小膠質(zhì)細(xì)胞與膿毒癥腦病的研究進展

莊欣琪，謝克亮，于泳浩△，盧悅淳，呂國義

膿毒癥腦?。╯epsis associated encephalopathy，SAE）是由膿毒癥引起的彌散性腦功能障礙，主要表現(xiàn)為情緒異常、記憶受損和認(rèn)知障礙等［1］。SAE是膿毒癥患者的常見并發(fā)癥，嚴(yán)重影響患者預(yù)后和生活質(zhì)量［2］。目前臨床上仍缺乏治療SAE的有效手段，其根本原因在于SAE的發(fā)生機制尚未闡明。近期研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的免疫細(xì)胞，在膿毒癥條件下發(fā)生活化與極化狀態(tài)改變，可促進中樞炎癥反應(yīng)，與SAE關(guān)系密切［3］。本文就小膠質(zhì)細(xì)胞與SAE的最新研究進展進行綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞概述

小膠質(zhì)細(xì)胞起源于胚胎時期的卵黃囊髓系祖細(xì)胞，在血腦屏障形成之前遷移進入大腦［4］。它與外周巨噬細(xì)胞同屬造血細(xì)胞起源的單核巨噬細(xì)胞，也是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)唯一的免疫細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞占大腦細(xì)胞總數(shù)的5%～12%，雖數(shù)量較少，但在腦內(nèi)各部位均有分布［5］。在整個成年期，小膠質(zhì)細(xì)胞可保持增殖能力，但與大多數(shù)造血譜系細(xì)胞不同，其更新速度非常緩慢，一些小膠質(zhì)細(xì)胞的存活壽命甚至長達20年［6］。小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)具有高度可塑性，并與其生物學(xué)功能密切相關(guān)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，小膠質(zhì)細(xì)胞胞體較細(xì)小，并伸出纖細(xì)的分枝狀結(jié)構(gòu)。既往認(rèn)為，這是小膠質(zhì)細(xì)胞的“靜止”狀態(tài)，但近期研究發(fā)現(xiàn)，此狀態(tài)下的小膠質(zhì)細(xì)胞以動態(tài)方式不斷地向周圍伸展和收縮，以此方式不斷“掃描”周圍微環(huán)境，從而對中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行“監(jiān)控”［7］。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生出血、感染或創(chuàng)傷等病理改變時，小膠質(zhì)細(xì)胞迅速活化，胞體增大，呈阿米巴樣，突起變短甚至消失，并具備遷徙和吞噬能力［8］。

活化的小膠質(zhì)細(xì)胞依據(jù)抗原標(biāo)志物和功能分為兩種表型：M1表型和M2表型。M1表型是小膠質(zhì)細(xì)胞的經(jīng)典激活途徑，主要表達CD16、CD32和CD86等表面抗原，分泌白細(xì)胞介素-1（interleukin，IL-1）、IL-6和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎因子，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，并產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用。M2表型是小膠質(zhì)細(xì)胞的替代激活途徑，主要表達幾丁質(zhì)酶3樣蛋白3（chitinase 3 like protein 3，Chi3l3）、精氨酸酶1（arginase-1，Arg-1）和CD206等表面抗原，分泌IL-10、胰島素樣生長因子-1（insulin like growth factor-1，IGF-1）和轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等抗炎因子，抑制中樞炎癥反應(yīng)的過度發(fā)生［9］。M2表型小膠質(zhì)細(xì)胞還能分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，對神經(jīng)元發(fā)揮保護作用［10］。M2表型小膠質(zhì)細(xì)胞又可進一步細(xì)分為M2a、M2b和M2c表型，M2a表型主要參與組織修復(fù)與再生，M2b表型通過表達抗炎因子參與免疫調(diào)節(jié)，M2c表型能夠吞噬并清理腦內(nèi)細(xì)胞碎片［11］。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞活化與SAE

2.1 基礎(chǔ)研究 多個基礎(chǔ)研究表明，膿毒癥可引起腦組織小膠質(zhì)細(xì)胞活化，進而導(dǎo)致中樞炎癥反應(yīng)和SAE的發(fā)生。Szollosi等［12］將125I標(biāo)記的小膠質(zhì)細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)運蛋白配體注射入小鼠體內(nèi)，應(yīng)用單光束發(fā)射計算機斷層影像技術(shù)（single photonemissioncomputed tomography，SPECT）研究膿毒癥對中樞小膠質(zhì)細(xì)胞代謝的影響，發(fā)現(xiàn)誘發(fā)膿毒癥5 h后，大腦區(qū)域125I攝取量顯著提高，表明膿毒癥可引起小膠質(zhì)細(xì)胞代謝增強，從而間接證明其發(fā)生了活化。Xiong等［13］研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥小鼠海馬組織中TNF-α和IL-6等炎癥因子水平升高，小膠質(zhì)細(xì)胞活化標(biāo)志物離子鈣接頭蛋白分子-1（ionized calcium binding adaptor molecule-1，Iba-1）表達增強，Morris水迷宮實驗發(fā)現(xiàn)膿毒癥小鼠逃避潛伏期延長，靶象限穿越次數(shù)減少，由此推斷膿毒癥小鼠海馬區(qū)發(fā)生了小膠質(zhì)細(xì)胞活化和炎癥反應(yīng)，并伴有學(xué)習(xí)和記憶能力受損。為進一步證實SAE與小膠質(zhì)細(xì)胞的關(guān)系，Tang等［14］將膿毒癥小鼠按是否發(fā)生認(rèn)知功能障礙分為“認(rèn)知障礙易感組”和“認(rèn)知障礙非易感組”，發(fā)現(xiàn)“易感組”小鼠前額皮質(zhì)和海馬區(qū)炎癥因子和小膠質(zhì)細(xì)胞活化水平顯著高于“非易感”組。對各組小鼠應(yīng)用小膠質(zhì)細(xì)胞活化抑制劑米諾環(huán)素后，“非易感組”認(rèn)知功能變化不明顯；而“易感組”的認(rèn)知功能出現(xiàn)恢復(fù)，并與“非易感組”接近，由此證實了小膠質(zhì)細(xì)胞活化與SAE之間的聯(lián)系。Ye等［15-16］研究也發(fā)現(xiàn)，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化和中樞炎癥反應(yīng)，可以部分逆轉(zhuǎn)SAE所致的認(rèn)知功能損害。

2.2 臨床研究 與基礎(chǔ)研究結(jié)果相類似，多個臨床研究也證實了小膠質(zhì)細(xì)胞活化的存在。Warford等［17］提取膿毒癥尸檢患者右側(cè)額葉白質(zhì)，使用免疫組化染色法觀察小膠質(zhì)細(xì)胞活化標(biāo)志物CD68和CD45的染色情況，并使用實時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒?應(yīng)（real-time quantitative polymerase chain reaction，RT-qPCR）和酶聯(lián)免疫吸附測定（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）對TNF-α、IL-1β和IL-6等炎癥因子進行檢測，發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者的白質(zhì)區(qū)域小膠質(zhì)細(xì)胞活化數(shù)量增加，炎癥因子的表達和分泌增多。Densteadt等［18］研究表明，膿毒癥患者的大腦灰質(zhì)亦發(fā)生了小膠質(zhì)細(xì)胞活化。最近的一項研究中，Zrzavy等［19］提取了膿毒癥患者完整的灰質(zhì)-白質(zhì)切片并進行免疫組化染色，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化程度在不同區(qū)域存在差異，且位于白質(zhì)的活化小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量多于灰質(zhì)；同時發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥急性期，小膠質(zhì)細(xì)胞M1表型標(biāo)志物表達顯著升高，M2表型標(biāo)志物表達變化不明顯，據(jù)此判斷膿毒癥急性期小膠質(zhì)細(xì)胞以促進炎癥反應(yīng)的M1表型為主。此外，Westhoff等［20］也研究了小膠質(zhì)細(xì)胞在膿毒癥患者大腦不同區(qū)域的活化程度差異，發(fā)現(xiàn)膿毒癥組活化小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量高于對照組1.5倍（海馬區(qū)）、2.2倍（殼核）和2.5倍（小腦）。上述研究結(jié)果證實，膿毒癥患者大腦發(fā)生了小膠質(zhì)細(xì)胞活化，且在不同區(qū)域可能存在差異。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞活化對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響

3.1 刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞活化 星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)廣泛分布，對神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞起保護和支持作用。Liddelow等［21］發(fā)現(xiàn)，活化小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的IL-1α、TNF-α和補體C1q是刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞活化的重要介質(zhì)，活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生形態(tài)改變，喪失對神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞的保護和支持作用，并最終導(dǎo)致兩者的死亡。Rothhammer等［22］研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的轉(zhuǎn)化生長因子-α（transforming growth factor-α，TGF-α）和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子B（vascular endothelial cell growth factor-B，VEGF-B）能夠作用于相應(yīng)受體，使星形膠質(zhì)細(xì)胞活化并介導(dǎo)中樞炎癥反應(yīng)的發(fā)生。

3.2 抑制突觸可塑性 突觸可塑性是指突觸連接強度可調(diào)節(jié)的特性，是學(xué)習(xí)記憶活動的細(xì)胞表現(xiàn)形式。若突觸可塑性被抑制，學(xué)習(xí)記憶功能將受到影響。Yang等［23］觀察成年大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活化對突觸可塑性的影響發(fā)現(xiàn)，活化小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的中樞炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致海馬區(qū)神經(jīng)元內(nèi)突觸素、突觸后致密蛋白95（post synaptic density protein 95，PSD95）、谷氨酸受體2（glutamate receptor 2，GluR2）和N-甲基D-天冬氨酸受體2（N-methyl D-aspartate receptor 2，NMDAR2）表達降低，電生理檢查發(fā)現(xiàn)長時程增強（long-term potentiation，LTP）受到抑制，水迷宮實驗也證實了學(xué)習(xí)記憶功能受損，從而證實小膠質(zhì)細(xì)胞活化可對突觸可塑性產(chǎn)生干擾作用。此外，新生大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活化也對突觸發(fā)育和可塑性造成影響。Lin等［24］將脂多糖注射入新生大鼠，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞活化和中樞炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致海馬區(qū)突觸素、突觸體相關(guān)蛋白（synaptosomal associated protein，SNAP）表達降低，神經(jīng)元樹突棘密度和突觸內(nèi)囊泡數(shù)量減少，由此推測新生大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活化可造成突觸發(fā)育障礙和可塑性降低，并影響后期智力發(fā)育。

3.3 損傷髓鞘結(jié)構(gòu)和功能 髓鞘是包裹于神經(jīng)細(xì)胞軸突外的膜性結(jié)構(gòu)，具有絕緣和提高神經(jīng)沖動傳導(dǎo)速度的作用，是神經(jīng)沖動正常傳導(dǎo)的重要保障。Aryanpour等［25］研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞活化介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致小鼠胼胝體區(qū)髓鞘結(jié)構(gòu)和功能改變，髓鞘堿性蛋白（myelin basic protein，MBP）和勒克司堅牢藍(lán)（Luxol Fast Blue，LFB）染色顯示胼胝體區(qū)髓鞘完整性破壞和神經(jīng)脫髓鞘病變，透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)髓鞘排列紊亂、大量崩解并伴有軸突水腫的發(fā)生，同時小鼠學(xué)習(xí)記憶能力也相應(yīng)降低；在抑制小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)后，上述病理和功能改變得到恢復(fù)，由此推測小膠質(zhì)細(xì)胞活化可對神經(jīng)髓鞘結(jié)構(gòu)和功能造成損傷。此觀點隨后得到Liu等［26］的進一步證實，他們用脂多糖刺激體外培養(yǎng)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生活化，并采集條件培養(yǎng)基孵育少突膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)后者凋亡顯著增加，而由于少突膠質(zhì)細(xì)胞是構(gòu)成髓鞘的主要成分，該實驗在細(xì)胞水平驗證了小膠質(zhì)細(xì)胞活化對髓鞘的影響。

3.4 影響下丘腦功能 下丘腦含有大量的神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞，它們通過分泌神經(jīng)激素，對正常生理功能和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。Da Costa等［27］研究了小膠質(zhì)細(xì)胞活化對下丘腦的影響，發(fā)現(xiàn)抗凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）和B細(xì)胞淋巴瘤-xL（B-cell lymphoma-xL，Bcl-xL）表達減少，內(nèi)源性凋亡途徑被啟動，神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞的大量凋亡導(dǎo)致精氨酸加壓素分泌減少，認(rèn)為這可能是膿毒癥患者發(fā)生低血壓休克的原因之一。Santos-Junior等［28］研究也發(fā)現(xiàn)，膿毒癥大鼠下丘腦小膠質(zhì)細(xì)胞活化的同時，膽堿能神經(jīng)元胞膜和胞漿內(nèi)的乙酰膽堿水平降低，據(jù)此推測這可能與小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的下丘腦炎癥反應(yīng)造成神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞損傷有關(guān)。

4 信號通路對小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

4.1 信號通路對小膠質(zhì)細(xì)胞活化的調(diào)節(jié)作用 目前認(rèn)為，小膠質(zhì)細(xì)胞的Toll樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）/核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路在介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化過程中起重要作用［29-30］。TLR4能夠識別病原微生物產(chǎn)生的蛋白質(zhì)、核酸和脂類等抗原分子并發(fā)生激活，繼而通過細(xì)胞內(nèi)接頭蛋白——髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）或β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白（TIR domain containing adaptor inducing interferon β，TRIF），進一步使下游NF-κB發(fā)生活性轉(zhuǎn)化并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，增強下游炎癥因子基因的轉(zhuǎn)錄與表達，促進小膠質(zhì)細(xì)胞活化和炎癥反應(yīng)的發(fā)生［31］。也有研究發(fā)現(xiàn)，激動N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體也可經(jīng)由NF-κB通路調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞活化［32］。此外，混合譜系 蛋 白 激 酶 3（mixed-lineage protein kinase 3，MLK3）/p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogenactivated protein kinase，p38 MAPK）通路也可能對小膠質(zhì)細(xì)胞活化具有調(diào)節(jié)作用［33］。

4.2 信號通路對小膠質(zhì)細(xì)胞表型的調(diào)節(jié)作用 目前，調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞表型的信號通路尚未明確。Wang等［34］研究紅景天苷對小膠質(zhì)細(xì)胞的影響時發(fā)現(xiàn)，其表型由M1向M2轉(zhuǎn)換，使用自噬抑制劑或腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphateactivated protein kinase，AMPK）抑制劑可逆轉(zhuǎn)其表型轉(zhuǎn)化，故推測AMPK/自噬通路可能對小膠質(zhì)細(xì)胞表型具有調(diào)節(jié)作用。Jin等［35］研究也表明，增強自噬可使小膠質(zhì)細(xì)胞表型由M1向M2轉(zhuǎn)化，且哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）/自噬通路介導(dǎo)了這一過程。由此可見，改變自噬水平可能對小膠質(zhì)細(xì)胞表型具有調(diào)節(jié)作用。此外，沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（silent information regulator factor 2 related enzyme 1，SIRT-1）或過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1）通路可能也參與了小膠質(zhì)細(xì)胞表型的調(diào)節(jié)［36-37］。

5 展望

目前，對小膠質(zhì)細(xì)胞的研究尚不深入，且存在諸多不足與局限：如對小膠質(zhì)細(xì)胞活化與表型狀態(tài)的測定多集中于腦組織提取物檢測和病理切片鏡檢，尚缺乏活體條件下的可靠檢測方法；對小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)控，特別是對調(diào)控表型的信號通路尚不明確。近期研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞表型改變亦與SAE存在聯(lián)系［37-38］，以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞表型作為研究方向可能為治療SAE提供新的思路。此外，糾正小膠質(zhì)細(xì)胞對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響也可能為SAE的治療提供目標(biāo)參考。除了為治療提供方向，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化程度與表型狀態(tài)亦可能作為預(yù)測SAE或判斷其進展程度的評價手段應(yīng)用于臨床。所以繼續(xù)深入研究小膠質(zhì)細(xì)胞活化與SAE的關(guān)系，探討小膠質(zhì)細(xì)胞表型改變對SAE的影響，研發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞靶向調(diào)節(jié)藥物并應(yīng)用于臨床，可能會為SAE的治療提供新的方法和途徑。