全血置换可减轻小鼠中风症状，新研究未来或有助于AD、PD治疗

中风又称为脑卒中，是全球发病且导致死亡的主要疾病之一。中风不仅仅是脑血流的中断，缺血性中风发生后，血脑屏障会遭到破坏，脑组织通过开放的血脑屏障释放很多物质（比如脑组织抗原，脂质体，DNA，RNA 等）到外周血激活免疫系统。激活的免疫细胞也会通过开放的血脑屏障进入脑组织而攻击脑细胞，继而引起复杂的、病理的和全身性的级联反应，这些反应是任何单一药物都无法治愈的。如果能及时终止这个级联反应，意味着可能终止其中的恶性循环而保护脑组织受到免疫系统的进一步攻击造成的继发性损伤。

目前对急性中风的治疗，包括使用组织纤溶酶原激活剂进行溶栓治疗和手术切除血栓。然而，这些治疗方法的时间窗口非常有限，通常是在中风发生后的 3 小时内。在中风的临床治疗中，“时间就是大脑”，因为在中风发生后的每分钟里脑损伤都在加剧。

8 月 25 日，Nature Communications 上刊发了一篇来自美国西弗吉尼亚大学神经科学系研究助理教授任学芳及其他科学家的共同研究，介绍了一种新的治疗策略。研究小组自 2010 年以来，一直在探索免疫学与中风的关系。多年的研究使他们发现，中风并非仅仅出现脑组织的病理学改变，血液学的改变更是首当其冲。研究人员在小鼠大脑中动脉短暂阻塞再灌注（tMCAO）模型上使用了血液置换（blood replacement，BR）疗法，即从原始健康的供体小鼠获得的全血替代中风小鼠的血液。试验结果显示 BR 疗法有效地减少了小鼠的梗死并改善了其神经功能缺损。免疫细胞亚群分析显示，BR 疗法可显著减少中风后血液中的中性粒细胞；电化学发光检测显示，BR 疗法可减少血浆中的细胞因子风暴；流式细胞术和酶联免疫吸附试验（ELISA）显示，中风小鼠血液和大脑中的中性粒细胞显著减少，基质金属蛋白酶 - 9（MMP-9）水平降低。

此项研究首次表明，在中风后 6.5~7 小时进行的 BR 疗法能显著减少梗死体积，改善神经功能缺损，而且改善效果是通过 MMP-9 介导的。血液置换可能是一种可保护大脑免受中风伤害的治疗方法，替换小鼠 20％的血液足以显示出对大脑损害的大幅减少。

图丨图片左侧为对照组，右侧为实验组。脑组织显微图像染色分析显示，血液置换保护中风小鼠脑细胞不死亡（来源：NATURE COMMUNICATIONS (2020)11:4078 ）

研究小组使用小鼠 tMCAO 模型进行了一系列试验，先是证明了血液可能在中风的演变过程中起着关键作用，而后又证明了 BR 疗法可以预防脑细胞的缺血性损伤，并获得了以下 4 个重要结论：

1. 血液置换疗法可以改善中风后小鼠的情况

通过测定发现，小鼠大脑在中风后的 23 小时比中风后 6 小时发生更大的梗死，这表明在大脑中动脉闭塞的中风小鼠中，损伤随着时间的推移而发展。同时其血液中的细胞形态发生改变。这些数据证明血液可能在中风的演变过程中起着关键作用，如果在关键时间窗内使用以血液为基础的策略，受伤的大脑可能会得到拯救。研究人员使用激光散斑成像仪记录小鼠的脑血流（CBF）变化，用伊文思蓝渗出试验检测血脑屏障的状态，甲酚紫染色和苏木精 - 伊红（H&E）染色检测脑组织的病理改变。试验结果显示，用 250μl 和 500μl 的健康供体小鼠全血置换脑卒中小鼠血液可保护血脑屏障，显著减少大脑皮质、纹状体和大脑半球的中风梗死，预防脑细胞的缺血性损伤，但 500μl 的血液对中风后的脑损伤的保护作用更大。为了进一步评估血液对中风预后的影响，研究人员输注了从另一组脑梗死体积更大中风小鼠身上获得的 500μl 全血，注射到受试脑卒中小鼠体内，造成的死亡率高于用从健康供体小鼠获得的血液替代的受试脑卒中小鼠队列。这些数据表明，应用血液置换治疗脑卒中时，使用来自健康献血者的血液是很重要的。

2. 血液置换疗法改变了中风小鼠外周血中的炎症反应

现在公认炎症和免疫系统在急性中风损伤中起关键作用。研究小组评估了受体中风小鼠在 BR 前、BR 期间和 BR 后 1 小时三个时间点血液中的细胞亚群。受试脑卒中小鼠接受从原始供体或卒中小鼠获得的 500μl 全血，另外的对照组接受从原始供体获得的 500μl 血浆。与从中风小鼠获得的全血或从健康供体小鼠得的血浆相比，在 BR 期间和 BR 后 1 小时，从健康供体获得全血的受试脑卒中小鼠的血液中白细胞总数和神经营养素显著降低，单核细胞 CD4 + 细胞、CD8 + 细胞和 NK1.1 + 细胞没有显著变化。随着中风小鼠血液中细胞数量的变化，血浆中促炎细胞因子和趋化因子 CXCL1 水平也发生了变化。检测结果显示，BR 治疗显著降低中风后 8 小时促炎性细胞因子白介素 IL-1β、IL-6、TNF-α和趋化因子 CXCL1 的水平，并在卒中后 23 小时进一步降低 IL-6、IFN-γ和 TNF-α。脑卒中早期 CXCL1 的显著变化提示中性粒细胞可能在脑卒中中起重要作用，参与脑卒中的治疗。

3. 血液置换疗法改变中风小鼠脑白细胞浸润

白细胞是脑卒中发生后炎症损伤的主要影响因素。BR 治疗显著减少了中风后 8 小时和 23 小时缺血半球的总绝对细胞数。在这两个时间点，与对照组相比，接受 BR 治疗的中风小鼠受影响的大脑半球中，神经营养素和巨噬细胞的积累明显减少。这些数据表明 BR 疗法可以减少中风后中枢神经系统的炎症反应。

4. MMP-9 参与血液置换治疗脑卒中

MMP-9 是一种由中性粒细胞和巨噬细胞 / 单核细胞表达的蛋白酶。人类患者、灵长类动物和啮齿动物中风后 2-6 小时内血液中 MMP-9 含量均表现为增加。鉴于 BR 治疗显著降低了外周血中性粒细胞计数，显著减少了缺血半球中性粒细胞和巨噬细胞 / 单核细胞的浸润，因此进一步研究 MMP-9 在 BR 治疗中风中的作用是很重要的。试验证明，与对照组相比，在中风发生后的 8 小时和 23 小时，tMCAO 小鼠血浆中 MMP-9 的水平都有所增加，但 BR 疗法显著降低了受试脑卒中小鼠血浆中 MMP-9 的水平。另外试验显示，使用 MMP-9 处理过的血液置换加重了受试脑卒中小鼠的脑梗死和神经功能缺损，而使用溶媒处理过的血液则显著地改善了小鼠中风的预后。这些研究结果表明，MMP-9 的存在降低了 BR 在脑卒中治疗中的作用，提示 MMP-9 水平的降低可能是 BR 治疗脑卒中的重要机制之一。

血液置换疗法的作用机制复杂

血液置换疗法的机制比较复杂，可能是多方面的。

首先，脑内抗原通过血脑屏障开口释放，并可能在中风后激活免疫系统。因此，清除脑卒中小鼠的血液可以降低循环血液中的脑抗原水平，减轻脑抗原对免疫系统的激活作用。

第二，清除中风小鼠体内的血液可以减少活化的白细胞，减少中风后循环血液中的许多有害信号，如细胞因子、趋化因子、蛋白酶和蛋白酶等。

第三，可以观察到输血可能为血栓性血小板减少性紫癜（TTP）患者提供了营养因子，猜想血液置换过程中也可能为中风大脑提供了氧气和许多其他神经保护因子。

此外，血液置换可以去除激活外周免疫细胞级联反应的信号，同时新鲜血液可以及时修复血脑屏障而终止外周的级联反应。MMP-9 就是一种与血脑屏障渗漏、细胞外基质降解和脑缺血演变相关的关键蛋白酶信号，及时降低 MMP-9 可以迅速减轻中风后的级联反应。

全血置换治疗中风的作用需要进一步的临床试验来验证在人体中的功效。论文的第一作者任教授认为，全血置换在临床进行人体研究是可行的，虽然存在一定的排斥反应风险。目前小组的研究在进一步探讨成分血的作用。对于健康献血者的血液标准尚未制定，但是鉴于目前的研究成果，任教授认为血液中 MMP-9 不能太高。脐带血有可能对中风治疗有帮助。如果全血置换最终在临床上得以使用，有可能对多种神经系统疾病比如阿尔兹海默病，帕金森病等都有一定帮助。对于血液置换的其他潜在效果，任教授持保守态度，认为需要更多的实验数据来支持结论。