血损伤的呢？众多研究提示可能有以下几条途径：（1）诱导血管内皮细胞粘附分子表达，促进il-2、il-8等细胞因子的合成，引起血管炎性反应；（2）促进自由基释放，引起神经元死亡^［16］；（3）增强兴奋性氨基酸的作用；（4）诱发发热；（5）降低脑血流。

　　2　介导缺血性脑损伤的因子——il-8

　　2.1　il-8的生物学特性　il-8主要由活化的t细胞、单核/巨噬细胞、内皮细胞等产生。分子量为8～10 kd。它是一种重要的白细胞趋化因子，可趋化白细胞引起炎症反应。

　　2.2　il-8在脑缺血中的表达与作用　脑缺血后il-8表达增加并促使神经元炎性损伤。kostulas等^［17］报道，用原位杂交、elisa等技术发现，大多数脑缺血患者血中表达il-8 mrna的单核细胞数明显增加，血浆il-8水平与il-8 mrna 呈正相关，提示il-8参与了白细胞向缺血部位聚集的反应。有学者用il-8的中和抗体可阻止中性粒细胞的局部浸润，减轻其介导的组织损伤。在脑再灌注损伤模型中，抗il-8治疗也显示了明显的神经保护作用。而且tnfα、il-1的促炎作用也是经il-8而发挥的。提示il-8可能在脑缺血中的中性粒细胞介导的炎性损伤中起枢纽作用，并可能成为脑缺血抗炎治疗新的靶分子^［18］。

　　3　介导神经元保护的因子——il-3与il-10

　　3.1　il-3与il-10的生物学特性　il-3主要由活化的cd_4⁺t细胞产生。分子量为26 kd。人与鼠的il-3基因结构有45%的同源性，氨基酸有29%同源性。il-3r属于促红细胞生成素家族成员。il-3的生物学活性相当广泛，最主要是促进造血功能。在脑缺血中主要发挥神经保护作用。il-10是一种单肽链糖蛋白，成熟分子为160个氨基酸的肽链，分子量为18.7　kd。它主要由th₂细胞产生，能有效地抑制t、b细胞产生细胞因子，从而抑制免疫应答。

　　3.2　il-3与il-10在脑缺血中的表达与作用　il-3在脑缺血中主要发挥神经保护作用。如向短暂性前脑缺血的沙土鼠侧脑室输注il-3可显著减轻海马ca₁区神经元死亡和缺血诱导的学习无能；减少缺血引起的ca₁神经元的dna片段化。其神经保护作用可能与缺血后ca₁区il-3rα亚基水平的短暂上调有关。缺血敏感区ca₁的il-3rα 水平比缺血耐受区ca₃低得多，提示缺乏il-3r可能是ca₁区缺血敏感性高的原因之一。il-3的神经保护机理可能与阻止缺血鼠ca₁区 bcl-xl蛋白表达下调有关。il-3能诱导体外培养的神经元bcl-xl mrna及其蛋白表达增加，从而减轻feso₄（自由基生成剂）引起的神经元损害，也提示il-3可能通过受体介导的bcl-xl蛋白的表达来发挥其神经元保护作用^［19］。采用rt-pcr技术发现，大鼠永久性mcao 2小时后缺血半球tnf-α、il-1　mrna开始增加，6小时达高峰；而il-10　mrna仅在6小时检测到，支持il-10抑制tnf-α和il-1合成、减轻由它们介导的炎症反应、保护神经元的这一观点^［20］。另有学者在大鼠mcao后侧脑室或尾静脉注入il-10均可显著减小脑梗死灶，也进一步证实了il-10的神经保护作用^［21］。

　　4　前景及存在问题

　　综上所述，il在脑缺血时表达均明显增加，介导脑损伤和脑保护双重作用。因此，进一步研究其作用机理，并通过各种方法使他们发挥神经元保护作用而拮抗其促炎效应，可能是今后治疗脑缺血的一条新的有效途径。如针对神经损伤的il的方法有：（1）阻止其表达，如反义核苷酸；（2）抗il抗体或抑制剂；（3）可溶性受体；（4）抗il受体抗体或受体抑制剂；（5）基因敲除等方法。针对神经保护的il则可用重组il或转基因疗法等。但由于il作用的双向性、多样性和网络性及其不易透过血脑屏障，因此临床应用尚较困难且必须十分慎重。

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收稿1999-03-16

　　修回1999-12-13

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