小膠質(zhì)細胞免疫特性的研究進展

宗堪堪 崔春愛

延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院再生醫(yī)學(xué)研究所（吉林延吉133000）

神經(jīng)退行性疾病、腦血管病、腦外傷及腦部腫瘤患者的腦內(nèi)有大量被激活的小膠質(zhì)細胞，產(chǎn)生大量炎癥因子，其介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病及腦部腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要因素之一［1-3］，也是防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一個重要目標。據(jù)美國研究資料顯示，估計有540萬美國人患有老年癡呆癥；到了21世紀中葉，美國阿爾茨海默病（Alzhemer′s disease，AD）患者的人數(shù)將增長到1 380萬，很大程度上是由“嬰兒潮一代”的老齡化引起，每隔66秒就會出現(xiàn)一個新病例；到了2050年，可縮短為33 s、每年新增病例近100萬例［4］。據(jù)路透社報道，美國正呼吁設(shè)立一項為期十年的長期投資治愈AD的研究計劃，是醫(yī)學(xué)界所面臨的最大挑戰(zhàn)之一。我國屬人口大國，AD發(fā)病率并不低，又因年齡因素作為AD最重要的危險因素之一，認為我國AD的發(fā)病人數(shù)和發(fā)病率在未來一段時間內(nèi)還會繼續(xù)保持增長，對于我國的衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)及經(jīng)濟發(fā)展提出挑戰(zhàn)，如何預(yù)防及治療AD顯得尤為重要，而在其中小膠質(zhì)細胞直接影響著神經(jīng)炎癥的發(fā)生和發(fā)展，并誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤的增殖、遷移和侵襲。

AD在我國是繼心血管疾病、癌癥、中風(fēng)之后的第四大死亡原因；在美國亦成為第六大致死原因。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到炎性損傷、氧化損傷時，小膠質(zhì)細胞被大量激活，細胞形態(tài)發(fā)生改變，并可分泌大量炎癥因子、氧自由基和活性氧等物質(zhì)，對神經(jīng)元起毒性作用，造成神經(jīng)元的損傷。因此，近年來學(xué)者們把目光轉(zhuǎn)向改變神經(jīng)元的外周環(huán)境，促進神經(jīng)元的保護、再生方面，以研究認知功能和神經(jīng)元微環(huán)境為新的研究靶點。因此，尋找AD及神經(jīng)炎癥的治療靶點，即小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元的作用機制研究顯得尤為重要［5］。

1 小膠質(zhì)細胞可作為AD的治療靶點

AD是一種不可逆的、進展性的腦部疾病，可引起學(xué)習(xí)、記憶和意識功能障礙，損害人的認知能力、推理和交流能力及正常的日常活動。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，沉積于神經(jīng)細胞外的β-淀粉樣蛋白（amyloid protein beta）及其形成的老年斑（senile plaque）和神經(jīng)細胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangle）是AD最主要的病理變化，其中β-淀粉樣蛋白的形成是AD最重要的過程，參與各種神經(jīng)退行性病變的起始反應(yīng)，如神經(jīng)炎癥反應(yīng)。研究表明，淀粉樣蛋白的毒性是通過誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞（microglia）分泌炎癥因子和活性氧來完成的。關(guān)于神經(jīng)炎癥反應(yīng)對于AD作用機制受到越來越多的關(guān)注，控制神經(jīng)炎癥對于AD的治療可能是一種潛在的治療方式。因腦內(nèi)血腦屏障的限制，似乎認為免疫反應(yīng)僅僅存在于外周組織中，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)免疫反應(yīng)與外周免疫反應(yīng)極為相似。免疫反應(yīng)與神經(jīng)生物學(xué)似乎有明顯的區(qū)別，而從細胞水平來看，大腦象征著一種“靜態(tài)”，而免疫系統(tǒng)代表著“動態(tài)反應(yīng)”，若將兩者結(jié)合起來，可以很好地理解神經(jīng)退行性病變［6］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，小膠質(zhì)細胞功能與外周單核細胞相似。膠質(zhì)細胞的活化常存在于AD的病變過程，可以釋放一系列細胞因子、生長因子、補體、趨化因子及細胞黏附分子，促進淀粉樣蛋白的形成，而后者進一步誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞的活化。有研究表明，通過治療可以促進抗炎因子的釋放，進而抑制炎癥因子的產(chǎn)生［7］。近幾年的研究［8］表明，若抑制小膠質(zhì)細胞內(nèi)部炎癥復(fù)合體（inflammasome），可達到控制炎癥反應(yīng)程度；運用分子生物學(xué)手段，改變小膠質(zhì)細胞極化表型，從而達到控制炎癥反應(yīng)。因此，通過研究小膠質(zhì)細胞的一系列免疫特性，采取一些手段去干擾整個炎癥過程，探尋以小膠質(zhì)細胞表面和內(nèi)部信號通路以及產(chǎn)生的炎癥因子調(diào)控為研究目標的較為新型抗AD的治療方式，故了解小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元及中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)腫瘤干細胞的調(diào)控機制，可作為腦外傷、腦腫瘤及AD等神經(jīng)退行性疾病的臨床治療靶點。

2 小膠質(zhì)細胞的免疫特性

小膠質(zhì)細胞由血液中的單核細胞演化而來，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)特殊的免疫細胞，也是神經(jīng)炎癥的主要調(diào)節(jié)因素之一，在生理學(xué)上對宿主防御和組織修復(fù)至關(guān)重要。盡管小膠質(zhì)細胞密度具有區(qū)域特異性，占據(jù)人大腦中所有細胞的5%～20%，占膠質(zhì)細胞群體總數(shù)的約20%［9］。小膠質(zhì)細胞屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的免疫細胞，屬單核吞噬細胞系，與外周單核細胞功能類似，在感染損傷及病理狀態(tài)下，調(diào)控神經(jīng)元的生存，使神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞的微環(huán)境達到平衡［10］，是防御病因的“第一道屏障”。

2.1小膠質(zhì)細胞的“雙重”功能小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的吞噬細胞，有效監(jiān)視大腦中病原體及腦內(nèi)細胞碎片，并能夠自發(fā)性地提供維持腦組織平衡的因子。小膠質(zhì)細胞可以在神經(jīng)元回路以及可塑性方面起到重要作用，也可以促進神經(jīng)突觸的保護和修復(fù)［11］。在某種程度上，小膠質(zhì)細胞可以釋放一系列神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進神經(jīng)元突觸保護和重塑作用，其中神經(jīng)營養(yǎng)因子有助于記憶的形成及神經(jīng)功能的恢復(fù)［12-13］。在AD中，小膠質(zhì)細胞的活動與β-淀粉蛋白低聚物、β-淀粉蛋白碎片及小膠質(zhì)細胞表面受體，如SCARA1、CD36、CD14、ɑ6β1整合素、CD47和部分Toll樣受體（TLR2、TLR4、TLR6、TLR9）密切相關(guān)。當(dāng)神經(jīng)元受到各種不利因素影響時，小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最初的免疫反應(yīng)，轉(zhuǎn)移至受損部位，產(chǎn)生作用。一般情況下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的小膠質(zhì)細胞處于靜止狀態(tài)；而在病理狀態(tài)下，神經(jīng)退行性疾病、中風(fēng)、外傷性損傷以及腫瘤的侵襲會導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞的活化，特別是神經(jīng)炎癥及氧化應(yīng)激不僅可誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤的增殖、遷移和侵襲［14-15］，并與AD的發(fā)展具有緊密關(guān)系［16-17］。比如，運用脂多糖激活小膠質(zhì)細胞，可以促進釋放炎性一氧化氮、乳酸脫氫酶引起炎癥反應(yīng)和白細胞介素（interleukin，IL）-1β、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等細胞因子［18］，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，提示該過程參與了神經(jīng)炎癥的發(fā)病機制。

2.2小膠質(zhì)細胞的不同分型在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，大多數(shù)小膠質(zhì)細胞一般處于靜止狀態(tài)，對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中沒有明顯的作用。當(dāng)受到外來刺激時，靜止的小膠質(zhì)細胞被激活，引起神經(jīng)炎癥反應(yīng)。神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)活化的小膠質(zhì)細胞可以分為M1型和M2型兩種。M1型小膠質(zhì)細胞占活化的小膠質(zhì)細胞的絕大多數(shù)，被腫瘤壞死因子和干擾素-γ激活，產(chǎn)生IL-1β、IL-6、IL-23及氧自由基［19］等致炎因子，對于AD的發(fā)展具有重要意義；M2型小膠質(zhì)細胞具有抑制炎癥反應(yīng)及組織修復(fù)等作用，對減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)方面，起重要作用，故通過調(diào)控小膠質(zhì)細胞極化表型，可達到抗神經(jīng)炎癥及其神經(jīng)保護功能。

2.3小膠質(zhì)細胞與炎癥因子AD的發(fā)病過程中，炎癥因子主要被小膠質(zhì)細胞和星形小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生，可分為致炎因子和抑炎因子，伴隨著神經(jīng)炎癥反應(yīng)的方方面面。

2.3.1致炎因子主要由小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞合成分泌，其次神經(jīng)元也參與了一些細胞因子的合成和釋放。主要的致炎因子有IL-1、TNF-α和IL-6，可加重病情。IL-1是免疫應(yīng)答的重要啟動子，在復(fù)雜的激素和細胞炎癥級聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵作用，故對神經(jīng)元的退變起到重要作用；IL-6是一種多功能的細胞因子，起著重要的在宿主防御中的作用，并且對炎癥反應(yīng)有主要的調(diào)節(jié)作用，對神經(jīng)元具有直接或間接神經(jīng)營養(yǎng)性作用；TNF-α在炎癥反應(yīng)中啟動和調(diào)節(jié)細胞因子級聯(lián)反應(yīng)中起著核心作用，通過拮抗其作用可能減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)。通過抑制TNF-α可以明顯減少神經(jīng)纖維纏結(jié)，神經(jīng)元的損傷等［20］。

2.3.2抑炎因子抑制炎癥因子與致炎因子相互調(diào)節(jié)維持了神經(jīng)元微環(huán)境穩(wěn)定，主要有IL-1Ra、IL-4、IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β）等。在神經(jīng)炎癥機制研究中，抑炎因子的表達也需要關(guān)注和分析，通過對神經(jīng)炎癥反應(yīng)抑制炎癥因子的表達和分析，預(yù)測疾病的病程。IL-10是重要的觀察AD的指標，同時可評價β淀粉樣蛋白在外周組織中表達水平［21］?；蛩窖芯勘砻?，缺乏抑炎因子相關(guān)基因的患者記憶損傷相對較大［22］。

在正常情況下，抑炎因子與致炎因子可保持相對的動態(tài)平衡；當(dāng)此平衡被打破時，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞的活化和增強細胞毒性，即成為神經(jīng)炎癥最重要的影響因素之一。抑炎因子與致炎因子之間作用與協(xié)調(diào)破壞，可導(dǎo)致嚴重的臨床后果，誘導(dǎo)細胞的活化和細胞毒性增強的惡性循環(huán)。因此，尋找一些可以調(diào)控炎癥因子釋放的因素，監(jiān)測致炎因子和抑炎因子的動態(tài)水平具有重要的意義。

神經(jīng)炎癥是AD重要的發(fā)病表現(xiàn)，通過抑制炎癥因素探索潛在的治療方式；且可通過作用于小膠質(zhì)細胞及受體，抑制致炎因子釋放，觀察抗炎因子的表達，探索AD等疾病的潛在治療方式。

2.4小膠質(zhì)細胞與淀粉樣蛋白的相互關(guān)系腦組織內(nèi)炎癥因子主要由小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞分泌，而炎癥因子又反過來影響小膠質(zhì)細胞的活動。一些炎癥因子具有細胞毒性，可促進神經(jīng)元的死亡，進一步導(dǎo)致神經(jīng)炎癥及神經(jīng)退行性病變的加重，引起神經(jīng)元周圍淀粉樣蛋白代謝障礙，促進淀粉樣前體蛋白轉(zhuǎn)化為淀粉樣蛋白。β-淀粉樣蛋白的沉積是AD最重要的病理表現(xiàn)之一，也是其病變嚴重程度的病理學(xué)標志。

研究表明，通過炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的相關(guān)研究，可以闡明神經(jīng)炎癥作用機制及其應(yīng)對措施［23-24］；炎癥因子促進淀粉樣蛋白的形成，是由小膠質(zhì)細胞合成分泌。FU等［25］的研究表明，靜止的小膠質(zhì)細胞受到神經(jīng)炎癥因素刺激，可活化成具有活性的小膠質(zhì)細胞，淀粉樣蛋白和胰淀素可通過小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元上的胰淀素受體啟動小膠質(zhì)細胞內(nèi)代謝，產(chǎn)生IL-1、TNF-α、IL-6等炎癥因子，對神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)毒性，促進神經(jīng)元的死亡，與此同時此類炎癥因子可進一步促進β-淀粉樣前體蛋白水解為β-淀粉樣蛋白。小膠質(zhì)細胞不僅可以清除和吞噬β-淀粉樣蛋白，可作為早期神經(jīng)元損傷干預(yù)的靶標［26］；而且過度激活可導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，損害神經(jīng)元。GO等［27］的研究表明，長期暴露于淀粉樣蛋白環(huán)境中，可能導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞清除功能障礙。

由此可以得出，可探尋小膠質(zhì)細胞上的受體拮抗劑或天然藥物，調(diào)控炎癥因子對淀粉蛋白的形成及抑制炎癥因子的產(chǎn)生機制，對神經(jīng)退行性病變的轉(zhuǎn)歸及抗神經(jīng)炎癥具有重要意義。

3 問題與展望

目前已經(jīng)闡明一些炎癥因子對神經(jīng)元的損傷和淀粉樣蛋白之間的相互作用關(guān)系，但是炎癥因子與膠質(zhì)細胞、淀粉蛋白及神經(jīng)元的具體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制，還不夠清晰，還需通過體內(nèi)、外研究及結(jié)合臨床研究，探討小膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元以及腫瘤干細胞之間相互作用，阻斷或增強這些影響因子之間信號通路，賦予了對神經(jīng)炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤及神經(jīng)退行性疾病的治療潛力，對探尋新的特異性免疫治療及靶標治療成為其研究之重點［28］。