脑创伤与炎性细胞因子

发布：www.liulingling.com　来源：医学杂志

　　肿瘤坏死因子α(TNFα)

　　颅脑创伤是神经外科中最常见的疾病，有着较高的致残率和死亡率。随着对脑创伤致病机理、伤后病理生理变化及治疗方法研究的逐渐深入，人们对脑创伤的认识大大扩展，其中脑创伤与细胞因子关系正成为学者们关注的热点问题。

　　细胞因子是一组多肽类细胞调节物质的总称，包括白细胞介素、干扰素、生长因子、细胞刺激因子、肿瘤坏死因子等。细胞因子主要由外周的免疫细胞合成(如巨噬细胞、淋巴细胞、纤维母细胞)，但许多其它类型的细胞(如神经细胞、神经胶质细胞)也可产生某些细胞因子。细胞因子种类繁多，但通常都具有一些共同的特征［11］：①细胞因子多为分子量较低(＜30 kd)的分泌型蛋白，且一般都是糖蛋白。②细胞因子通常介入免疫及炎症反应。③细胞因子的产生多具有一过性和区域性，且主要分泌形式为旁分泌或自分泌。④细胞因子具有很高的生物活性，一般在pg(皮克)水平即可发挥作用。⑤细胞因子产生作用须与其靶细胞表面的高亲合特异性受体结合而发挥作用。⑥不同因子的作用常相互重叠交错。本文仅就与脑创伤关系最为密切的几种炎性细胞因子作简要阐述。

　　1　白细胞介素-1(IL-1)

　　IL-1有两种结构不同的分子：IL-1α和IL-1β，而以IL-1β为主要分泌形式。IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)现被认为是IL-1家族的第三个成员，它与IL-1结构相似但无任何IL-1活性，因而是IL-1的天然拮抗物质。IL-1发挥生物学作用是通过与位于其靶细胞细胞膜上的高亲和性受体结合来实现的。中枢神经系统内部也可以产生IL-1，脑组织中IL-1的来源主要为神经细胞和神经胶质细胞［2，3］。IL-1介入中枢神经系统的主要功能有：通过下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴，参与神经内分泌活动，还可以调节垂体前叶细胞的生长；刺激胶质细胞的生长及分化；诱导其它细胞因子的产生，如神经生长因子(NGF)；抑制神经元钙离子的流通；增加γ-氨基丁酸(GABA)受体的活性等［1～3］。

　　IL-1作为一种炎性介质可介导广泛的组织损伤，在创伤反应中起着重要作用［3，4］。如IL-1是一种内源性致热原，作用于下丘脑可引起发热反应；刺激肝脏可产生多种急性反应蛋白；可促使前列腺素E2(PGE2)合成及分泌能力增强；促进糖皮质激素、生长激素、促甲状腺激素和加压素等激素的释放；可刺激中性粒细胞的产生，并对其有很强的趋化作用；可促进多种白细胞与血管内皮的粘附作用。

　　正常情况下，脑组织中的IL-1活性极低，而在某些病理情况下，IL-1水平及活性则明显增高。目前，在许多中枢神经系统的急性病理过程中都可发现有IL-1的过高表达，如颅内感染、颅脑创伤、Alzheimer病、Dowm综合征等［5～7］。IL-1与脑创伤关系密切，无论是在临床病人还是实验动物，都能发现创伤后其脑组织、脑脊液中IL-1β水平的增高［7，8］。IL-1可以介导脑创伤后的许多病理生理反应，如发热、白细胞聚集、血管内皮渗透性增加等，从而与脑水肿的形成及颅内压的增高密切相关。另外，目前认为脑创伤后的神经细胞损害多由于伤后继发性炎性反应所致。虽然对于IL-1介入脑创伤后神经细胞变性过程的根本机制尚不很清楚，但IL-1的某些作用确实可引起神经细胞的损害和死亡，如IL-1可诱导中枢神经系统中某些重要的神经毒性分子的释放，另外，IL-1还可诱导其它许多细胞因子的产生，如TNFα、IL-6、IL-8等，而这些因子均与组织损伤有密切关系［7］。

　　鉴于上述情况，目前对于拮抗IL-1作用的研究成为脑创伤实验研究的又一热点。脑创伤后的继发性炎症反应与病情的严重程度及病死率密切相关，因此有效减轻或抑制这一反应过程将是治疗脑创伤根本的治疗途径之一。IL-1ra作为一种内源性IL-1拮抗物质，脑组织中广泛存在其表达区域［9］。实验证明，10μg的重组IL-1ra注入大鼠体内即可明显拮抗由外源性IL-1引起的食欲及行为改变的作用［9］。Toulmond等［9］将IL-1ra分次注入脑创伤大鼠的侧脑室，发现可以明显减轻脑组织的损伤范围和程度，即使于伤后4小时延迟使用，仍可得到满意效果，伤后继发神经元损害程度可较对照减低28%。Dekosky［10］于1996年报道，脑创伤后引起星形细胞和小胶质细胞的增殖和活化，产生过量IL-1；实验中将IL-1ra基因通过逆转录病毒植入受伤区域后，可使小胶质细胞的增殖作用明显下降，故作者提出通过IL-1ra阻断创伤的炎性反应，对于脑创伤及其它炎症过程将会有重要的治疗意义。

　　2　白细胞介素-6(IL-6)

　　机体内多种有核细胞都可能产生IL-6，如单核细胞、B细胞、T细胞、纤维母细胞、和内皮细胞等，脑组织内产生IL-6的细胞可能主要是星形细胞和小胶质细胞［1］。IL-6的功能繁多［14］，在神经系统的重要功能有：①具备神经生长因子(NGF)样的生物学的作用，有促进神经生长和分化的作用。②作用于HPA轴，参与神经内分泌活动，如刺激促肾上腺皮质激素(ACTH)的分泌。③刺激星形胶质细胞合成神经生长因子(NGF)和神经营养因子(NTF)。④经常协同并加强IL-1和TNF在某些方面的作用。

　　作为一种炎性细胞因子，IL-6水平增高可以出现在中枢神经系统创伤及感染性疾患中。脑创伤后中枢神经系统内及外周围血中均发现有IL-6水平的增高［11，12］，IL-6介入脑创伤过程的具体机制不十分清楚，可能与创伤急性期反应及创伤后神经修复有直接关系。

　　3　肿瘤坏死因子α(TNFα)

　　TNFα最初被描述为一种肿瘤细胞毒性物质，能够选择性杀伤肿瘤细胞。后来逐渐发现，TNFα还在细胞信息传递、感染及创伤后炎性反应过程中发挥重要功能［6］。

　　体内TNFα的主要来源是活化的巨噬细胞。最新研究表明：TNFα可出现在中枢神经系统内许多类型的细胞中，包括小胶质细胞和星形胶质细胞［1，6］。

　　大剂量TNF注入实验动物体内可引起休克样细胞毒性状态而致死，其它变化还有血脑屏障损害、肾上腺坏死、肺梗塞、盲肠坏死、小肠缺血及心血管功能衰竭；小剂量的TNF则引起高甘油三脂血症、体重下降、胃排空能力下降、厌食、肌肉萎缩、急性期反应、伤口延迟愈合等等［1，6］。上述作用与IL-1极为相似。TNFα可以诱导其它细胞因子的产生(如IL-1、IL-6、IL-8等)；增强嗜中性白细胞及单核细胞的粘附作用；促进内皮细胞粘附因子的产生；加大血管内皮的通透性等等，因此与组织损伤密切相关［1］。TNFα可以诱导花生四烯酸代谢物的释放并和脂过氧化物及氧自由基的产生有关，上述物质均有严重损害细胞膜的作用，另外氧自由基作用于内皮细胞可以破坏其紧密联接使血管壁通透性增加。因此TNFα的增高可能是脑创伤后血管源性脑水肿形成的重要原因之一［6］。

　　已有实验证明，以逆转录病毒为载体，可将TNFα基因转染人脑胶质瘤细胞，其局部产生大量TNFα细胞毒性作用可杀伤转基因胶质瘤细胞和未转基因的亲代肿瘤细胞［13］。

　　目前认为TNFα与脑创伤的关系十分密切，Goodman及Ross等人曾发现，脑创伤病人CSF中有TNFα活性增高，部分病人血浆中TNFα水平也有一定程度的增高［14，15］；Fan在动物实验研究中发现，脑创伤可引起创伤区域TNFα mRNA的表达量有10倍的增长［16］；Traupin等人亦证实，大鼠脑创伤后脑组织中TNFα活性明显增高［5］。

　　4　白细胞介素-8(IL-8)

　　IL-8归属于一类8～10 kd的趋化性蛋白，其主要功能如下：①刺激呼吸爆发，引起超氧化物形成。②胞外分泌作用，引起嗜中性白细胞释放贮存蛋白。③促进嗜中性白细胞粘附及游走。IL-1和TNF是IL-8表达的主要诱导物。IL-8主要由外周血单核细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞、Kupffer细胞、肝细胞等产生。IL-8不会引起血液动力学变化(这一点与IL-1和TNF不同)，也不会刺激IL-1、TNF或IL-6的产生，因此相对来说IL-8的功能有较强的特异性，其主要作用于嗜中性白细胞［4］。

　　IL-8注入动物体内可引起肺、肝、脾等脏器中嗜中性白细胞的粘附。最近，Ott等人报道，脑创伤后病人血浆中IL-8的水平有明显增高［4］。

　　关于脑创伤与炎性细胞因子之间关系的研究目前并不很多，细胞因子介入脑创伤过程的机制还不很清楚，值得注意的是，我们除了解到IL-1、TNF和IL-6等在脑创伤后继发炎性反应中的有害作用外，还应从另一方面看到，上述三种因子都能刺激神经生长因子(NGF)释放和促进神经胶质细胞增殖的功能，有助于脑创伤后的神经修复［1，2，4］，故全面了解其特性，将为今后有关的基础和临床研究提供更可靠的依据。

　　作者单位：朱涛：天津医科大学总医院神经外科(300052)

　　姚智　杨树源：天津医科大学检验系免疫室

　　参考文献

　　1　Benveniste EN. Inflammatory cytokines within the central nervous system:sources, function, and mechanism of action. Am J Physiol, 1992, 263(1):1

　　2　Nieto-Samopedro M, Berman MA. Interleukin-1-like activity in rat brain:sources, targets, and effects of injury. J Neurosci Res, 1987, 17(2):214

　　3　Woodroof MN.Cytokine production in the central nervous system. Neurology,1995, 45(suppl 6):6

　　4　Ott L, McClian CJ, Gillespie M, et al. Cytokines and metabolic dysfunction after sever head injury. J Neurotrauma, 1994, 11(3):447

　　5　Fan L, Young PR, Barone FC, et al. Experimental brain injury induces expression of interleukin-1 β mRNA in the rat brain. Mol Brain Res, 1995,30(1):125

　　6　Arvin B, Neville LF, Barone FC, et al. Brain injury and inflammation:a putative role of TNF-α.Ann N Y Acad Sci, 1995, 765(1):62

　　7　Rothwell NJ, Lindholm D, Bandtlow C, et al. Involvement of cytokines in acute neurodegeneration in the CNS. Neurosci Biobehav Rev, 1993, 17(1):217

　　8　Traupin V, Toulmond S, Serrano A, et al. Increase in IL-6, IL-1 and TNF levels in rat brain following traumatic lesion. Influence of pre-and post-traumatic treatment with Ro5 4864, a peripheral-type (p site) benzodiazepine ligand. J Neuroimmunol, 1993, 42(1):177

　　9　Toulmond S， Rothwell. Interleukin-1 receptor antagonist inhibits neuronal damage caused by fluid percussion injury in the rat. Brain Res, 1995,671(2):261

　　10　Dekosky ST, Styren SD, OMelley ME, et al. Interleukin-1 receptor antagonist suppresses neurotrophin response in injured rat brain. Ann Neurol,1990, 39(1):123

　　11　Kishimoto T. The biology of interleukin\|6. Blood, 1989, 74(1):1

　　12　McClain C, Cohen D, Phillips R, et al. Increased plasma and ventricular fluid interleukin-6 levels in patients with head inury. J Lab Clin Med,1991,118(2):225

　　13　王　晨，周良辅，沈兆忠，等.逆转录病毒介导人肿瘤坏死因子α基因治疗胶质瘤的实验研究.中国神经精神疾病杂志，1998，24(4)：243

　　14　Goodman JC, Roberson CS, Grossman RG, et al. Elevation of tumor necrosis factor in head injury. J Neuroimmunol, 1990, 30(1):213

　　15　Ross SA, Halliday MI, Campbell GC, et al. The presence of tumor necrosis factor in CSF and plasma after severe head injury. Br J Neurosurg, 1994,8(3):419

　　16　Fan L, Young PR, Barone FC, et al. Experimental brain injury induces dfferential expression of tumor necrosis factor-α mRNA in the CNS.Mol Brain Res,1996, 36(2):287

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