细胞粘附分子与缺血性脑损伤

摘要：

@@ 细胞粘附分子(CAM)与白细胞的滚动、粘附、迁移有关, 在缺血性脑损伤中起重要作用,阻断CAM的作用在治疗缺血性脑损伤方面具有很大的潜力, 并已在实验研究中取得了一些令人鼓舞的结果.现谨就CAM在缺血性脑损伤中的作用及治疗前景作一综述.
1 急性脑缺血的组织学炎症反应
炎症反应是脑实质对各种类型的损害的常见反应,组织学特征是白细胞浸润,脑缺血时主要是多形核白细胞(PMNL)和单核/巨噬细胞(MNC).急性脑卒中患者发病后6～12小时在少灌注区即发现放射性标记PMNL数增多,2～3天时脑脊液(CSF)白细胞数增加[1].一尸解报告脑卒中后2～3天脑实质白细胞浸润强烈.缺血脑实质的炎症反应在动物实验中已有详尽的研究,推测这种炎症反应是迟发的,继发于组织坏死,意在从梗死区清除组织碎片 .但在一侧持续性大脑中动脉(MCA)闭塞鼠,早在闭塞后30分钟即在微血管中发现白细胞 ,尤其是PMNL[2],而MCA闭塞模型76～96小时后才检测到坏死[3],提示早期模型脑实质中白细胞存在是不依赖于坏死存在的.并推测这些细胞在缺血脑组织发展为梗死的进展过程中起一定作用[4].
白细胞通过一系列机制对缺血脑实质产生有害作用,如阻塞微血管,促成所谓的"无回流”现象:即再灌注后缺血区脑血流量难于完全恢复.在缺血状态下微血管堵塞可能是与内皮细胞相互作用的结果[c1],这种作用由粘附分子和/或由肌动蛋白聚合作用和伪足突出引起的细胞变形能力丧失来介导[4].缺血期白细胞的其他有害作用可能由于血管收缩因子如过氧离子、血栓素(TXA2)、内皮素-1和前列腺素H2(PGH2)的释放、脑动脉血管反应性的改变和细胞毒性酶、氧自由基、一氧化氮(NO)及磷脂代谢产物的释放,蛋白水解酶如弹性蛋白酶的释放可能破坏内皮细胞膜和基底层,改变血脑屏障(BBB)通透性,促使缺血后水肿形成[5].此外,内皮细胞基底层完整性的丧失可能使红细胞易于逃逸及脑梗死的出血性转化.白细胞积聚的程度与脑CT证实的梗死面积之间显著相关[6].
2 CAM在缺血性脑损伤中的作用
白细胞到达缺血区是多步过程,它们首先在小静脉着边,然后粘附于内皮细胞,最后迁移进入脑实质.在这三步中的每一步过程中,其功能均由一系列分子调节,这些分子位于白细胞和内皮细胞表面,称为粘附分子,包括4个主要家族:免疫球蛋白(Ig)超家族、整合素家族、选择素家族和Ca2+依赖粘附分子家族,每家族功能不同.正常情况下细胞表面很少或不表达粘附分子,它们的表达由一些炎症过程诱导.
Wang和Fenerstein在鼠脑卒中模型中发现损伤后6小时内皮E选择素(E-Sel)表达增加,12 小时达高峰,第5天降至正常,损伤后3小时细胞间粘附分子-1(ICAM-1)表达增加,持续增高5天[7].Clark等[8]用短暂MCA梗死鼠模型研究中枢神经系统(CNS) 再灌注损伤,发现损伤后1小时开始皮质ICAM-1表达,与ICAM-1表达区域PMNL中度浸润相关,还发现P-选择素(P-Sel)表达增加,ICAM-1缺乏鼠则不易患脑缺血/再灌注损伤 [9].
缺血性脑卒中或短暂脑缺血发作(TIA)患者在症状发作72小时内白细胞CD11a的表达高于年龄和危险因素匹配的对照者[10].另一研究中发现卒中患者可溶性细胞间粘附分子 (sICAM -1)增加,可溶性L-选择素(sL-Sel)降低,可溶性E-选择素(sE-Sel)和可溶性血管细胞粘附分子(sVCAM-1)浓度增高.sL-Sel降低解释为活化的内皮反作用受体耗尽(mop up ) 血清中的sL-Sel"库”[11].Frijns等[12]报道急性缺血性脑卒中患者可溶性P-选择素(sP-Se l)和sE-Sel浓度显著增高.后来,他们研究了新近缺血性脑卒中患者及有TIA或轻度缺血性脑卒中病史,有中重度症状的颈内动脉(ICA)狭窄患者的血浆粘附分子水平,发现缺血性脑卒中急性阶段和既往有症状的动脉粥样硬化患者血浆sP-sel和 sE-sel浓度均增高,而s I CAM-1和sVCAM-1不增高,认为sE-sel血浆浓度增高提示内皮细胞的活化,而sP-sel浓度增高反映内皮细胞和血小板的活化.Sobel等[11]在4例脑皮质梗死患者的血管表面检测到高表达的ICAM-1.人们相信CAM的可溶性形式由活化细胞表面释出,可在血清中定量测出.与正常对照者相比,急性脑卒中患者血清内皮-白细胞粘附分子水平初期增高(至卒中后24小时) ,VCAM-1水平持续增高(至5天).这种短暂形式符合目前观点,即选择素如内皮-白细胞粘附分子-1介导白细胞和内皮细胞之间初期的低亲和性相互作用,并促进白细胞在血流中迁移和滚动;继之,是VCAM-1引起紧密的白细胞-内皮细胞接触和跨内皮迁移[4].另一组CAM整合素家族涉及细胞基质相互作用,它们是由一个亚基与细胞内和胞外区形成的异二聚体膜糖蛋白.在基底膜,整合素使内皮细胞与胞外成分如层蛋白和胶原连接,在脑、内皮细胞、星形细胞和基底膜组成BBB,它们的相互连接由整合素介导,这些分子的破坏可能引起BBB严重受损.Wagner等[13]证实整合素在生理状态下介导星形细胞和细胞外基质的相互作用,在局灶性脑缺血/再灌注期间迅速被破坏.其它整合素在炎性新血管生成、创伤修复和个体发育中起重要作用,因而对缺血性损害后组织修复很重要,其中整合素是共有精-甘-门冬氨酸(RGD)序列的分子(如vetronectin、纤维蛋白原、纤维结合素和昆布氨酸)的受体,在非人灵长类缺血再灌注模型中早在MCA闭塞后2小时即在基底神经节微血管表达.配体与整合素结合改变胞内区的构造,因而干扰细胞骨架排列, 改变细胞结构,使细胞具有迁移能力,通过这些机制,可能在脑缺血后血管重建的最早阶段发挥作用[4].
3 抗粘附分子治疗缺血性脑损伤的前景
针对脑缺血中炎症机制的治疗在动物实验研究中有效,可能在人急性脑卒中中具有一定的治疗效力.主要有两种:一是与炎性细胞因子有关的治疗对策,二是致力于研究能阻断内皮细胞和白细胞之间粘附的分子,包括抗CAM单抗和其他CAM拮抗剂.
3.1 抗CAM单抗研究发现鼠MCA闭塞再灌注后不同时间用抗整合素淋巴细胞功能相关抗原 - 1( CD11b/CD18)单抗缩小梗死面积,具有剂量依赖性[14],尽管持续MCA闭塞后1 小时单用同一制剂引起的效果不太惊奇[15],用抗ICAM-1或整合素CD11b/CD18治疗也能减少缺血脑区凋亡细胞的数目[16].在鼠短暂MCA闭塞中,用抗ICAM-1抗体减小梗死面积并减少组织PMNL 数目,但该治疗对持续闭塞无效.在一脊髓缺血模型中也发现用抗整合素CD18抗体和ICAM- 1 抗体使神经功能障碍显著减轻,且也有类似的短暂和持续缺血的二分法,这些发现提示阻断白细胞-内皮粘附的药物仅在再灌注存在时才有效[4].Zhang等[17]研究组在鼠脑卒中模型中也发现不同的CAM抗体减小梗死面积和PMNL浸润,最近他们研究了在缺血发作后而不是发作时给予抗体的作用(这种情况与临床更接近),结果发现在缺血发作后几小时用抗整合素或抗IC AM-1抗体减小梗死的面积.
3.2 其他CAM拮抗剂由于单抗有免疫原性,可能对脑卒中患者有有害作用,目前新的无免疫原性分子正在进行动物实验并有令人鼓舞的结果.这些是肽或糖蛋白,由细菌产生,在结构和功能上酷似CAM并抑制白细胞功能,如肝素寡糖与L-选择素(L-sel)和P-选择素(P -sel)结合,因而抑制它们与其他反作用受体的结合[9].
3.3 治疗前景急性脑卒中的治疗在以后的几年中可能会发生变化,最重要的转变点之一可能是确定干预的时机,此间用药可能有效(治疗窗),但这不容易,因为病人有个体差异 .迄今进行的多数实验提示在血栓性疾病中有一很窄(3小时)的治疗窗,超过此限治疗无效,更主要的是由于出血转化的发生率增加.动物和人类研究已表明脑梗死的进展经过一个较长的时间阶段,因此,在较晚时间动脉的再通还有可能[4].能够干扰炎症相关机制的药物应用的一个前景是扩大治疗窗的可能性,在一兔栓塞性脑卒中模型,已发现用抗ICAM-1 抗体延长了溶栓剂有效溶解血凝块的时间[18].脑实质炎症反应的损害作用发生在动物缺血发作后几天,在人类可能也如此,因此,理论上说这些治疗对策可在远远超过严格的时间限制内应用并取得一些有利的效用.
将来的药物治疗可能是对促炎症性细胞因子如白细胞介素-1(IL-1)和肿瘤坏死因子 (TNF)的抑制,或对抗炎症性细胞因子如白细胞介素-6(IL-6)和转化生长因子(TGF)的增强.一些细胞因子和趋化因子如干扰素(IFN)、巨噬细胞炎症蛋白-1(MIP-1)似乎从炎症反应的第一阶段到第二阶段均有作用,第一阶段的特征是存在PMNL,第二阶段是单核/巨噬细胞(MNC)浸润并发生症状明显的坏死,阻断这些分子可能保护部分脑实质免于坏死.干扰白细胞和内皮细胞之间的粘附是第二种治疗的选择,一方面尝试增强整合素促进细胞再塑形和新血管形成的作用,另一方面可能的药理作用目标是对细胞因子产生至关重要的特异的转化通道信号(如胞浆内激酶)及其作用.
尽管应用阻断白细胞粘附和迁移进入组织的有害作用的制剂可减轻人继发性脑损害,但我们仍必须清楚白细胞粘附和迁移是机体对损伤的自然反应,这些作用的拮抗剂可能减少炎症反应的正性作用.抗ICAM-1的应用可能仅在与溶栓剂合用时是有效的,用药的时机和途径也至关重要,首剂抗ICAM-1抗体延至再灌注后1小时以上,且全身用药可能引起宿主防御功能下降并出现易感染素质,因此,抗ICAM-1抗体的免疫作用需要很审慎地重视.

机标关键词：细胞粘附分子、白细胞粘附、缺血性脑卒中、内皮细胞、整合素、治疗、缺血性脑损伤、炎症反应、选择素、脑卒中患者、再灌注、脑实质、血管、梗死、脑缺血、细胞因子、急性脑卒中、可溶性、抗体、蛋白

所属期刊栏目：14

分类号：R392.11

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共2页

页码：190-191