小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化對(duì)糖尿病合并缺血性腦損傷影響的研究進(jìn)展

安露露，韓江全，官勁帆，田明巧

(遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，廣東 珠海 519100)

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中風(fēng)是目前導(dǎo)致中國(guó)居民死亡的首要原因，具有高發(fā)病率、高死亡率和高致殘率的特點(diǎn)[1]。中風(fēng)又稱腦卒中，分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中，缺血性腦卒中占80%，出血性腦卒中占20%，而在糖尿病患者中，出血性腦卒中比例反而減低，而缺血性腦卒中比例增加的更明顯，在22個(gè)國(guó)家的病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于無糖尿病的患者，糖尿病患者發(fā)生中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)增加36%[2]。目前對(duì)于腦卒中最有效的治療方法是重組織型纖溶酶原激活劑(rtPA)溶栓治療和介入治療，但由于其治療時(shí)間窗窄、嚴(yán)重的并發(fā)癥、費(fèi)用高和設(shè)備條件問題限制了它們的臨床使用[3]。因此，需要尋找和發(fā)現(xiàn)其他有效的治療方法。研究發(fā)現(xiàn)，腦損傷時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞被激活，極化成M1型小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞和M2型小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞，M2型通過神經(jīng)發(fā)生、軸突再生、血管生成、少突膠質(zhì)細(xì)胞生成和髓鞘再生促進(jìn)大腦恢復(fù)，M1型損害神經(jīng)發(fā)生并加重神經(jīng)功能缺損[4]。

1 糖尿病與缺血性腦卒中

糖尿病是一種與慢性高血糖相關(guān)的嚴(yán)重代謝性疾病，在缺血性腦損傷早期，高血糖會(huì)增加炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、再灌注損傷等加重腦損害，使缺血性腦卒中的死亡率增加[2]。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，2017年糖尿病影響著全世界4.51億人，到2045年約可增加至6.29億人，其中2型糖尿病的患者占90%以上，大大增加缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)，給家庭和社會(huì)帶來了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[5]。與非糖尿病腦缺血患者相比，糖尿病合并腦缺血患者對(duì)rtPA的反應(yīng)較差，并有較高的出血轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)，住院時(shí)間更長(zhǎng)、再入院次數(shù)增多[2,3，6]。Zhang等[7]研究證實(shí)，糖尿病會(huì)加劇大鼠海馬神經(jīng)血管的損傷，抑制大腦的重塑過程，使中風(fēng)后的神經(jīng)功能恢復(fù)受損和認(rèn)知功能下降，加劇炎癥反應(yīng)。糖尿病加重缺血性腦損傷的機(jī)制，可能與炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激等有關(guān)[8]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的關(guān)系

小膠質(zhì)細(xì)胞作為腦內(nèi)的主要免疫細(xì)胞，占中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞的10%～15%[9]。從Rio-Hortega最早發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)，它的起源一直備受爭(zhēng)議，目前被大多數(shù)學(xué)者達(dá)成共識(shí)的是小膠質(zhì)細(xì)胞主要來源于中胚層/間充質(zhì)的祖細(xì)胞[10]。Florent Ginhoux等[11]通過體內(nèi)譜系追蹤顯示，在整個(gè)胚胎發(fā)育過程中小膠質(zhì)細(xì)胞的表型類似于卵黃囊巨噬細(xì)胞的表型，命運(yùn)映射分析揭示了成年小膠質(zhì)細(xì)胞衍生自原始巨噬細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞已被證實(shí)可以表達(dá)多種與巨噬細(xì)胞表面相同的標(biāo)志物，如CSF-1、CD11b、F4/80、CX3CR1和lba-1等，而且二者還有介導(dǎo)炎癥、進(jìn)行免疫監(jiān)測(cè)、清除細(xì)胞碎片等相似功能[12]。腦損傷時(shí)，由于缺乏高度特異性的標(biāo)記物，大多數(shù)研究人員不區(qū)分小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，而是將它們歸為同一細(xì)胞群，即小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞[13]。

3 中風(fēng)后小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化與表型轉(zhuǎn)化

缺血性腦卒中引起的腦損傷是由一系列在時(shí)間和空間上的病理生理變化發(fā)展而來，包括興奮性毒性、氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞凋亡等[14]。其中，炎癥反應(yīng)涉及中風(fēng)的所有階段，包括早期的破環(huán)事件和大腦后期的組織修復(fù)。小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染的第一道防線，當(dāng)發(fā)生腦損傷時(shí)，在數(shù)分鐘內(nèi)激活，發(fā)生形態(tài)學(xué)的改變并向梗死灶聚集。腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞具有高度可塑性，可根據(jù)炎癥微環(huán)境的變化分為M1和M2表型的過程稱為極化。通常，用脂多糖和干擾素-γ進(jìn)行體外刺激可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞成為釋放破壞性促炎介質(zhì)的“經(jīng)典激活”的M1型；而用IL-4和IL-10可誘導(dǎo)其向具有神經(jīng)保護(hù)特性的“替代激活”M2表型轉(zhuǎn)化[15]。M1型的特點(diǎn)是高表達(dá)TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎介質(zhì)和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)，可以引起神經(jīng)元凋亡和血腦屏障破壞；相反，M2型分泌抗炎細(xì)胞因子，例如TGF-β、IL-4、IL-10，還可以分泌腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)促進(jìn)缺血性腦損傷后的軸突生長(zhǎng)和血管生成[9]。在缺血性中風(fēng)早期，小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞主要極化為M2型，第3天M2型會(huì)達(dá)高峰，隨著時(shí)間的推移，在損傷區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)變成以M1型為主的表型[4]。

眾多因素參與了小膠質(zhì)細(xì)胞極化的過程，如自噬、轉(zhuǎn)錄因子、離子通道蛋白、膜受體、基因表達(dá)調(diào)節(jié)劑等[9]。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在中風(fēng)模型中，予以大麻素、PPAR激動(dòng)劑、類固醇激素、白介素、離子通道調(diào)節(jié)劑、二甲雙胍和阿奇霉素等都可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2表型極化[16]。研究發(fā)現(xiàn)，甲異靛和擬人參皂苷F11可通過減弱M1型小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的炎性作用，增強(qiáng)M2型小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的抗炎作用，減輕氧糖剝奪/復(fù)氧(OGD/R)誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷[17-18]。

4 糖尿病合并缺血性腦損傷后影響小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化的因素

炎癥在糖尿病腦損傷中起著主要作用。當(dāng)發(fā)生缺血性腦損傷時(shí)，糖尿病大鼠炎癥介質(zhì)表達(dá)增加，小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活化加劇[19]。在db/db小鼠中風(fēng)模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞表型更易向M1型轉(zhuǎn)變，進(jìn)而加劇腦結(jié)構(gòu)的損害[20]。Darsalia等[21]研究顯示，艾塞那肽(Exendin-4)可通過促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞向M2型極化，減輕缺血側(cè)腦損傷。用載脂蛋白A-1模擬肽(D-4F)治療可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)變，減少腦白質(zhì)損傷和炎癥因子表達(dá)，從而改善1型糖尿病合并腦缺血損傷大鼠的結(jié)局[22]。在糖尿病腦缺血大鼠中，Tribbles同源蛋白3(TRB3)可以通過下調(diào)PPAR-γ影響小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化[23]。予以遲發(fā)性人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hMSC)治療糖尿病腦缺血的大鼠會(huì)顯著增加缺血側(cè)腦中血小板衍生生長(zhǎng)因子表達(dá)，減少促炎型M1巨噬細(xì)胞并增加抗炎型M2巨噬細(xì)胞[24]。

5 糖尿病合并缺血性腦損傷后小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化的可能機(jī)制

5.1 核因子E2相關(guān)因子2/血紅素加氧酶-1(Nrf2/HO-1)信號(hào)通路

Nrf2主要起到抗氧化應(yīng)激和抗炎作用，Nrf2/HO-1信號(hào)通路已被證實(shí)對(duì)缺血性腦損傷有保護(hù)作用。Deng等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病腦缺血大鼠中，利拉魯肽通過激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路可減少缺血引起的腦損傷，減輕炎癥反應(yīng)。Luo等[26]發(fā)現(xiàn)，雷公藤素可通過激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)從而抑制巨噬細(xì)胞向M1型極化，而HO-1的抑制劑Snpp減少了對(duì)M1型巨噬細(xì)胞極化的抑制作用。

5.2 Toll樣受體4(TLR4)

缺血性腦損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中的Toll樣受體4被激活并加劇炎癥反應(yīng)，通過抑制TLR4信號(hào)傳導(dǎo)途徑可以減少糖尿病合并缺血性腦損傷大鼠中的神經(jīng)元凋亡，從而改善糖尿病腦缺血大鼠的神經(jīng)功能缺損[27]。Tian等[28]研究發(fā)現(xiàn)，β-石竹烯(β-Caryophyllene)減輕了脂多糖誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，下調(diào)了TLR4蛋白水平的表達(dá)，通過抑制TLR4途徑促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞向M2表型極化，從而預(yù)防缺血性腦卒中的發(fā)生。Abdul等[29]發(fā)現(xiàn)糖尿病合并缺血性腦損傷的大鼠會(huì)增加TLR4的表達(dá)，使得梗塞體積和水腫面積增大，加重神經(jīng)功能缺損，抑制TLR4的激活可降低出血轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)并促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。

5.3 NLRP3炎性小體

當(dāng)發(fā)生急性缺血性卒中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的損傷相關(guān)分子模式(DAMP)，通過NF-κB和MAPK等多種信號(hào)途徑，直接激活小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞中的炎癥小體，導(dǎo)致血腦屏障破壞和白細(xì)胞浸潤(rùn)，加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)[30]。NLRP3是細(xì)胞中的一種多蛋白復(fù)合物，是目前研究最廣泛的炎癥小體。NLRP3炎性小體通過多種途徑上調(diào)胰島和脂肪細(xì)胞中IL-1β的表達(dá)，加速T2DM的發(fā)展，NLRP3炎性小體的抑制劑MCC950可降低海馬中活化的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量，防止缺氧介導(dǎo)的BDNF分泌減少，從而減輕糖尿病合并腦缺血小鼠的神經(jīng)功能缺損和提高存活率[31]。甲異靛可以通過抑制NLRP3炎性小體的活化進(jìn)而調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的極化來減輕腦部炎癥[17]。

6 展 望

綜上所述，小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)變對(duì)糖尿病合并缺血性腦損傷有著重要的作用。但有關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞在糖尿病腦缺血中的作用機(jī)制尚未完全清楚，部分研究結(jié)果仍有爭(zhēng)議，研究相關(guān)機(jī)制可以小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞從M1到M2的表型轉(zhuǎn)換為治療靶點(diǎn)，為糖尿病合并缺血性腦損傷提供新治療策略。