小膠質(zhì)細(xì)胞在出血性腦卒中發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

陳潔 吳佳豫 蔣松鶴 周科成

出血性腦卒中(intracerebral haemorrhage，ICH)是腦卒中的常見類型，占全部腦卒中的10%～15%[1]。ICH致死率和致殘率高。在ICH后數(shù)小時內(nèi)，大腦在局部形成血腫，血腫的形成和擴(kuò)大會引起占位效應(yīng)，使顱內(nèi)壓增高，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，這是ICH的原發(fā)性損傷。ICH后小膠質(zhì)細(xì)胞向促炎表型極化，產(chǎn)生促炎因子并發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞毒性，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，引起ICH繼發(fā)性損傷[2]。小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中細(xì)胞因子、趨化因子、前列腺素、蛋白酶和其他免疫調(diào)節(jié)因子的主要來源。本文對ICH中小膠質(zhì)細(xì)胞極化及小膠質(zhì)細(xì)胞與其他神經(jīng)細(xì)胞交互作用的重要研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，期望為ICH的深入研究積累資料。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞極化

小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)固有的免疫細(xì)胞，持續(xù)不斷地監(jiān)視著腦部微環(huán)境，其相當(dāng)于腦和脊髓內(nèi)的巨噬細(xì)胞，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的第一道也是最主要的一道免疫防線[1]。ICH后，小膠質(zhì)細(xì)胞在幾分鐘內(nèi)即可被不同的通路激活，如損傷相關(guān)模式分子(damage associated molecular patterns，DAMPs)包括 ATP，神經(jīng)遞質(zhì)，核酸等在腦出血后從損傷細(xì)胞(如神經(jīng)元)釋放，作用于小膠質(zhì)細(xì)胞上的受體如toll樣受體(TLRs)。TLRs活化后可通過激活細(xì)胞內(nèi)核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、半胱天冬酶(caspase)等通路導(dǎo)致促炎反應(yīng)的發(fā)生。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞也被認(rèn)為是第一個對腦出血做出病理反應(yīng)的細(xì)胞。在體外研究中發(fā)現(xiàn)，被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生極化而出現(xiàn)兩種極化表型，即經(jīng)典激活型小膠質(zhì)細(xì)胞(M1型，促炎作用)和替代激活型小膠質(zhì)細(xì)胞(M2型，抗炎作用)[3]。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞分為3種亞型，即M2a、M2b和M2c，每種亞型有不同的細(xì)胞表面標(biāo)記物和不同的生物功能。M2a型主要參與細(xì)胞再生，M2b型和M2c型主要參與吞噬和清除壞死組織。急性腦損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞表型短期內(nèi)發(fā)生動態(tài)變化。M1型小膠質(zhì)細(xì)胞和M2型小膠質(zhì)細(xì)胞參與脊髓損傷[4]、缺血性腦卒中[5]和腦外傷(TBI)[6]的組織損傷及其修復(fù)。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞與其他神經(jīng)細(xì)胞的相互作用

2.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞星形膠質(zhì)細(xì)胞呈分枝狀突起，填充在神經(jīng)細(xì)胞胞體之間，對神經(jīng)細(xì)胞起支撐和分隔作用。在2005年，已有研究發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞在正常大腦中存在緊密聯(lián)系。CNS受到創(chuàng)傷、缺血缺氧、感染等損傷刺激時，小膠質(zhì)細(xì)胞激活早于星形膠質(zhì)細(xì)胞，并促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，同時活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞反過來作用于小膠質(zhì)細(xì)胞，也可促進(jìn)遠(yuǎn)距離小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，或抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的過度激活。

Balasingam等[7]向新生小鼠腦內(nèi)注射白細(xì)胞介素1(interleukin 1，IL-1)、腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor，TNF-α)等炎性因子，結(jié)果顯示星形膠質(zhì)細(xì)胞中膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)的表達(dá)明顯增加。體外研究顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞通過旁分泌的方式釋放TNF-α，誘導(dǎo)周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生，釋放膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[8]。另有研究報道小膠質(zhì)細(xì)胞通過Janus激酶2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(JAK2/STAT3)通路，激活鄰近星形膠質(zhì)細(xì)胞的c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)通路、NF-κB通路和STAT3蛋白，促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖，參與周圍多種細(xì)胞功能的改變及中樞神經(jīng)組織損傷后的重塑[9]。

在CNS中，星形膠質(zhì)細(xì)胞可以分泌促炎因子(IL-6和IL-1β)和抗炎因子(IL-10)。星形膠質(zhì)細(xì)胞可釋放趨化因子，如CCL2、CXCL1、CXCL10和 CXCL12，這些趨化因子可在小膠質(zhì)細(xì)胞激活和極化中發(fā)揮作用。

在ICH患者中，趨化因子如CCL20、CXCL1、CXCL2、CXCL3和CCR1在腦血管周圍區(qū)域上調(diào)，表明其在ICH患者中的潛在作用。實驗發(fā)現(xiàn)，在血液誘導(dǎo)的ICH大鼠模型中，基因表達(dá)微陣列研究顯示，ICH后24 h，紋狀體和皮質(zhì)的CXCL2高度上調(diào)[10]。還有研究發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞通過釋放趨化因子CCL2，作用于小膠質(zhì)細(xì)胞中的趨化因子受體CCR2，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M1型并增強(qiáng)其遷移能力[11]。而CCL2或CCL2受體缺失會使膠原酶誘導(dǎo)的小鼠ICH模型的血腫體積減小，這可能與小膠質(zhì)細(xì)胞中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表達(dá)減少有關(guān)[12]?，F(xiàn)有研究表明，腦出血患者24 h高CCL2水平與第7天預(yù)后不良獨(dú)立相關(guān)[13]。

上述研究表明星形膠質(zhì)細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞在ICH病理過程中具有緊密的生理病理聯(lián)系，深入研究星形膠質(zhì)細(xì)胞參與小膠質(zhì)細(xì)胞極化、吞噬的機(jī)制，可以提高對ICH病理的認(rèn)識，促進(jìn)臨床和轉(zhuǎn)化研究。

2.2 神經(jīng)元激活的小膠質(zhì)細(xì)胞所分泌的抗炎因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子對神經(jīng)元的存活具有重要意義。但是，過度激活的小膠質(zhì)細(xì)胞，則可通過高表達(dá)促炎因子，進(jìn)一步加重神經(jīng)元損傷。

神經(jīng)元組成型細(xì)胞表面結(jié)合性趨化因子(chemokine ligand 1，CX3CL1)在神經(jīng)元中表達(dá)，而CX3C趨化因子受體(CX3CR1)在小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，二者可以介導(dǎo)神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞相互作用，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化[14-15]。單核細(xì)胞特異性CX3CR1缺陷小鼠ICH模型和普通小鼠ICH模型相比，前者更容易恢復(fù)相關(guān)功能，提示神經(jīng)元分泌的CX3CL1參與ICH后的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬作用和功能恢復(fù)，參與ICH后的小膠質(zhì)細(xì)胞的動態(tài)變化，但I(xiàn)CH后單核細(xì)胞的募集不依賴于CX3CR1的信號傳導(dǎo)[13]。而在血液誘導(dǎo)ICH的TLR4-/-小鼠中，CX3CL1的mRNA水平明顯升高，提示Toll樣受體4(Toll-like receptor 4, TLR4)蛋白可能是上游信號之一[16]。在神經(jīng)元-小膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)的氧糖剝奪再復(fù)氧(oxygen-glucose deprivation and reperfusion，OGD/R)模型中，神經(jīng)元-小膠質(zhì)細(xì)胞間肝配蛋白受體A4/肝配蛋白(ephA4/ephrin)信號通路通過調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞亞型極化參與腦缺血后的炎性損傷的過程[17]。

2.3 少突膠質(zhì)細(xì)胞M2型小膠質(zhì)細(xì)胞具有吞噬功能，分泌高水平抗炎細(xì)胞因子，如IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)、IL-4、IL-3以及神經(jīng)營養(yǎng)因子，同時還能促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞增殖分化，在促進(jìn)髓鞘化過程中發(fā)揮重要作用。

有研究表明膠原酶誘導(dǎo)的大鼠ICH模型中，在ICH發(fā)生2周內(nèi)在血腫周圍的腦白質(zhì)中可以觀察到少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞和成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞增殖和分化的現(xiàn)象[18]。在多發(fā)性硬化模型中，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞能夠促進(jìn)髓鞘再生階段少突膠質(zhì)細(xì)胞的增殖、分化和神經(jīng)功能恢復(fù)[19]。在全血注射誘導(dǎo)的ICH模型中，ICH發(fā)生24 h后少突膠質(zhì)細(xì)胞分泌的結(jié)合珠蛋白能夠保護(hù)其他腦細(xì)胞(包括小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞)免受紅細(xì)胞毒性影響[20]。目前小膠質(zhì)細(xì)胞極化對少突膠質(zhì)細(xì)胞功能調(diào)節(jié)作用的研究相對缺乏，尚需進(jìn)一步的關(guān)注。

2.4 T淋巴細(xì)胞在全血注射誘導(dǎo)的小鼠ICH模型中，ICH第4天，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)和γδ T細(xì)胞便開始對腦組織進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)，且其表達(dá)水平會持續(xù)增長至ICH第7天[21]。臨床試驗也證明ICH患者在發(fā)病后第3～7天，外周血的Treg數(shù)量增加[22]。T淋巴細(xì)胞能通過c-Jun氨基末端激酶/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)酶(JNK/ERK)通路激活NF-κB抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化介導(dǎo)的炎性反應(yīng)[23]。在全血注射誘導(dǎo)的小鼠ICH模型中發(fā)現(xiàn)Treg可在體內(nèi)[23]和體外[24]抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的M1極化，并通過IL-10/糖原合成酶激酶-3β/同源性磷酸酶-張力蛋白(IL-10/GSK3β/PTEN)通路促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的M2型極化[25]。以上研究表明Treg可以促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞從M1型轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型。

3 相關(guān)藥物研究

目前，以ICH急性期M1型小膠質(zhì)細(xì)胞為靶向而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的藥物正在進(jìn)行臨床試驗。這些藥物作用的主要機(jī)制是下調(diào)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和增強(qiáng)M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎作用。這些以極化小膠質(zhì)細(xì)胞為靶點的候選藥物在臨床前研究中已經(jīng)被證實對ICH有效。

在小鼠ICH模型中，用C5a受體拮抗劑PMX53和凝血酶抑制劑阿加曲班進(jìn)行聯(lián)合治療，可以使小鼠腦組織中的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物TNF-α、IL-6和iNOS的mRNA表達(dá)水平下調(diào)，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型極化，降低炎性反應(yīng)水平[26]。用雷帕霉素(低劑量150 μg/kg)治療ICH后，大腦中IL-10和TGF-β表達(dá)水平上調(diào)，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞增多，發(fā)揮抗炎和修復(fù)作用[27]。青藤堿是從傳統(tǒng)中藥中提取的右旋嗎啡類似物，具有良好的調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞極化功能。在ICH體外實驗中，青藤堿能下調(diào)IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎細(xì)胞因子表達(dá)水平，降低M1型小膠質(zhì)細(xì)胞水平[28]。此外，青藤堿能使紅細(xì)胞及其裂解產(chǎn)物激活的原代小膠質(zhì)細(xì)胞中的M2型小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物IL-10和精氨酸酶-1(arginase-1，Arg-1)的表達(dá)水平上調(diào)；在全血注射誘導(dǎo)的小鼠ICH模型中，青藤堿能上調(diào)IL-10和Arg1的mRNA表達(dá)水平，增加M2型小膠質(zhì)細(xì)胞水平；同時，青藤堿還能誘導(dǎo)M2型小膠質(zhì)細(xì)胞表型和抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)3/9，保護(hù)海馬神經(jīng)元免受ICH模型激活的小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的間接毒性[29]。米諾環(huán)素通過上調(diào)酪氨酸激酶受體B(TrkB)/腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)通路促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2極化，可促進(jìn)腦出血后的神經(jīng)發(fā)生[30]，且已有初步臨床試驗證明靜脈注射大劑量米諾環(huán)素治療腦出血是安全有效的[31]。

干細(xì)胞移植作為一種新型的治療方法，用于治療ICH的效果也正在進(jìn)行臨床驗證中。在膠原酶誘導(dǎo)的大鼠ICH損傷模型中，臍血來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)移植可以通過降低人環(huán)氧合酶(hCOX2)和TNF-α水平，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型極化，從而改善預(yù)后[32]。PNEUMOSTEMR是一種基于臍帶血獲得的人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的新型制劑，用以治療早產(chǎn)兒腦室內(nèi)出血，目前正在進(jìn)行一期臨床試驗。

然而，現(xiàn)有研究中也發(fā)現(xiàn)，較調(diào)節(jié)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞而言，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的變化更為復(fù)雜。而且，新近的研究也提示腦出血后M2顯性狀態(tài)的持續(xù)存在可能損害先天免疫反應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)，如腫瘤[33]。綜上，雖然在ICH后期康復(fù)階段M2型小膠質(zhì)細(xì)胞對腦組織保護(hù)和功能恢復(fù)發(fā)揮了重要作用，但實際應(yīng)用中調(diào)控或上調(diào)M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的治療策略仍有待驗證。

綜上，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活在ICH的病理過程中具有重要作用。以抑制小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型極化，或(和)以促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型極化為靶點的藥物正在被積極研發(fā)。由于M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的變化較為復(fù)雜，在合適的時間促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向恰當(dāng)?shù)谋硇娃D(zhuǎn)化，從而最大限度地促進(jìn)血腫清除和腦修復(fù)的自然過程可能是下一階段研究的重點。隨著對小膠質(zhì)細(xì)胞的極化和功能的研究日漸深入，以變化的小膠質(zhì)細(xì)胞表型為靶點的有效療法有望成為臨床現(xiàn)實。