临床医学论文-脊髓损伤后胶质瘢痕形成中补体的作用.doc

临床论文——补体在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用【摘要】由于创伤性脊髓损伤(SCI)发病率日益增高，后果严重，致残率高，费用高，往往留下瘫痪等后遗症，给家庭和社会造成严重负担，因此加强SCI再生修复的研究具有重要的现实意义。 大量证据表明，胶质瘢痕是中枢神经系统再生和修复的主要障碍之一，补体与胶质瘢痕的形成密切相关。 本文就补体在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用进行综述。 [关键词]脊髓损伤补充胶质瘢痕摘要:创伤性脊髓损伤(SCI)的发病率持续上升，其发病率和死亡率高，医疗费用昂贵。瘫痪的灾难性后果给家庭和社会增加了巨大的负担。因此，加强对神经再生和修复的研究具有十分重要的意义。大量证据表明，胶质瘢痕是神经元再生的主要障碍之一，补体与胶质瘢痕的形成密切相关。本文就补体在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用进行综述。关键词:脊髓损伤；补语；胶质瘢痕脊髓损伤(SCI)多为外力所致，多见于青壮年体力劳动者，多发生于颈、胸、腰椎。 SCI后神经细胞坏死、凋亡，严重损害神经功能，临床表现为损伤平面以下运动和感觉功能丧失。 SCI后再生修复困难，传统观念认为损伤后中枢神经系统没有再生修复能力。近十年来的研究表明，中枢神经系统在适宜的环境下可以再生[1]。胶质瘢痕是中枢神经系统再生的主要障碍，它对中枢神经系统的再生起着物理和化学屏障的作用，给大多数患者留下了后期瘫痪等严重后遗症。 SCI后胶质瘢痕的形成星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞等。并且其分泌的细胞外基质在SCI后形成胶质瘢痕，成纤维细胞也参与了脑膜的破裂。 SCI后最初几小时，损伤区神经元和胶质细胞凋亡坏死，小胶质细胞和外周单核细胞(包括巨噬细胞)迁移至损伤腔内。损伤后3 ~ 5天，损伤区出现活化的星形胶质细胞，吞噬损伤的局部组织碎片，变性坏死组织，分泌大量神经营养因子。 一般认为早期反应性胶质化对神经有一定的保护作用，有利于神经元的存活和再生。 但持续的胶质化意味着以星形胶质细胞为主的胶质细胞过度增生，形成坚韧的胶质瘢痕。 胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和波形蛋白是星形胶质细胞的中间丝蛋白。 中枢神经系统损伤后，GFAP和波形蛋白阳性细胞在损伤区大量聚集[2]。伤后1 ~ 2周，星形胶质细胞开始大量反应性增生，伤后1个月形成明显的胶质瘢痕。2个月后，胶质瘢痕在损伤区进一步重塑修复。 胶质瘢痕阻碍了神经元的存活和再生。研究证明，受伤的轴突在接触到胶质疤痕时就会停止生长[3] 2补体概述补体系统是由30多种可溶性蛋白和膜结合蛋白组成的蛋白水解系统，存在于人和脊椎动物的血清和体液中。 补体系统分为补体内在成分、补体调节分子和补体受体三部分，广泛参与机体的防御反应和免疫调节。 人体补体系统主要在肝脏合成，90%以上的血浆补体由肝细胞合成。 在合成补体系统中，C3起源古老，是血浆中最丰富的补体成分。 正常情况下，由于血脑屏障(BBB)的存在，CNS与血液分离，很少或没有血浆补体进入大脑，因此CNS中补体的表达水平较低，脑脊液中的补体仅为血浆中的百分之几百。但是，可溶性补体蛋白如C3、C4、C1q、B因子、C9等。仍然可以检测到，在中枢神经系统中起到免疫监测作用。 中枢神经系统中多种细胞可以合成和表达补体系统。 过去认为中枢神经系统中的补体是由外周血或外周血入侵的免疫细胞合成的。近年来发现，中枢神经系统中的星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞和神经元等内源性细胞可以合成外周血系统中的所有补体成分。 星形胶质细胞是中枢神经系统的主要细胞，也是表达补体固有成分的主要细胞[4，5] 3补体在SCI后胶质瘢痕形成中的作用3.1 SCI后补体的来源及含量在SCI激活后迅速增加。补体增加的来源有三种[4，6，7]:受损BBB、受损脊髓内固有细胞、外周血侵入的中性粒细胞等免疫细胞合成的外周血源性补体，其中BBB破坏后外周血补体的渗漏是中枢神经系统损伤后补体的主要来源。 生成的补体主要通过三种途径激活[8]: BBB被破坏，血浆与中枢神经系统中的抗原物质(如髓鞘)接触，使补体沿着不依赖抗体的经典途径被激活；细菌脂多糖和肽聚糖激活的旁路途径被激活。甘露糖结合凝集素激活的凝集素途径的激活 此外，SCI后红细胞的溶解和血红蛋白的释放可引起补体的激活[9] 组织损伤释放的蛋白酶，细胞坏死后释放的亚细胞结构，如立体视、凝血酶，凝血途径激活产生的胞浆和血清酶，也能裂解和激活补体。 补体激活途径在C3激活步骤相遇，级联反应形成C3转化酶、C5转化酶、C5 B9膜攻击复合物(MAC)和一系列具有重要生物学效应的补体蛋白片段，如C3a、C3b、C4b、C5a和C5b [4，8] 3.2 SCI后活化补体的作用3.2.1活化补体系统对损伤区脊髓神经组织的双重作用一方面，活化补体通过炎症反应和MAC形成加重脊髓损伤，SCI后期的继发性损伤主要是由补体介导的炎症反应引起的。 另一方面，补体分子可介导对受损局部变性坏死组织和碎片的吞噬作用，促进其他细胞分泌大量神经营养因子，有利于神经元的存活和再生。 3.2.2激活补体系统可损伤脊髓。补体激活产生大量C3a、C5a等过敏性毒素，主要作用有[4，10-12]: (1)刺激小胶质细胞、侵袭性中性粒细胞、巨噬细胞等细胞合成释放肿瘤坏死因子α (TNF α)、白细胞介素1 β (IL 1 β)、白细胞介素6 (IL 6)、白细胞介素。 (2)C3a、C5a趋化性吸引白细胞聚集，激活白细胞功能，使白细胞等细胞脱粒，加重BBB损伤；活化的白细胞在趋化性、粘附性、产生和释放活性氧和自由基的溶酶体酶的能力等方面得到增强。 或c3c5基因敲除小鼠，损伤部位炎症细胞浸润明显减少，组织损伤减轻，存活神经组织增多[13] (3)C3b、C4b等。起到调理作用，促进巨噬细胞的吞噬作用。 (4)C5可诱导血管平滑肌收缩，加重损伤组织的缺血和缺血再灌注损伤，并可直接与血管内皮细胞反应合成活性氧，在体外可诱导细胞程序性死亡。 (5)C3a还诱导多种细胞释放血小板活化因子(PAF)诱导血小板聚集，PAF和血管内皮细胞共同激活中性粒细胞促进白细胞粘附。 活化补体系统形成的终末活化产物MAC，主要有以下作用[10，14]: (1)直接溶解和破坏细胞，MAC可直接插入细胞表面形成亲水通道，导致细胞内离子稳态失衡和渗透性溶解死亡，溶解和破坏神经元等必需细胞；(2)直接破坏血脑屏障，加重损伤区炎症浸润和损伤；(3)MAC可促进血管内皮细胞分泌细胞间粘附分子1 (ICMA 1)、e-选择素、碱性成纤维细胞生长因子等参与局部炎症反应；(4)亚溶解MAC(sMAC)能促进单核细胞、巨噬细胞和小胶质细胞的代谢，刺激一氧化氮(NO)、TNF-α、氧自由基等的释放。，可引起迟发性神经元死亡，也可通过改变细胞膜的通透性增加ATP的消耗。 补体介导IL-1、TNF-α等大量炎症介质的产生，对脊髓造成严重损伤。 (1)1)中枢神经系统损伤后，激活的补体系统刺激炎症细胞合成并释放大量IL-1，其活性明显增加[5]。IL-1β可直接导致神经细胞坏死[16],并作用于小胶质细胞引起多种神经毒性介质如NO、前列腺素E2、TNF-α、花生四烯酸和趋化因子的表达和释放。可增加血管内皮粘附分子在中枢神经系统的表达，增加白细胞的聚集，破坏血脑屏障，导致单核细胞和中性粒细胞的浸润和脑实质细胞的损伤。同时，这些浸润的白细胞可增加IL-1β的表达，激活大量胶质细胞，进一步加重炎症反应[17，18]。IL-1β和过敏毒素C3a和C5a的协同作用增强了IL-8 mRNA和蛋白的表达，加重了炎症反应。 (2)合成释放的TNF-α可通过自分泌促进白细胞浸润，上调神经细胞主要组织相容性复合体MHCI的表达，进一步诱导小胶质细胞等炎症细胞激活释放NO和花生四烯酸，促进炎症的级联反应。 3.2.3激活补体有利于脊髓损伤的再生和修复。激活补体产生的过敏毒素C3a和C5a对神经有直接的保护作用。C3a和活化的星形胶质细胞共同参与对NMDA诱导的神经死亡有保护作用[19]，C5a可直接对抗谷氨酸等引起的神经毒性。 C3a和C5a可以刺激活化的小胶质细胞和星形胶质细胞释放神经生长因子(NGF)发挥神经保护作用。脊髓损伤早期主要刺激小胶质细胞增加NGF mRNA和蛋白的表达，后期主要刺激活化的星形胶质细胞合成分泌NGF。 补体介导的炎症介质也有利于受损神经的再生和修复。补体介导的IL-1β和TNF-α可以协同增强大鼠星形胶质细胞中NGF的表达[20] 补体介导的活化巨噬细胞可分泌脑源性神经营养因子(BDNF)、血小板源性生长因子(PDGF) [20]、胶质源性神经营养因子(GDNF)等，有利于受损神经的修复和再生。 补体介导的β-干扰素(interferon-β，INF-ββ)通过保护损伤后神经元细胞的线粒体来减少神经空泡的形成，并且INF β可以在体内外刺激抗炎因子IL-10的产生，从而发挥神经保护作用[21] 3.3补体激活在胶质瘢痕中的作用补体激活产生的过敏毒素C3a可通过胶质细胞表达的C3a受体直接导致星形胶质细胞趋化，激活胶质细胞成为反应性胶质细胞，成为胶质瘢痕的主要细胞。 过敏毒素C3a和C5a刺激多种细胞，尤其是炎症细胞合成炎症介质，如IL-1β、TNF-α、TGF β、INF-γ、IL-6。这些因素与胶质瘢痕的形成密切相关。IL 1β作用于星形胶质细胞并激活和增殖它们。TNF α可以促进小胶质细胞的活化，TGF β增加星形胶质细胞产生的蛋白聚糖。INF-γ诱导星形胶质细胞增殖[20]，IL 6可诱导神经干细胞分化为星形胶质细胞，抗IL 6抗体可抑制炎症反应引起的继发性损伤和胶质瘢痕的形成[22]，而活化的星形胶质细胞和其他内源性细胞产生的炎症细胞因子如il1β、TNF-α、TGF-β可上调补体蛋白的合成和表达，形成级联反应[3] C5a胶质细胞和神经元表达的C5a受体可促进损伤区胶质细胞的增殖和神经元的程序性死亡，可引起损伤区星形胶质细胞胶质化和局部瘢痕形成[3，8] 4预计补体系统与SCI后胶质细胞活化和胶质瘢痕形成密切相关。补体系统的激活促进脊髓损伤后胶质瘢痕的形成。阐明补体系统在胶质瘢痕形成中的具体机制，可以有效干预星形胶质细胞的增殖和活性，抑制脊髓损伤后胶质瘢痕的形成，促进脊髓神经元轴突再生，改善脊髓损伤后的功能恢复。 [1]莫伊森·尼尔·P，里沃龙·T，叶·JH，等.成年犬脊髓损伤后的运动神经元能否在自体周围神经移植物中长出较长的轴突:一项逆行轴突追踪研究[J].脊髓，1996，34(6):320-325。[2]林JK，蔡WQ。波形蛋白在反应性胶质增生中的作用:体外和体内分析[J].神经移植杂志，2004，21(11):1671-1682。[3]西尔弗·J·米勒·JH。超越胶质瘢痕的再生[J].《神经科学评论》，2004年，第5卷第2期，第146-156页。[4]Anderson AJ，Robert S，Huang W，等.脊髓挫伤后补体通路的激活[J].神经科学杂志，1999，19(19):8182-8189。[5]Gasque P，Dean YD，McGreal EP，等.中枢神经系统健康和疾病中先天免疫系统的补体成分[J].免疫药理学，2000，49(1-2):171-186。[6]庚，华玉，张继锋，等.全身性补体耗竭减轻大鼠血肿周围脑水肿[J].中国医学，2002 .中风，2001，32(1):162-167。[7]Man S，Ubogu EE，Ransohoff 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