综述：缺血性脑卒中后的神经修复机制

这篇综述聚焦缺血性脑卒中，阐述神经免疫相互作用及神经回路重组，助力治疗研究。

　　# 缺血性脑卒中后的神经修复机制：探索神经再生与功能恢复之路
缺血性脑卒中严重威胁人类健康，在全球范围内，它是导致死亡的第三大原因，也是长期严重残疾的主要诱因。其中，缺血性脑卒中约占所有脑卒中病例的 80%，是由脑动脉的闭塞或狭窄引发的。目前，针对缺血性脑卒中的治疗手段较为有限。静脉注射重组组织型纤溶酶原激活剂（rtPA）进行溶栓以及血栓切除术是主要的治疗方法，但这些治疗方式仅能在脑卒中发作后的狭窄时间窗内应用，适用范围仅占约 5% - 10% 的病例。从长期来看，康复训练成为改善患者预后的重要手段，其通过训练帮助患者重新学习脑卒中后丧失的技能，促进脑功能的自发恢复，但目前仍缺乏对所有患者都普遍有效的治疗方案。

在缺血性脑卒中发生后，梗死区域的缺血核心部位神经元会迅速面临氧气和葡萄糖供应中断的困境。这会引发一系列连锁反应，比如钙离子大量内流、活性氧（ROS）生成以及线粒体功能障碍，最终导致神经元坏死。神经元坏死又会激活周围的小胶质细胞，小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞，被激活后它会释放细胞因子，像肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）和白细胞介素 - 1β（IL-1β）等，这些细胞因子不仅对周围神经元具有直接的细胞毒性作用，还会吞噬受损神经元。同时，坏死还会破坏血脑屏障（BBB），使得中性粒细胞和巨噬细胞在脑卒中发生后的数小时内得以浸润。之后，T 淋巴细胞也会被浸润的髓样细胞产生的细胞因子激活，进而参与到脑卒中后的炎症反应中。这种急性炎症和由此引发的脑水肿会对梗死灶周围（半暗带）的神经元造成进一步损伤，严重影响患者的预后。不过，缺血性脑卒中后的急性炎症反应通常在大约 1 周后逐渐消退，随后进入长期的炎症和神经恢复阶段。

免疫细胞在缺血性脑中的时相性作用

脑卒中后损伤相关分子模式（DAMPs）诱导的无菌性炎症

在局部缺血区域，坏死细胞会释放多种内源性分子，即损伤相关分子模式（DAMPs），其中包括高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）、过氧化物还原酶家族（PRXs）、热休克蛋白以及三磷酸腺苷（ATP）等。这些细胞内分子能够通过模式识别受体（PRRs）激活大脑中的常驻免疫细胞和浸润的免疫细胞。Toll 样受体（TLRs），主要是 TLR2 和 TLR4，以及晚期糖基化终末产物受体（RAGE）是识别源自坏死神经元和神经胶质细胞的 DAMPs 的关键受体。被激活的免疫细胞会产生各种炎症细胞因子，从而对梗死灶周围存活的神经元造成二次损伤。这种在没有病原体存在的情况下发生的脑卒中后炎症反应，是无菌性炎症的典型例子。

各免疫细胞类型的急性炎症反应

1. 中性粒细胞：中性粒细胞是最早通过受损的血脑屏障浸润的免疫细胞，在脑卒中发生后的 6 小时内就开始出现，并且在随后的几天内其积累量达到峰值。它们会释放如 TNF-α、IL-1β 和 IL-6 等炎症细胞因子，加剧梗死灶周围细胞的损伤。此外，激活的中性粒细胞在损伤部位释放的细胞外陷阱会减少新生血管形成，并加重血脑屏障的损伤。阻断中性粒细胞浸润的抗体能够改善急性炎症期的神经功能结局，并减小梗死体积。
2. 单核细胞和巨噬细胞：单核细胞和巨噬细胞在血脑屏障被破坏后浸润到缺血区域，它们会进一步产生促炎因子。浸润的巨噬细胞可以通过 TLRs 或 RAGE 识别具有炎症原性的 DAMPs 从而被激活。在 TLRs 下游的信号级联反应中，通过接头分子 MyD88 和 TRIF 激活的信号通路会导致核因子 -κB（NF-κB）介导的炎症细胞因子产生以及干扰素通路的诱导。
3. T 淋巴细胞：T 淋巴细胞在髓样细胞之后浸润到缺血的大脑中，并被髓样细胞释放的细胞因子激活。以往研究表明，T 淋巴细胞会产生如干扰素 -γ（IFNγ）、IL-17 或 IL-21 等细胞因子，对急性炎症产生有害影响，从而加剧脑卒中后的炎症反应和病理变化。

急性炎症期后免疫细胞的修复作用

在脑卒中恢复过程中，一些被激活的免疫细胞的功能会从促进急性炎症转变为参与慢性神经修复。

1. 小胶质细胞：小胶质细胞的功能也会发生转变，从通过产生细胞因子和趋化因子促进炎症，转变为产生神经营养因子来支持神经修复。在脑卒中发生后的几天内，具有修复功能的小胶质细胞会产生包括骨桥蛋白（OPN）、胰岛素样生长因子 1（IGF1）、成纤维细胞生长因子（FGFs）、肝细胞生长因子和生长分化因子 15（GDF15）等神经营养因子。这些因子在促进有益的神经免疫相互作用以及白质修复方面发挥着关键作用。此外，小胶质细胞还参与了脑卒中后不必要突触的清除，有助于增加突触更新。
2. 巨噬细胞：巨噬细胞的浸润在脑卒中发作后的几天内达到峰值，大约 1 周后开始减少。在这个过程中，巨噬细胞的作用在脑卒中后的 3 - 6 天从促进炎症转变为促进组织修复。在恢复阶段，具有修复功能的巨噬细胞表达的清道夫受体 MSR1 和 MARCO 在清除缺血脑组织中的 DAMPs 方面发挥重要作用。同时，它们还会释放神经营养因子，促进脑组织重建和神经元修复。
3. 调节性 T 细胞（T_reg细胞）：调节性 T 细胞是 T 淋巴细胞的一个亚群，在缺血性脑卒中发生后的 1 - 2 周内浸润到损伤部位，并在脑卒中发作后的 1 个月以上持续积累。T_reg细胞通过释放如 IL-10 和转化生长因子 -β（TGF-β）等抗炎细胞因子，减少小胶质细胞和巨噬细胞引起的有害炎症。T_reg细胞产生的双调蛋白能够抑制星形胶质细胞增生并减少神经元损伤，它们产生的骨桥蛋白还能增强具有修复功能的小胶质细胞的活性，促进少突胶质细胞生成和白质修复。

神经回路的重组

脑损伤后神经回路的形态学变化

大脑皮层在运动控制、感觉感知等高级脑功能中起着至关重要的作用，它通过功能特化的皮层区域内神经元之间以及皮层与皮层下神经元之间的连接形成复杂的神经回路。局灶性缺血性脑卒中导致的神经元死亡影响范围不仅局限于梗死的脑区，还会广泛波及与该区域相连的神经回路。例如，有研究报道，投射到受损皮层区域的丘脑皮层神经元在脑卒中发生后的 48 小时内就会消失。在神经回路功能障碍的急性期过后，神经回路会通过突触发生、树突生长和轴突发芽等过程进行重组。
在局灶性缺血后，梗死灶周围区域的树突棘在 24 小时内就会出现减少和伸长的变化。随后的 1 周内，梗死灶部位和对侧脑区都会出现树突棘形成和消除的增加，这表明树突棘的更新率升高。在此期间，梗死灶周围区域的轴突发芽开始出现，并且这种现象在 1 个月后仍然明显存在。树突棘更新率和轴突发芽增加的时期与急性炎症期重叠。此外，从对侧皮层投射到缺血核心的神经元在脑卒中发生后的 48 小时内仍然存活，胼胝体投射到损伤部位的轴突在热凝损伤后的 4 周会在损伤周围区域出现发芽。未受损的运动皮层发出的下行轴突，即皮质脊髓束（CST），会向对侧失去神经连接的区域发出侧支，促进运动功能的代偿。在非人灵长类动物中，初级运动皮层手部区域的缺血性损伤会增加其与腹侧运动前皮层和初级躯体感觉皮层之间的相互连接。这些变化表明，局部缺血性脑卒中会改变远处皮层区域之间以及投射到皮层下区域的长距离连接，这可能有助于功能性神经回路的代偿。

康复治疗

1. 脑损伤后功能连接的重塑：功能磁共振成像（fMRI）和电压敏感染料（VSD）成像等神经影像学技术被用于研究缺血性脑损伤后的脑功能连接。研究发现，脑卒中发作 1 周后，皮层功能连接会整体下降，但在 8 周时会部分恢复。对初级躯体感觉皮层（S1）的局灶性缺血损伤会导致感觉反应的重新分布，这种变化不仅发生在受损的 S1 区域和对侧完整的 S1 区域，还会延伸到运动皮层。通过颅内微刺激（ICMS）研究发现，皮层运动输出中复杂运动的相关区域减少，而简单运动的区域扩大。许多针对人类脑卒中患者的 fMRI 研究也揭示了皮层区域之间功能连接的变化。脑卒中发生 2 周后，皮层和皮层下结构（如纹状体、丘脑和海马体）之间的异常同步会随着时间逐渐恢复。虽然形态学和功能连接的研究表明脑卒中后神经网络会进行重组，但也有研究提示运动功能障碍可能还涉及到与缺血性病变距离较远的皮层区域之间新出现的异常相互作用。目前，识别脑卒中后大脑中的功能性和结构性神经回路，正成为开发新型治疗干预措施的重要探索方向。
2. 促进脑卒中后神经回路重组的治疗干预：康复干预是改善脑卒中后运动功能障碍的常用方法。在脑卒中发生后的几个月内开始康复训练的患者，其运动功能往往会有所改善，而且有研究表明，在脑卒中后 6 个月内进行康复训练与长期死亡率呈正相关。虽然有研究指出在缺血性脑损伤后 24 小时内开始训练可能有害，但目前普遍认为在 2 周内开始康复训练是非常有效的。康复训练被认为有助于在恢复阶段促进神经回路的重组，并且已经有研究证明它能够促进神经网络的结构和功能变化。
   康复训练和在丰富环境中生活都能增强缺血性病变对侧运动皮层第 3 层或第 5 层锥体细胞的树突分支增加。康复训练还能使脑卒中后新形成的树突棘更加稳定。脑出血后强制使用肢体能够促进运动皮层向红核的轴突发芽，有助于恢复皮层运动功能。约束诱导运动疗法（CIMT）可以促进 CST 神经元轴突向对侧颈脊髓的发芽，并增加源自梗死灶周围运动皮层的皮质脊髓投射数量，从而促进功能恢复。对 CST 神经元进行化学遗传刺激并结合康复训练，能够增强 CST 纤维的中线交叉发芽，改善运动功能恢复。这些结果都表明，依赖活动的神经回路重组对于功能恢复至关重要。在人类研究中，先进的 MRI 技术也证实了康复训练对结构和功能连接重组具有积极影响。然而，尽管已经有了有效的康复治疗方法，许多脑卒中患者仍然会长期存在神经功能缺陷。实际上，一些针对运动恢复的大型干预试验虽然显示参与者的运动表现有所改善，但改善程度往往较为有限，这说明目前旨在促进脑损伤后自发神经回路重塑的康复治疗在完全恢复脑功能方面存在一定的局限性。
3. 基于分子机制的轴突再生和突触可塑性治疗方法：针对神经回路重塑分子机制的研究也在不断推进，目前已经发现了几种对轴突再生至关重要的神经营养因子。对缺血损伤后在损伤部位附近投射轴突的皮层神经元进行转录组分析发现，小鼠体内的生长因子、细胞黏附分子、轴突导向分子和细胞骨架调节分子的表达增加。脑源性神经营养因子（BDNF）和胰岛素样生长因子（IGF-1）是广为人知的神经营养因子，有研究报道运动疗法能够诱导多种神经营养因子的产生。与可塑性和轴突发芽相关的基因 Lingo1 和 BDNF 的表达水平会根据脑梗死后的时间和目标投射部位而发生波动，这表明轴突再生是由神经营养因子以活动依赖的方式介导的。联合使用 IGF-1 和 OPN 的治疗方法能够促进 CST 纤维再生和 CST 依赖的功能恢复。
   不过，中枢神经系统中的轴突再生受到多种限制，部分原因是损伤部位周围存在轴突生长抑制因子，如 Nogo-A、髓磷脂相关糖蛋白、少突胶质细胞 - 髓磷脂糖蛋白、硫酸软骨素蛋白聚糖、RhoA 和信号素 3A 等，它们的表达在损伤部位周围会升高。目前，旨在通过抑制这些轴突生长抑制因子来促进神经回路重组的治疗方法正在开发中。在大鼠脑卒中后，向脊髓注射软骨素酶 ABC 或抗 NogoA 抗体能够增加从完整大脑皮层到脊髓的发芽轴突数量。向梗死灶周围的半暗带区域注射软骨素酶 ABC 可以增强突触密度，促进运动功能恢复。向梗死灶周围区域给予信号素 3A 抑制剂能够促进轴突生长，改善缺血性脑损伤后的神经功能缺陷。然而，髓磷脂相关糖蛋白、神经突生长抑制蛋白和硫酸软骨素蛋白聚糖的临床试验显示出的治疗效果有限。考虑到功能恢复需要建立合适的神经回路，将增强神经元可塑性的治疗方法与刺激疗法（如经颅磁刺激）以及康复干预相结合可能是必要的。例如，依度那匹马来酸盐能够通过促进经验驱动的突触谷氨酸 AMPA 受体递送，促进神经元可塑性，加速啮齿动物和非人灵长类动物皮层损伤后的运动功能恢复。

结论

阐明脑梗死之后免疫炎症导致神经回路破坏的机制，以及随后涉及修复性免疫细胞的依赖活动的神经回路重组机制，对于开发针对脑卒中患者的治疗方法至关重要。尽管在理解双相神经免疫相互作用方面已经取得了显著进展，但目前仍然缺乏针对缺血性脑卒中的有效治疗方法。未来，将对神经修复涉及的分子机制（包括神经元、免疫细胞和神经胶质细胞）的微观理解与功能连接重塑的宏观视角相结合，是推进缺血性脑卒中后神经恢复治疗方法的关键挑战。这需要科研人员从多个层面深入研究，不断探索新的治疗靶点和干预策略，为改善脑卒中患者的预后带来新的希望。