2.1 脊髓损伤后的病理生理机制 免疫炎症反应在脊髓损伤后病理变化的各个方面都起着重要作用，贯穿于脊髓损伤及其修复的整个过程，是脊髓损伤后病理生理变化的重要因素[1]。脊髓损伤后自身免疫反应在其中所起到的作用仍一直备受争议：其一，严重的免疫炎症反应会加重脊髓组织的继发性损伤，认为可通过免疫干预来减小对脊髓的破坏性作用；其二，自身免疫反应有神经保护作用，可以减少二次损伤，但该过程没有得到适当的引导，还不足以发挥其有利作 用[2]。有研究认为，在脊髓损伤后，T和B淋巴细胞缺如的小鼠和正常小鼠相比，前者对神经的修复再生更明显，也就是说，T和B淋巴细胞在脊髓损伤后的神经再生可能有抑制作用[3]。所以探讨脊髓损伤后的免疫炎症反应过程及其机制变得尤为重要，这对提高脊髓损伤的治疗效果具有重要的指导意义。
脊髓损伤可分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤是指脊髓受到机械外力而受到的损伤。继发性损伤指在原发性损伤发生后脊髓的损伤区不断扩大，损伤区出现出血、缺血、再灌注、组织坏死、细胞凋亡等一系列的病理变化。原发性损伤时，外界的力量对脊髓的神经元和内皮细胞形成剪切力[4]，在脊髓上形成一个集中的局部损害区域，主要表现为神经元的损伤和血管的断裂，大体上可见脊髓的表面和内部出血，可见损伤脊髓表面水肿、颜色成红或紫色，镜下可见神经元的正常结构消失：轴突减少，胞核水肿变性、深染或消失[5]。机械外力作用于脊髓时，因为脊髓灰质和白质在结构上的不同，造成脊髓内部各个部分的损伤程度也不相同。神经元损伤后发生变性、坏死，轴突缩短、消失，脊髓白质在剪切力作用下随之断裂[6]。继发性损伤表现脊髓发生在原发性损伤后，损伤部位向周围蔓延，逐渐扩大。这一变化是由多种因素共同作用的免疫炎症反应[7-9]。首先是缺血，脊髓损伤后，血管改变可发生局部效应和系统效应，脊髓局部出血水肿，组织出现局部微循环障碍，主要表现为进行性缺血；另一方面，脊髓组织血流自动调节功能发生紊乱也可导致脊髓内血流量的下降，主要表现为舒张收缩紊乱，不断加重脊髓组织的缺血状 态[10]。当缺血较重并持续较长时间，会引起脊髓微血管的栓塞 [5]。其次是自由基和脂质过氧化反应，当自由基的生成大于被清除时，就会攻击神经元细胞膜，神经元细胞膜失去弹性而加速细胞裂解和凋亡，同时参与脂质过氧化的诱导，而脂质过氧化在脊髓损伤中的病理生理变化较自由基更为明显，当脊髓发生急性损伤时，会引起血液灌注不足和随后的缺血再灌 注[11]，脊髓受损部位产生大量的自由基，并诱导脂质过氧化反应，加上脊髓神经细胞膜本身含有较多的脂类，如磷脂、脂肪酸等，这些自由基可以直接氧化细胞膜上的脂肪酸，与此同时会产生更多的自由基，直至遍布细胞整个表面，最终使得细胞裂解凋亡[12]。自由基不仅可以抑制神经细胞膜上的一些酶系统，还可以使线粒体中氧化还原酶失活，终止细胞代谢活动的程序，最终引起细胞凋亡，使神经骨架结构破坏，进一步加重脊髓组织的继发性损伤[13]。
2.2 脊髓损伤后的免疫炎症反应 免疫炎症反应是机体针对组织损伤、感染及内源性或外源性抗原物质的免疫反应，其目的是使机体恢复稳态或促进受损组织修复[14]。脊髓损伤后，大量免疫炎症细胞活化增殖，如中性粒细胞、巨噬细胞、小胶质细胞及T、B淋巴细胞，其中淋巴细胞在免疫反应中起到核心作用[15]。正常情况下，血脊髓屏障将其与免疫系统天然隔离，外周血的绝大部分淋巴细胞很难进入脊髓组织，一般不会发生免疫炎症反应，脊髓被传统上认为是“免疫豁免区”，但是这是相对的，当脊髓损伤造成的创伤和引起的血管损伤，就会破坏血脊髓屏障的完整性，随着血脊髓屏障通透性的改变及损伤部位释放各种趋化因子，大量神经抗原释放进入血管内，致使嗜中性粒细胞、淋巴细胞浸润到脊髓组织，补体系统被激活，从而启动最早阶段的免疫炎症反应[16]。
损伤激发炎症反应，血液中的活化的中性粒细胞通过吞噬作用，清除细胞碎片及局部坏死组织，并分泌一些蛋白因子，促进内皮、上皮及结缔组织细胞进入损伤区增生修复，但是脊髓损伤中损伤处的免疫炎性往往引起损伤区域的不断扩大，形成“瀑布效应”。紧接着就是由单核细胞分化而来的巨噬细胞、内源性小胶质细胞以及星形胶质细胞的活化[16]。
在脊髓损伤中，损伤区的小胶质细胞、神经元、星形胶质细胞以及浸入损伤区被激活的巨噬细胞均可以产生肿瘤坏死因子a，使肿瘤坏死因子a在损伤区迅速增多，肿瘤坏死因子a能促进炎症反应，上调细胞间黏附分子，趋化中性粒细胞向损伤区迁移，中性粒细胞到达损伤区后释放蛋白酶及毒性氧化代谢产物，促发损伤级联反应，增加血脊髓屏障通透性，导致水肿、炎症反应加剧的恶性循环[17-19]。在脊髓损伤后，促炎细胞因子(如：白细胞介素1α/β，白细胞介素6和肿瘤坏死因子α)也被释放，在伤后6-12 h开始增多，在脊髓损伤后第4天，神经元和少突胶质细胞的凋亡达到高峰[20]。
因此，脊髓损伤后的免疫炎症反应是损伤后修复的一个重要过程，也可能是脊髓损伤尤其是继发性损伤的重要病理过程。固有免疫和适应性免疫都参与了此过程，发挥各自的功能。研究表明，脊髓损伤患者总T淋巴细胞、辅助性T淋巴细胞和NK减少，抑制性T淋巴细胞增加[21]，说明脊髓损伤可造成机体细胞免疫和非特异性免疫功能的抑制，引起免疫功能降低，而监测免疫指标，提高免疫功能，对促进脊髓损伤患者全面康复具有重要意义。
2.3 脊髓损伤后的胶质瘢痕形成
2.3.1 星形胶质细胞 星形胶质细胞是脊髓胶质细胞中数量最多、最重要的一类细胞，其数量是神经元的
10-50倍，约占全部胶质细胞的20%，根据其分布及结构可分为2种，一种是纤维性星形胶质细胞，形成连续的胶质鞘-血管围绕界膜，主要位于脊髓的白质，参与代谢物的转运、损伤组织瘢痕的形成；另一种是原浆型星形胶质细胞，具有较多的粗的分支，部分包被神经元，主要位于脊髓灰质，与神经细胞的代谢有关，星形胶质细胞增殖能力强，且具有多种功能
[22-23]：①构成血脑脊液屏障。②营养、支持神经元细胞的结构和功能。③ 参与神经元细胞多种离子转移和物质的代谢。④合成并分泌多种神经活性因子、细胞因子。⑤参与突触小球的形成。脊髓损伤后早期，一系列的炎症反应诱导星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞多种细胞的活化，单核巨噬细胞浸润，损伤后期星形胶质细胞逐步取代其他细胞，成为最主要的细胞成分
[24]。星形胶质细胞形态和数目发生改变，如胞体增大、胞质嗜酸性、突起增粗及分支增多，为胶质瘢痕形成打下基础
[25]。
星形胶质细胞幼稚细胞可分泌生长因子、神经营养因子等有利于脊髓损伤后修复的物质，早期星形胶质细胞可提供网络构架来促进和支持神经再生的作用；而成熟期的星形胶质细胞主要分泌神经抑制因子，其中重要的神经抑制因子是胶质纤维酸性蛋白和硫酸软骨素蛋白聚糖两种，虽然增生的星形胶质细胞包绕变性、坏死的神经元并填补了囊腔及空洞，维持了脊髓的完整性，但由反应性星形胶质细胞，小胶质细胞或巨噬细胞，和它们分泌的这些抑制性细胞外基质，共同构成了胶质瘢痕，成为影响轴突再生的机械性和化学性屏障[26]，严重抑制了轴突的出芽性生长，并阻断了断端间的神经连接和神经环路的修复[27]。综合上来看，星形胶质细胞对脊髓损伤后功能恢复负面作用更多于正面作用。
2.3.2 小胶质细胞 小胶质细胞是中枢神经系统的免疫防御系统的主要介质，是神经胶质细胞的一种，相当于脑和脊髓中的巨噬细胞，是中枢神经系统中的第一道防线，也是最主要的一道免疫防线。小胶质细胞占大脑中的神经胶质细胞的10%-20%，小胶质细胞不停的清除着中枢神经系统中被损坏的神经、斑块及感染性物质[28]。是脊髓损伤后免疫炎症反应过程中不可缺少的部分，小胶质细胞参与脊髓损伤后继发性损害和脊髓损伤修复过程。由于小胶质细胞的不同分化和双重作用，使得小胶质细胞的“好”或者“坏”目前仍备受争论。
在脊髓继发性损伤和损伤后修复的过程中，小胶质细胞可以释放大量调节因子，包括亲和性的抗炎性细胞因子、趋化因子、一氧化氮、前列腺素、生长因子和超氧化物等[29]。脊髓损伤从最初的脊髓组织机械损伤，接着是二次损伤引起的脊髓损伤区域相应节段的长期功能障碍。这种继发性损伤，如缺血、脂质降解、自由基的形成、兴奋性毒性、酶和蛋白酶的释放[30]，导致脱髓鞘、轴突变性、神经元死亡，并在脊髓损伤区域形成最初的胶质瘢痕[31]。脊髓损伤后12-24 h，外周巨噬细胞和活化的小胶质细胞就会出现在损伤区域，脊髓损伤后4-8 d，达到高峰痕[32-34]，最新数据表明，在脊髓损伤区域胶质细胞/巨噬细胞可在60 d内有较多的渗出，脊髓损伤后可持续180 d[35]。
脊髓损伤后，小胶质细胞分泌的相关因子也可能发挥保护神经元和促进轴突再生作用，例如，巨噬细胞/小胶质细胞活化表达的M2表型以及白细胞介素4的受体，这些因子可能具有促进中枢神经系统的修复功能，同时限制炎症因子介导的继发性损伤。另外，研究已表明，硫酸软骨素蛋白和星形胶质细胞所表达的蛋白，也可以诱导小胶质细胞的表达保护因子胰岛素样生长因子[36]。
2.3.3 胶质纤维酸性蛋白 胶质纤维酸性蛋白是构成神经胶质细胞的主要细胞骨架蛋白，其表达的高低可以反映胶质细胞的功能状态，可以作为评定脊髓损伤后胶质瘢痕形成及瘢痕结构形态界限的重要指标。正常情况下，胶质纤维酸性蛋白受星形胶质细胞的动力调节，脊髓损伤后胶质纤维酸性蛋白表达量明显上调[37]，引起星形胶质细胞增生、胞体肥大、突起增多，形成反应性星形细胞胶质化圈，其表达量的高低可以反映星形胶质细胞反应性胶质化的程度。在BALB/C小鼠脊髓损伤灶内胶质纤维酸性蛋白阳性表达的星形胶质细胞数目明显增加，损伤近端胶质纤维酸性蛋白阳性星形胶质细胞数目较远端有明显增加[38]。研究结果发现，在小鼠中枢神经系统损伤6 h后即检测到胶质纤维酸性蛋白 mRNA的表达，在脊髓损伤 24 h后可检测到星形胶质细胞的胶质纤维酸性蛋白表达量明显上调，胶质纤维酸性蛋白阳性表达的星形胶质细胞数量也进行性增加，3 d后达高峰，胞体增大且交织成网状，在 2周内胶质纤维酸性蛋白阳性细胞数量逐渐开始减少[39]。
2.3.4 硫酸软骨素蛋白聚糖 硫酸软骨素蛋白聚糖是一种广泛存在于中枢神经系统的细胞外基质分子，是由蛋白多糖和硫酸软骨素复合而成，具有蛋白核心和氨基葡聚糖链两个基本结构，硫酸软骨素蛋白聚糖主要通过氨基葡聚糖链发挥作用，氨基葡聚糖直接影响到硫酸软骨素蛋白聚糖的结合和功能[40-42]。硫酸软骨素蛋白聚糖在一定程度上能保护神经、保证神经轴突沿着正确的投射路径延伸，以消除错乱的轴突分 支[43]。脊髓损伤后，除了小胶质细胞外，胶质瘢痕中的星形胶质细胞、少突胶质细胞、血源性巨噬细胞、脑脊膜细胞等细胞均分泌大量硫酸软骨素蛋白聚糖。说明星形胶质细胞在中枢神经系统损伤后发生反应性增生，并分泌抑制性因子硫酸软骨素蛋白聚糖。
星形胶质细胞可以分泌多种硫酸软骨素蛋白聚糖分子，包括NG2、Versican和CS6，其中NG2在脊髓损伤区的分布最多，是硫酸软骨素蛋白聚糖中最主要的抑制性成分[44]。硫酸软骨素蛋白聚糖构成阻碍轴突再生重要的化学屏障，比物理性屏障更严重[21]。研究结果显示，在脊髓损伤后，硫酸软骨素蛋白聚糖高度表达，在一两周表达量达峰值，可以持续高表达约2个月[45]。
2.4 免疫炎症反应和胶质瘢痕 胶质瘢痕是阻碍脊髓损伤后修复的最重要的因素。胶质瘢痕的形成过程，免疫因素一直都起着双重作用。免疫炎症反应是脊髓损伤后继发加重的重要因素，包括固有免疫和适应性免疫[46]。淋巴细胞是构成免疫系统的主要细胞,可分为许多表型与功能均不同的群体，如T、B、NK细胞等。脊髓损伤后释放多种因子，也可引起T细胞活化，中性粒细胞和单核细胞/巨噬细胞迅速移植到损伤部位，并产生触发细胞免疫系统的损伤的细胞因子或白细胞介素[47]，神经胶质细胞及少突胶质细胞死亡产生脱髓鞘反应，使轴突失去髓鞘，从而显著削弱了传导的动作电位，信息传导受阻[48]。脱髓鞘反应产生的神经细胞及血管的坏死碎片，可加速星形胶质细胞等的活化，促使胶质瘢痕的形成[49]，在这一过程中，细胞免疫起到关键作用。Sroga等[50]研究表明, 脊髓损伤后大量T淋巴细胞会在损伤区聚集，脊髓损伤存在脱髓鞘反应，髓磷脂碱性蛋白作为抗原可以与T细胞表面受体结合活化T细胞，活化后T细胞表面表达大量的黏附因子，易与血管内皮细胞相接触，从而穿过血管内皮进入中枢神经系统，损伤区早期浸润的中性粒细胞可释放CXCL10和CCL5等趋化因子促进T细胞向损伤区聚集。聚集的T细胞对脊髓组织具有双重作用，一方面加重组织损害，另一方面还有神经元保护作用[51]。T 淋巴细胞在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的具体作用还不清楚。
2.5 T淋巴细胞与脊髓损伤修复 免疫反应在脊髓损伤后的作用已成为目前研究的热点，T淋巴细胞在免疫系统中的作用是必不可少的。T细胞是淋巴细胞的主要组分，它具有多种生物学功能，如直接杀伤靶细胞，辅助或抑制B细胞产生抗体等，是淋巴细胞中数量最多，功能最复杂的一类细胞，研究表明，T细胞被激活后会释放各种神经营养因子[50]。T细胞的功能之一是调节机体免疫反应，通常起着维持自身耐受和避免免疫反应过度损伤机体的重要作用[51]，调节/抑制T细胞有很多种，目前研究最活跃的是CD25+ 、CD4+ T细胞[52-53]。除了分泌神经营养因子，T淋巴细胞还通过小胶质细胞来发挥神经保护作用。在脊髓损伤早期，首先激活固有免疫系统，小胶质细胞转化为巨噬细胞，并可分泌各种炎症因子。随着炎症细胞的不断浸润，小胶质细胞进一步分化，免疫特性发生变化，开始引发适应性免疫[54]。小胶质细胞是多分化特性的细胞，可分化为具有抗原递呈作用的细胞,使得吞噬细胞作用充分发挥，不断清除坏死的组织，从而减少炎症反应，促进神经轴突再生[55]。T淋巴细胞在脊髓损伤后免疫反应作用相当复杂，不同时期发挥着不同的作用，不同时期给予不同免疫干预是促进脊髓损伤后的修复和减少二次损伤的重要研究方向。
2.6 B淋巴细胞与脊髓损伤修复 脊髓损伤后，中性粒细胞，单核细胞/巨噬细胞和T淋巴细胞(T细胞)在神经损伤性炎症反应中所起的作用已有大量的研究和结论[56-64]，而对B淋巴细胞产生的抗体在脊髓损伤过程及修复中所起的作用却了解较少。在人类脊髓损伤后，血清和脑脊液(CSF)中磷脂髓鞘反应性抗体滴度升高表明，脊髓损伤激活了T细胞和B细胞识别的中枢神经系统中的某些蛋白[65-67] 。
在与临床相关的脊髓损伤小鼠模型实验中的研究结果显示，脊髓损伤诱发长期持续性的B细胞反应，并促进骨髓和脾脏中的淋巴细胞增殖，使得循环系统血清中IgM和IgG抗体水平的提高。活化的B细胞可持续加重脊髓损伤[68]，椎管内积聚的B细胞也与自身抗体编码的mRNA的重新表达有关[69]。椎管内抗体积聚可诱发激活补体系统，补体C1q结合形成的抗原-抗体免疫复合物，并启动其他补体蛋白的酶的转化，其结果是形成一种溶解膜攻击复合物和招募髓系细胞(例如，小胶质细胞/巨噬细胞)。总之，脊髓损伤后，各种自身抗原释放，导致B细胞活化和分泌抗体，触发致病补体级联反应和小胶质细胞/巨噬细胞的活化。
脊髓损伤触发免疫反应加重组织损伤的同时也促进中枢神经系统修复[70-72]。在脊髓损伤后，B细胞产生中枢神经系统和非-中枢神经系统抗原结合的抗体。这种成分的免疫反应加剧了脊髓损伤病理进程。而在B细胞缺陷的小鼠研究中，可明显降低脊髓损伤的程度，并促进脊髓损伤后的修复。近年来，免疫球蛋白作为免疫调节剂已成功应用于临床，治疗自身免疫性疾病，包括神经系统方面的疾病，如多发性硬化症、中风等，已有实验表明，腹腔注射免疫球蛋白可明显降低受损神经细胞中的过氧化物酶，这对减轻脊髓损伤后的二次损伤有一定的帮助，具体机制尚不十分清楚。
