细胞间黏附分子1在颅脑损伤中的表达和炎症介导作用

作者：张卫民,雷鹏   【摘要】  介绍细胞间黏附分子1（intercellular adhesion molecules1,ICAM1）的生化特性和颅脑损伤后介导损伤脑组织炎性反应的作用。另外，许多炎性因子可激活ICAM1蛋白表达，导致炎症的级联反应。 【关键词】  颅脑损伤；细胞间黏附分子1；介导；级联反应　　Review on expression and inflammatory mediation of ICAM1 in head injury　　ZHANG Weimin，LEI Peng　　（Department of Neurosurgery,Lanzhou General Hospital,Lanzhou Command,PLA,Lanzhou  730050，China)    　Abstract：  To introduce the biochemical characteristics of ICAM1 and its function in mediating inflammatory reaction after brain injury.In addition,a great deal of inflammatory factors can activate the expression of ICAM1 protein and lead to inflammatory cascade reaction.     Key words：head injury;ICAM1;mediation;cascade reaction    收稿日期：2007-04-06；修回日期：2007-06-18    　　近年来各种原因引起颅脑损伤后脑组织局部炎症反应在继发性脑损害中所起的作用越来越受到人们的重视。脑损伤后脑组织的炎症反应主要包括炎症细胞的浸润和炎症因子的产生及释放，并由此引起血脑屏障的破坏、水肿的形成、氧自由基和一氧化氮（NO）的产生，以及神经细胞的凋亡。而在这一过程中，起基础和核心作用的是黏附分子，它并非直接致炎因子，而是介导致炎因子黏附于血管内皮细胞的中介因子，在炎症反应中起着不可轻视的作用。因此近几年来有关细胞间黏附分子1（ICAM1）的研究成为热点之一。

　　1  ICAM1的概述和特性    　　黏附分子是由细胞产生的介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子,为具有多种生物活性的跨膜糖蛋白。包括4大类：免疫球蛋白超家族、整合素家族、选择素家族和钙黏蛋白家族。其中近年来在颅脑损伤中研究的热点之一为：ICAM1属于免疫球蛋白超家族，含有与免疫球蛋白类似的可变区(V区)和恒定区(C区)结构［1］,其分子结构中具有由2个半胱氨酸残基间以二硫键连接的N结构域(Ig结构域),约由100个氨基酸残基组成。不同的黏附分子含有不同数量的Ig区段。ICAM1为含有5个Ig样功能区的单链跨膜糖蛋白,又称CD54，分子量为76～114KDa，是淋巴细胞功能相关抗原1(lymphocyte function associated antigen1，LFA1) 配体,有跨膜及可溶性蛋白(sICAM1)两种形式，在体内分布较广,也是中枢神经系统中细胞表达最广泛的黏附分子,脑中几乎所有的细胞如小胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞、神经细胞均有ICAM1的表达。在颅脑损伤中存在于炎症部位的多种细胞表面,但在血管内皮细胞上表达最强，微血管内皮是其主要的靶细胞，其次为外周血白细胞。正常情况下ICAM1呈低表达,某些炎症刺激后ICAM1表达明显增加。ICAM1的主要受体为整合素(intergrin)家族的CD11a/CD18(也称LFA1)在所有白细胞上均表达。ICAM1与CD11a/CD18相互作用,参与中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞向血管内皮的黏附,对白细胞向炎症区移行以及淋巴细胞的归巢和再循环起着重要作用。

　　2  ICAM1的作用    　　各种原因引起的颅脑损伤中炎症反应的前提条件是炎症细胞黏附于血管内皮细胞，黏附分子是介导黏附的重要因素,其中起核心作用的是ICAM1，可介导多种炎性因子与血管内皮细胞的黏附。研究表明［2］，ICAM1在正常脑血管内皮表达极低，当发生脑损伤后其表达上调，如在脑损伤后6小时，脑组织中ICAM1蛋白表达明显升高，72小时达到高峰，其后下降，7天时仍明显高于假手术对照组。

　脑出血（ICH）后ICAM1表达使白细胞与血管内皮细胞黏附,促进白细胞聚集,并穿越血管内皮细胞,迁移至内皮下层和血管外组织中,严重时堵塞微血管导致无复流现象［3］。特别是ICH急性期，此时多种炎性细胞因子表达增加,其中白介素1（IL1）、白介素6（IL6）、白介素8（IL8）、肿瘤坏死因子α（TNFα）和干扰素γ等主要促进水肿和炎症反应,而黏附分子则是它们发挥作用的分子基础。    　　脑挫裂伤或脑缺血再灌注损伤时，ICAM1表达增加，使得白细胞与血管内皮细胞间黏附力增加,进而贴壁、滚动、嵌塞微血管,造成局部血流动力学环境改变。同时白细胞跨过内皮细胞间隙进入周围组织，释放大量炎性介质和细胞因子，造成缺血区域的神经组织损伤，并吸引更多的白细胞进入组织，形成恶性循环［4］，即：受损脑组织缺血后ICAM1的表达上调,介导白细胞与内皮细胞的黏附,使白细胞在缺血区聚集、浸润,诱发TNFα、IL1、IL6、血小板活化因子（PAF）、PGI2等一系列炎性细胞因子及NO等炎症介质过度表达,炎性细胞因子及炎症介质的过度表达又能刺激ICAM1在数量和功能上的显著上调,从而引起正反馈式的炎症级联反应,促进炎症的发展。    　　另外，生理情况下,机体血清中也有少量sICAM1的存在。但在感染、脑梗死等状态下血清中sICAM1含量出现显著升高,尤其在急性脑梗死患者血清中sICAM1增高程度与神经功能缺损程度及梗死灶大小密切相关［5］，故认为,血清中sICAM1含量变化反映出颅脑损伤程度,而且与患者的预后密切相关。

　　3  ICAM1的调节    　　研究显示：许多炎性因子可直接或间接使ICAM1在炎症反应中表达上调，其中主要的首推核转录因子NFκB,其次为TNFα、IL6、IL8、IL1β等许多炎性因子。    　　NFкB是参与炎症反应调控的重要核转录因子，近年来研究表明［6］：NFкB也存在于脑血管内皮细胞、神经元和胶质细胞中,当中枢神经系统缺血时,可被特异性激活,与脑缺血再灌注损伤的炎症机制密切相关,NFκB能结合到ICAM1基因的启动子上,使其表达上调,促进缺血区白细胞浸润,诱导缺血性脑损伤。许多炎性因子又可通过NFκB来调控黏附因子的基因表达。如颅脑损伤后在IL1β等炎症介质的作用下激活血管内皮细胞和白细胞,诱导细胞表面的粘附分子的表达明显上调,致使白细胞在血管内的滚动减慢、牢固黏附。同时，IL1β也能增强星形胶质细胞表达ICAM1，促进炎症发生。    　　研究［7］发现TNFα是使血管内皮细胞黏附分子表达上调的重要细胞因子,在脑损伤后TNFα  mRNA的过度表达刺激ICAM1表达增高,上调的ICAM1可致使白细胞滚动、附壁,阻塞微血管,导致微血管迟发性低灌注,并且破坏基底膜,浸润到组织发挥细胞毒性作用，继之脑水肿形成。另外：IL8是对中性粒细胞的化学趋化和激活具有主要作用的细胞因子,它可调节ICAM1等黏附分子的表达,从而增强白细胞与内皮细胞的黏附，又可增强中性粒细胞表面CD11b/CD18巨噬细胞分化抗原1（MAC1)与ICAM1的结合活性。    　　简言之，炎性因子之间存在正反馈调节作用,在颅脑损伤的炎症反应过程中NFκB可直接使黏附分子表达上调，而许多炎性因子如IL1B、TNFα、IL6、IL8等又可通过NFκB来调控黏附因子的基因表达。即炎性反应中生成的TNFα、IL6、IL8等大量炎性因子均能增加ICAM1的表达和生成,大量生成的ICAM1又可使激活的小胶质细胞与ICAM1阳性神经元相黏附,导致炎症的级联反应，引起神经元损伤［8］。

　　4  几种干预措施对ICAM-1的影响

　　4.1  亚低温治疗  研究显示亚低温能显著抑制炎症细胞在缺血区血管内的聚集和黏附,以及随后在缺血区脑实质内的浸润,尤其是在缺血周边区内的浸润,从而阻断炎症级联反应,起到脑保护作用［9］。炎症细胞附着于血管内皮细胞是脑缺血再灌注后的继发性炎症反应的关键环节,这一黏附反应依赖于黏附分子表达的上调,而亚低温能抑制这一上调过程，阻断内皮细胞上ICAM1与白细胞结合的位点,能使大鼠暂时性脑缺血后梗死范围缩小45%～50%。Deng等［10］对实验性脑缺血大鼠实施亚低温(33℃)治疗,1天后ICAM1、单核细胞和小胶质细胞显著低于常规组,由此推论,亚低温可以下调黏附分子的表达从而减轻脑卒中后的炎症反应，具有直接的抗炎作用。Kawai等［11］将大鼠大脑中动脉闭塞(MCAO)2小时,再灌注22小时并同时予33℃亚低温处理,发现亚低温时多形核中性白细胞（PMNL）在缺血区的聚集明显减少,并明显抑制ICAM1mRNA的过度表达。

4.2  中药治疗  中医药可通过抑制炎症细胞因子的合成、下调炎症介质及黏附分子的表达、抑制炎症细胞的功能等多种途径干预脑缺血后炎症反应,发挥脑保护作用。    　　研究表明［12］,丹参酮ⅡA能明显降低脑缺血/再灌注后血管内皮细胞表面表达ICAM1和E选择素（Eselectin）,减少中性粒细胞在缺血区脑组织浸润,减少炎性介质的释放,降低血脑屏障通透性,减轻脑水肿。邓娟等［13］用葛根素治疗急性脑梗死病人68例,观察到脑梗死病人外周血白细胞表面黏附蛋白CD11a、CD18及CD11a/CD18阳性百分率明显降低,且从电镜观察发现葛根素明显抑制PMNL代谢,使白细胞活性减弱，说明葛根素具有封闭CD11a/CD18抗原作用。具有活血化瘀作用的大蒜素及舒血宁注射液(银杏叶有效成分黄酮醇苷、银杏内酯的提取制剂)均可明显降低急性脑梗死病人外周血白细胞的滤过指数及表面黏附分子的表达［14］。简言之，许多中药制剂可使颅脑损伤炎性反应的ICAM1分子表达下调，从而减轻脑水肿及炎性损伤。

　　4.3  ICAM1的拮抗  近年来人们试图利用黏附分子抗体即：抗ICAM1抗体抑制ICAM1的表达，以减少其在炎性反应中的作用，在这方面已取得了一定成果。动物实验已经证实：通过针对sICAM1拮抗剂或抑制剂可以明显减轻脑损伤后的脑水肿［15］。另外，抗ICAM1抗体使脑缺血后缺血区损伤减少,并可明显减小脑梗死面积及缺血区组织中多型核白细胞的数目,推迟缺血后炎症发生的时间,并可明显降低缺血区凋亡细胞数，目前,已经有抗黏附分子单克隆抗体成功的用于实验鼠治疗脑缺血再灌注损伤,且收到良好的效果,并证明有神经保护、减轻脑损伤的作用［16，17］。    　　近年来的实验还发现,某些肽类物质因影响ICAM1与受体的相互作用，从而抑制ICAM1介导的炎症细胞黏附,如分别来自ICAM1和LFA1的插入功能结合区（InsertedDomain)的衍生环肽cIBR、cLABL能抑制同型和异型T细胞的黏附［18］。    　　当然ICAM1在脑创伤中作用及中性粒细胞募集的关系仍有一些争议19］,如在实验性弥漫轴索损伤及闭合性脑损伤模型中ICAM1的表达迟于中性粒细胞聚集，闭合性脑损伤后24小时的脑匀浆中性粒细胞聚集达峰值，而ICAM1在伤后7天才到峰值，明显晚于细胞迁移。创伤性轴索损伤脑微血管组织检查发现ICAM1升高也迟于中性粒细胞聚集，提示ICAM1可能还有中性粒细胞黏附以外的作用，有待于进一步研究。

　　5  结语    　　炎症黏附分子ICAM1在颅脑损伤中起着不可轻视的作用。这种作用是十分复杂的炎症反应过程，颅脑损伤中ICAM1的表达与多种因素有关,许多炎性因子或核因子可使其上调，产生炎症级联反应，形成炎症反应的恶性循环，而阻断ICAM1的表达或表达后与白细胞表面黏附受体的结合,均可在一定程度上减轻颅脑损伤后炎症反应,改善神经功能,预防和治疗脑缺血损伤。因此，我们相信,随着对颅脑损伤后黏附分子的炎症介导作用以及抗黏附分子作用机制的深入研究,必将为颅脑损伤后炎症反应的防治提供更加广阔的前景。

【参考文献】  　　［1］张丽慧,魏尔清.ICAM1、VCAM1在脑缺血损伤炎症机制中的作用及调控［J］.中国药理学通报，2005,21(11):1281-1285.

　　［2］Grady MS,Cody RF Jr,Maris DO,et al.Pselectin blockade following fluidpercussion injury behavioral and immunochemical sequelae［J］.J Neurotrauma,1999,16(1):13-25.

　　［3］Xue M,DelBigio MR.Intracortical hemorrhage injury in rat relationship between blood fractions and brain cell death［J］.Stroke,2000,31（7）:1721-1727.

　　［4］Zhang RL,Chopp M,Zaloga C,et al.The temporal profiles of ICAM1 protein and mRNA expression after transient MCA occlusion in the rat［J］.Brain Res,1995,682(1):182-186.

［5］Maier B,Laurer HL,Rose S,et al.Physiological levels of proand antiinflammatory mediators in cerebrospinal fluid and plasma:anormative study［J］.J Neurotrauma,2005,22(7):822-835.

　　［6］Hu X,NesicTaylor O,Qiu J,et al.Activation of nuclear factorkappa B signaling pathway by interleukin1 after hypoxia/ischemia in neonatal rat hippocampus and cortex［J］.J Neurochem,2005,93(1):26-37.

　　［7］Wang CX,Shuaib A.Involvement of inflammatory cytokines in central nervous system injury［J］.Prog Neurobiol,2002,67（2）:161-172.

　　［8］Hery C,Sebire S,Peudenier M,et al.Adhesion to human neurons and astrocytes of monocytes: the role of interaction of CR3 and ICAM1 and modulation by cytokines［J］.Immunol,2005,57（1）:101-109.

　　［9］Maier CM,Sun G,Kunis D,et al.Delayed induction and longterm effects of mild hypothermia in a focal model of transient cerebral ischemia neurological outcome and infarct size［J］.Neurosurg,2001,94(1):90-96.

　　［10］Deng H,Han HS,Cheng D,et al.Mild hypothermia inhibits inflammation after experimental stroke and brain inflammation［J］.Stroke,2003,34(10):2495-2501.

　　［11］Kawai N,Okauchi M,Morisaki K,et al.Effects of delayed in traischemic and postischemic hy- pothermia on a focal model of transient cerebral ischemia in rats［J］.Stroke,2000,31(8):1982-1989.

　　［12］胡霞敏，周密妹,胡先敏，等.丹参酮 ⅡA预防性给药对脑缺血/再灌注损伤炎症反应的影响［J］.中国药理学通报,2006,22(4):436-440.

　　［13］邓娟,周华东,陈曼娥，等.葛根素注射液对急性脑梗塞患者微循环保护机制的临床研究［J］.微循环学杂志,2001,11(1):14-15.

　　［14］高敏,杨晓文,陈丹青,等.舒血宁注射液对急性脑梗死血清可溶性细胞黏附分子的影响［J］.中国中医急症,2005,14(1):14-15.

　　［15］Hailer NP,Vogt C,Korf HW,et al.Interleukin1 beta exacerbates and interleukin1 receptor antagonist attenuates neuronal injury and microglial activation after excitotoxic damage in organotypic hippocampal slice cultures［J］.Eur Neurosci,2005,21(9):2347-2360.

　　［16］Crucian B,NelmanGonzalez M,Sams C.Rapid flow cytometry method for quantitation of LFA1adhesive T Cells［J］.Clinical and Vaccine Immunology,2006,13(3):403-408.

　　［17］Demirseren ME,Sarici M,Gokrem S,et al.Protective effects of monoclonal antibody to intercellular adhesion molecule1 in venous ischemiareperfusion injury:experimental study in rats［J］.J Reconstr Microsurg，2007，23(1):41-44.

　　［18］Eniola AO,Krasik EF,Smith LA,et al.Idomain of lymphocyte functionassociated antigen1 mediates rolling of polystyrene particles on ICAM1 under flow［J］.Biophysical J,2005,89(5):3577-3588.

　　［19］Keiper T,AlFakhri N,Chavakis E,et al.The role of junctional adhesion moleculeC (JAMC) in oxidized LDLmediated leukocyte recruitment［J］.FASEB J,2005,19(14):2078-2080.