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1 脑内的基础表达和外周免疫刺激的影响
1.1 白细胞介素（IL）1及其受体（IL-1R） 正常状态下脑内有否IL-1的基础表达文献报道不一致。Van Dam等 ［1］ 报道正常状态下大鼠脑内不表达IL-1β蛋白，但Gao等 ［2］ 报道正常鼠脑内下丘脑前区、下丘脑室旁核（PVN）、视上核和正中隆起（ME）等部位均有其表达。IL-1βmRNA仅在正常动物脑内穹隆下器（SFO）和脉络丛（chp）观察到阳性信号 ［3］ 。革兰阴性细菌的膜成分-细菌脂多糖（LPS）注射后IL-1β的脑内表达明显发生变化。正常成年大鼠脑内软脑膜、chp和脑微血管系统均可检测到LPS的细胞表面受体CD14的mRNA，LPS腹腔注射（i.p）后引起感受性室周器官（CVOs）如终板血管器、SFO、ME和最后区（AP）内CD14的mRNA水平增加，3h达顶峰。而且在注射后3～6h间，CD14阳性信号以迁移的方式从CVOs分布至较深的脑实质，6h后全部脑实质内可以发现CD14阳性的细胞，提示LPS可以直接作用于脑内的某些细胞引起特定细胞因子的基因转录。用免疫组化技术发现，2.5mg/kg LPS i.p或静脉注射（i.v）后在脑膜、chp、CVOs、大脑皮层、海马、丘脑和下丘脑等部位可见许多IL-1β蛋白免疫反应阳性细胞，i.v较i.p明显，不同时间表达强度不同，8h最明显，12h以后开始消退。用DAB方法和免疫金方法均证明IL-1β蛋白阳性细胞绝大多数为小胶质细胞，星形胶质细胞很少。阳性的小胶质细胞常分布于血管周围，细胞突起对向血管基底层，在内皮细胞的细胞浆和管腔侧也有一些阳性染色。小胶质细胞的阳性信号位于细胞浆，内质网和高尔基体没有IL-1β蛋白的阳性标记 ［1］ 。
人类单核细胞内IL-1β也不分布于内质网和高尔基体，而且IL-1β蛋白缺乏分泌蛋白的特征，其前体分子缺乏介导蛋白进入内质网的信号链，因而IL-1β似乎不是从经典的分泌途径产生（Beesley JE等，1990）。DAB方法发现IL-1β的免疫阳性与小胶质细胞内60～80nm的胞浆颗粒有关，被IL-1β阳性的小胶质细胞环绕的海马的神经元突 起中也发现同样的阳性颗粒，提示IL-1β好象由细胞溶解后释放产生，但免疫技术不支持上述结果。在体内最初合成的是IL-1β蛋白的前体分子，在提前分泌的特异的IL-1β转化酶催化下才生成成熟的IL-1β蛋白（Black RA等，1990），笔作者认为DAB方法发现的阳性颗粒囊泡可能为IL-1β的贮存部位，而紧靠小胶质细胞的海马的神经元突起中IL-1β阳性颗粒的存在提示了神经元和胶质细胞相互作用的一个可能途径 ［1］ 。在2.5mg/kg体重的LPS i.p.后，原位杂交技术发现IL-1βmRNA的产生呈现2个波峰。第一个波峰出现于刺激后0.5h，2h达最高水平，主要分布于血脑屏障相关部位，如CVOs、SFO、AP、chp、脑膜和血管等，其意义在于产生大量的IL-1β以自分泌调节作用刺激脑内细胞表面IL-1R引起各种生物效应。第二个波峰于8h开始，12h达到顶峰，主要表达于PVN、ME、孤束核及其他脑实质内的小胶质细胞，此时上述的血脑屏障相关部位也表达较少量的IL-1β，这个时期产生的IL-1β与LPS注射引起的几个长时效应，如疾病行为、脑内单胺类代谢的增高等活动有关（Dunn AJ，1992）。但是在任何时间和任何部位，采用原位杂交技术未在神经元细胞中检测到IL-1βmRNA的阳性信号 ［3，4］ 。正常基础状态下，Ⅰ型IL-1R在成年大鼠脑血管内皮细胞上广泛分布，重组的大鼠IL-1β可以使内皮细胞以剂量依赖性的方式释放IL-6、前列腺素E 2 和前列环素，提示循环中IL-1可能通过刺激脑内皮细胞引起下游信号分子释放，进而引起脑内的各种效应 ［5］ 。
正常和用秋水仙碱阻断轴浆流的大鼠脑内PVN和视上核的大细胞性加压素能神经元中存在Ⅰ型IL-1R蛋白，未用秋水仙碱处理的大鼠下丘脑内神经元发出的轴突也有该蛋白的阳性标记，但奇怪的是在上述神经元中未发现Ⅰ型IL-1R的mRNA的组成性表达 ［6］ ，已经证明IL-1β可以作用PVN于中的Ⅰ型IL-1R，以剂量依赖方式刺激PVN中促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）和精氨酸加压素（AVP）的mRNA转录，引起下丘脑PVN和ME分泌CRF和AVP，进而引起促肾上腺皮质激素（ACTH）等信号分子的释放，产生一系列生理与病理效应（Kimura T等，1993;Lee S等，1994）。AVP抗体可以明显减少由IL-1β脑室内注射引起的ACTH的释放（Landgraf R等，1995）。IL-1β引起的AVP释放的增加可能是控制IL-1活动（如发热和疾病行为）的一个负反馈通路。另外，齿状回的颗粒层神经元和海马CA1～CA4区的锥体神经元、chp和室管膜的内皮细胞及小脑的蒲肯野神经元中均有Ⅰ型和Ⅱ型IL-1R蛋白存在。这两种受体蛋白也共同存在于腺垂体中合成生长激素的细胞，提示IL-1参与了生长激素的功能调节活动 ［7］ 。Ⅰ型IL-1R的mRNA则仅在正常鼠脑内海马、丘脑、下丘脑、杏仁核及chp等部位有低水平的组成性表达。另外，在正常鼠脑内海马、下丘脑等部位组成性转录IL-1R拮抗剂的mRNA，表明脑内的特定神经元可能作为内源性IL-1R拮抗剂的来源，以平衡IL-1的生物效应 ［6，8，9］ 。
1.2 IL-6及其受体（IL-6R） 正常小鼠脑内室管膜细胞、贝格曼胶质细胞、邻近脑室或软脑膜表面的细胞突起中均有IL-6蛋白存在，白质内也有弱的IL-6蛋白阳性标记，这些阳性细胞主要为星形胶质细胞和小胶质细胞 ［10］ 。正常大鼠脑内PVN、视上核和弓状核有IL-6蛋白阳性的神经元 ［2］ 。但正常状态下未发现IL-6mRNA的杂交信号 ［11］ 。Gao等 ［2］ 报道，免疫原存在时IL-6蛋白在脑内表达的部位基本等同于正常基础状态，但范围明显扩大。LPS i.p后迅即诱发OVLT、chp、SFO、ME和AP部位IL-6mRNA的转录。LPS i.p在CVOs、终纹床核、杏仁中央核、海马、PVN、脑皮层和血管引起了IL-6R mRNA的合成。重组IL-1βi.v后脑微血管IL-6R mRNA的水平也增高。LPS .p后也刺激了IL-6R相关蛋白gp130的mRNA在OVLT和脑毛细血管内皮细胞的表达，但IL-1βi.v未引起其改变 ［11］ 。一般认为，IL-6通过旁分泌和自分泌发挥效应，参与生理和病理过程。
1.3 肿瘤坏死因子（TNF）和受体（TNFR） 正常啮齿类在与植物性功能有关的脑区如下丘脑、杏仁核、终纹床核、臂旁核、迷走神经背核、疑核和胸部交感前神经节中均有TNF-α免疫阳性的神经元和神经纤维。（Breder CD等，1993）。不同剂量的LPS i.p后TNF-αmRNA的表达部位与高峰时间不同。原位分子杂交技术可见LPS i.p后TNF-αmRNA在脑内快速转录，杂交信号随着LPS剂量的增加而增加。250μg/kg体重的LPS i.p后在chpTNF-αmRNA呈现明显的低水平转录，而腺垂体和神经垂体可见中度和轻度的杂交信号（正常成年大鼠垂体中无TNF-αmRNA的表达）。2.5mg/kg体重的LPS则引起其在OVLT、AP、chp、SFO、ME等多个部位的明显表达，1h即可检测到杂交信号，2h明显增高，6h达高峰，24h恢复到2h水平，48h基本消失;垂体前、后叶则在注射后1～2h就有很强的杂交信号;部分脑实质在6h杂交信号最强。LPS剂量介于250～2500μg/kg体重时，早期TNF-αmRNA在脑内的表达除chp外不很明显，随着时间的延长在OVLT、SFO、ME、AP、chp和软脑膜出现中至强的杂交信号 ［12］ 。星形胶质和少突胶质细胞组成性表达单一结构的TNˉFR1mRNA，IFN-γ可以增高其表达水平，TNF-α自身也可以增高少突胶质细胞转录TNFR1mRNA的水平;而小胶质细胞组成性转录单一结构的TNFR1的mRNA和有3种异构体的TNFR2的mRNAs ［13］ 。LPS外周注射后细胞因子及其受体的脑内表达变化主要发生在无血脑屏障（BBB）区，如CVOs、chp等，这些结构有丰富的血管，容易接近血液里的大分子物质，而且这些结构中几种细胞因子受体的基础表达密度最高 ［9］ 。LPS外周注射后较容易渗透至上述部位，引起该区内细胞合成LPS受体CD14，并作用于该受体，引起相关细胞因子的合成。关于LPS如何通过BBB到达脑实质结构继而引起细胞因子的表达仍有争议，研究发现LPS可能引起血管内皮细胞间连接受损从而引起大小分子物质通过BBB ［14］ 。
2 脑内免疫刺激对脑内细胞因子表达的影响
脑室内（i.c.v）注入LPS及其它免疫原后也引起脑内细胞因子表达的明显改变。LPS（2.5μg/只大鼠）脑室内注射后用RNA印迹法在下丘脑、海马和纹状体检测到IL-1βmRNA，8h水平最高;IL-6mRNA在4h就开始达顶峰（De Simoni MG等，1995）。LPS（25μg/只大鼠）i.c.v注射则可以引起下丘脑、海马和纹状体中IL-1、IL-6和TNF-αmRNA水平的明显增高，且IFN-γ（2.5μg/只大鼠）能增强LPS对IL-6和TNF-α的升高效应 ［15］。重组的人IL-1β脑室内注射可引起脑内IL-6的合成和释放 ［16］ 。脑内存在感染性疾病时，特定的细胞群体也产生不同种类的细胞因子。疾病类型和严重程度不同，表达细胞因子的种类及数量不同。细胞因子的表达主要发生在入侵的炎性细胞（巨噬细胞、淋巴细胞）及脑内的小胶质细胞、星形胶质细胞及少数神经元。如Borna病毒感染时，几乎所有脑区的IL-1、TNF-α、TGF-β的mRNA水平均增高，且不同脑区不同细胞因子的mRNA水平与病毒感染的病程有关 ［17］ 。Semliki森林病毒感染造成的小鼠多发性硬化模型中，IL-1β、IL-3和TGF-β蛋白均增高，IL-1α、IL-2、IL-2R、TNF-α和IL-6蛋白尤其明显，提示细胞因子在髓鞘损害的病理过程中起一定的作用 18］ 。艾滋病患者脑活检后免疫组化研究发现脑内IL-1β、IL-6、TNF-α蛋白均增高，病人的活化巨噬细胞和小胶质细胞上TNFp55R和TNFp75R蛋白均增高，尤其在发生机会性感染病人的脑内更为明显 ［19］ 。
3 功能和机制
细胞因子的功能多种多样，在脑内参与神经元和胶质细胞的活化、增殖和分化，影响神经系统的可塑性，参与神经系统的发生、再生和退变过程以及神经系统的多种病理过程，并影响体温调节、摄食、自主活动、慢波睡眠和神经内分泌活动，参与神经系统和免疫系统之间的相互作用。目前认为其可能的作用机制有以下几个方面:（1）激活肾上腺和性腺轴，导致发热和疾病行为。细胞因子可能通过直接刺激下丘脑PVN的CRF的合成和ME处CRF神经元终末CRF的释放，继而引起血浆CRF、ACTH和皮质酮水平增高 ［20］ ;细胞因子IL-1β脑室内注射可以直接作用于中央视前区，干扰黄体生成激素的分泌和排卵活动（Rivest S等，1993）;（2）诱导一氧化氮（NO）合成酶的生成，进而合成NO，发挥促进神经元分化和生存的作用。另外，细胞因子还可以诱导细胞粘附分子的生成导致BBB完整性的破坏 ［21］ ;（3）诱导下丘脑或脑血管内皮细胞以及巨噬细胞、小胶质细胞合成前列腺素等信号分子，进而发挥生理和病理作用;（4）影响神经递质代谢。IL-6可以增强色氨酸和5-羟色胺的代谢;TNF可以减弱海马合成和释放乙酰胆碱的能力，影响5-羟色胺的代谢等（Hanisch等，1992;Linthorst等，1993）。总之，细胞因子家族十分复杂，其在脑内的分布、表达及功能与机体所处的状态密切相关。目前与细胞因子有关的许多研究尚待进一步深入，对于细胞因子在神经系统与免疫系统相互作用中所承担角色的确切了解，无疑具有重要的意义。
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作者单位:1721004陕西宝鸡第三陆军医院骨科
2710032陕西西安第四军医大学神经科学研究所