蛛网膜下腔出血后神经炎症反应的研究进展

王永朋，张彤宇，张广，徐善才，郑秉杰，史怀璋

动脉瘤性蛛网膜下腔出血（aneurysmal subarachnoid hemorrhage，aSAH）是一种严重的脑血管疾病，占全部卒中的5%，但死亡率却超过50%；患者常出现诸如偏瘫、失语、认知功能障碍、甚至死亡等严重的不良预后，其病理生理机制主要表现为早期脑损害和脑血管痉挛（cerebral vasospasm，CV）[1]。既往多认为导致患者预后不良的因素是CV，并在临床上广泛应用尼莫地平来治疗，然而，患者脑水肿、认知功能障碍等并发症并未得到明显改善[2]。目前，临床对aSAH发生后脑组织的损伤机制仍知之甚少。近期研究表明，神经炎症反应可能是aSAH导致神经损伤的关键因素[3]。研究显示，在aSAH过程中外周免疫细胞趋化至神经组织并被活化，释放多种神经炎症因子[4]。此外，缺血性损害可导致神经元死亡，上调内源性Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）的表达，从而引起广泛的神经炎症反应[5]。本文对目前有关aSAH中神经炎症反应的研究进展做一综述，旨在探讨神经炎症反应在早期脑损害以及脑血管痉挛、迟发脑缺血等aSAH并发症中所起的作用及潜在的调节靶点。

1 神经炎症反应

1.1 神经炎症反应的发生机制 在动脉瘤急性破裂的过程中，血液进入蛛网膜下腔，红细胞受到破坏并降解产生大量的血红蛋白、高铁血红蛋白及血红素。这些降解产物会激活Toll样受体4（Toll-like receptors，TLR4），诱发炎症反应导致的神经损伤[6]。血红素能够释放具有氧化还原活性的铁离子，消耗还原型辅酶Ⅱ、谷胱甘肽等抗氧化剂，同时产生超氧阴离子、羟自由基，从而打破神经组织的氧化和抗氧化的平衡状态[7]。另外，蛛网膜下腔的血液还能够激活中枢神经系统内的免疫细胞如小胶质细胞，这些细胞通过上调血管内皮细胞黏附分子的表达，从而诱导炎症细胞进入蛛网膜下腔。研究显示，进入蛛网膜下腔的巨噬细胞、中性粒细胞能够吞噬并清除红细胞及其降解产物，促进神经损伤的修复[8]。随着病情的不断进展，进入亚急性及慢性期，这些进入蛛网膜下腔并吞噬了游离血红蛋白及血红素的中性粒细胞、巨噬细胞等外周免疫细胞不能被转运出去，可改变正常脑脊液成分，会干扰血脑屏障的稳定。同时，免疫细胞的脱颗粒反应会释放大量的内皮素、氧自由基等炎症因子，这些因子可引起大范围的炎症并导致血管收缩、血管痉挛、脑膜炎及脑炎等一系列并发症。

1.2 炎症细胞及炎症因子的作用 在aSAH产生炎症反应的过程中，免疫细胞释放了多种细胞因子参与其过程，它们作用的时间、数量以及作用靶点一直是研究的热点。研究显示，aSAH发生后，血清和脑脊液中均可检测到大量的白细胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）α等炎症因子[9]。另外，通过对aSAH大鼠模型的研究发现，蛛网膜下腔出血后脑血管壁上也聚集着大量炎症因子，多数观点认为这些炎症因子和发热以及脑水肿相关[10]。然而，目前，有关aSAH后的炎症反应对于机体本身是有益的还是有害的尚无统一结论，可以明确的是炎症在脑血管痉挛中起着重要的作用。一项研究证实，脑池内注入炎性物质可以不依靠血液的存在而诱发血管痉挛[11]。

临床上较为普遍的共识是炎症反应程度与血管痉挛的时间成正比。SCHNEIDER等[12]研究证实，消除炎症细胞可减轻脑血管周围的细胞死亡，表明炎症细胞聚集与细胞死亡密切相关。此外，经过高分辨磁共振检测发现，未破裂动脉瘤壁的强化反应与动脉瘤破裂风险高度相关，而瘤壁的强化提示有炎症细胞浸润，经组织学检测证实强化的动脉瘤壁存在大量的B和T淋巴细胞。因此，炎症反应可能促进了动脉瘤的破裂[13]。

1.3 蛋白酶的作用 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一类与aSAH中炎症反应相关的蛋白酶，其中研究最多的是MMP-9。MMP-9是一种能够降解紧密连接蛋白的蛋白酶，而紧密连接蛋白正是血脑屏障的重要组成部分。临床研究显示，aSAH患者血清和脑脊液中MMP-9的含量较正常者均有显著升高[14]。与炎症因子相似，aSAH患者MMP-9在血管壁上的表达较正常者也有所升高，通过下调血管壁MMP-9蛋白表达，能够增强紧密连接蛋白的表达，从而起到保护血脑屏障的作用，这也许会成为aSAH治疗的新靶点[15]。

2 神经炎症反应与aSAH并发症

2.1 神经炎症反应与CV aSAH会导致CV，这是aSAH患者常见的并发症之一，临床一般在出血3 d后出现，1周达到高峰，此时，局部脑组织灌注减低，可导致迟发性脑缺血。临床上，aSAH后由CV导致脑缺血和脑梗死的患者占20%～30%[16]。神经炎症反应是CV产生的关键因素，CV过程中存在如IL-2、IL-6、IL-12及TNF-α等炎症因子的上调以及中性粒细胞的激活已得到广泛认识。研究显示，激活的中性粒细胞可以促进活性氧的形成，而活性氧与血管的损害密切相关[17]。目前，这些中性粒细胞被召集至蛛网膜下腔的机制还有待进一步研究。LOUVEAU等[18]突破性的研究发现了中枢神经系统潜藏的淋巴管并发现中枢淋巴与外周淋巴管存在连接及引流现象，而这或许是外周免疫细胞被募集至蛛网膜下腔的渠道之一。另有临床研究发现，脑脊液中中性粒细胞所占脑脊液总细胞数的百分比可以作为预测aSAH患者CV发生与否的重要指标：aSAH后超过3 d，脑脊液中性粒细胞百分比＞62%便可以作为CV发生发展的标志[19]。所以，干扰中性粒细胞介导的炎症反应过程或许可以作为改善CV预后的一种重要治疗手段。

通常情况下，aSAH后血红蛋白降解并释放含铁血红素，含铁血红素通过TLR4通路促进神经炎症反应的发生，TLR4随后与下游效应蛋白相互作用产生核转录因子（nuclear factor kappa beta，NF-κB），从而诱导神经炎症发应的发生。研究显示，敲除TLR4基因的小鼠与野生鼠相比，aSAH后其CV发生率显著下降，给予外源性补充TLR4激动剂7 d后，其产生CV的程度恢复至与野生鼠相近[20]。此外，在aSAH模型中，通过抑制TLR4和NF-κB通路可以下调下游炎症因子的表达，进而提供神经保护作用[21]。因此，TLR4可能是CV产生过程中的重要因素。另有研究显示，TLR4可表达于多种神经细胞中，其中小胶质细胞表达较多，在aSAH模型中抑制小胶质细胞可以降低CV反应的程度，这种方法可能会是减轻炎症反应的一种新的治疗手段[20]。

2.2 神经炎症反应与脑脊液循环障碍 脑脊液的循环障碍通常与aSAH后的炎症相关，然而具体机制尚未明确[22]。既往研究普遍认为中枢神经不存在淋巴系统，脑组织中的代谢废物是通过弥散方式进入脑脊液而排出。然而，新的研究发现脑实质中的废物通过动脉的搏动，沿动脉旁流动至脑室中，由于这一过程类似淋巴引流并且依赖星形胶质细胞，被命名为神经胶质-淋巴系统[23]。目前，有关蛛网膜下腔出血后的炎症能否导致胶质-淋巴系统功能变化的研究正在探讨中，这也可能成为治疗蛛网膜下腔出血后脑脊液循环障碍的一个新的靶点。

2.3 神经炎症反应与认知功能障碍 除了脑血管痉挛，持续的认知功能障碍也是aSAH患者常见的并发症，患者常出现日常活动中行为功能的改变。一项评估大鼠脑灰质及白质损伤的报告显示，发生aSAH后，大鼠存在多种神经标志物的改变，其中微管相关蛋白2以及人脑髓鞘碱性蛋白表达降低，而胶质纤维酸性蛋白表达增加[24]。胶质纤维酸性蛋白是一种星形胶质细胞的标志物，在大鼠发生aSAH后增加，诱导反应性胶质细胞增生并聚集形成胶质瘢痕，这些瘢痕通过分隔损伤组织和健康组织，可阻止炎症反应信号在脑组织中蔓延，在脑损伤急性期起到脑保护的作用[25]。然而，作为对炎症的应激反应，持续的胶质细胞增生以及瘢痕形成抑制了神经轴突和髓鞘的再生，反而加重了脑灰质及白质的损伤[26]。这也说明对神经胶质细胞慢性增生的研究相较于研究其急性增生可能更有价值。另外，aSAH还可以导致急、慢性感觉和运动功能的损伤。实验表明，相较于空白对照组，aSAH组的大鼠对无害性机械刺激的敏感性显著降低，正常的感觉运动功能明显损害[24]。因此，持续的神经炎症反应过程可能是导致aSAH急性期及恢复期认知功能损害的重要原因。

3 神经炎症的影响因素

3.1 基因对神经炎症反应的影响及调控 研究显示，9号染色体短臂21位点上CDKN2A基因突变能够加重动脉瘤破裂引起的神经炎症反应；IL-6可以加重神经炎症，影响aSAH患者的预后；载脂蛋白E4及其等位基因与aSAH患者认知功能障碍相关[27]。调控血管紧张素Ⅱ受体1的A1166C基因也与aSAH后预后恶化相关联，但具体机制尚不明确，而神经炎症在这些基因的作用过程起着重要作用[28]。

高迁移率族蛋白B1（high mobility group box protein B1，HMGB1）是一种高度保守的核蛋白，广泛分布于哺乳动物细胞。随着其晚期促炎作用的发现，HMGB1成为近年来危重医学研究的热点之一[28]。在大鼠aSAH模型研究中显示，HMGB1触发NF-κB，随后释放TNF-α，从而促进神经炎症，严重损害出血部位及其周围血管的完整性；P2X7受体（P2X7 receptor，P2X7R）是一种在多种细胞均有表达的细胞膜核苷酸受体，可被细胞外一定浓度的三磷腺苷（adenosine-triphosphate，ATP）激活，引起钙内流，从而参与细胞的增殖、凋亡和细胞因子的释放等过程[29]。CHEN等[30]研究发现，P2X7R通过IL-1β来促进aSAH后的炎症反应。另有研究发现，aSAH后磺脲类受体1（sulfonylurea receptor 1，Sur1）的编码基因和瞬时受体电位通道M4型（transient receptor potential melastatin 4，Trpm4）蛋白的转录活性均升高，抑制Sur1-Trpm4的活性能够减轻神经系统的炎症反应，改善认知功能障碍[31]。由此可见，神经炎症反应是受多种基因调控和影响的，这为今后的治疗探讨提供了更多分子药理学依据。

3.2 其他疾病对神经炎症反应的影响 一般情况下，合并有其他疾病的aSAH患者预后更差。研究显示，合并2型糖尿病会增加aSAH患者心血管风险；高血压合并aSAH者常伴有硬膜下血肿[32]。最近，研究人员开始寻找这些并发症和预后之间的联系机理。心脏和脑组织是通过血管和神经紧密相连的。有研究认为，当脑组织受到动脉瘤性蛛网膜下腔出血损害后，可通过引起副交感神经功能障碍来导致或加重心律失常，并可使心肌释放炎性细胞因子进入心血管系统，而这些来自受损心肌的炎症因子与脑组织产生的炎症因子有协同作用，将持续加重对脑组织的损伤[33]。

4 神经炎症的治疗

神经炎症反应已被证实与蛛网膜下腔出血造成的损害密切相关，以炎症反应为调控靶点，或可以改善蛛网膜下腔出血患者预后[33]。例如，IL-1受体拮抗剂已用于临床靶向研究炎症，可以降低动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者脑脊液中炎性细胞因子水平[34]。目前，TNF-α抑制剂的相关研究也多在进行中。

目前，有关aSAH的临床前模型研究多侧重于理解炎症反应的信号通路。最近，有研究通过探讨抑制炎症反应来治疗蛛网膜下腔出血[22]。MADDAHI等[35]研究发现，在aSAH的动物模型中，抑制丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途径可以减少炎症反应。有关乳腺癌化疗药物-他莫昔芬在脊髓损伤、脑出血、脑缺血、缺氧缺血性脑损伤等有神经保护作用已经得到证实。通过大鼠aSAH模型注射研究发现，他莫昔芬可以减少炎症反应，并且与对照组相比，他莫昔芬能够改善空间定向记忆功能障碍[22]。另有研究发现，炎症反应与Sur1-Trpm4有着重要的关系，这种通道可以被格列本脲抑制；在蛛网膜下腔出血动物模型中证实，应用格列本脲可以减少炎症反应和减轻行为障碍；格列本脲同时也能够对中枢神经系统损伤、缺血性卒中有一定的作用[31]。

外周免疫细胞黏附和浸润是蛛网膜下腔出血另一个常见的继发效应。在大鼠aSAH模型研究中发现，ljp-1586药物能够阻断血管黏附分子1，降低aSAH后白细胞迁移[36]。因此，ljp-1586能够改善aSAH后的认知功能障碍。此外，XU等[37]证实，免疫调节剂—芬戈莫可以通过血脑屏障进入中枢神经系统，与神经细胞上的鞘氨醇-1磷酸受体结合，抑制中枢神经系统炎症；能够减少aSAH患者白细胞黏附和改善神经系统预后；aSAH后防止外周免疫细胞浸润到大脑可以减轻神经炎症反应，继而改善预后。这些早期的研究表明，SAH后靶向炎症治疗可能是一个可行的治疗靶点。

目前，针对aSAH仍缺乏有效的治疗药物，而神经炎症反应在aSAH病理过程中起到了重要的作用。血红蛋白在蛛网膜下腔内降解后可诱发剧烈的神经炎症反应，这一过程不仅可以在脑内募集外周免疫细胞，而且可以激活内源性免疫细胞。多种炎症因子可通过TLR4、NF-κB等信号通路被激活，从而介导了aSAH后的脑损伤和神经功能障碍。一些动物实验证实了调节炎症反应，有利于aSAH的治疗，但尚无有效的临床证据。针对aSAH的神经炎症反应，探索靶向治疗手段，可能为治疗aSAH及其诸多并发症提供巨大的帮助。

[1]TETSUJI I，KAITA Y，NAOHIKO O，et al. Risk factors associated with cerebral vasospasm following aneurysmal subarachnoid hemorrhage[J]. Neurol Med Chir，2014，54（6）：465-473.

[2]李朝霞，赵性泉. 蛛网膜下腔出血早期脑损害发病机制综述[J]. 中国卒中杂志，2014，9（3）：241-244.

[3]LUCKE-WOLD B，LOGSDON A，MANORANJAN B，et al. Aneurysmal subarachnoid hemorrhage and neuroinflammation：a comprehensive review[J]. Int J Mol Sci，2016，17（4）：497.

[4]KOOIJMAN E，NIJBOER C，VAN C，et al. The rodent endovascular puncture model of subarachnoid hemorrhage：mechanisms of brain damage and therapeutic strategies[J]. J Neuroinflammation，2014，11：2.

[5]KWON M，WOO S，KURLAND D，et al. Methemoglobin is an endogenous toll-like receptor 4 ligand—Relevance to subarachnoid hemorrhage[J]. Int J Mol Sci，2015，16（3）：5028-5046.

[6]PRADILLA G，CHAICHANA K，HOANG S，et al. Inflammation and cerebral vasospasm after subarachnoid hemorrhage[J]. Neurosurg Clin N Am，2010，21（2）：365-379.

[7]MACDONALD R，MARTON L，ANDRUS P，et al. Time course of production of hydroxyl free radical after subarachnoid hemorrhage in dogs[J]. Life Sci，2004，75（8）：979-989.

[8]HAILER N，BECHMANN I，HEIZMANN S，et al. Adhesion molecule expression on phagocytic microglial cells following anterograde degeneration of perforant path axons[J]. Hippocampus，1997，7（3）：341-349.

[9]MATHIESEN T，ANDERSSON B，LOFTENIUS A，et al. Increased interleukin-6 levels in cerebrospinal fluid following subarachnoid hemorrhage[J]. J Neurosurg，1993，78（4）：562-567.

[10]VIKMAN P，BEG S，KHURANA T，et al. Gene expression and molecular changes in cerebral arteries following subarachnoid hemorrhage in the rat[J]. J Neurosurg，2006，105（5）：438-444.

[11]CHAICHANA K，PRADILLA G，HUANG J，et al. Role of inflammation （leukocyte-endothelial cell interactions） in vasospasm after subarachnoid hemorrhage[J]. World Neurosurgery，2010，73（1）：22-41.

[12]SCHNEIDER U，DAVIDS A，BRANDENBURG S，et al. Microglia inflict delayed brain injury after subarachnoid hemorrhage[J]. Acta Neuropathol，2015，130（2）：215-231.

[13]齐巍，赵继宗，王硕，等. 免疫炎性反应与颅内囊性动脉瘤基质重塑的组织病理学研究[J]. 首都医科大学学报，2004，25（4）：461-463.

[14]齐巍，赵继宗，王硕，等. 基质金属蛋白酶与脑囊性动脉瘤破裂的相关性研究[J]. 北京医学，2004，26（1）：3-5.

[15]MEHTA V，RUSSIN J，SPIRTOS A，et al. Matrix metalloproteinases in cerebral vasospasm following aneurysmal subarachnoid hemorrhage[J]. Neurol Res Int，2013，2013：943761. http://dx.doi.org/10.1155/2013/943761.

[16]KASSELL N，SASAKI T，COLOHAN A，et al. Cerebral vasospasm following aneurysmal subarachnoid hemorrhage[J]. Stroke，1985，16（4）：562-572.

[17]SPRINGBORG J，MOLLER C，GIDEON P，et al. Erythropoietin in patients with aneurysmal subarachnoid haemorrhage：a double blind randomised clinical trial[J]. Acta Neurochir，2007，149（11）：1089-1101.

[18]LOUVEAU A，SMIRNOV I，KEYES T，et al. Corrigendum：structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels[J]. Nature，523（7602）：337-341.

[19]PROVENCIO J，FU X，SIU A，et al. CSF neutrophils are implicated in the development of vasospasm in subarachnoid hemorrhage[J]. Neurocrit Care，2010，12（2）：244-251.

[20]HANAFY K. The role of microglia and the tlr4 pathway in neuronal apoptosis and vasospasm after subarachnoid hemorrhage[J]. Neuroinflamm，2013，10：83.

[21]FASSBENDER K，HODAPP B，ROSSOL S，et al. Inflammatory cytokines in subarachnoid haemorrhage：association with abnormal blood flow velocities in basal cerebral arteries[J]. J Neurol Neurosurg Psychiatry，2001，70（4）：534-537.

[22]SUN X，JI C，HU T，et al. Tamoxifen as an effective neuroprotectant against early brain injury and learning deficits induced by subarachnoid hemorrhage：possible involvement of inflammatory signaling[J]. J Neuroinflammation，2013，10：157.

[23]JESSEN N，MUNK A，LUNDGAARD I，et al. The glymphatic system：a Beginner’s guide[J]. Neurochem Res，2015，40（12）：2583-2599.

[24]KOOIJMAN E，NIJBOER C，VAN VELTHOVEN C，et al. Long-term functional consequences and ongoing cerebral inflammation after subarachnoid hemorrhage in the rat[J]. PloS one，2014，9：e90584.

[25]SEGOVIA K，MCCLURE M，MORAVEC M，et al. Arrested oligodendrocyte lineage maturation in chronic perinatal white matter injury[J]. Ann Neuro，2008，63（4）：520-530.

[26]26 FRANKLIN R. Remyelination in the CNS：from biology to therapy[J]. Nat Rev Neurosc，2008，9（11）：839-855.

[27]MCDOWELL M，DUCRUET A. The genetics of aneurysms：a complex pathophysiology requiring complex analysis[J]. World Neurosurg，2015，83（3）：280-281.

[28]ADAMSKI M，GOLENIA A，TURAJ W，et al. The AGTR1 gene A1166C polymorphism as a risk factor and outcome predictor of primary intracerebral and aneurysmal subarachnoid hemorrhages[J]. Neurol Neurochir Pol，2014，48（4）：242-247.

[29]SUN Q，WU W，HU Y，et al. Early release of highmobility group box 1 （hmgb1） from neurons in experimental subarachnoid hemorrhage in vivo and in vitro[J]. J Neuroinflamm，2014，11：106.

[30]CHEN S，MA Q，KRAFFT P，et al. P2x7r/cryopyrin inflammasome axis inhibition reduces neuroinflammation after SAH[J]. Neurobiol Dis，2013，58：296-307.

[31]TOSUN C，KURLAND D，MEHTA R，et al. Inhibition of the SUR1-TRPM4 channel reduces neuroinflammation and cognitive impairment in subarachnoid hemorrhage[J]. Stroke，2013，44（12）：3522-3528.

[32]DUMONT T，RUGHANI A，SILVER J，et al. Diabetes mellitus increases risk of vasospasm following aneurysmal subarachnoid hemorrhage independent of glycemic control[J]. Neurocrit Care，2009，11（2）183-189.

[33]ACIKGOZ S，EDEBALI N，BARUT F，et al. Ischemia modified albumin increase indicating cardiac damage after experimental subarachnoid hemorrhage[J]. BMC Neurosci，2014，15：33.

[34]SINGH N，HOPKINS S，HULME S，et al. The effect of intravenous interleukin-1 receptor antagonist on inflammatory mediators in cerebrospinal fluid after subarachnoid haemorrhage：A phase ii randomised controlled trial[J]. J Neuroinflamm，2014，11：1.

[35]MADDAHI A，POVLSEN G，EDVINSSON L，et al. Regulation of enhanced cerebrovascular expression of proinflammatory mediators in experimental subarachnoid hemorrhage via the mitogen-activated protein kinase kinase/extracellular signal-regulated kinase pathway[J]. J Neuroinflamm，2012，9：274.

[36]XU H，TESTAI F，VALYI-NAGY T，et al. Vap-1 blockade prevents subarachnoid hemorrhageassociated cerebrovascular dilating dysfunction via repression of a neutrophil recruitment-related mechanism[J]. Brain Res，2015，1603：141-149.

[37]XU H，PELLIGRINO D，PAISANSATHAN C，et al. Protective role of fingolimod （FTY720） in rats subjected to subarachnoid hemorrhage[J]. J Neuroinflamm. ，2015，12：16.