1 引言
中风是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一,炎症被认为是急性损伤和继发性神经退行性变的关键驱动因素。在中风后的免疫介质中,中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)作为血栓炎症和脑血管损伤的关键放大器日益受到关注。同时,微胶质细胞和浸润的巨噬细胞也被视为缺血性卒中(IS)、脑出血(ICH)和蛛网膜下腔出血(SAH)中无菌性炎症的重要调节者。然而,NETs与微胶质细胞/巨噬细胞之间的双向相互作用尚未得到全面分析,尽管其具有重要的转化意义。本综述旨在描述NET组分激活微胶质细胞模式识别受体的机制通路,从而触发炎症小体活化、炎症信号级联和细胞因子释放。活化的微胶质细胞反过来促进中性粒细胞募集和NETosis(NET形成过程),形成一个自我强化的循环。来自缺血性和出血性中风的证据表明,NETs与微胶质细胞的相互作用如何导致神经血管并发症,例如血脑屏障(BBB)破坏、微血管功能障碍和神经元损伤。文章探讨了靶向NET形成和降解、微胶质细胞调节以及联合干预这一炎症轴线的治疗策略,并强调了可能实现个性化免疫治疗的新型生物标志物和成像方法。
2 中性粒细胞胞外诱捕网:形成、结构与功能
中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)是活化的中性粒细胞释放的网状、以染色质为基础的结构,是进化上保守的宿主防御机制的一部分。NETs由去浓缩的DNA结构装饰组蛋白、中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、髓过氧化物酶(MPO)、组织蛋白酶G、MMP-9和其他颗粒蛋白组成,既作为抗菌结构,又是炎症和血栓信号的强力增强剂。在脑血管背景下,NETs显著促进微血管阻塞、BBB损伤和继发性神经元损伤。
NETs可通过不同的细胞程序产生,主要分为自杀性NETosis和存活性NET释放。自杀性NETosis是由强大的细胞内信号驱动的典型途径,导致核膜破裂、染色质去浓缩和细胞裂解,该过程的核心是蛋白精氨酸脱亚胺酶4(PAD4)的活化。存活性NETosis则发生迅速,能在几分钟内通过囊泡运输排出染色质和颗粒成分而不破裂质膜,通常由与活化血小板的相互作用、补体激活(C5a)和Toll样受体(TLR2/TLR4)的参与触发。
NETs的生理作用在于捕获病原体防止感染扩散,但过度或不受调控的NET形成则会触发病理过程。在中风中,NETs促进免疫血栓形成,即免疫和凝血途径汇聚产生血管内闭塞。NET支架增加血小板粘附、激活因子XII并加速纤维蛋白沉积,最终导致再通治疗后的微血管“无复流”现象。NETs还作为小胶质细胞、星形胶质细胞和内皮细胞的上游激活剂,增加局部炎症。NETs通常由血清核酸酶(主要是DNase I和DNase1L3)和吞噬细胞(包括巨噬细胞和小胶质细胞)清除,但在中风期间,NET清除常常因缺氧、氧化应激和炎症微环境而受损,导致NET在微血管和实质中积聚。
3 中风中的微胶质细胞和巨噬细胞
微胶质细胞是中枢神经系统(CNS)的常驻免疫细胞,而浸润的单核细胞来源的巨噬细胞构成了中风后脑内主要的吞噬细胞和炎症介质。它们的激活是快速、动态且依赖于环境的。在生理条件下,小胶质细胞维持组织监视和突触稳态,但中风会触发其向炎症、吞噬或修复状态的深刻重编程。
小胶质细胞起源于卵黄囊前体细胞,独特地适于检测神经元和血管稳态的变化。中风发作后,小胶质细胞在几分钟到几小时内经历从分枝状监视细胞到肥大或阿米巴样活化形态的转变。这种早期激活由损伤相关分子模式(DAMPs)驱动,例如从受损神经元、内皮细胞或出血中的红细胞释放的ATP、HMGB1、细胞外DNA、血红素和氧化脂质。外周单核细胞在中风后12-24小时开始浸润大脑,在缺血核心和血肿周围区域尤其明显,峰值在3-5天左右。
小胶质细胞和巨噬细胞表现出显著的功能可塑性。虽然传统命名法将其分为M1样(促炎)和M2样(抗炎、修复)表型,但单细胞转录组学研究揭示了更大的异质性。在早期缺血中,由DAMPs、NET DNA、组蛋白和活性氧(ROS)驱动的炎症表型占主导。后期阶段则支持修复性小胶质细胞,有助于突触修剪、血肿清除、白质支持和神经血管恢复。然而,持续的NET丰富微环境可能阻止这种转变,将小胶质细胞锁定在有害的炎症状态。
在缺血性中风中,小胶质细胞迅速积聚在梗死周边区域,与内皮细胞、神经元和浸润的中性粒细胞相互作用。它们通过细胞因子、MMPs和ROS促进BBB破坏,并通过CCL2、CXCL1/2和TNF-α增强白细胞募集。另一方面,小胶质细胞吞噬死亡神经元,清除细胞外碎片,并通过调节谷氨酸转运调节兴奋性毒性。小胶质细胞-中性粒细胞的相互作用尤为重要。
出血性中风由于存在血源性毒素而呈现额外的复杂性。小胶质细胞和巨噬细胞在吞噬红细胞、血红素和血红蛋白代谢、调节血肿周围水肿以及被血红素、铁和NET蛋白激活炎症小体方面发挥核心作用。ICH和SAH中的小胶质细胞激活比缺血更强烈和持久,由血红蛋白降解产物驱动,持续数天甚至数周。
4 NETs在缺血性卒中中的作用
中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)已成为缺血性卒中(IS)病理生理学的核心介质,有助于血管闭塞、再灌注受损、微血管血栓形成、BBB破坏和继发性神经毒性。实验和临床研究一致表明,NET积聚在缺血开始后数小时内开始,并持续贯穿急性和亚急性期,影响梗死扩大和功能恢复的进程。
NETs直接促进IS中动脉血栓的形成和稳定。在人类机械取栓标本中,NETs在纤维蛋白-血小板基质内形成密集的支架,结合组织因子,激活因子XII,并增强凝血酶生成。富含NETs的血栓机械上更硬、更具内聚性、更抗碎裂,使得取栓更加困难。NETs是溶栓抵抗的重要决定因素。其染色质骨架和蛋白酶修饰的纤维抑制纤维蛋白的酶促降解,降低组织纤溶酶原激活剂(tPA)和其他纤溶药物的有效性。伴随使用DNase I可通过破坏染色质结构增强纤溶,改善凝块通透性和tPA渗透。
即使在近端闭塞成功再通后,微血管灌注通常仍严重受损,这种现象称为无复流,与早期神经功能恶化和更大梗死体积密切相关。NETs是此过程的核心贡献者。NETs在血管内物理性阻塞毛细血管,捕获红细胞和血小板,促进内皮细胞凋亡,激活补体(C3a, C5a),并上调内皮粘附分子如ICAM-1和VCAM-1。
NETs对BBB有深远影响。NET衍生的组蛋白、DNA和蛋白酶(NE, MPO)对内皮细胞和周细胞具有直接细胞毒性,MMP-9依赖的claudin-5和occludin降解通过氧化应激和caspase介导的凋亡促进紧密连接破坏。这些变化增加了中性粒细胞和单核细胞向缺血实质的迁移,助长了炎症和水肿的恶性循环。
超出急性损伤阶段,持续的NETs干扰修复和再生机制。NET衍生的组蛋白和MPO抑制内皮细胞增殖,损害血管出芽,并抑制管状形成,而NE介导的细胞外基质成分降解损害血管周围重塑。在缺血的亚急性和慢性阶段,NETs还维持星形胶质细胞激活和促炎性小胶质细胞状态,从而阻碍突触可塑性和神经血管恢复。
5 NETs在出血性中风中的作用
中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)在出血性中风,包括脑出血(ICH)和蛛网膜下腔出血(SAH)的病理生物学中日益被认为是关键贡献者。出血提出了独特的炎症和氧化挑战,包括血红蛋白、血红素、铁和凝血酶,这些可触发血肿和周围组织中的深度中性粒细胞激活和NETosis。在此背景下形成的NETs加剧血肿周围水肿、BBB破坏、神经元死亡和迟发性脑缺血,同时影响血块稳定性和血肿扩大。
出血通过从裂解红细胞释放的多种DAMPs(包括血红蛋白、血红素和铁)迅速激活中性粒细胞。这些刺激触发氧化应激和模式识别受体信号,加速NETosis。血肿内产生的凝血酶诱导血小板激活和血小板-中性粒细胞聚集,这是存活性NET释放的主要驱动因素。
在ICH中,NETs积聚在血块和血肿周围血管内,增加凝血酶生成,激活因子XII,并结合组织因子,从而稳定血肿并促进其扩大。NETs还能通过捕获红细胞增加血块密度和粘度。NETs直接导致BBB破坏,这是血肿周围水肿的标志。组蛋白和NE对内皮紧密连接蛋白(claudin-5, occludin)发挥细胞毒性作用,而MMP-9和MPO降解细胞外基质成分。NETs还通过TLR4和TLR9信号诱导内皮激活,增加对血浆蛋白(如白蛋白和纤维蛋白原)的通透性。
NETs是ICH中小胶质细胞的强力激活剂,并有助于血肿周围组织的持续性神经炎症。与缺血性中风不同,出血环境引入了额外的危险信号,特别是凝血酶、血红蛋白降解产物、血红素和铁;这些信号加剧并延长小胶质细胞/巨噬细胞的激活和氧化应激。在机制层面,NET衍生的DNA、组蛋白和蛋白酶作为损伤相关分子模式被小胶质细胞模式识别和炎症通路检测,触发细胞因子释放和在某种情况下的焦亡反应。
在SAH中,NETs在蛛网膜下腔和脑血管内积聚,引起内皮功能障碍,损害一氧化氮信号,并促进血管平滑肌过度收缩。NET相关的组蛋白和蛋白酶可促进血管收缩反应,并日益在血管痉挛中发挥作用。在微血管水平,NETs可阻塞毛细血管,捕获血小板和红细胞,并增强局部炎症和血栓信号,从而加重早期脑损伤期间的组织低灌注并 predispose to DCI。SAH诱导的强力神经炎症反应有助于早期脑损伤,尤其是在出血后数天内发生的DCI。蛛网膜下腔和沿脑血管的NETosis增强脑膜和血管周围炎症,促进内皮功能障碍、微血管破坏和继发性神经元损伤。
6 NETs与微胶质细胞/巨噬细胞的双向相互作用
证据表明,中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)与微胶质细胞/巨噬细胞之间进行复杂的双向通信,放大脑部炎症,加速组织损伤,并损害缺血性和出血性中风后的恢复。这种相互作用由模式识别受体、炎症小体平台、趋化因子网络、细胞因子循环和细胞外蛋白酶介导,在神经血管单元内形成一个自我强化的炎症循环。
NET组分作为有效的DAMPs,直接刺激小胶质细胞受体。NET衍生的双链DNA(dsDNA)是小胶质细胞TLR9的有效激动剂,导致MyD88依赖的NF-κB和I型干扰素通路激活。NET DNA进入小胶质细胞胞质激活cGAS,产生cGAMP并激活STING,下游诱导干扰素刺激基因(ISGs)。NET组蛋白和氧化的线粒体DNA触发小胶质细胞和巨噬细胞中NLRP3炎症小体的激活。AIM2识别NETs的胞质dsDNA,形成独立于NLRP3的炎症小体复合物激活caspase-1。NET衍生的组蛋白(尤其是H3和H4)发挥强力的细胞毒性和促炎作用,破坏小胶质细胞膜,刺激TLR2和TLR4信号,并触发ROS产生和线粒体功能障碍。
活化的小胶质细胞和巨噬细胞可促进NET形成并维持中性粒细胞募集,从而闭合NET-小胶质细胞轴中的反馈循环。从活化的小胶质细胞/巨噬细胞释放的促炎介质,包括IL-1β和TNF-α,使循环中性粒细胞易于增加激活、ROS产生和NETosis,同时增强梗死周边和血肿周围微血管内的内皮激活和白细胞粘附。除了可溶性细胞因子,嘌呤能和氧化途径提供强力的放大信号。小胶质细胞ATP释放激活中性粒细胞P2X7受体,导致Ca2+ 内流、线粒体ROS生成和NLRP3介导的NETosis。
空间转录组和免疫荧光研究表明,NETs与小胶质细胞的相互作用并非均匀分布,而是集中在不同的微域中。在梗死周边微血管,致密的毛细血管NET沉积与活化小胶质细胞簇共定位,产生阻碍再灌注的微血栓“热点”。沿ICH血肿边缘,广泛的NET片层与反应性小胶质细胞和浸润的巨噬细胞相邻,为持续的免疫血栓形成提供结构支架。在蛛网膜下腔出血中,NETs积聚在蛛网膜下腔的脑膜血管上,并触发上方皮质区域的小胶质细胞激活。
细胞外囊泡(EVs),包括外泌体和微泡,为NETs与小胶质细胞的通信增加了另一层复杂性。中性粒细胞衍生的EVs可携带氧化的DNA、颗粒蛋白和MPO,激活小胶质细胞STING信号并维持I型干扰素反应。相反,小胶质细胞EVs携带促炎微RNA如IL-1β、miR-155和调节氧化还原平衡的酶,从而使中性粒细胞易于增强NETosis。
7 相互作用的分子机制
NETs与微胶质细胞/巨噬细胞之间的相互作用由一个复杂的分子网络协调,涉及模式识别受体、细胞因子、趋化因子、蛋白酶、DAMPs和生物活性脂质。这些通路共同触发免疫血栓形成,促进神经血管损伤,并决定缺血性和出血性中风的严重程度。
高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种强力的核DAMP,在中风中由坏死神经元、活化的小胶质细胞和血小板释放。它通过几种互补效应作为NETs与小胶质细胞相互作用的核心启动子。首先,HMGB1直接引发中性粒细胞进行NETosis。中性粒细胞上的TLR4和RAGE相互作用激活PAD4,触发组蛋白瓜氨酸化、染色质去浓缩和NET释放。暴露于HMGB1的血小板形成血小板-中性粒细胞簇,定位于脑血管并进一步加剧存活性NETosis,从而增加缺血和血肿周围微循环中的NET负荷。其次,NETs通过结合和稳定HMGB1来增强小胶质细胞激活。NET DNA和组蛋白与HMGB1高亲和力结合形成HMGB1-NET复合物,在细胞外空间持续存在。这些复合物强力刺激小胶质细胞TLR4、RAGE和TLR2信号,导致强力产生IL-1β、TNF-α和IL-6,上调趋化因子如CXCL1/2和CCL2,增加氧化和线粒体应激,以及继发性内皮激活。第三,HMGB1促进微血管血栓形成和免疫血栓形成。通过增强血小板激活、组织因子表达和纤维蛋白沉积,HMGB1与NET支架协同稳定血管内血栓并在梗死周边和血肿周围区域传播免疫血栓形成。
小胶质细胞上的模式识别受体,特别是TLR4和TLR9,将NET组分募集到细胞内信号级联。在卒中模型中,NET组蛋白和HMGB1激活TLR4有助于缺血性卒中中的BBB破坏和SAH后的血管痉挛,而TLR9介导的NET DNA感应诱导持续的炎症反应和趋化因子上调。
NET衍生的酶(NE, MPO)和小胶质细胞/巨噬细胞衍生的基质金属蛋白酶(特别是MMP-3和MMP-9)协同破坏BBB的完整性。机制包括降解紧密连接蛋白(occludin, claudin-5)、降解基底膜、通过蛋白水解应激导致内皮细胞凋亡,以及增加白细胞迁移。这种蛋白酶诱导的BBB破坏显著导致水肿、出血转化和神经元死亡。
NETs通过经典、凝集素和替代途径激活补体。C3a和C5a刺激小胶质细胞炎症激活,吸引中性粒细胞,并以正向反馈方式增强NETosis。C5b-9(膜攻击复合物)损伤内皮并通过促进NET形成加重微血管阻塞。在SAH中,补体-NET相互作用显著导致血管痉挛。
小胶质细胞ROS由NADPH氧化酶(NOX2)和功能失调的线粒体产生,作为NETosis的上游驱动因素。相反,NET衍生的MPO和组蛋白损害小胶质细胞中的线粒体功能,增加线粒体ROS(mtROS),并触发cGAS-STING和炎症小体通路。这种相互的氧化损伤加剧了炎症损伤。
8 治疗靶向策略
鉴于中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)和微胶质细胞/巨噬细胞在血栓炎症反应传播、BBB破坏和神经元损伤中的核心作用,针对该轴的治疗干预日益受到关注。旨在抑制NET形成、促进NET降解或调节小胶质细胞激活的干预措施在缺血性卒中(IS)、脑出血(ICH)和蛛网膜下腔出血(SAH)的临床前模型中显示出有希望的结果。同时靶向中性粒细胞和小胶质细胞信号的联合方法为中断先前描述的恶性循环免疫血栓形成循环提供了特别有前景的策略。
首要策略是阻止NETs在其源头形成。PAD4抑制剂(如GSK484和BB-Cl-amidine)已成为典型的NET阻断剂,靶向组蛋白瓜氨酸化步骤。在实验性缺血性卒中中,预防性或闭塞后早期给予PAD4抑制剂可减少大动脉血栓和微血管中的NET负荷,限制梗死面积,并改善神经功能结局,且不完全废除中性粒细胞募集。在临床前ICH模型中也报告了类似的益处,其中PAD4抑制可减少血肿周围水肿并改善血肿清除。
上游信号通路提供了额外的干预点。嘌呤能P2X7信号驱动Ca2+ 内流、线粒体ROS和NLRP3依赖性NETosis;选择性P2X7拮抗剂和NOX2抑制剂在实验性卒中中减少NET形成和BBB损伤,但尚未进入临床试验。通过CXCR2拮抗剂阻断中性粒细胞募集或靶向血小板-中性粒细胞相互作用(例如通过P-选择素或GPIIb/IIIa抑制剂)也显示可减少血管内NET积聚和微血管无复流,尽管对感染风险和干扰止血的担忧仍然存在。
第二个重要策略是解体现有NETs并中和其毒性载荷。临床用于囊性纤维病的重组DNase I能有效降解细胞外DNA结构,并减少缺血性脑微血管中的NET密度。在啮齿类卒中模型中,DNase I增强tPA介导的溶栓,改善微血管再灌注,减少BBB渗漏,并减轻出血转化。类似地,中和NET相关组蛋白和蛋白酶的策略旨在减少下游毒性。非抗凝肝素衍生物、活化蛋白C和重组血栓调节蛋白可结合细胞外组蛋白,减少实验性SAH和IS中的内皮损伤和血管痉挛。NE抑制剂(如alvelestat)和MPO抑制剂可通过限制蛋白酶介导的紧密连接降解和氧化应激来保护BBB完整性并减少梗死体积。新生儿NET抑制因子(nNIF)及相关肽代表了一类创新的内源性NET调节剂;在脓毒症和缺血的临床前模型中,这些肽能减少NET负荷并提高存活率,且无显著免疫抑制。
由于小胶质细胞和浸润的巨噬细胞在NET诱导的炎症传播中起核心作用,互补策略是重编程这些细胞而非整体抑制它们。NLRP3炎症小体抑制剂,如MCC950和口服活性剂dapansutril,在实验性卒中中减少IL-1β/IL-18产生、小胶质细胞焦亡和BBB破坏。在颅内出血性休克模型中,NLRP3抑制可减少血肿周围水肿并改善功能恢复,支持将炎症小体阻断作为NET靶向治疗的辅助手段。
改变小胶质细胞存活和表型是另一个有前景的途径。CSF1R抑制剂(例如PLX3397, PLX5622)可短暂耗竭小胶质细胞或将其转向炎症较轻的状态,在一些研究中可减少梗死体积和细胞因子释放;然而,对碎片清除受损和长期认知影响的担忧仍然存在。相反,TREM2激动剂抗体促进吞噬作用、碎片清除和抗炎小胶质细胞谱系;在出血性卒中模型中,TREM2激活加速血肿清除并改善结局。
9 临床转化与生物标志物潜力
将NETs-小胶质细胞/巨噬细胞相互作用的机制见解转化为临床实践需要可靠的生物标志物、先进的成像工具和精心设计的干预研究。过去十年中,NET相关分子特征已成为卒中严重程度、治疗反应、出血转化和长期结局的有前景的生物标志物。血栓病理学和神经血管成像的并行进展提高了针对NETs和小胶质细胞激活的个性化治疗策略的可行性。
循环NET组分已成为卒中风险分层和治疗监测的有前景工具。瓜氨酸化组蛋白H3与DNA的复合物(H3Cit-DNA)以及髓过氧化物酶与DNA的复合物(MPO-DNA)是研究最广泛的,分别反映了PAD4依赖的染色质去浓缩和中性粒细胞激活。几个队列研究表明,就诊时较高的血浆H3Cit-DNA或MPO-DNA水平与更大的梗死体积、更严重的神经功能缺损以及缺血性卒中后更差的90天结局相关,且独立于年龄和血管危险因素。在ICH和SAH中也报告了类似的关联,其中升高的NET特征预测血肿周围水肿扩大和迟发性脑缺血。
其他NET相关标志物提供补充信息。细胞游离DNA和核小体反映全局细胞死亡和NETosis,但 特 异 性 较 差
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