白细胞介素在缺血性脑卒中中的抗炎作用及其机制

朱华，陶武贤，熊晓星

(武汉大学人民医院神经外科，武汉 430060)

缺血性脑卒中是最常见的脑卒中类型，发生在颈部或大脑血管阻塞时[1]。缺血性脑卒中发生后，脑组织的血液供应严重缺乏，导致脑组织的氧供应不足，继而出现神经元死亡。脑毛细血管的血液-内皮界面处发生的炎症事件是缺血性组织损伤的基础，在血液-内皮界面处发生的炎症相互作用涉及细胞因子、黏附分子、趋化因子和白细胞，对于脑梗死中组织损伤的发病机制至关重要[2]。缺血性脑卒中后，起源于缺血损伤脑组织的炎症分子激活浸润性免疫细胞(中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞)，从而引发无菌性炎症，通过一系列炎症机制激活多种免疫细胞，使其功能由炎症向修复转变[3]。然而，尽管进行了大量的研究工作，但脑卒中损伤的确切机制目前仍尚未完全了解，但已明确炎症细胞在缺血性卒中疾病进展中的重要作用。

白细胞介素(interleukin，IL)是指在白细胞或免疫细胞间相互作用的细胞因子，在免疫细胞的激活、分化、增殖、成熟、迁移和黏附等过程中发挥了重要作用，具有促炎和抗炎特性，主要功能是通过与细胞表面的高亲和力受体结合，引起细胞和组织的多种反应调节炎症和免疫反应期间免疫细胞的生长、分化和活化[4]。炎症细胞在缺血性卒中疾病中起重要作用，IL与缺血性脑卒中的发病机制存在密切联系，现就IL在缺血性脑卒中发病过程中的抗炎作用及其机制予以综述，旨在整体直观地描述IL在缺血性脑卒中中的作用。

1 IL-2

IL-2是由接受抗原刺激后的T淋巴细胞产生的具有淋巴因子样免疫调节作用的细胞因子，除在体外维持T细胞长期的增殖和分化外，IL-2还具有增强自然杀伤细胞杀伤活性的重要生物学功能，并能促进B细胞的增殖分化以及诱导淋巴因子激活的杀伤细胞的产生。

急性脑卒中患者血清IL-2水平明显低于正常对照组，其机制可能与以下两方面因素有关，①急性脑卒中时，机体产生应激反应，体内免疫稳定性被破坏，特别是T细胞功能受到影响，使血清IL-2水平明显降低；②急性脑卒中时，脑组织细胞受损，局部缺血、缺氧使脑内IL-2合成减少。

IL-2/IL-2抗体复合物(IL-2/IL-2Ab)可能通过调节机体内调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)的数量来改善缺血性脑卒中的预后。Treg细胞可预防缺血性脑卒中，然而，Treg细胞的数量限制了其临床效果。IL-2/IL-2Ab能够选择性地增加血液、脾脏和淋巴结中Treg细胞的数量。与IsoAb治疗的脑卒中小鼠相比，IL-2/IL-2Ab治疗的小鼠脑梗死体积明显减小，神经炎症受到抑制，且感觉运动功能得到改善[5]。IL-2/IL-2Ab能够扩增Treg细胞并增强其免疫调节功能。Treg细胞中CD39/CD73信号传导的激活可能作为潜在机制参与IL-2/IL-2Ab，对缺血性脑损伤起神经保护作用。因此，IL-2/IL-2Ab作为可行的临床免疫疗法，能够促进内源性Treg免疫反应并改善缺血性脑损伤。

2 IL-4

IL-4是一种主要由肥大细胞、辅助性细胞和非抗原性细胞组成的超抗原[6]。IL-4可以调节多种免疫反应，包括T细胞分化和B细胞的非特异性类转换；也是迄今为止最具特征的M2极化启动子。IL-4在脑功能中起着至关重要的作用，如T细胞来源的IL-4对于正常大脑的学习和记忆非常重要[7]。大脑IL-4水平随年龄的增长而下降，这可能是老年人认知能力减退的原因之一，同时也增加了阿尔茨海默病的发生风险。

IL-4在脑卒中急性期的重要性亦得到了相关临床和动物研究的证实。在脑卒中发病数小时后，患者血清IL-4水平显著升高[8]。卒中动物模型短暂性大脑中动脉闭塞后24 h的IL-4缺乏导致脑损伤及神经功能改变[9]。IL-4对脑缺血后小胶质细胞/巨噬细胞M2极化和长期恢复至关重要，缺乏IL-4小鼠在脑缺血后将出现更多的M1极化的小胶质细胞/巨噬细胞、更大的梗死灶以及更严重的功能缺损，而重组IL-4则可消除这些作用，提示IL-4是脑卒中发病后早期内源性转归机制之一[10]。IL-4能够介导损伤的中枢神经系统的神经保护和恢复，并能够增强创伤、炎症或神经退行性变的中枢神经系统损伤过程中CD4+T细胞生成，以减轻轴突损伤的潜力[11]。以IL-4受体为治疗靶点的快速直接神经元信号转导可能提供新的治疗策略[12]。

体外IL-4能够诱导表达M2小胶质细胞表型的基因的表达，并刺激过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)γ依赖的凋亡神经元的吞噬作用[13]。在动物模型中，这一作用表现为脑卒中后14 d病变体积减小以及神经功能恢复增加。研究认为，可能存在一种独特的NVU调节信号电路，可通过IL-4保护缺血性神经元免受组织损伤[13]。缺血性半暗带神经元衍生的IL-4作用于邻近的小胶质细胞，使这些小胶质细胞向愈合的M2表型极化，其基因表达谱与PPARγ的基因表达谱相反。小胶质细胞具有吞噬功能，对清除修复梗死病灶组织有重要作用。现已证明，PPARγ信号通路上调小胶质细胞清道夫受体的表达[14]，包括CD36(中心PPARγ基因靶)，从而增加吞噬作用[15]。经IL-4处理的小胶质细胞的吞噬功效显著升高，故认为IL-4的促吞噬作用可能通过PPARγ信号传导介导。在临床相关脑出血动物模型和出生后缺血性脑卒中中，PPARγ和CD36被认为是急性脑损伤后清理的关键因素。对脑出血患者的研究表明，CD36缺陷患者的血肿吸收受损，与较短的短期神经系统结局相关[16]。

实验发现，长春新碱处理后小鼠IL-4/信号转导及转录激活因子6的信号转导下调，小鼠IL-4的缺失增加了对机械性痛觉的敏感性，IL-4基因敲除小鼠也产生更多的促炎细胞因子，包括IL-1β和肿瘤坏死因子-α[17]。由此可见，抗炎细胞因子IL-4通过刺激IL-4/信号转导及转录激活因子6信号转导和抑制促炎细胞因子，对长春新碱诱导的大鼠周围神经病变起保护作用。推测其在中枢神经系统可能有类似作用机制。

3 IL-10

IL-10既具有免疫抑制作用，又有免疫促进作用。IL-10通过抑制单核细胞表面主要组织相容性复合体Ⅱ类分子表达降低单核细胞的抗原呈递能力，阻断抗原特异性单核/巨噬细胞因子的产生，从而降低机体的抗感染免疫能力。IL-10通过阻断T细胞激活所必需的CD28分子的协同刺激通路，可以引起T细胞免疫抑制，通过抑制γ干扰素的产生间接抑制自然杀伤细胞的活性[18]。可见，IL-10既抑制了机体的固有免疫系统功能，又抑制了特异性免疫系统中的细胞免疫功能，在脑卒中后免疫抑制过程中起重要作用。

IL-10对缺血性脑卒中的保护一直是研究热点之一，过度表达IL-10通过抗炎调节增强间充质干细胞移植的神经保护作用，从而支持神经元在急性缺血期的存活[19]。IL-10在大脑中的表达随着中枢神经系统的病理改变而增加，促进神经元和胶质细胞的存活，并通过多种信号通路抑制炎症反应[20]。IL-10水平显著降低与神经功能缺损程度显著相关，IL-10水平对急性脑卒中后早期神经行为表现具有较高的预测价值[21]。IL-10可以介导辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)2的功能，发挥保护作用，导致缺血梗死病灶的减小。

IL-10在急性脑缺血后抑制炎症反应的机制主要为：①减少γ干扰素，IL-1β和肿瘤坏死因子-α等前炎症细胞因子的合成及活性[22]；②抑制Th1类淋巴因子的合成及活性[23]。IL-10治疗可有效下调脑卒中后急性期缺血性病变上调的促炎信号，可以为缺血性脑卒中提供神经保护，是一种与脑缺血损伤及修复过程相关的重要抗炎因子[24]。脑动脉缺血前IL-10基因的转导可减轻大鼠缺血再灌注所致的脑损伤。这种预防卒中复发的方法可能会在脑卒中初治的介入治疗中实现[25]。

4 IL-13

IL-13是由活化的T细胞分泌的一种蛋白，是体外调节人单核细胞和B细胞功能的一种强有力的调节因子。IL-13与IL-4具有共同的生物活性，它们的基因存在序列同源性。虽然克隆的IL-4受体蛋白不能与IL-13结合，但IL-4受体蛋白和IL-13受体蛋白具有共同的亚基，它们在信号转导中起着重要的作用[26]。

免疫细胞的时间依赖性募集和激活是缺血后继发性损伤的标志。在缺血性脑卒中早期，这些免疫细胞可以获得M2抗炎表型的保护功能，表现出与体外IL-4和IL-13极化细胞相似的特征。在缺血性脑卒中晚期，免疫细胞可以分化为一种经典的激活状态，被称为M1促炎表型，呈现出与体外内毒素和γ干扰素激活细胞相似的特征[27]。已有实验研究证实了IL-13在脑缺血性卒中后的作用，IL-13通过对卒中后脑内小胶质细胞和浸润巨噬细胞的作用，调节小胶质细胞和巨噬细胞抗炎向促炎表型的自发极化转变[28]。IL-13作为一种体外免疫应答调节剂，能明显减少促炎因子的分泌和炎症细胞的浸润，抑制轴突丧失，在神经系统退行性疾病的神经保护中具有重要作用[29]。

持续分泌IL-13的IL-13-骨髓间充质干细胞在缺血性脑卒中的促炎状态下，能够使小胶质细胞和巨噬细胞分化为神经保护型M2表型。IL-13-骨髓间充质干细胞被认为是神经炎症中细胞和分子反应的强有力的调节因子，具有很强的抗炎潜力，可在脑卒中和其他神经退行性疾病的动物模型中进一步探索。这一新发现可能具有明显的治疗意义，利用人类生物系统，如人类来源的间充质干细胞，将免疫反应调节研究转化为临床实践。

5 IL-19

IL-19基因位于染色体1q32中的“IL-10簇”中，包括几个其他IL-10家族成员的基因。IL-19是IL-10的IL家族成员，更广泛地归类为 Ⅱ 类细胞因子，包括IL-10家族成员和干扰素(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型)[30-31]。IL-19与含30个残基的IL-10具有氨基酸同一性，包括已知的正确折叠IL-10所需的4个半胱氨酸以及41个形成IL-10疏水核心所需的氨基酸(共50个)[32]。整体IL-19氨基酸序列与IL-10具有20%的同一性，并且X射线晶体学证实，IL-19在结构上与IL-10相似，但具有关键差异[33]。此外，IL-10与IL-10受体链1相互作用的同源区在IL-19中并非保守区域。可见，尽管IL-19与IL-10具有氨基酸同一性，但不能通过IL-10受体复合物识别或通过IL-10受体复合物发出信号。

IL-19首先由Gallagher[30]在脂多糖和粒细胞巨噬细胞刺激因子刺激的原代人单核细胞中发现，随后关于IL-19的报道主要集中于其作为免疫细胞产物的作用[34]。在免疫细胞中，IL-19主要由单核细胞表达，小部分由B细胞表达。已有文献报道了IL-19在淋巴细胞中的作用，结果表明IL-19处理能够使人T细胞的成熟从促炎性Th1表型极化到抗炎Th2表型[35]。另外，IL-19在血管性疾病中的抗炎作用也已得到了明确的证实[36]。

IL-19作为抗炎因子，在缺血性脑卒中发病后的免疫反应中亦具有十分重要的作用。实验证明，IL-19 能够通过抗炎作用减小梗死体积、减轻缺血性脑卒中后神经功能损害[36]。IL-19治疗能够显著减弱缺血性卒中后肿瘤坏死因子-α和IL-6信使RNA表达的升高，抑制小胶质细胞、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞的数量增加，并阻止巨噬细胞和中性粒细胞的活化。脑卒中后血液中巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞和B细胞的数量显著下降，而IL-19有助于维持上述各细胞的数量[37]。IL-19能够减小卒中后小鼠脑梗死面积并减轻其神经功能损伤，可能通过抑制免疫细胞的浸润和活化以及抑制促炎因子的基因表达实现，IL-19可能成为可能成为限制卒中后神经炎症发展的新的选择。

6 IL-33

IL-33是IL-1家族成员，IL-33与其受体复合物(由膜结合受体和IL受体辅助蛋白)结合后，将活化信号传递至细胞内，经过下游IL-1相关蛋白激酶、髓样分化因子88和肿瘤坏死因子受体相关因子6等一系列信号分子，激活核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶，从而调节基因转录，导致Th2细胞效应分子IL-5、IL-4和IL-13等的释放[38]。ST2基因表达于激活的Th2细胞、巨噬细胞和心肌细胞等。ST2特异表达于Th2细胞，而不表达于Th1细胞和其他免疫细胞，因此可以作为Th2细胞的特异性标志物[39]。临床研究表明，循环Th2细胞的增加与心血管事件风险的降低有关[40]。Th1型反应可促进心血管疾病中促炎症介质的产生，而Th2型反应可导致抗炎细胞因子的产生，如IL-4、IL-5、IL-9、IL-13、IL-25和IL-33[41-42]。Th1型和Th2型炎症反应的相对优势对进入大脑的免疫细胞的组成和活动至关重要，对脑缺血后最终结果的严重性至关重要[43]。如IL-10可以介导Th2细胞的功能，减小缺血梗死病灶，而IL-10缺乏会导致脑卒中后更严重的梗死和功能障碍。

Zhang等[44]认为，利用Th2促进细胞因子(重组IL-33)调节炎症介质分布的药理学干预可以限制脑卒中早期的脑损伤和功能障碍，短期使用Th2促进细胞因子IL-33和IL-4能够减少脑缺血再灌注后的急性脑损伤，但仅可限制卒中发展，对总免疫细胞的浸润无影响，表明IL-33可能通过调节炎症环境介导损伤，使活化的单核细胞、促炎性小胶质细胞/巨噬细胞、CD8+T细胞、CD4+自然杀伤T细胞、双阴性T细胞和自然杀伤细胞的数量减少，但中性粒细胞和表达IL-10的调节性T细胞的数量增加。

尽管IL-33具有神经保护作用，但在脑卒中急性期，IL-33可以促进Th1型向Th2型炎症反应系统性转换，这种转换与脑卒中后免疫抑制、肺部细菌感染加剧有关，增加了脑卒中患者感染的发病率和死亡率。因此，抗生素与IL-33联合使用可防止由Th2促进细胞因子引起的脑卒中后肺部感染发病率和死亡率的增加，且仍具有神经保护作用。

7 小 结

IL与缺血性脑卒中密切相关，IL-2、IL-4、IL-10、IL-13、IL-19、IL-33等细胞因子在缺血性脑卒中的免疫机制中起重要作用，并在脑卒中后发挥抗炎作用，可在一定程度上减小脑梗死体积，缓解脑损伤，具有神经保护作用，并能够改善患者预后。缺血性脑卒中后，缺血所致血管内皮损伤可诱发免疫反应，IL对局部或全身免疫细胞的作用及细胞因子间的相互作用决定了脑内的免疫反应过程，可影响患者的神经功能损伤程度及其临床预后。因此，对IL在缺血性脑卒中抗炎作用的深入研究有助于寻找缺血性卒中的临床治疗方法。