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脑卒中发病率、致残率和死亡率高，脑水肿是其关键问题。大阪大学研究人员以大鼠为模型，研究中性粒细胞在脑水肿形成中的作用。发现其通过 IL-1α 和 TNF 诱导 AQP4 表达加重脑水肿，为治疗缺血性脑卒中提供新思路。
在医学领域，脑卒中一直是令人头疼的难题。它作为一种急性脑血管疾病，有着高发病率、高致残率和高死亡率的特点，给无数家庭带来沉重的负担，也让社会医疗资源面临巨大挑战。其中，脑水肿是脑卒中发生后一个极为关键的问题，大脑因过多液体在脑实质积聚而肿胀，严重时可直接导致患者死亡。目前，针对脑水肿的治疗手段有限，常规的药物治疗和手术方法都存在一定的局限性 ，因此深入了解脑水肿的发病机制迫在眉睫。
在众多与脑水肿相关的因素中，中性粒细胞的作用一直扑朔迷离。作为白细胞中数量最多的细胞类型，中性粒细胞在急性炎症反应中冲在一线，在缺血性脑卒中的病情恶化过程中扮演着重要角色。然而，它在脑水肿形成过程中的具体作用机制却并不清晰。与此同时，水通道蛋白 4（AQP4）作为大脑中含量丰富的水通道蛋白，在脑梗死发生后表达增加，与缺血后水肿的形成和清除密切相关。之前的研究发现，激活的小胶质细胞分泌的白细胞介素 - 1α（IL-1α）和肿瘤坏死因子（TNF）能诱导星形胶质细胞 AQP4 表达并加重脑水肿。基于这些背景，大阪大学的研究人员 Kana Sugimoto、Chihpin Yang 等人开展了一项研究，试图揭开中性粒细胞与脑水肿之间的神秘关系，该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
为了深入探究这一问题，研究人员运用了多种技术方法。在动物实验方面，选用 7 周龄雄性 Wistar 大鼠构建短暂性大脑中动脉闭塞（tMCAO）模型，模拟缺血性脑卒中。同时，利用组织病理学染色技术，如用髓过氧化物酶（MPO）和淋巴细胞抗原 6 复合物、位点 G（Ly6G）对大脑标本染色，观察中性粒细胞的浸润情况。还采用定量实时聚合酶链反应（qPCR）检测相关基因的表达水平，运用蛋白质免疫印迹（Western blot）分析蛋白表达情况。此外，通过原代细胞培养技术，对大鼠中性粒细胞和星形胶质细胞进行培养，用于体外实验研究。
研究人员首先对缺血性大脑中与中性粒细胞迁移相关因子的时空表达谱进行了研究。通过 qPCR 检测发现，炎症细胞因子如 IL-1α、IL-1β 和 TNF 的表达在 tMCAO 后 6 小时达到峰值；黏附分子 E - 选择素（Sele）、P - 选择素（Selp）等以及中性粒细胞趋化因子在 6 小时开始增加，24 小时达到高峰；趋化因子受体 CXCR2 的表达在 6 小时增加，1 - 2 天达到峰值。这一系列变化表明，在中性粒细胞浸润之前，炎症相关因子和趋化因子就已经开始活跃，为中性粒细胞的迁移奠定了基础。
接着，研究人员评估了中性粒细胞在缺血性大脑中的时空分布情况。通过 TTC 染色将大脑分为对侧皮质、梗死周围组织和缺血核心区，检测中性粒细胞标记物 Ly6c mRNA 的表达，发现其在缺血核心区 1 - 2 天明显增加，之后逐渐下降。对大脑标本进行 MPO 和 Ly6G 染色后发现，MPO+/Ly6G+细胞在 tMCAO 后 3 小时开始从软脑膜浸润，6 小时扩散到缺血皮质，24 小时到达纹状体，数量在 24 - 48 小时达到峰值。这些结果清晰地描绘出了中性粒细胞在缺血性大脑中的浸润轨迹。
随后，研究人员探究了中性粒细胞浸润与 tMCAO 后疾病严重程度的相关性。以体重减轻幅度作为疾病严重程度的指标，发现梗死周围组织和缺血核心区的 Ly6c mRNA 表达以及 MPO+/Ly6G+细胞数量与体重减轻幅度呈负相关；大脑左右半球面积比与体重减轻幅度呈负相关，与缺血纹状体和皮质中的 MPO+/Ly6G+细胞数量呈正相关。这表明中性粒细胞浸润数量与疾病严重程度密切相关。
研究人员还对中性粒细胞迁移相关因子与疾病严重程度的相关性进行了评估。结果显示，梗死周围组织和缺血核心区的 Sele、CXCL2 和 CXCL3 表达与体重减轻幅度呈负相关，说明这些因子可能参与了重症大鼠中中性粒细胞的高浸润过程。
在研究中性粒细胞与脑水肿相关基因的关系时，研究人员发现梗死周围组织中 Aqp4 mRNA 表达与 Ly6c mRNA 呈正相关，且 Ly6c 与诱导 AQP4 表达的细胞因子 IL-1α 和 TNF 的 mRNA 水平也呈正相关。免疫荧光染色显示，Ly6G+细胞在缺血大脑中强烈表达 IL-1α 和 TNF，且与 AQP4/GFAP+细胞在梗死周围组织中紧密相邻。这一系列结果暗示中性粒细胞可能参与了星形胶质细胞 AQP4 表达的上调过程。
为了进一步验证这一推测，研究人员进行了体外实验。将脂多糖（LPS）激活的中性粒细胞与星形胶质细胞共培养，结果发现激活的中性粒细胞能增加星形胶质细胞中 Aqp4 mRNA 和蛋白的表达。当用 IL-1RI 和 TNF 拮抗剂预处理星形胶质细胞后，激活的中性粒细胞诱导的 AQP4 表达受到抑制，同时细胞的形态变化也被抑制。这直接证明了激活的中性粒细胞可以诱导培养的星形胶质细胞表达 AQP4。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：缺血性脑卒中发生后 3 小时内中性粒细胞开始浸润，24 - 48 小时在缺血皮质和纹状体达到高峰，其浸润水平与缺血性脑卒中后的严重程度相关。激活的中性粒细胞与星形胶质细胞共培养时，可通过 IL-1α 和 TNF 诱导 AQP4 表达，进而加重缺血性脑区的脑水肿。
在讨论部分，研究人员指出，虽然中性粒细胞在免疫防御中发挥着重要作用，但在缺血性脑卒中的背景下，其过度浸润和激活会带来诸多不良影响。抑制中性粒细胞的浸润和激活，有可能成为缓解脑水肿的潜在策略，这为缺血性脑卒中的治疗提供了新的方向。不过，该研究也存在一定的局限性，体外实验无法完全模拟脑卒中后复杂的炎症环境。但总体而言，这项研究为深入理解缺血性脑卒中后脑水肿的发病机制提供了重要依据，有望推动针对缺血性脑卒中的靶向治疗研究取得新的突破，为改善患者预后带来新的希望。
