在过去数十年间,人们对卒中的认识取得了重大的进展。人们了解到,免疫机制参与缺血级联的每一个阶段;缺血性脑损伤也可以激活免疫系统或导致免疫抑制。因此,免疫系统与卒中的发病机制密切相关,卒中的免疫机制有潜力转化为有效的治疗手段。
一、 卒中发病的免疫机制
很多证据提示炎症增加卒中的风险,这些发现促使学者进行感染与卒中之间关系的研究[1]。肺炎支原体曾被认为是与血管性疾病最为相关的病原体之一。然而对其与心血管疾病的关系进行大型前瞻性研究和Meta分析,发现两者相关度并不高[2]。另外可能与卒中相关的感染为数众多,包括牙周炎、幽门螺旋杆菌感染、巨细胞病毒感染和慢性支气管炎等。因此提出这样的假说:患者感染总负荷,即既往感染的总合,而不是某一种特异性感染与卒中的发病风险相关。与此相一致,一项前瞻性队列研究评估了常见感染(肺炎衣原体、幽门螺杆菌、巨细胞病毒和单纯疱疹病毒1和2型)血清学状态与卒中风险的关系。该研究共收集了1625名参与者的基线血清学数据,随访8年后发现:每种感染都与卒中风险呈正相关,但没有统计学意义;而把各种感染的参数估计合并为一个加权感染负荷(infectious burden,IB)指数,该指数与增加卒中风险相关[3]。
此外,感染、炎症、血栓和卒中的复杂病理生理途径支持感染在卒中发病的病因学地位。急性感染和慢性感染急性发作诱导急性炎症应答;很多传统的血管危险因素和慢性感染诱导慢性低水平炎症状态,在急性炎症应答中进一步增加卒中风险。炎症可以通过诱导促凝血状态促使卒中发生;还可通过活化动脉硬化斑块,增加斑块破裂和血栓拴塞的风险[4-5]。患者的遗传素质,如对感染的易患性和炎症应答的强度似乎共同决定卒中风险[6-7]。
但也有一些不符合假设的发现。如在评估IB指数与卒中之间的联系时,调整白细胞计数和高敏C反应蛋白(hsCRP)对结果没有影响;hsCRP与IB指数的相关性不大。这些发现不支持炎症是感染导致卒中的机制。而且,IB与非血管因素导致的死亡也显著相关,提示慢性感染负荷可能通过其他更广泛的途径导致疾病,而不仅仅作用于血管。更值得注意的是,一些实验研究提示卒中前感染或炎症预处理可能通过抑制炎症和促进抗炎应答、促进神经发生等途径发挥神经保护效应[8-9]。此外,关于IB的假设还存在很多有待研究的问题。例如,我们还不了解各种慢性感染如何影响卒中的发生:是通过共同的机制加剧炎症应答,还是通过每种疾病不一致、更特异性的途径导致卒中?另外,虽然有证据提示炎症在卒中发病中的作用,要详细了解其中的复杂机制,并把这些发现转化为新的卒中预防策略仍然任重道远。
二、 卒中进程的免疫机制
⒈卒中后免疫激活:⑴卒中后免疫激活的启动:在缺血早期,动脉阻塞导致组织缺氧、血流动力学改变,炎症进程立即从血管内开始;随后的缺血再灌注损伤也诱导强大的炎症反应。最终导致脑部、脑血管、循环血液和淋巴器官一系列炎症级联反应的启动。随着缺血级联反应进展,濒死和死亡细胞释放“危险信号”活化免疫系统[10]。缺血后数分钟内细胞外ATP含量上升,促进脑部固有免疫细胞炎症应答;同时,神经递质的释放可能中和炎症反应。而损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns)是启动炎症介质上调的最主要信号[11]。这些信号活化嘌呤受体和模式识别受体,启动脑部固有细胞和浸润白细胞炎症应答,导致炎症诱导细胞死亡,进而启动随后的先天性免疫和适应性免疫应答。
⑵卒中后免疫激活的消退和组织修复:卒中后炎症是自限性进程,最后消退并为损伤脑部的结构和功能重构作准备。有证据显示,炎症消退并不是促炎症因素耗竭后出现的消极过程,而是大量活性介质相互作用抑制炎症应答导致的。其重要步骤包括死亡细胞的清除、抗炎环境和促存活因子的产生。小胶质细胞和浸润的巨噬细胞是清除死亡细胞和组织残骸的主要吞噬细胞[12]。吞噬作用促进TGF-β和IL-10的产生,作为多向性免疫调节细胞因子,它们在缺血部位通过促进炎症消退和发挥直接的细胞保护作用参与组织修复[13]。卒中后,炎症细胞、神经元和星形胶质细胞都可以产生多种生长因子,形成有利于神经元、神经胶质和血管再生的环境[14]。
⒉卒中后适应性免疫应答:卒中后对CNS抗原的自身免疫应答,可能是由于血脑屏障损伤和细胞破坏,使正常情况下免疫隔离的CNS抗原得以与全身免疫系统接触,诱导了自身免疫。⑴卒中后适应性免疫应答的证据:一些临床观察结果提示卒中后适应性免疫的存在:卒中后外周抗原提呈细胞(antigen-presenting cell)进入梗死脑组织,为自身抗原的提呈提供可能性[15]。卒中患者高血清CNS自身抗原(髓磷脂碱蛋白、神经元特异性烯醇化酶和S100)浓度与高基线NIHSS评分、影像学上大病灶容积和不良神经功能预后相关[16]。患者外周血和脑脊液髓磷脂特异性T细胞数量增多[17];外周血CNS抗原(神经纤丝)特异性抗体水平升高[18],提示细胞免疫和体液免疫都可能参与卒中的适应性免疫应答。适应性免疫应答的支持证据还来自一些动物研究。建立大脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型后,各种淋巴细胞浸润到脑部[19],发挥各自的免疫效应:与免疫健全的小鼠相比,T细胞和B细胞联合缺陷小鼠经历实验性卒中后功能缺损减轻、梗死容积减小,各种T细胞缺陷小鼠也表现出类似的改变,但B细胞缺陷小鼠卒中病情改善不显著。提示淋巴细胞,尤其是T细胞对实验性卒中的炎症、脑损伤和神经功能缺损密切相关[20]。调节性T细胞(T regulatory,Treg)可以缓和促炎症应答,系统性耗竭Treg导致卒中动物脑损伤加重[21]。⑵卒中后适应性免疫应答的抗原特异性:对髓磷脂来源肽免疫应答的动物研究,更提示了卒中后适应性免疫应答的抗原特异性。Ren等[22]把髓磷脂少突胶质细胞糖蛋白(myelin oligodendroglia glycoprotein)特异性的髓磷脂反应性脾细胞过继转移到联合免疫缺陷小鼠,并建立MCAO和再灌注模型。他们发现这些髓磷脂反应性细胞可以迁移到小鼠的梗死半球,并增加梗死容积、加重神经功能缺损。提示CNS自身免疫可以加剧缺血性卒中的脑损伤。而建立动脉阻塞模型前重复黏膜给予髓磷脂抗原(耐受原)诱导小鼠免疫耐受,可减轻缺血性脑损伤[23]。保护效应可以通过把耐受动物的脾细胞或CD4+T细胞过继转移到正常小鼠体内诱导,提示涉及细胞免疫机制[24-25]。建立MCAO模型后规则给予重组T细胞受体配体(recombinant T cell receptor ligand),抑制以髓磷脂为靶点的自身免疫性T细胞也可以减少梗死病灶容积、抑制炎症细胞浸润[26]。⑶卒中后适应性免疫应答的疑惑:虽然有证据支持存在对抗缺血后脑组织的自身免疫应答,这些发现与典型的适应性免疫应答有不一致的方面。有学者发现,T细胞缺陷小鼠建立MCAO模型后脑部梗死病灶比对照组明显减小,但仅仅缺乏T细胞受体(T cell receptor,TCR)或TCR共刺激分子的小鼠对MCAO完全易患,提示T细胞加剧脑缺血损伤而不依赖于抗原识别或共刺激信号传递[27]。此外,免疫应答导致脑损伤的直接证据尚不足,其中的免疫机制仍未被认识。适应性免疫是组织破坏的主要攻击者,还是仅仅是卒中后免疫激活的伴随现象,有待进一步阐明。
⒊卒中后免疫抑制:⑴卒中后免疫抑制的机制:脑缺血出现后数小时内,脑-免疫系统相互作用可以导致全身免疫下调,即“卒中诱导的免疫抑制(stroke-induced immunodepression)”。其机制尚未完全阐明,但可能涉及交感神经系统活化和伴随的甾类、儿茶酚胺类释放。简要地说,缺血脑组织释放炎症介质,到达并激活参与免疫调控的化学敏感性脑区域,如下丘脑-垂体轴和交感神经系统;这些炎症介质还可以从损伤的脑组织释放,进入全身循环,作用于血液和次级淋巴器官的免疫细胞,或通过血流活化脑部;此外,卒中是一种很强的非特异性应激,直接活化免疫调节系统[28]。一些临床证据显示,患者血清甲基福林、甲基去甲福林水平与卒中的严重程度、感染率和病死率相关[29-30]。而在动物研究中发现,阻滞交感神经系统降低卒中后感染风险,减少淋巴细胞凋亡[31]。⑵卒中后免疫抑制的意义:一方面,免疫抑制可能限制限制针对CNS自身抗原的免疫应答,缓解攻击脑部的潜在自身免疫反应。另一方面,卒中后免疫抑制增加了感染的发病率。感染可以通过上调共刺激分子和促进抗原提呈,进一步上调CNS特异性自身免疫应答[32]。这是导致卒中患者死亡或不良神经功能预后的重要因素。
三、 卒中的免疫学治疗
⒈卒中免疫学治疗的优势:在以缺血级联反应为靶点的治疗途径中,炎症抑制可能是有希望的治疗手段之一。首先,这些治疗有延长的治疗时间窗,甚至在卒中后12~24h施用都有效[33]。因此,可以在错过溶栓时间窗的患者中使用。其次,炎症抑制在脑出血模型中有治疗作用[34] ,可能可以应用于出血性卒中尚不能排除的患者。最后,考虑到缺血再灌注也激活炎症反应[35],抑制炎症可作为溶栓或血管内取栓等再灌注治疗的适当补充。虽然这些发现目前主要基于动物实验,考虑到卒中后的炎症反应,炎症抑制在人类卒中也可能是值得研究的治疗靶点[7]。
⒉卒中免疫学治疗存在的问题:由于存在很多悬而未决的问题,卒中后免疫治疗的基础研究成果尚未能成功转化为有效的临床应用[36]。一个普遍的问题是卒中的动物模型不能完全重演人类疾病的病理。由于人类与实验动物在生理学上的不同特点,基础研究得到阳性结果的药物在临床试验中可能由于病理生理学、药效学和药动学等方面的差异导致不同结果[37-38]。此外,与动物实验不同,临床试验有更多的影响因素。例如用于卒中研究的动物生活在无菌的或几乎无病原体的环境,相对较少暴露于外源性抗原;而卒中患者常合并各种卒中危险因素或共存病。为使动物模型更接近人类疾病,应该考虑使用与炎症有关的动物模型,如动脉硬化或存在预处理急性或慢性感染的动物。同时,抗炎治疗是一把“双刃剑”。虽然已经观察到免疫细胞和炎症加重卒中后脑损伤;它们在组织修复和重构中同样处于关键地位。限制缺血的炎症反应可以在急性期减轻组织损伤,却可能影响修复机制和恶化长期预后。由于恢复期的实验研究资料缺乏,没有证据直接证明抗炎治疗干扰缺血后脑部的修复进程,但免疫细胞的生长因子产生、神经发生和神经重塑等促存活效应已经确定。而且,考虑到卒中诱导的免疫抑制,抑制炎症的治疗可能进一步增加感染并发症。更重要的是,我们目前对卒中病理生理的了解还很片面,因此应该充分考虑卒中免疫调节治疗的潜在风险,并小心平衡风险和获益之间的关系。
目前,由于免疫系统和CNS错综复杂的相互作用[37],尚未能精确地找到某一靶点作为卒中免疫学治疗的最佳途径。对卒中的免疫学治疗仍需保持谨慎的态度。对卒中后免疫应答更深入的认识,尤其是对卒中不同时期的病理生理过程的认识,将帮助我们制定安全和有效的卒中免疫学治疗策略。
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