脊髓损伤后胶质瘢痕形成中补体的作用

　　作者：李兰，林江凯    作者单位：第三军医大学西南医院神经外科，全军神经系统疾病微创诊治专科中心，重庆 400038

　　【摘要】由于外伤性脊髓损伤（SCI）发生率不断增高,后果严重，其致残率与耗费高，常遗留瘫痪等后遗症，给家庭及社会造成严重的负担，因此，加强SCI再生修复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再生修复的主要障碍之一，补体与胶质瘢痕的形成关系密切。本文就SCI后补体在胶质瘢痕形成中的作用作一综述。

　　【关键词】  脊髓损伤 补体 胶质瘢痕

　　Role of complement in the formation of glial scar after spinal cord injury

　　LI Lan,LIN Jiangkai

　　（Department of Neurosurgery,Southwest Hospital,Third Military Medical University,Chongqing  400038,China)    　　Abstract:  The incidence of traumatic spinal cord injury(SCI) keeps on increasing,which often leads to serious consequences,such as high morbility and mortality,and medical cost.The disastrous consequence of plegia adds great burden to families and society.So it is very significant to intentify the study of neuronal regeneration and repair.Much evidence indicates that glial scar is one of the major impediments to neuronal regeneration and complement has a close relationship with the formation of glial scar.This article reviews the role of complement in the formation of glial scar after spinal cord injury.     　　Key words:spinal cord injury;complement;glial scar    　　脊髓损伤（spinal cord injury,SCI）多由外部暴力所致，好发于青壮年体力劳动者，多发生于颈、胸、腰段脊柱。SCI后神经细胞坏死、凋亡，使神经功能严重受损，临床表现为损伤平面以下的运动和感觉功能丧失等。SCI后再生修复困难，传统观念认为中枢神经损伤后无再生修复能力，近十多年来研究表明中枢神经损伤后在合适的环境下可以再生［1］，胶质瘢痕是中枢神经系统（CNS）再生的主要障碍，对中枢神经的再生起着物理和化学屏障的作用，使大部分患者后期留下瘫痪等严重后遗症。

　　1  SCI后胶质瘢痕的形成    　　SCI后星形胶质细胞、小胶质细胞及少突胶质细胞等及其分泌的细胞外基质形成胶质瘢痕，伴有脊膜破裂时还有成纤维细胞参与。SCI后最初几小时，损伤区的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）移行进入损伤空洞，损伤后3～5天，活化的星形胶质细胞出现在损伤区，吞噬损伤局部的组织碎片、变性坏死组织，同时分泌大量的神经营养因子。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与再生。但持续的胶质化即出现以星形胶质细胞为主的神经胶质细胞过度增生，形成坚韧的胶质瘢痕。胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein,GFAP）及波形蛋白（Vimentin）是星形胶质细胞中间丝蛋白。CNS损伤后，GFAP和Vimentin阳性细胞在损伤局部大量聚集［2］，伤后1～2周星形胶质细胞开始大量反应性增生，伤后1月有明显的胶质瘢痕形成，2个月后胶质瘢痕进一步改造塑形，损伤区域瘢痕修复。胶质瘢痕对神经元的存活与再生起着阻碍作用，研究证实损伤的神经轴突在接触到胶质瘢痕时即停止生长［3］。

　　2  补体概述    　　补体系统是存在于人与脊椎动物血清与体液中，由30多种可溶性蛋白和膜结合蛋白组成的蛋白酶解系统。补体系统分为补体固有成分、补体调控分子和补体受体三大部分，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。在合成的补体系统中C3起源十分古老，是血浆中最丰富的补体成分。正常情况下由于血脑屏障(blood brain barrier,BBB)的存在，使CNS与血液分隔，很少或没有血浆补体进入脑内，所以CNS中补体表达水平低，脑脊液补体只有血浆中补体的几百分之一，但仍可检测到可溶性补体蛋白如：C3、C4、C1q、B因子、C9等，对中枢神经系统起着免疫监护的作用。    　　补体系统在CNS内可由多种细胞合成表达。以往认为CNS内补体由外周血侵入或外周血中侵入的免疫细胞合成，近年来发现CNS内星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞、神经元等固有细胞能合成外周血液系统中的全部补体成分。其中星形胶质细胞是CNS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后补体的来源和激活  SCI后补体含量快速增加，增加补体的来源有三方面［4，6，7］：外周血源性补体通过损害的BBB的渗漏、损伤脊髓局部内固有细胞合成补体以及外周血侵入的中性粒细胞等免疫细胞合成补体，其中BBB破坏后外周血补体的渗漏是CNS损伤后补体最主要的来源。生成的补体主要经过3种途径激活［8］：BBB遭到破坏，血浆与CNS内的抗原物质(如髓鞘)接触，使补体沿着不依赖抗体的经典途径激活；由细菌脂多糖、肽聚糖等激活的旁路途径激活；由甘露糖结合凝集素激活的凝集素途径激活。此外，SCI后红细胞的溶解及血红蛋白的释放可引起补体的激活［9］。损伤组织释放的蛋白水解酶、细胞坏死后释放的亚细胞结构如线立体、凝血途径激活产生的凝血酶、胞浆素、血清酶等也可裂解和激活补体。补体激活通路在C3激活步骤交汇，级联反应形成C3转化酶、C5转化酶、C5b9膜攻击复合体(membrane attack complex,MAC)及C3a、C3b、C4b、C5a、C5b等一系列具有重要生物学效应的补体蛋白片段［4，8］。

　　3.2  SCI后激活补体的作用

　　3.2.1  激活补体系统对损伤区脊髓神经组织的“双重作用”  一方面，激活的补体通过炎症反应和MAC的形成加重脊髓的损伤，SCI后期的继发性损伤主要是补体介导的炎症反应引起的。另一方面，补体分子可以介导吞噬损伤局部的变性坏死组织及碎片，促进其它细胞分泌大量的神经营养因子，有利于神经元的存活与再生。

　　3.2.2  激活补体系统对脊髓的损伤作用  补体激活产生大量的C3a、C5a等过敏毒素，其作用主要有［4，10-12］：（1）刺激小胶质细胞、侵入的中性粒细胞、巨噬细胞等细胞合成释放肿瘤坏死因子α(TNFα)、白介素1β（IL1β）、白介素6(IL6)、白介素8（IL8）等炎症介质，促进肥大细胞和嗜碱性粒细胞释放组胺，导致血管通透性增加。（2）C3a、C5a趋化吸引白细胞聚集，活化白细胞的功能，使白细胞等细胞脱颗粒等加重BBB破坏；活化的白细胞在趋化、黏附、对活性氧及自由基生成和释放溶酶体酶等的能力方面皆增强。C3或C5基因敲除小鼠损伤处炎性细胞浸润明显下降，组织损伤减轻，存活神经组织增多［13］。（3）C3b、C4b等起调理作用，促进巨噬细胞的吞噬。（4）C5能诱导血管平滑肌收缩，加重局部缺血，加重损伤组织的缺血再灌注损伤，能直接与血管内皮细胞作用合成活性氧代谢产物，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(platelet activating factor,PAF)诱导血小板凝集，且PAF和血管内皮细胞一起活化中性粒细胞促进白细胞黏附。    　　激活补体系统形成的终端激活产物MAC，其主要作用有［10，14］：（1）对细胞的直接溶解破坏，MAC可直接插入细胞表面，形成亲水的通道，使细胞内离子的稳态失衡而发生渗透性溶解死亡，溶解破坏神经元等实质细胞；（2）直接破坏BBB，加重损伤局部的炎症浸润及损伤；（3）MAC可促进血管内皮细胞分泌细胞间黏附分子1(ICMA1)、E选择素(Eselection)、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）等参与局部炎症反应；（4）亚溶解量的MAC(sMAC)促进单核、巨噬细胞及小胶质细胞的代谢，刺激大量释放一氧化氮（NO）、TNFα、氧自由基等可引起迟发性神经元死亡，还可通过改变细胞膜的通透性增加膜消耗ATP。    　　补体介导产生IL1、TNFα等大量的炎症介质，这些介质对脊髓造成严重的损伤。（1）CNS损伤后，活化的补体系统刺激炎症细胞合成释放大量的IL1，其活性明显增高［5］，IL1β能直接导致神经细胞坏死［16］，并作用于小神经胶质细胞导致NO、前列腺素E2、TNFα、花生四烯酸、趋化因子等多种有神经毒性介质的表达和释放；可增加CNS内血管内皮黏附分子的表达，增加白细胞的聚集，破坏血脑屏障，导致单核细胞、中性粒细胞的浸润及对脑实质细胞的损伤，同时这些浸润的白细胞又可使IL1β的表达增加，激活大量的神经胶质细胞，进一步加重炎症反应［17，18］；IL1β与过敏毒素C3a、C5a协同作用加强IL8mRNA及蛋白的表达，加重炎症反应。（2）合成释放的TNFα可通过自分泌促进白细胞的浸润，上调神经细胞主要组织相溶性复合体I（MHCI）的表达，进一步诱导小胶质等炎症细胞活化释放NO、花生四烯酸等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修复，激活补体产生的过敏毒素C3a、C5a对神经有直接的保护作用，C3a与活化的星形胶质细胞的共同参与下对N甲基D天冬氨酸（NMDA）诱导的神经死亡有保护作用［19］，C5a可直接对抗谷氨酸等产生的神经毒性作用。C3a、C5a可刺激激活小胶质细胞、星形胶质细胞等释放神经生长因子(nerve growth factor,NGF)发挥神经保护作用，在脊髓损伤的早期主要是刺激小胶质细胞使NGF mRNA及蛋白表达增加，后期则主要是刺激活化的星形胶质细胞合成分泌NGF。补体介导产生的一些炎性介质亦有利于损伤神经的再生修复，补体介导产生的IL1β、TNFα可协同作用增强NGF在大鼠星形胶质细胞上的表达［20］。补体介导得到的巨噬细胞激活后可以分泌脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)、血小板源性生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)［20］、胶质源性营养因子(glial derived neurotrophic factor,GDNF)等有利于损伤神经的修复再生。补体介导产生的干扰素β（interferonβ,INFβ）在损伤后通过保护神经元细胞线粒体减少神经内空泡形成，且INFβ在体内外均可刺激抗炎因子IL-10的产生，从而发挥神经保护作用［21］。

　　3.3  补体激活后在胶质瘢痕中形成的作用  补体活化产生的过敏毒素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、C5a刺激多种细胞特别是炎症细胞合成IL1β、TNFα、TGFβ、INFγ、IL6等炎症介质，这些因子与胶质瘢痕形成密切相关，IL1β作用于以星形细胞为主的神经胶质细胞并使之活化增殖，TNFα可促进小胶质细胞活化，TGFβ使星形细胞产生蛋白聚糖增加，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成星形胶质细胞，抗IL6抗体可抑制炎性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等固有细胞产生的IL1β、TNFα、TGFβ等炎性细胞因子，可上调补体蛋白的合成表达而形成级联反应［3］。C5a通过胶质细胞和神经元表达的C5a受体促进损伤区胶质细胞增生和神经元程序性死亡可引起损伤区的星形胶质细胞胶质化和局部瘢痕形成［3，8］。

　　4  展望    　　补体系统与SCI后胶质活化和胶质瘢痕的形成密切相关，SCI后补体系统的激活促进了胶质瘢痕的形成，阐明补体系统在胶质瘢痕形成中具体机制，可有效地利用补体手段干预星形胶质细胞的增殖与活性，抑制SCI后胶质瘢痕的形成，促进脊髓神经元轴突再生，改善SCI后的功能恢复。

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