M1/M2小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用*

張麗梅，劉超明，黃志華

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2018級碩士研究生；2.2016級碩士研究生，江西 贛州 341000)

心腦血管疾病是一種嚴(yán)重威脅人類健康的常見病，《2018年世界卒中日》報告當(dāng)今世界上約有8 000萬人經(jīng)歷過中風(fēng)，超過5 000萬幸存者因此而患有某種形式的永久性殘疾。腦中風(fēng)又分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中，其中缺血性腦卒中占了很大一部分。缺血性腦卒中的發(fā)病率、致殘率、死亡率和復(fù)發(fā)率極高[1]。它的病理生理學(xué)基礎(chǔ)包括細(xì)胞的程序性死亡、鈣離子濃度異常增高、體內(nèi)氧化和抗氧化作用失衡、興奮性氨基酸毒性作用、細(xì)胞炎癥反應(yīng)等[2]，其中炎癥反應(yīng)在缺血性腦血管病中發(fā)揮重要作用[3]，是誘發(fā)腦缺血后神經(jīng)元的死亡和梗死灶擴(kuò)大的主要原因[4]。

炎癥細(xì)胞主要包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞、嗜堿性細(xì)胞和嗜酸性細(xì)胞等。在多種神經(jīng)退行性疾病中，炎癥反應(yīng)與小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和極化密切相關(guān)[5]。炎癥反應(yīng)促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和活化，啟動了相關(guān)效應(yīng)分子的釋放[6]，包括活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產(chǎn)生[7]、蛋白質(zhì)合成的抑制、細(xì)胞DNA斷裂、Caspases/Calpain的激活、線粒體功能障礙、腦水腫形成和Caspases/Calpain的激活等，這些共同導(dǎo)致原發(fā)性缺血性損傷。此外，廣泛產(chǎn)生的細(xì)胞因子幾乎在腦缺血發(fā)作后立即激活小膠質(zhì)細(xì)胞，這導(dǎo)致白細(xì)胞向受損腦中遷移[8]，正常免疫特權(quán)的大腦環(huán)境暴露于全身反應(yīng)，進(jìn)一步加劇免疫反應(yīng)并導(dǎo)致繼發(fā)性神經(jīng)元損傷。本文對腦缺血后小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和活化以及在不同時期的小膠質(zhì)細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換進(jìn)行了綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和主要功能

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)中一類最小的細(xì)胞，胞核小、胞質(zhì)少，形狀有扁形、三角形、橢圓形或者腎形等。其主要在端腦、基底核、黑質(zhì)、嗅球、海馬等處聚集，構(gòu)成了CNS中5%～12%的細(xì)胞[9]，是大腦固有的免疫效應(yīng)細(xì)胞，參與動態(tài)平衡和對病原體和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的宿主防御。小膠質(zhì)細(xì)胞的起源各異，其中起源于骨髓的單核細(xì)胞和(或)骨髓的造血干細(xì)胞的說法為大多數(shù)學(xué)者所接受[10]。在胚胎階段，原始骨髓祖細(xì)胞的大量遷移波進(jìn)入大腦并隨后發(fā)展成常駐小膠質(zhì)細(xì)胞。

小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生理過程中發(fā)揮著非常重要的作用[11]。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育完成的時候，它們變成了具有吞噬作用的且靜止的小膠質(zhì)細(xì)胞，在安靜的情況下，對神經(jīng)細(xì)胞生長的特殊環(huán)境發(fā)揮特殊的作用，包括：識別和清除侵入體內(nèi)的病原微生物、異體大分子物質(zhì)及異體細(xì)胞，識別和清除體內(nèi)表面抗原發(fā)生的變異的細(xì)胞[12]。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞對于神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能是必需的，它們維持神經(jīng)環(huán)境，參與了損傷和修復(fù)至關(guān)重要的調(diào)節(jié)過程。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞同時還控制神經(jīng)元前體細(xì)胞的數(shù)目，參與神經(jīng)元突觸的形成和消除[13]。

在病理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活和活化，伴隨著小膠質(zhì)細(xì)胞的聚集增殖、化學(xué)趨化、細(xì)胞吞噬、細(xì)胞遷移、分泌細(xì)胞因子等[14]；活化的小膠質(zhì)細(xì)胞是高度可塑的細(xì)胞[15]，其細(xì)胞的形態(tài)變化能反應(yīng)其內(nèi)在的病理狀態(tài)，功能多樣性可歸因于它們響應(yīng)微環(huán)境變化而改變其表型的能力。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷時，小膠質(zhì)細(xì)胞在局部增生并改變其形態(tài)，從開始靜止?fàn)顟B(tài)的分支狀細(xì)胞變成了阿米巴樣的細(xì)胞[16]。靜止的小膠質(zhì)細(xì)胞被激活和活化，也稱為小膠質(zhì)細(xì)胞的極化[17]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞的極化

小膠質(zhì)細(xì)胞活化分為“古典激活”(也稱為M1表型)和“替代激活”(M2表型)兩種主要的表型[18]，并且可以在M1和M2吞噬細(xì)胞類型之間進(jìn)行功能性轉(zhuǎn)換[19]，這取決于環(huán)境的影響，這一過程稱為極化。

M1型小膠質(zhì)細(xì)胞與細(xì)胞毒性作用、超氧化物的生成及細(xì)胞因子分泌等多種功能具有重要的關(guān)系。M1型的小膠質(zhì)細(xì)胞常見表型標(biāo)記物主要包括膜表面分子組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex, MHC)Ⅱ、分化群(cluster of differentiation, CD)40、CD68、CD86、CD16、CD3、CD32和環(huán)氧酶2 COX(cyclo-oxygen-ase 2, COX2)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)、IgG Fc段受體(FcγR)等。這些表型標(biāo)志物與M1型細(xì)胞參與細(xì)胞炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)了核因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的活化，在腫瘤壞死因子-γ(tumor necrosis factor-γ，TNF-γ)、干擾素、TNF-α等的誘導(dǎo)下產(chǎn)生促炎因子[TNF-β、趨化因子配體2(chemokine cc-motif ligand, CCL2)]、類趨化因子配體9(CXC chemokine cc-motif ligand 9, CXCL9)、CXCL10、白細(xì)胞介素-1β(interleukin, IL-1β)、IL-6、IL-12、IL-1、IL-23、一氧化氮(Nitric Oxide, NO)、活性氧、基質(zhì)金屬蛋白酶等[20]。釋放的因子通常促進(jìn)病原體破壞和抑制組織修復(fù)的作用，并對神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用，破壞血腦屏障，參與神經(jīng)元變性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能障礙。

與M1表型相反，M2小膠質(zhì)細(xì)胞執(zhí)行抗炎作用并促進(jìn)傷口愈合和組織修復(fù)。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的主要表面標(biāo)志物包括：CD301、CD206、CD163和精氨酸酶-1(arginase-1, Arg1)等，主要產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子包括IL-4、IL-13、IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor, TGF-β)等。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞還可通過改變基因表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)因子的表達(dá)(如：腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF)，膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 (glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF)，TGF和胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factors-1, IGF1)，參與組織修復(fù)與重塑[20]。因此，抑制M1小膠質(zhì)細(xì)胞表面常見標(biāo)志物進(jìn)而減少細(xì)胞毒性作用，增強(qiáng)M2小膠質(zhì)細(xì)胞的有益作用具有重要的探究價值。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用

小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著不同的作用，缺血早期起修復(fù)作用，在后期誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥，主要是由于不同的缺血時期，小膠質(zhì)細(xì)胞的表型不同。

3.1M1小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用腦缺血后，小膠質(zhì)細(xì)胞迅速向M1型極化，表現(xiàn)為細(xì)胞突起縮短回縮，細(xì)胞體積增大，呈巨噬細(xì)胞樣變化。過度活化的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞主要通過分泌多種活性物質(zhì)，降低腦卒中后神經(jīng)元的存活率及其軸突的延長，參與缺血性腦卒中的發(fā)病機(jī)制[21-22]。(1)分泌炎癥因子：過度活化小膠質(zhì)細(xì)胞。腦缺血后，小膠質(zhì)細(xì)胞激活并釋放多種促炎細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等)，共同作用于神經(jīng)元，導(dǎo)致細(xì)胞存活、增殖、分化等功能紊亂，對細(xì)胞功能產(chǎn)生非特異性損傷，同時抑制神經(jīng)元的再生和修復(fù)，加重炎癥反應(yīng)，損害腦組織，參與神經(jīng)元變性和腦血管屏障受損[23]，進(jìn)一步引起導(dǎo)致神經(jīng)元的變性壞死。(2)分泌細(xì)胞毒性物質(zhì)：腦缺血后，過度激活的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量ROS、NO、谷氨酸、過氧化物等細(xì)胞毒性物質(zhì)，放大炎癥級聯(lián)反應(yīng)，加重的神經(jīng)元損傷及鄰近神經(jīng)元的更廣泛的損害，造成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能障礙；另外，炎癥級聯(lián)反應(yīng)可阻斷微循環(huán)，影響缺血半暗帶區(qū)血供[24]。離體研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)M1小膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物添加到細(xì)胞培養(yǎng)基中時，加劇氧葡萄糖剝奪(oxygen-glucose deprivation, OGD)誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡[25]。因此，M1小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用主要是分泌炎癥因子和細(xì)胞毒性物質(zhì)，誘發(fā)神經(jīng)炎癥，加劇腦損傷作用。

3.2M2小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用腦缺血早期，小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型極化增多，表現(xiàn)為細(xì)胞體積增大，胞體變圓，細(xì)胞表面的突起消失，形態(tài)由靜止的分支狀轉(zhuǎn)變成活化的阿米巴樣[26]。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞主要發(fā)揮吞噬作用和分泌功能。(1)吞噬功能：當(dāng)出現(xiàn)腦缺血時，神經(jīng)元出現(xiàn)變性壞死，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞在前3天大量表達(dá)并浸潤到中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷部位，此時小膠質(zhì)細(xì)胞被激活并進(jìn)行分裂，并參與細(xì)胞殘骸的清除及疤痕的形成。(2)分泌功能：活化的M2小膠質(zhì)細(xì)胞可分泌多種神經(jīng)保護(hù)因子，如：神經(jīng)營養(yǎng)因子 ( neurotrophin, NT )，腦源神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)，神經(jīng)營養(yǎng)因子3(NT-3)和神經(jīng)營養(yǎng)因子4/5(NT-4/5)。此外，可能還有神經(jīng)營養(yǎng)因子6(NT-6)，它們起營養(yǎng)神經(jīng)、促進(jìn)軸突再生、提高神經(jīng)元的存活率、促進(jìn)神經(jīng)纖維再生等作用，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)和再生中起重要作用[27]。離體研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)M2小膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物添加到細(xì)胞培養(yǎng)基中時，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞免受OGD影響[28]。因此，M2小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用主要是發(fā)揮吞噬功能和分泌神經(jīng)保護(hù)因子的作用，在缺血早期發(fā)揮腦保護(hù)作用，促進(jìn)組織再生。

3.3M1/M2型小膠質(zhì)細(xì)胞相互轉(zhuǎn)化的調(diào)控缺血性腦卒中發(fā)生后，小膠質(zhì)細(xì)胞不同表型的時間和空間的動態(tài)變化是至關(guān)重要的[26]。在缺血早期，M1型小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，在缺血中心區(qū)呈阿米巴樣變化，而在半暗帶區(qū)呈分支狀，突起比安靜狀態(tài)下更粗更短。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞在瞬時損傷后24小時內(nèi)迅速增加，其表型標(biāo)志物在缺血中心區(qū)高度表達(dá)[29]，此時小膠質(zhì)細(xì)胞對于減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷，增強(qiáng)神經(jīng)再生和組織修復(fù)起了至關(guān)重要的作用，并且在一定程度上減弱神經(jīng)細(xì)胞凋亡[30]。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞可以通過自分泌和旁分泌方式自我控制其極化，這種反應(yīng)是保護(hù)性的，但一旦損害或病原體得到解決就會下調(diào)[31]。之后M2型逐漸向M1型轉(zhuǎn)化，小膠質(zhì)細(xì)胞的位置也從缺血中心區(qū)擴(kuò)展到半暗帶區(qū)，尤其發(fā)生在與缺血性神經(jīng)元相鄰的梗塞周圍區(qū)域，M1表型標(biāo)志物在缺血3天后開始增加14天達(dá)到最大值，第7天時M1型數(shù)量占主導(dǎo)地位并持續(xù)數(shù)周[32]，此時小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)了炎癥因子釋放加重了腦損傷，不利于腦缺血后期的再生修復(fù)[33]。這表明，小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的動態(tài)表現(xiàn)為：缺血早期M2型抗炎為主，隨后變?yōu)镸1型促炎。小膠質(zhì)細(xì)胞在不同病理生理條件下的不同極化表型可以很好地解釋其作用的雙重性[34]。因此，我們可以通過抑制M2型向M1型轉(zhuǎn)變，誘導(dǎo)M1型向M2型轉(zhuǎn)變[35]，或者抑制M1型分子信號通路或向微環(huán)境中加入 M2 型誘導(dǎo)因子，提高M(jìn)2型/M1型的比例，這對減輕神經(jīng)炎癥發(fā)揮腦保護(hù)作用，為治療缺血性腦血管病提供了新的研究方向[36]。

4 小結(jié)與展望

膠質(zhì)細(xì)胞激活在由各種CNS疾病(包括缺血性中風(fēng))誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥的病理生理學(xué)中起重要作用[37]。M1小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生促炎介質(zhì)，減緩病原體消除和加劇神經(jīng)元的損傷[38]；相反，M2小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生抗炎介質(zhì)，加強(qiáng)免疫抑制和傷口愈合以減輕神經(jīng)元損傷并有利于組織修復(fù)，小膠質(zhì)細(xì)胞表型的變化取決于疾病的階段和嚴(yán)重程度，因此，對于缺血性腦卒中未來的治療，我們可以通過調(diào)節(jié)M1/M2轉(zhuǎn)換修飾的免疫抑制環(huán)境，從而最大限度地減少有害作用和/或最大限度地發(fā)揮保護(hù)作用。這將是抑制M1小膠質(zhì)細(xì)胞的表型或增強(qiáng)M2小膠質(zhì)細(xì)胞的有益作用，恢復(fù)組織穩(wěn)態(tài)的有效策略。而通過何種信號通路抑制M1小膠質(zhì)細(xì)胞表型和有效促進(jìn)M2小膠質(zhì)細(xì)胞表型還需要我們進(jìn)一步的探索。此外，近年來隨著細(xì)胞替代療法的出現(xiàn)，用來自胚胎干細(xì)胞或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的新細(xì)胞替代受損神經(jīng)元，在適當(dāng)?shù)臅r間窗口內(nèi)掌握M1/M2表型的階段特異性轉(zhuǎn)換可以提供更好的治療。如何準(zhǔn)確控制小膠質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化為缺血性腦血管病的治療提供了新的思路。