小膠質(zhì)細胞極化在腦缺血中的研究進展

楊程顯 包新杰 王任直

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院神經(jīng)外科，北京 100730

腦缺血是血栓形成或外源性栓子導(dǎo)致顱內(nèi)動脈梗塞，造成腦灌注不足，從而引起神經(jīng)功能障礙的一類疾病。急性期腦缺血治療包括靜脈溶栓和機械取栓，但治療時間窗短，大部分患者在發(fā)病后無法及時接受治療。大量研究探尋亞急性期和慢性期腦缺血的有效治療方法，希望改善甚至恢復(fù)患者的神經(jīng)功能。小膠質(zhì)細胞是腦內(nèi)最重要的天然免疫細胞，在腦缺血發(fā)病后率先被激活。受微環(huán)境調(diào)控影響，小膠質(zhì)細胞極化形成不同的表型，兼有損傷和修復(fù)的潛能。這一獨特的生物學(xué)現(xiàn)象對闡明腦缺血發(fā)病機制和發(fā)現(xiàn)新藥物靶點具有重要意義。

1 小膠質(zhì)細胞的發(fā)育和分布

腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞發(fā)育和分布的研究較為清楚。在胚胎發(fā)育第8 天，卵黃囊中原始髓系祖細胞開始遷移至腦實質(zhì)組織，逐漸發(fā)育形成小膠質(zhì)細胞[1]。Stremmel等[2]發(fā)現(xiàn)卵黃囊來源的巨噬細胞前體，在胚胎發(fā)育形成血管的有限時間窗內(nèi)隨血流遷移至胎兒體內(nèi)，這一細胞遷移過程在胚胎發(fā)育第10.5 天達到最高峰。在不同腦區(qū)之間，小膠質(zhì)細胞的比例差異較大，波動在0.3%～16.9%。在大鼠腦內(nèi)，小膠質(zhì)細胞主要分布在黑質(zhì)、皮層等腦灰質(zhì)中，而人的小膠質(zhì)細胞主要分布在腦白質(zhì)[3]。

2 小膠質(zhì)細胞的生理功能

小膠質(zhì)細胞通過快速伸縮“分枝”結(jié)構(gòu)，監(jiān)測腦內(nèi)微環(huán)境，吞噬病原微生物和壞死細胞。此外，小膠質(zhì)細胞在突觸發(fā)育、功能和可塑性方面可發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。在正常大鼠腦組織中，Wake 等[4]利用雙光子活體成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞在遷移過程中可與神經(jīng)元突觸結(jié)構(gòu)接觸。神經(jīng)元越活躍，小膠質(zhì)細胞與之接觸的頻率越高。在腦發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細胞會吞噬和清除突觸結(jié)構(gòu)，這一生理現(xiàn)象被稱為“突觸修剪”，對突觸結(jié)構(gòu)的成熟和維持具有重要意義[5]。此外，Weinhard等[6]發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞對突觸前結(jié)構(gòu)具有胞啃作用，同時誘導(dǎo)形成突觸后樹突棘的絲狀偽足，促進神經(jīng)環(huán)路的重構(gòu)和成熟。除了與突觸結(jié)構(gòu)直接接觸，小膠質(zhì)細胞還可以分泌細胞分子調(diào)節(jié)突觸的發(fā)育、成熟和功能[7]。

3 小膠質(zhì)細胞的極化現(xiàn)象

在內(nèi)源性或外源性致病因子的作用下，小膠質(zhì)細胞的形態(tài)和功能發(fā)生改變，分為經(jīng)典激活型（M1）和替代激活型（M2），分別發(fā)揮促進和抑制炎性反應(yīng)的作用。體外實驗證實，小膠質(zhì)細胞受脂多糖（LPS）和γ-干擾素（IFN-γ）刺激后轉(zhuǎn)變?yōu)镸1 型，分泌多種促炎因子，例如腫瘤壞死因子（TNF）-α、白介素（IL）-12、IL-1β、IL-6 等，促進生成一氧化氮，加重炎性反應(yīng)，造成組織損傷[8]。而在IL-4 和IL-13 的誘導(dǎo)作用下，M2 型小膠質(zhì)細胞分泌抗炎因子[IL-10、IL-4、轉(zhuǎn)錄生長因子（TGF）-β、IL-13、精氨酸酶（Arg）-1 等]和分泌生長因子（血管內(nèi)皮生長因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、血小板源性生長因子等），抑制炎性反應(yīng)，促進組織恢復(fù)[9]。

4 腦缺血與小膠質(zhì)細胞極化

腦缺血會引起小膠質(zhì)細胞極化。Wake 等[4]在缺血腦組織中觀察到小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元接觸的時間延長，導(dǎo)致部分突觸結(jié)構(gòu)消失，提示小膠質(zhì)細胞可能參與腦缺血后的腦環(huán)路重建。在腦缺血發(fā)病早期，梗死灶周圍的小膠質(zhì)細胞主要極化為M2 型，隨著缺血缺氧加重則主要極化為M1 型[10]。

腦缺血后生物酶的表達水平改變促進小膠質(zhì)細胞極化為M1 型。腦缺血發(fā)生后，活性氧自由基過度累積、鈣超載等細胞內(nèi)病理改變提高細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶（ASK）-1 表達水平，誘導(dǎo)細胞凋亡。Cheon 等[11]發(fā)現(xiàn)抑制ASK-1 可以減少M1 型細胞相關(guān)促炎因子的表達和釋放，促進M2 型細胞相關(guān)因子上調(diào)，提示缺血環(huán)境下M1 型細胞增多和M2 型細胞減少的原因可能是ASK-1 表達上調(diào)。內(nèi)源性硫化氫（H2S）是一種氣體遞質(zhì)，合成依賴胱硫醚β 合酶（CBS）。腦缺血發(fā)生后CBS 表達增加，導(dǎo)致H2S 合成增加，促進小膠質(zhì)細胞極化為M1 型，加重炎性反應(yīng)[12]。T-LAK 細胞來源的蛋白激酶（TOPK）可以通過抑制組蛋白去乙?；富钚源龠M小膠質(zhì)細胞極化為M2 型，而在缺血腦組織中TOPK 的表達量下調(diào)[13]。

免疫相關(guān)分子在小膠質(zhì)細胞極化過程中也發(fā)揮重要作用。Meng 等[14]發(fā)現(xiàn)缺血狀態(tài)神經(jīng)元會釋放可溶性凋亡相關(guān)因子配體，可能通過激活JAK2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT3）和NF-κB 信號通路促進小膠質(zhì)細胞極化為M1 型。Boddaert 等[15]發(fā)現(xiàn)在發(fā)病后第4 天，病灶周圍組織CD8 和SYK 分子表達上調(diào)，促進小膠質(zhì)細胞由M2 型轉(zhuǎn)化為M1 型。海馬區(qū)神經(jīng)元在缺血損傷后會釋放鋅離子，通過激活P2X7 受體，促進小膠質(zhì)細胞M1 型極化和釋放促炎因子[16]。多種白介素也可以誘導(dǎo)M2 型細胞極化，例如IL-4 和IL-33[17-18]。

在M1 型細胞主導(dǎo)的炎性反應(yīng)中，機體會產(chǎn)生代償反應(yīng)，避免過度炎性反應(yīng)。腦缺血后，外周單核巨噬細胞會遷移至受損部位。多項研究證實，外周單核巨噬細胞浸潤在缺血早期具有避免M1 型小膠質(zhì)細胞過度炎性反應(yīng)，以及促進小膠質(zhì)細胞向M2 型極化的作用[19-20]。骨橋蛋白（OPN）在正常腦組織中幾乎不表達，但是在缺血腦組織中表達明顯上調(diào)，具有使病變部位局限的作用。OPN 缺乏可加重腦缺血后的神經(jīng)退行變[21]。Ladwig 等[22]研究發(fā)現(xiàn)OPN 可能通過促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化抑制炎性反應(yīng)。

5 以小膠質(zhì)細胞極化為靶點的治療

促進M2 型極化在腦缺血治療方面具有重要研究價值和廣闊應(yīng)用前景。研究人員嘗試逆轉(zhuǎn)失衡的M1 和M2 型細胞比例，發(fā)揮M2 型細胞的神經(jīng)保護功能，從而減少梗死灶體積，促進神經(jīng)功能恢復(fù)。在動物實驗中，以促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化為靶點的藥物取得一定的治療效果。此外，有研究指出間充質(zhì)干細胞移植可以促進M2 型極化，并探索細胞移植在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。

5.1 多不飽和脂肪酸

消退素屬于內(nèi)源性多不飽和脂肪酸衍生物。消退素D1 具有很強的抗炎作用，可以通過激活STAT-6 磷酸化、過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）-γ 核轉(zhuǎn)位以及增強DNA 與STAT6、PPAR-γ 的結(jié)合力，促進IL-4 誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞M2 型極化[23]。Jiang 等[24]研究發(fā)現(xiàn)n-3 多不飽和脂肪酸可以促進腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整和小膠質(zhì)細胞M2 型極化，從而減輕腦缺血后感覺運動障礙。

5.2 細胞移植

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)腦室移植間充質(zhì)干細胞（MSCs）可以在早期并持續(xù)誘導(dǎo)產(chǎn)生M2 型小膠質(zhì)細胞。Somayyeh等[25]對MSCs 進行修飾使其高表達IL-13。相比移植普通MSCs，移植IL-13 高表達的MSCs 促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化的效果更加明顯。Chernykh 等[26]對腦缺血病人直接鞘內(nèi)注射自體來源M2 型細胞，治療組患者的神經(jīng)癥狀改善明顯優(yōu)于空白對照組，兩組患者未見嚴重不良反應(yīng)，證明M2 型細胞移植的安全性和有效性。

5.3 植物提取物

Malibatol A 是一種白藜蘆醇低聚體，通過激活PPAR-γ 核受體和抑制哺乳動物Ste20 樣激酶1 磷酸化發(fā)揮抗炎作用，增加M2 型小膠質(zhì)細胞數(shù)量[27-28]。銀杏內(nèi)酯B（GB）是一種酮類物質(zhì)。Shu 等[29]發(fā)現(xiàn)GB 可以通過抑制血小板激活受體激活促進小膠質(zhì)細胞的M2 型極化。Ma 等[30]發(fā)現(xiàn)貫葉金絲桃素可以抑制IL-17A 介導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞激活，同時促進M2 型細胞極化。姜黃素可以促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化，減少炎性因子的釋放[31]。

5.4 激素

1，25-二羥基維生素D3可以上調(diào)小膠質(zhì)細胞表面Toll 樣受體-10 的表達水平，并且促進M2 型極化和釋放抗炎因子[32]。Thakkar 等[33]研究發(fā)現(xiàn)雌二醇可以抑制腦缺血后海馬區(qū)小膠質(zhì)細胞的激活，促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化。Wang 等[34]研究發(fā)現(xiàn)促紅細胞生成素可以改善腦缺血后白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性，可能是由于促紅細胞生成素促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化進而促進少突膠質(zhì)細胞生成。

6 小結(jié)與展望

腦缺血后的炎性反應(yīng)是一把雙刃劍，損傷部位的微環(huán)境變化決定炎性反應(yīng)發(fā)揮保護或者損傷神經(jīng)的作用。小膠質(zhì)細胞是最早產(chǎn)生免疫應(yīng)答的細胞，可以極化為M1 和M2 型兩種不同細胞表型的特性而日益受到關(guān)注。以促進小膠質(zhì)細胞M2 型極化為靶點的治療被認為具有減少腦梗死面積、神經(jīng)保護等積極作用。初步研究認為，腦缺血后的酶表達水平改變和免疫反應(yīng)傾向于M1 型極化，機體對此產(chǎn)生一定的代償反應(yīng)避免過度炎性反應(yīng)。然而，圍繞小膠質(zhì)細胞在腦缺血后的分子病理改變和多種藥物分子促進M2 型極化的作用機制，認識上仍然存在諸多盲區(qū)。因此，作為腦缺血后神經(jīng)保護的重要靶點，小膠質(zhì)細胞極化的功能和機制均有待進一步深入研究。