周細胞在缺血性腦卒中的作用機制進展

彭擁軍 李文倩 呂鶴群

[摘要] 腦周細胞是神經(jīng)血管單元的重要組成部分，近年來關(guān)于腦缺血的研究重點逐漸從神經(jīng)元轉(zhuǎn)移到神經(jīng)血管單元。周細胞位于神經(jīng)血管單元的中心，近年來成為新興研究領(lǐng)域中的焦點。腦周細胞通過整合、處理鄰近細胞的信號產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)揮多種功能，包括調(diào)節(jié)血腦屏障、調(diào)節(jié)腦血流、調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)、參與血管生成、調(diào)控干細胞活性以及表觀遺傳調(diào)控等。本文通過檢索近年來國內(nèi)外相關(guān)文獻，探討周細胞在缺血性腦卒中的功能和作用機制，為缺血性腦卒中機制研究提供參考，為發(fā)現(xiàn)新的治療靶點提供思路。

[關(guān)鍵詞] 缺血性腦卒中;周細胞;神經(jīng)血管單元;血腦屏障

[中圖分類號] R743.3? ? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）10（b）-0029-04

[Abstract] Cerebral pericytes are an important part of neurovascular units. In recent years， the focus of research on cerebral ischemia has gradually shifted from neurons to neurovascular units. Pericytes are located in the center of neurovascular units and have become the focus of new research fields in recent years. Pericerebral cells perform a variety of functions by integrating and processing the signals of neighboring cells， including regulating the blood-brain barrier， regulating cerebral blood flow， regulating immune inflammatory response， participating in angiogenesis， regulating stem cell activity and epigenetic regulation. By reviewing the relevant literature at home and abroad in recent years， this paper discusses the function and mechanism of pericytes in ischemic stroke， so as to provide reference for the study of the mechanism of ischemic stroke and provide ideas for the discovery of new therapeutic targets.

[Key words] Ischemic stroke; Pericytes; Neurovascular units; Blood-brain barrier

腦卒中是當(dāng)今世界上發(fā)病率、死亡率、致殘率最高的疾病之一，是60歲以上人群致殘及死亡的第二大因素，缺血性腦卒中（ischemia stroke，IS）占其中的80%[1]。腦缺血發(fā)生后隨著一系列分子細胞事件的發(fā)生，進而引發(fā)免疫炎癥反應(yīng)、神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化、血腦屏障（brain blood barrier，BBB）破壞、神經(jīng)元死亡等。既往以挽救及保護神經(jīng)元為主要治療目標(biāo)，而近年來提出的神經(jīng)血管單元（neurovascular units，NVU）成為新的治療保護策略。NVU由內(nèi)皮細胞、周細胞、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和細胞外基質(zhì)構(gòu)成。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)周細胞在IS的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，參與腦血流調(diào)節(jié)、BBB的破壞、免疫炎癥反應(yīng)、血管生成等過程，并具有表觀遺傳學(xué)調(diào)控作用，有望成為IS的新的治療靶標(biāo)。本文通過檢索近年國內(nèi)外相關(guān)文獻，探討周細胞在缺血性腦卒中的功能和作用機制，為缺血性腦卒中機制研究提供參考，為發(fā)現(xiàn)新的治療靶點提供思路。

1 周細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）的生理功能

19世紀70年代Eberth和Rouget最早對周細胞進行描述，1923年Zimmermann根據(jù)其獨特的位置形態(tài)將其命名為“周細胞”[2]。周細胞廣泛分布于微血管系統(tǒng)，嵌于內(nèi)皮細胞的基底膜內(nèi)，是微血管壁組成之一，又稱為壁細胞。周細胞在組織器官中的分布密度具有較大差異，在CNS中密度最高，內(nèi)皮細胞和周細胞的比例為1∶1～3∶1[3-4]。腦周細胞位于NVU的中心，通過接受、整合及處理鄰近細胞發(fā)出的信號產(chǎn)生反應(yīng)，對維持CNS正常功能具有重要作用，參與BBB的形成和維持、腦血流（cerebral blood flow，CBF）調(diào)節(jié)、免疫炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)、血管生成及穩(wěn)定等過程;同時，在缺血/缺氧情況下，周細胞可表現(xiàn)出多能干細胞特性。越來越多的研究顯示周細胞功能異常及缺失在多種腦血管疾病的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用。

2 周細胞在IS中的作用機制

2.1 周細胞對BBB的影響

BBB是CNS和循環(huán)系統(tǒng)之間的主要物理屏障，可防止有害物質(zhì)，如神經(jīng)毒素、微生物等進入腦內(nèi)，保護CNS內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，其形成及成熟維持依賴于周細胞、內(nèi)皮細胞以及星形膠質(zhì)細胞之間的緊密聯(lián)系和相互作用。周細胞作為BBB的重要組成之一，可調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達，抑制囊泡運輸和免疫細胞滲入CNS[5]，同時其數(shù)量及在毛細血管的覆蓋率與血管通透性相關(guān)，故周細胞對維持BBB的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能正常具有重要作用。

腦周細胞在腦缺血環(huán)境中極易出現(xiàn)功能異常及死亡[6]，導(dǎo)致BBB完整性破壞，進而引起缺血腦組織損傷加重，繼發(fā)神經(jīng)炎癥、腦水腫、腦出血等，影響IS的結(jié)局。研究發(fā)現(xiàn)[7]，缺血發(fā)生后周細胞開始從腦微血管脫離，使周細胞與內(nèi)皮細胞相互作用及細胞間緊密連接破壞，周細胞在毛細血管上覆蓋面積減少，導(dǎo)致BBB結(jié)構(gòu)破壞及滲漏?；|(zhì)金屬蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs），尤其是MMP -9是參與BBB分解的關(guān)鍵分子。缺血可誘導(dǎo)周細胞快速激活并釋放MMP-9，降解細胞外基質(zhì)、緊密連接蛋白，增加BBB的通透性，而使用MMP-9抑制劑可減輕滲漏[8]。研究發(fā)現(xiàn)[9]，MCAO小鼠梗死周圍區(qū)的周細胞中NADPH氧化酶4（NADPH oxidase 4，NOX4）表達顯著上調(diào)，并通過增強MMP-9的活性進一步破壞BBB，增加梗死體積。此外，周細胞表達的層黏連蛋白-α5在正常情況下參與維持BBB，抑制層黏連蛋白-α5表達可減輕緊密連接蛋白的丟失和周細胞覆蓋率的下降，緩解BBB損傷[10]，而在IS時產(chǎn)生不利影響。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）也與BBB的破壞有關(guān)，缺血腦組織周細胞表達VEGF水平上調(diào)，BBB通透性降低，而這一效應(yīng)可被VEGF中和抗體顯著抑制[11]。

2.2 周細胞調(diào)節(jié)腦血流

周細胞上表達一種調(diào)節(jié)血管直徑變化的收縮蛋白，即α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）可舒縮血管，參與神經(jīng)血管耦合，調(diào)節(jié)腦血流。但關(guān)于這一功能尚存爭議，部分研究未檢測出周細胞上的α-SMA，而近期有研究指出其失敗的原因是α-SMA在組織固定過程中快速解聚[12]。周細胞的收縮性得到多項證據(jù)支持。研究發(fā)現(xiàn)[13]，周細胞缺乏小鼠的CBF對神經(jīng)刺激的反應(yīng)性降低，導(dǎo)致神經(jīng)血管解耦，大腦供氧受限，強調(diào)了周細胞在調(diào)節(jié)血流中的重要性。

盡早實現(xiàn)血管再通并恢復(fù)腦血流是治療急性IS公認的最有效的方法，然而即使實現(xiàn)血管再通，缺血腦組織微循環(huán)仍得不到充分灌注，這種“無復(fù)流”現(xiàn)象對缺血組織的恢復(fù)不利，影響IS結(jié)局，而這一現(xiàn)象可能與缺血后周細胞的收縮與死亡有關(guān)[14]。周細胞的收縮受細胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)節(jié)。腦缺血時大量Ca2+內(nèi)流引發(fā)鈣超載，周細胞收縮引起腦微血管收縮，繼而周細胞的死亡使微血管處于持續(xù)收縮狀態(tài)，引起微循環(huán)衰竭。再灌注時細胞內(nèi)線粒體及周細胞中的NOX4產(chǎn)生大量活性氧又進一步加重鈣超載，而抑制活性氧的產(chǎn)生可促進微循環(huán)再灌注[15]。因此盡早防止周細胞收縮及死亡將有利于微血管CBF的恢復(fù)，促進微循環(huán)再灌注，改善IS結(jié)局。

2.3 周細胞調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)

周細胞具有免疫調(diào)節(jié)細胞的多種特性，包括白細胞募集，響應(yīng)并分泌炎癥因子，抗原遞呈及吞噬能力等，參與CNS免疫炎癥反應(yīng)的多個方面。

腦缺血發(fā)生后垂死的神經(jīng)元會釋放損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）引發(fā)免疫炎癥反應(yīng)。腦周細胞上表達DAMPs受體，如toll樣受體4（TLR4）[16]，與相關(guān)分子結(jié)合后釋放多種放炎癥因子、趨化因子，擴散炎癥反應(yīng)。同時，炎癥刺激下[如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1β（IL-1β）]，周細胞可分泌多種趨化因子募集白細胞進入腦實質(zhì)。促炎因子IL-17可靶向周細胞，調(diào)節(jié)血管周圍組織中性粒細胞功能，促進TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-8等促炎因子的釋放[17]。此外，腦周細胞在缺血時干細胞特性被激活，增殖并遷移至缺血腦組織附近獲取小膠質(zhì)細胞表型，分化為具有吞噬能力的小膠質(zhì)細胞，參與免疫炎癥反應(yīng)[18]。最近一項研究[19]發(fā)現(xiàn)，TNF-α可通過激活I(lǐng)κB-NF-κB和JAK-STAT3途徑促進周細胞釋放IL-6，后者可促進小膠質(zhì)細胞的活化。

2.4 周細胞參與IS后血管生成

血管生成即在原有血管基礎(chǔ)上，內(nèi)皮細胞出現(xiàn)增殖、遷移和重塑，以出芽的方式生成新血管以滿足局部組織生物學(xué)功能需要[20]，在腦缺血中具有重要意義。周細胞和內(nèi)皮細胞通過多種信號通路相互作用調(diào)節(jié)血管生成，包括血小板衍生的生長因子-β/血小板衍生的生長因子受體β（platelet-derived growth factor-β/platelet-derived growth factor receptor β，PDGFβ/PDGFRβ），轉(zhuǎn)化生長因子-β/轉(zhuǎn)化生長因子-β受體2（transforming growth factor-β/transforming growth factor receptor-β，TGFβ/TGFβR2），血管生成素/Tie2（angiopoietin/Tie2，Ang/Tie2）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）/血管內(nèi)皮生長因子受體（VEGFR）、Notch信號通路等。

腦缺血12～24 h內(nèi)皮細胞發(fā)生增殖和芽生，3 d后梗死周圍微血管密度增加。腦缺血后周細胞表面的PDGF-Rβ表達上調(diào)，而內(nèi)皮細胞分泌的PDGF-B與該受體結(jié)合可促進周細胞向新生血管的募集和遷移，以促進新生血管成熟[21]。同時周細胞在IS發(fā)生后24 h內(nèi)開始分泌VEGF[22]，VEGF-A作為VEGF家族中的主要一員，已被多項研究證實了其在血管生成中的作用。VEGF-A通過激活內(nèi)皮細胞中的VEGFR2，引發(fā)多條下游信號，參與促進梗死周圍區(qū)域的新血管生成。在MCAO模型小鼠中，腦室注射重組人VEGF可增加毛細血管密度和周細胞覆蓋率，促進血管生成并減少腦梗死面積[23]。近期一項研究發(fā)現(xiàn)[24]，缺氧后腦周細胞VEGFR-1表達顯著上調(diào)，VEGF-B與之特異性結(jié)合可加強周細胞與內(nèi)皮細胞的結(jié)合力，提高周細胞的存活率，促進腦缺血區(qū)域血管生成并增強微血管系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.5 周細胞與表觀遺傳調(diào)控機制

表觀遺傳學(xué)是在不改變DNA序列的前提下改變基因的表達或細胞的表型，包括DNA甲基化、組蛋白修飾、microRNAs（miRNAs）轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)、非編碼RNA的干擾等。miRNAs是一種數(shù)量豐富而小的（20～25個核苷酸）非編碼RNA，廣泛參與IS發(fā)生后細胞凋亡、免疫炎癥、血腦屏障調(diào)節(jié)、神經(jīng)血管發(fā)生等病理生理過程。近年關(guān)于腦卒中后miRNAs與NVU組成細胞之間的關(guān)系及作用機制的研究越來越多。體內(nèi)外實驗研究證實缺血缺氧時腦周細胞內(nèi)miR-149-5p水平降低，鞘氨醇-1-磷酸受體2（sphingosine-1-phosphate receptor 2，S1PR2）增多，上調(diào)miR-149-5p的表達可通過靶向S1PR2，抑制周細胞的遷移，增加N-鈣黏蛋白表達，降低BBB通透性[25]。此外，miR-532-5p過表達通過抑制轉(zhuǎn)錄因子BACH1而促進周細胞分泌Ang-1，后者介導(dǎo)血管成熟，增加微血管上周細胞覆蓋率[26]。此外，IS也會影響長鏈非編碼RNA（lncRNA）表達譜的改變，但lncRNA與周細胞關(guān)系的研究尚處于探索階段。目前研究發(fā)現(xiàn)，缺氧可上調(diào)周細胞內(nèi)缺氧誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)長鏈非編碼RNA（hypoxia-induced endoplasmic reticulum stress regulating lncRNA，HypERlnc）的表達，調(diào)節(jié)周細胞的分化、增殖及向內(nèi)皮細胞的募集[27]。周細胞的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制研究尚處于初期階段，隨著在該領(lǐng)域研究的進一步深入，或有望為IS的治療提供新的靶點。

3 小結(jié)及展望

隨著對NVU這一概念的強調(diào)，IS的研究重點從神經(jīng)元保護轉(zhuǎn)向NVU組成內(nèi)部的復(fù)雜作用關(guān)系上。周細胞位于NVU的中心，近年來成為新興研究領(lǐng)域中的焦點。周細胞廣泛參與IS中多種病理生理過程，包括BBB破壞、免疫炎癥反應(yīng)、CBF調(diào)節(jié)、血管生成等，同時，周細胞表觀遺傳機制的研究也取得了一定的進展。此外，周細胞在IS中的作用具有雙向性，如腦缺血時周細胞的脫離可破壞BBB完整性，但其向缺血腦組織新生血管處募集可促進血管生成作用，有利于神經(jīng)保護，因而周細胞有望成為IS新的治療靶標(biāo)。但時至今日，周細胞在大腦生理病理情況下的功能及作用機制仍未完全清楚，故進一步揭示周細胞與NVU中其他細胞的關(guān)系和相互作用，以及通過何種通路調(diào)節(jié)彼此的功能，將有助于研究及制訂針對性強而有效的治療策略。

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