《European Journal of Immunology》：Complement in Traumatic Brain Injury: Linking Acute Injury to Chronic Neurodegeneration
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创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）已不再仅被视为单纯的急性机械性打击，而是被确认为可触发持续神经免疫激活的关键事件，这一过程直接参与慢性神经退行性变的进展。补体系统已被证实是连接急性损伤与进行性神经炎性病理的核心介质。TBI
创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）已不再仅被视为单纯的急性机械性打击，而是被确认为可触发持续神经免疫激活的关键事件，这一过程直接参与慢性神经退行性变的进展。补体系统已被证实是连接急性损伤与进行性神经炎性病理的核心介质。TBI发生后，补体经经典途径、凝集素途径及替代途径迅速活化，三条通路最终汇聚于C3分子，并进一步生成下游效应分子，包括调理素、过敏毒素及膜攻击复合物（Membrane-Attack Complex, MAC）。这些效应分子一方面通过放大炎症反应、促进细胞毒性信号传导加重急性神经元损伤，另一方面持续驱动小胶质细胞与星形胶质细胞的活化。在亚急性和慢性阶段，补体依赖的调理作用会介导适应性不良的突触修剪，导致突触密度进行性丢失及认知功能障碍。此外，补体活化还会损害内源性修复过程，抑制神经发生及神经母细胞迁移，进而诱发神经网络功能异常。临床前研究一致表明，上游补体活化（尤其是C3水平的活化）是慢性病理进程的关键驱动因素；与之相对应，靶向补体抑制可有效维持突触完整性并改善功能结局。上述发现将补体定位为极具潜力的治疗靶点，同时支持学界范式转变——即通过靶向慢性神经炎症来预防TBI后的长期神经系统后遗症。
1 引言
创伤性脑损伤是全球范围内致残的主要病因之一，也是导致军民群体长期认知障碍的重要因素，带来了沉重的社会与经济负担。当前临床管理主要聚焦于急性期稳定与早期康复，但大量患者仍会出现延迟性、进展性的认知、行为及神经精神缺陷，这些症状可持续数年，且在轻度或重复性损伤后亦日益受到关注。TBI同时是早发性痴呆与阿尔茨海默病的明确危险因素，然而能够有效阻止或逆转慢性功能衰退的疗法仍十分匮乏。传统观点认为TBI是急性机械性损伤伴随短暂的继发性反应，但现有研究已证实其可启动持续的神经炎症过程，以兴奋性毒性、氧化应激及免疫通路与小胶质细胞、星形胶质细胞的持续活化为特征。这种慢性炎症状态会驱动突触持续丢失、神经元功能异常及进行性神经退行性变。在上述通路中，补体系统是连接急性损伤与长期病理改变的关键介质。
2 创伤性脑损伤后的补体活化：起始与放大
解析补体在TBI病理生理中作用的首要环节是明确初始打击后补体活化的触发因素。补体系统是先天免疫的近端激活者，兼具识别与效应功能。补体活化的所有通路与环节——包括经典途径、凝集素途径、替代途径及终末途径——均已被证实参与TBI进程，并成为临床前模型的治疗探索靶点。值得注意的是，TBI中的补体活性并不局限于经典通路活化：非经典机制（如凝血酶、纤溶酶介导的C3与C5裂解，以及小胶质细胞与星形胶质细胞内的细胞内在补体信号）正日益被认为是神经炎症与组织损伤的重要贡献者。
由C1q触发的经典补体途径是TBI后最早被研究的活化机制之一。损伤后C1q沉积于细胞表面的方式包括两种：一是直接调理损伤相关分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs，如氧化磷脂、凋亡小体、C反应蛋白等），二是结合可识别损伤后暴露DAMPs的自然抗体。C1复合物组装完成后，会触发后续C3转化酶的活化，而C3转化酶是补体效应通路的核心组分。凝集素途径同样在伤后早期被激活，其触发机制为甘露糖结合凝集素（Mannose-Binding Lectin, MBL）或 ficolin 等模式识别分子与改变的自身结构结合。在TBI语境下，这些配体不仅限于微生物碳水化合物，还包括DAMP相关的聚糖模式及损伤或应激细胞表面暴露的结构异常宿主分子。
3 损伤脑内补体蛋白的来源
一个关键且尚未完全解决的问题是：血浆来源的系统补体蛋白与中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）局部产生的补体蛋白，二者的相对贡献如何。TBI发生后（尤其是中重度损伤），血脑屏障（Blood–Brain Barrier, BBB）破坏，循环补体成分得以进入脑实质。早期研究已证实TBI后脑脊液内C3、B因子等补体成分水平升高，支持循环补体浸润的作用。与此同时，包括小胶质细胞、星形胶质细胞及神经元在内的驻留CNS细胞也可在局部合成补体蛋白，且其表达在损伤后随浸润白细胞参与而进一步上调。
生理条件下，补体活化受到调控蛋白的严格限制以避免过度组织损伤，这些调控蛋白包括CD55（衰变加速因子）、CD46、CD59等膜结合调节因子，以及H因子、I因子（小鼠中为Crry）等可溶性调节因子。TBI发生后，补体活化与调控的平衡似乎被打破：损伤组织中补体调节因子的表达下调或功能耗竭，可能允许补体不受控地放大，尤其是通过替代途径。神经发育与神经退行性疾病的研究证据表明，损伤相关的神经元与内皮细胞表面补体调节因子下调，会允许调理素（如C3d/C1q）沉积，最终导致细胞与突触丢失。与TBI后补体蛋白表达上调一致的是，近期转录组学与高维免疫谱研究证实，TBI后的小胶质细胞群补体受体（如CR3、CR4、C5aR1）表达增加，与其吞噬与炎症功能增强相符。
4 补体通路在创伤性脑损伤中的病理贡献
几乎所有补体活化通路均被证实参与TBI病理，且临床前模型中各通路的抑制或缺失均能改善TBI结局。但多数研究聚焦于急性期结局，仅少数关注亚急性与慢性结局。Alawieh等人采用作用于级联不同位点的位点靶向补体抑制剂，在TBI模型中同步评估了急性与慢性结局：CR2-Crry抑制泛C3活化，CR2-fH抑制替代途径在C3处的放大，CR2-CD59阻断终末途径。这种方法实现了对补体效应通路在TBI相关损伤中差异化贡献的病理解析，此类位点靶向抑制剂可定位于C3活化部位并局部抑制对应通路。在小鼠控制性皮质撞击（Controlled Cortical Impact, CCI）模型中，该策略凸显C3活化（尤其是经替代途径的活化）是TBI后神经退行性变的核心驱动因素。其他研究同样强调了替代途径在实验性TBI急性损伤中的重要作用。虽然MAC抑制可改善急性结局，但研究发现持续C3活化与C3d沉积会驱动慢性小胶质细胞与星形胶质细胞活化、突触与树突丢失及进行性神经元退行性变，最终导致持续性功能缺陷。靶向抑制C3可减少慢性炎症、限制病灶扩大与胶质增生、维持神经元与突触完整性、增强神经母细胞迁移并改善长期恢复。这些发现将治疗重心从终末途径阻断转向上游C3活化——后者是维持TBI后病理改变的关键机制。
4.1 创伤性脑损伤后补体依赖的神经退行性机制：补体在急性神经元丢失中的作用
尽管大量临床前研究显示抑制不同补体活化通路可改善TBI后急性结局并维持神经元储备，但补体在急性期的直接病理作用仍缺乏充分研究。卒中与其他神经退行模型的数据表明，补体活化可通过激活小胶质细胞标记活神经元以供吞噬，这一被称为“吞噬性死亡（phagoptosis）”的过程很可能参与了TBI后的急性神经元丢失。支持该假说的研究显示TBI后神经元表面存在C3d沉积，且急性期吞噬细胞表面补体受体表达上调。除直接吞噬神经元外，补体活化产物（包括调理素信号、过敏毒素信号及亚溶解型MAC活化）均是 inflammasome 通路、细胞因子产生及活性氧释放的强效激活剂，这些下游效应既可直接诱导神经元凋亡，也可通过加剧神经元兴奋性毒性与坏死间接造成损伤。鉴于补体在这些过程中的直接作用尚待进一步明确，本部分将聚焦TBI病理中直接的补体介导效应。
4.2 补体依赖的突触吞噬
临床前TBI研究常侧重运动结局，但患者中主要的长期发病形式是认知衰退，表现为痴呆与阿尔茨海默病风险升高。既往研究已揭示补体失调如何推动TBI进展为慢性神经退行性病变，衔接急性与慢性病理。TBI的亚急性与慢性研究显示，小鼠模型中伤后长达90天内，突触元件上仍存在持续的C3调理素沉积。超分辨率成像证实，在TBI的亚急性期与慢性期，小胶质细胞持续吞噬C3d标记的突触元件，这一突触退行性修剪过程模拟了正常发育中的发育性修剪。伤后同侧与对侧海马突触密度丢失可预测小鼠行为任务中的认知表现。慢性期持续的突触退行性变还与同侧及对侧半球进行性小胶质增生和星形胶质增生相关，提示这种创伤后神经炎症反应是全局性的，而非仅局限于病灶周围。为明确补体在该慢性神经退行性过程中的机制作用，研究证实在TBI后30–60天启动补体抑制，可阻止进行性认知衰退、抑制小胶质细胞活化并维持突触密度。这支持C3依赖的突触吞噬是慢性阶段的活跃动态过程，且可独立于急性损伤程度预测认知功能。此外，慢性期通过补体调节维持突触密度的效果，优于且可协同增强康复治疗的认知获益。
对CCI后6个月的延长随访显示，早期补体依赖性炎症不仅驱动持续的神经炎症反应，还会使大脑易于发生慢性神经炎性病变。例如，若从伤后2个月开始抑制C3活化，每周给予CR2-Crry并持续6个月恢复期，可阻止认知衰退；但若仅短期给药，则会出现补体活化反弹，认知衰退随之复发。在更晚的时间点（CCI后6个月），研究人员证实了神经元发生补体依赖的吞噬，表现为神经元上C3沉积增加，且炎性小胶质细胞内可见神经元物质定位。该过程的时间线与独立研究结果一致：联合质谱流式分析与补体调节的研究显示，慢性TBI中吞噬、趋化与补体活化标志物三联上调持续存在，小胶质细胞与浸润细胞上的吞噬受体CR4与过敏毒素受体C5aR1表达持续上调，且可在初始打击后维持1年以上。但只有抑制C3活化（而非C5a信号）可改善认知结局并限制突触丢失。这些发现在重复性轻度闭合性颅脑损伤（repetitive mild closed head injury, rmCHI）模型中也得到复现：补体C3沉积、小胶质细胞活化与突触丢失水平升高，且与小鼠模型认知表现更差相关；随着重复头部损伤次数增加（4、8、12次打击），以CD45.2high细胞定义的免疫细胞浸润相应增加。与假手术小鼠相比，rmCHI小鼠的巨噬细胞分支减少、呈更多变形虫样形态，符合活化特征；而接受CR2-Crry治疗的小鼠则表现出巡逻小胶质细胞增加，P2Y12R（一种感知细胞损伤后ATP释放并促进IL-1β产生的受体）表达下调。
与此一致，Wang等人在重复性TBI模型中证实，海马C1q表达升高程度与动物受打击次数成正比，导致神经发生呈剂量依赖性减少。另一项采用重复性震荡范式的研究独立证实，小胶质细胞介导的兴奋性突触前末梢吞噬伴随突触处C1q累积，进而导致相应的认知缺陷，支持累积性经典途径标记是亚震荡与震荡打击转化为慢性功能障碍的机制。临床上，无症状青少年运动员在有重复头部暴露史后，补体生物标志物（C3、B因子、C5b-9）水平升高，提示即使无明显症状，慢性补体活化仍可被检出。从机制上看，这种过度反应很可能反映了小胶质细胞 priming、血脑屏障“渗漏”允许更多血浆来源补体进入鞘内，以及内源性调节因子（如H因子、CD59）无法跟上累积C3b沉积的综合作用。上述发现共同直接提示，补体活化（尤其是调理素-吞噬细胞相互作用）介导了导致TBI后认知衰退的慢性退行性反应。值得注意的是，慢性TBI中持续活跃的病理生理过程意味着，针对认知神经保护的靶向干预拥有较长的治疗窗口。
4.3 创伤性脑损伤后补体依赖的广泛与系统水平反应
补体失调导致的皮质-丘脑与皮质-海马连接退行性修剪，其作用范围超越局灶损伤部位，可产生空间上远程的、系统水平的功障碍。支持这一点的证据来自小鼠CCI模型：补体介导的突触吞噬并不局限于海马，而是在单侧损伤后3天内即双侧发生于外侧膝状体核（dLGN），且存在C3、小胶质细胞与VGLUT+突触的共定位。这些变化持续至慢性期，导致视野与视动功能受损，并可被补体抑制逆转。类似地，补体驱动的突触病理还延伸至异常网络兴奋性与创伤后癫痫（Posttraumatic Epilepsy, PTE）——约三分之一的重型TBI患者会受到PTE影响。近期Holden等人的研究表明，TBI诱导皮质-丘脑环路内C1q慢性上调，其范围超出病灶周围皮质，延伸至功能连接的丘脑核团（包括网状丘脑核，nRT——调控丘脑皮质振荡的关键抑制性枢纽），最终导致补体介导的去抑制与网络过度兴奋。C1q阻断可保留nRT神经元群并降低癫痫样棘波频率，支持其因果关联。综上，这些发现支持一个统一模型：慢性补体活化协调了空间分布的结构退行性变与功能网络重塑，涵盖视觉、海马及皮质-丘脑环路。
4.4 创伤性脑损伤后补体依赖的神经发生与修复抑制
神经发生是脑损伤后重要的内源性修复反应，涉及神经干细胞（Neural Stem Cells, NSCs）激活、中间祖细胞增殖、神经母细胞迁移及后续成熟并整合入现有环路。TBI后该过程的破坏很可能与认知衰退直接相关。越来越多的证据表明，慢性神经炎症通过促进神经元与突触丢失、破坏干细胞激活、神经元分化、迁移与成熟所需的微环境，抑制TBI后的神经再生。小胶质细胞与星形胶质细胞的持续活化、持续的细胞因子产生与补体沉积，很可能将损伤后生态位从修复导向转为退化导向。这一概念也与更广泛的观察一致：创伤后慢性炎症超出原发灶范围，可驱动解剖连接区域的进行性功能障碍。
补体活化与TBI后再生反应受损的直接关系已在小鼠CCI模型中被证实：抑制C3活化可改善慢性恢复，伴随小胶质与星形胶质增生减少、树突与突触保留增强及神经母细胞迁移显著增加。同一研究明确显示，持续神经炎症可对神经发生与神经母细胞迁移产生负向驱动，而限制C3活化可维持修复过程而非干扰之，这一病理反应在缺血性脑血管病中同样存在。在重复性轻度TBI（rmTBI）模型中，Wang等人检测了齿状回（DG）多个神经元发育阶段的长期神经发生：rmTBI减少了NSCs与活化NSCs数量，降低了Tbr2阳性中间祖细胞数量，抑制了EdU/DCX阳性未成熟神经元的增殖与存活，并损害了EdU/NeuN阳性新生神经元的成熟。这些细胞变化伴随海马C1诱导的炎性生态位，以及新生神经元树突复杂性与棘密度降低，最终导致空间记忆检索缺陷。有趣的是，C1抑制剂治疗可逆转炎性表型、挽救Wnt/β-连环蛋白信号并改善神经发生相关结局，表明C1活化不仅是不良生态位的伴随现象，还在功能上参与了海马修复的长期抑制。这些异常的严重程度随损伤重复次数增加而加重，支持累积性炎症负荷逐步降解神经发生生态位的概念。
上述研究表明，补体活化至少通过两个关键机制限制TBI后神经再生：持续C1q/C3活性驱动慢性胶质炎症，损害神经母细胞存活与迁移；补体信号（尤其是海马生态位中的C1相关信号）干扰祖细胞增殖、神经元成熟所需的分子程序。因此，补体不仅是退行性变介质，也是修复的屏障。及时靶向抑制上游补体可能同时减少退行性变并保留再生能力，从而扩展TBI后的治疗窗口。
4.5 补体在创伤性脑损伤中双重角色的治疗意义
鉴于补体在损伤稳态反应中的作用，其兼具修复与致病作用的双重角色具有重要的治疗意义。缺血性卒中的证据表明，完全基因敲除C3或急性泛补体抑制会损害缺血后神经发生并恶化长期恢复，而选择性抑制替代途径可在减轻损伤的同时保留修复信号，疗效优于更广泛的补体阻断。这种保护与修复之间的权衡尚未在TBI临床前研究中得到正式验证，是该领域亟待解决的问题。现有TBI研究中早期补体抑制的表观耐受，可能反映了冗余的、非补体依赖的碎片清除通路（如小胶质细胞TAM受体与TREM2依赖的吞噬作用）的代偿，或未受抑制的补体臂的补偿，使得单一通路或组分的选择性阻断或遗传缺陷不会完全废除早期修复信号。重要的是，尽管临床前TBI数据显示补体靶向治疗在包括伤后数周延迟给药在内的长治疗窗口内仍有效，但效应量最大的始终是最早期干预。这些数据支持早期、通路选择性靶向的策略，例如损伤部位靶向构建体CR2-fH（替代途径）与CR2-Crry（C3转化酶），其可保留参与生理性凋亡神经元与碎片清除的上游C1q依赖信号。
支持这一概念的是，研究团队已证实，小鼠CCI后急性期单次给予CR2-Crry进行补体抑制，可产生持久的认知改善，且在停药后数周内仍维持，表明早期阻断C3驱动的级联反应可打破慢性神经炎症的循环。然而，若抑制始于慢性期，治疗逻辑则发生变化：在CCI后2个月启动CR2-Crry给药、同时配合丰富环境康复的范式中，只有连续每周给药至6个月，才能持续改善空间学习与记忆，并抑制终点时的病灶周围C3沉积、小胶质增生与星形胶质增生。相比之下，在同一慢性时间点仅给予1周短期疗程，虽可实现急性补体活性抑制，但在6个月时未产生持续的认知或组织病理学获益，停药后神经炎症与补体信号再次出现。综上，这些数据提示一旦补体驱动的神经炎症在TBI后进入慢性维持状态，其具有自我维持特性，因此临床疗效的给药需求与治疗启动时机密切相关：短暂的早期干预可能足以持久重置疾病轨迹，而在已形成慢性炎症的环境中延迟干预，则很可能需要持续的途径抑制。
5 创伤性脑损伤中补体靶向治疗的开发现状
TBI中的补体靶向治疗正处于多元但稳步推进的阶段，大多数药物仍处于临床前开发阶段。C1酯酶抑制剂Cinryze是研发管线中进展最快的药物：其已获FDA批准用于血管性水肿发作的预防，目前正在进行随机对照多中心TBI临床试验（CIAO@TBI）。CR2靶向的C3抑制剂已在TBI临床前模型中显示出前景，类似的靶向（抗C3d）抑制剂正处于临床开发阶段，但尚未用于TBI适应症。相比之下，更多靶向下游或通路特异性组分的补体调节剂仍处于更早的开发阶段。虽然这些药物在减轻急性损伤与炎症方面已显示概念验证获益，但其对长期结局与神经修复的影响尚不明确。总体而言，该领域正逐渐达成共识：需采取早期、上游干预来调节炎症级联，同时保留再生过程，但如何优化干预时机、靶点特异性与递送策略以获得持久临床获益，仍是需要解决的关键挑战。
