申英杰 薛国强

山西医科大学附属运城市中心医院，山西 运城 044000

脑卒中一直是影响全球人群健康的重要疾病， 而出血性卒中往往导致更为严重的神经功能障碍，严重影响患者预后。蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）指脑底部或脑表面的病变血管破裂导致血液直接渗入蛛网膜下腔，约占急性脑卒中的10%，而因颅内动脉瘤破裂导致的动脉瘤性蛛网膜下腔出血占比达85%，且发病集中于相对年轻的群体［1］。患者发生SAH后所面临的早期脑损伤（early brain injury，EBI）、脑积水、脑代谢紊乱、迟发性脑缺血（delayed cerebral ischemia，DCI）等并发症严重要影响患者的预后［2］。数年来，脑血管痉挛一直被认为是导致患者神经功能障碍的主要原因。在临床上，尽管尼莫地平可以适当缓解脑血管痉挛，但是SAH患者的预后却没有明显改善［3］。而近年来以发生SAH 后的早期阶段的诊断及治疗逐渐被关注，即在出血的早期便启动神经保护治疗以尽早预防并发症的发生，这使得SAH 的病理生理机制成为研究热点。SAH后的病理生理机制繁杂，神经炎症、氧化应激、皮质传播抑制、微循环功能障碍、细胞凋亡与自噬等多种机制参与其中。

神经炎症与氧化应激所参与的脑损伤逐渐被认可，在出血早期阶段，神经炎症与氧化应激反应便已经被激活。出血后由于血红蛋白及其降解产物的释放、细胞器的功能障碍、外周炎性细胞及中枢炎性细胞的激活浸润和生物酶的活化等表达了过量的氧化物与炎症因子，进一步导致了颅内低灌注压、血-脑屏障损伤、脑水肿、神经元凋亡等的神经损伤［4-5］。而神经炎症可以导致氧化应激的发生发展，氧化应激的产物也可以加剧炎症的浸润，共同导致SAH 的不良预后。本文就对在SAH之后的神经炎症、氧化应激、两者之间交互作用的损伤机制以及相关的生物标志物进行综述。

1 神经炎症

炎性细胞浸润被认为参与了SAH后一系列并发症的形成与发展。在中枢神经系统中，外周的中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞，以及中枢神经系统的小胶质细胞和星形胶质细胞等被认为在SAH后起到了重要的作用。丰富的炎性细胞在SAH后不同时段被活化。在出血后的早期及晚期，中性粒细胞与神经胶质细胞等被激活，而亚急性期则更多的是单核细胞与巨噬细胞的活化［6］，这表明神经炎症几乎全程参与了SAH后神经组织的损伤。炎性细胞主要通过释放过量的炎症因子对神经组织造成损伤，目前已有多种炎症因子如白细胞介素-1（interleukin，IL-1）、IL-6、单核细胞趋化蛋白-1、巨噬细胞迁移抑制因子等均可以在SAH 患者的血清或者脑脊液中被检测出，并且其表达水平与SAH 后的并发症相关，可以有效预测患者的并发症及预后［7］，充分说明了神经炎症反应在SAH后的重要作用。

1.1 外周炎性细胞出血后，由于血-脑屏障的破坏及趋化因子的表达，中性粒细胞在EBI与延迟性脑损伤阶段发挥了重要作用。中性粒细胞可在出血后的48 h 之内从外周进入中枢神经系统［8］。其聚集浸润不仅释放了大量的IL-6、IL-1β等炎症因子，并且可以进一步促进血管收缩因子内皮素-1 的释放，造成组织损伤与血管收缩。在SAH 后的第3 天，中性粒细胞的表达量达到第二次高峰。中性粒细胞的升高被认为是SAH患者发生DCI及不良预后的有效预测因子［9］。最近的研究表明，中性粒细胞的释放还可以将小胶质细胞转化为更具有炎性极化的表型，从而加重SAH后的神经炎症反应。单核细胞与巨噬细胞作为机体固有免疫的重要细胞，出血后可在趋化因子的作用下积累到损伤部位，在SAH 后可以通过诱发脑血管痉挛而加速DCI的形成［10］。

1.2 中枢炎性细胞小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞，与外周的巨噬细胞一起组成先天免疫系统，其被认为是唯一具有骨髓起源的神经胶质细胞［11］。在中枢神经系统未受损时，其对于维持内环境的稳态至关重要。研究发现，小胶质细胞能够随着外部环境变化而将其功能转变为促炎（M1）或抗炎（M2）表型以起到相应地调节神经系统炎症的作用。在组织受损后，大量的损伤相关的分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）被释放以激活小胶质细胞，当小胶质细胞被适量激活时可吞噬毒性物质，被过量激活时则可以诱发或者维持炎症反应［12］。活化的小胶质细胞可以多种受体途径来激活炎症反应，其中Toll样受体4（Toll-like receptor-4，TLR4）是小胶质细胞表面表达最为丰富的受体［13］。在SAH 后的3 d内，即早期脑损伤阶段，TLR4被多种配体结合以激活下游炎症通路级联反应，包括核因子κB（nuclear fac⁃tor kappa-B，NF-κB）、髓样分化因子88（myeloid dif⁃ferentiation factor 88，MyD88）/TRIF和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）等通路，促进小胶质细胞向M1 型极化，释放肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）、IL-6 和IL-1 等多种炎症因子，加重神经组织损伤［14］。随着疾病的进展，TLR4的激活也被认为促进了脑血管痉挛的发生，进一步导致DCI而加剧不良预后［15］。最近研究表明，2-PMAP、脂多糖及硫化氢等抑制TLR4/MyD88、TLR4/NF-κB等通路的活化后，可以通过减轻血管痉挛及脑损伤而抑制蛛网膜下腔出血模型疾病的发展，从而改善认知障碍，改善SAH大鼠模型的预后［16-18］。

作为中枢神经系统中的另一种重要的胶质细胞，星形胶质细胞在维持神经元电位及结构、改善跨突触通讯、调节中枢神经系统炎症反应及血-脑屏障的结构组成中占据重要作用。糖腱蛋白C（tenascin-C，TNC）主要在星形胶质细胞中被表达，在SAH 之后，TNC被认为是促进动脉周围间隙炎性细胞浸润激活的关键因素，其可以通过神经炎症、血-脑屏障破坏和神经元凋亡等方面促进神经组织损伤并引发EBI，并且为脑血管痉挛与DCI的发展中奠定了重要基础［19］。目前研究表明，在SAH 后，星形胶质细胞可通过TLR4/NF-κB信号通路表达TNC［20］，释放的TNC进一步通过激活MAPK受体而上调基质金属蛋白酶-9的表达［21］，基质金属蛋白酶-9已被认为在SAH后可以促进血-脑屏障破坏、微循环障碍等的发生、发展［22-23］。而TNC可作为SAH患者发生EBI的标志物并可以预测DCI 的发生及不良预后［24］。TNC 相关的炎症通路应是SAH后继发性脑损伤的潜在治疗靶点。由此可见，SAH中的标志性炎症反应之一便是外周及中枢炎性细胞的活化，从而损伤脑组织。

2 氧化应激

在正常情况下，机体的氧化系统与抗氧化机制相平衡，在呼吸、循环等系统中发挥着重要的作用。当机体受到应激时，由于细胞器功能障碍、内环境紊乱可造成氧化系统亢进，主要表现为体内活性氧（reac⁃tive oxygen species，ROS）等活性自由基的大量产生，同时抗氧化系统受到抑制，造成机体氧化与抗氧化失衡被称为氧化应激反应［25］。在SAH 后，ROS 被认为是主要的活性介质，包括过氧化物、羟自由基、超氧阴离子等一系列活性自由基。过量的ROS在体内或细胞内蓄积可以生物分子的过氧化，进一步引发细胞凋亡而促进继发性损伤［26］。目前研究认为，血红蛋白及其降解产物、各种细胞器的应激及生物酶的活化是SAH后形成氧化应激损伤的主要来源。

2.1 血红蛋白及其降解产物单个血红蛋白由4个血红素与1 个珠蛋白组成，4 个吡咯基及1 个亚铁离子组成血红素［27］。在SAH 之后，大量的红细胞涌入蛛网膜下腔，导致血红蛋白的释放。四聚体血红蛋白被逐渐分解，并产生二聚体血红蛋白，在蛛网膜下腔出血后的缺氧环境下，部分通过肝脏合成的珠蛋白来清除毒性的血红蛋白分解物，部分则继续被氧化成为高铁血红蛋白，释放了大量的游离铁［28］。而铁可以通过其与过氧化物诱导的Fenton反应和Haber-Weis循环反应来产生大量的ROS，进一步造成细胞膜及蛋白质的损伤［29］，是SAH后加重氧化应激的重要机制。

2.2 细胞器的功能障碍线粒体在生物体的呼吸能量供给中发挥着不可替代的作用，线粒体的耗氧量占据细胞内耗氧量的90%到95%，大量的氧自由基随着呼吸链的电子传递与氧化剂的产生而释放［30］。而且在氧合血红蛋白的刺激下，线粒体膜电位去极化而发生功能障碍，主要在复合物Ⅰ与复合物Ⅲ中产生ROS［31］。此外，α-酮戊二酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶复合物可以通过正向电子转移而产生比复合物Ⅰ更多的ROS［32］。积聚的ROS进一步活化了线粒体膜中的Ca2+依赖性的线粒体通透性转变孔，使得更多的Ca2+内流来改变线粒体的功能活动［33］，形成正反馈循环加重线粒体功能障碍，进一步导致了神经组织缺血缺氧的形成。

内质网是合成分泌蛋白和膜蛋白的主要部位，在机体稳态时，经内质网折叠和修饰的蛋白质可以运输到高尔基体中进行进一步加工［34］。发生SAH 后，由于内环境紊乱，ROS的大量积聚，内质网的应激反应导致活化转录因子6、肌醇需要酶1α/c-Jun氨基末端激酶和RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶/真核起始因子2α等通路中的凋亡蛋白如转录因子CCAAT 增强子结合蛋白的同源蛋白（CCAAT enhancer binding protein-homologous protein，CHOP）、caspase-12、凋亡信号调节激酶1 和c-Jun 氨基末端激酶等的表达上调。CHOP 可进一步通过调节细胞对氧化应激的敏感性以及Bax和Bcl-2的表达来诱导细胞凋亡［35］。此外，蛋白质的折叠对于应激的内质网高度敏感，由于SAH后的内质网应激，二硫键发生失调而增加了腔内的氧化应激，导致内质网功能下降［36-37］，折叠错误的蛋白质进一步加剧了细胞自噬的失衡与神经元凋亡，最终造成了继发性脑损伤的发展。可见氧化应激应是更为早期阶段的活化，其来源途径众多，炎性反应也参与其中。

3 神经炎症与氧化应激的交互作用

在SAH后，由于出血应激与内环境的紊乱，神经炎症与氧化应激不同程度地被激活。各种类型的炎性细胞除了表达炎症因子之外，还可以通过NADPH氧化酶、髓过氧化物酶等产生过量的ROS 来加重氧化应激反应。氧化应激除了直接对组织造成损伤外，其相关产物还可以通过激活多种神经炎症信号通路来进一步促进炎症因子的释放，加剧神经组织损伤。

3.1 氧化应激的炎性来源NADPH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）家族产生跨膜蛋白，可以将电子从细胞质的NADPH转运穿过生物膜，从而将氧分子还原为超氧阴离子，NOX 产生的ROS 是神经元分化和神经元信号传导所必须的［38］。NOX在神经系统中广泛存在，其亚型NOX2与NOX4主要在神经元、星形胶质细胞及小胶质细胞中表达，并且被认为在SAH 后诱导EBI 的发展中起着重要的作用［39］。在SAH 后，组织应激导致中枢炎性细胞表达的NOX 通过NADPH 作为电子供体和细胞外的氧分子作为受体，逐渐产生过量的氧自由基，成为继血红蛋白及应激线粒体后又一重要的ROS 来源，进一步加重了氧化应激反应。髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）是血红素过氧化物酶超家族的成员，其可以在多种类型的炎性细胞中表达，而现研究认为中性粒细胞的活化与脱颗粒是MPO的主要来源［40］。在SAH后，中性粒细胞被大量活化，并且在早期即可达到高峰，存在于中性粒细胞嗜天青颗粒中的MPO活化后可以通过催化氯化物和过氧化氢的反应诱导氯化反应产生次氯酸［41］，次氯酸具有高度的氧化活性，可以损伤脂质、蛋白质和DNA 等物质［42］。除此之外，次氯酸还可以促进NOX的结构易位，诱导内皮细胞产生超氧化物、过氧亚硝酸盐等氧化物而加重组织损伤［40］。在SAH模型中，MPO 被认为通过影响神经元与神经胶质细胞而促进神经功能损伤，另有研究表明其在SAH 患者的血清中表达明显升高，对于血管痉挛有一定的预测价值［43，44］。炎性来源的NOX及MPO等氧化酶作为神经炎症与氧化应激的交互损伤点值得进一步深入研究。巨噬细胞迁移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）作为一种促炎因子，其可以被神经胶质细胞表达而激活炎症反应，在SAH 后其血清与脑脊液中的浓度升高并且可以预测脑血管痉挛、DCI 与不良预后［45-46］。最近研究表明，MIF 还可以促进中性粒细胞的活化而增加次氯酸的产生，加重氧化应激损伤［47］。

3.2 氧化应激加重炎症损伤颅内血管的破裂出血引发了细胞外DAMPs的释放，当DAMPs与细胞表面的受体结合后，可以激活下游信号通路从而导致一系列细胞因子的释放。目前发现的DAMPs包括有高迁移率族蛋白B1、S100B、IL-33、线粒体DNA、细胞外基质以及血红蛋白衍生物等。血红蛋白及其降解产物不仅可以生成ROS 造成氧化应激损伤外，还可以作为释放细胞因子的激活剂［48］。最近研究表明血红素在SAH 后的炎症与氧化应激诱导中发挥了重要作用。血红素可以通过TLR4/MyD88通路激活内皮细胞、中性粒细胞、巨噬细胞及小胶质细胞等，促进黏附分子及炎症因子如细胞内黏附分子-1、脂多糖、IL-1、IL-1β、TNF-α、IL-6 和IL-8等的释放。在出血后的早期，血红素作为DAMPs激活中性粒细胞，促进中性粒细胞ROS及炎症因子IL-8的表达［49］。另有研究表明，血红素还充当了中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil ex⁃tracellular traps，NETs）形成的诱导剂。在NADPH氧化酶和ROS形成的条件下，血红素诱导NETs形成［50］，而NETs可以进一步促进小胶质细胞转变为促炎M1亚型，从而加重神经炎症并导致不良预后［51］。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（nod-like receptor protein 3，NLRP3）是一种蛋白质复合物，是免疫系统的重要组成部分，其可通过多种途径识别内源性危险信号，被激活后主要释放IL-1β来发挥作用，IL-1β已被认为是SAH 的损伤标志。在SAH 后，多种途径产生的ROS可以激活NF-κB，从而将p65亚基转移到细胞核中，增加了NLRP3 和炎性细胞因子的mRNA 水平。同时，对ROS 敏感的硫氧相互作用蛋白可以通过ROS诱导，进一步与NLRP3结合导致NLRP3炎性体的激活和IL-1β的表达。其作为SAH 后继发性脑损伤的治疗靶点值得进一步探讨。

4 生物标志物

由于颅内动脉瘤破裂而导致的动脉瘤性蛛网膜下 腔 出 血（aneurysmal subarachnoid hemorrhage，aSAH）往往更容易引发不良的预后，目前对于蛛网膜下腔出血后生物标志物的研究主要集中于aSAH 患者上，合适的生物标志物不仅可以帮助临床医师精准地判断aSAH 患者的病情，而且可以为明确aSAH 疾病的病理生理机制提供基础。神经炎症与氧化应激在aSAH后的EBI、DCI等并发症中占据重要作用，因此其相关的生物标志物有着广泛的研究价值。

已有多种相关的因子均可以在aSAH 患者的血液或者脑脊液中被检测出，并且其表达水平与aSAH后的脑损伤相关，可以有效预测患者的并发症及预后，充分说明了其在aSAH 后的重要作用（部分生物标志物详见表1）。

表1 神经炎症与氧化应激的部分生物标志物在动脉瘤性蛛网膜下腔出血中的意义Table 1 Significance of selected biomarkers of neuroinflammation and oxidative stress in aneurysmal subarachnoid hemorrhage

5 小结

长期以来，蛛网膜下腔出血导致的脑卒中影响着全球人类的健康，明确出血后的继发性损伤机制对于疾病的诊疗至关重要。目前临床的治疗依然主要沿用“3H”及尼莫地平疗法，但是患者的预后需要被进一步改善。蛛网膜下腔出血后继发性损伤的病理生理机制复杂，在出血后的早期，神经炎症与氧化应激反应便已经被激活。神经炎症涉及多种细胞及信号通路，多来源的氧化应激不仅直接损伤了神经组织，而且作为独特的激活剂增强了神经炎症损伤。神经炎症与氧化应激的交互激活作用使得继发性脑损伤形成了“正反馈”效应，多种因子及受体充当了损伤的“交互点”。因此对于蛛网膜下腔出血患者的治疗，或许应该更多的关注此类“交互点”，结合现有诊疗及生物标志物的应用，才能更为有效地抑制脑损伤的发展。随着基础医学及临床医学的进步，改善蛛网膜下腔出血患者预后的新疗法具有着更广泛的应用前景。

利益冲突：本文所有作者声明无利益冲突。