小膠質(zhì)細(xì)胞的“非免疫”功能#

游奕菲 齊建國(guó)

（1.四川大學(xué)生命學(xué)院，成都 610065；2.四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，成都 610041）

一百年前，小膠質(zhì)細(xì)胞在爭(zhēng)議中被發(fā)現(xiàn)[1]，此后七十年一直處于湮沒無聞的狀態(tài)，近年來，小膠質(zhì)細(xì)胞的生物學(xué)特性與功能，小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)免疫領(lǐng)域的作用引起廣泛重視。

小膠質(zhì)細(xì)胞（Microglia）屬于組織定居巨噬細(xì)胞，占成人神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的5%～10%，主要依賴局部的自我更新，較少依靠循環(huán)系統(tǒng)單核細(xì)胞的補(bǔ)給[2]。關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞的來源，是饒有興趣的研究課題。小膠質(zhì)細(xì)胞最初被認(rèn)為是來源于神經(jīng)外胚層，后來普遍接受它產(chǎn)生于中胚層，與巨噬細(xì)胞一樣由骨髓造血細(xì)胞分化而來。2010年Ginhoux等[3]應(yīng)用細(xì)胞譜系分析揭示小膠質(zhì)細(xì)胞來自于卵黃囊巨噬細(xì)胞，在發(fā)育的特定時(shí)期（小鼠E7.5天）進(jìn)入中胚層。最新的研究表明小膠質(zhì)細(xì)胞并非單一來源，不同譜系的細(xì)胞系在發(fā)育的 不同階段循相應(yīng)的路徑，進(jìn)入大腦的特定區(qū)域， 有的源于原始巨噬細(xì)胞（primitive macrophage），有的源于骨髓紅細(xì)胞系祖細(xì)胞（erythromyeloid progenitor）。小膠質(zhì)細(xì)胞通常被視為單一細(xì)胞群體，近來研究表明小膠質(zhì)細(xì)胞在來源、分布、發(fā)育階段，以及在生理功能和疾病發(fā)生等方面都具有顯著的異質(zhì)性[4]。

小膠質(zhì)細(xì)胞來源和分布的多樣性，是與其功能相一致的。小膠質(zhì)細(xì)胞既具有發(fā)生學(xué)的內(nèi)在特征，同時(shí)又隨所處的環(huán)境做出適應(yīng)性改變，以更好地匹配其功能需要，其生物學(xué)屬性是由其來源與所處的環(huán)境（Nature vs Nurture）共同決定。小膠質(zhì)細(xì)胞不僅發(fā)揮吞噬作用和介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，清除病理性物質(zhì)，并可對(duì)神經(jīng)發(fā)生、突觸修剪等進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，與神經(jīng)回路的形成密切相關(guān)，深深地介入學(xué)習(xí)與記憶、認(rèn)知與行為[5]。小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞不只是一個(gè)被動(dòng)的防御者，更是大腦高級(jí)活動(dòng)的主動(dòng)參與者，本文就小膠質(zhì)細(xì)胞多樣的“非免疫”功能進(jìn)行綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞與其它神經(jīng)細(xì)胞的相互作用

小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞動(dòng)態(tài)地與其它細(xì)胞相互聯(lián)系。靜息狀態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞的胞體具有高度的能動(dòng)性，在不移動(dòng)胞體的情況下，通過突起的伸縮連續(xù)和快速監(jiān)測(cè)其它神經(jīng)細(xì)胞[6]。小膠質(zhì)細(xì)胞伸出的突起主要與活動(dòng)神經(jīng)元相接觸，而較少關(guān)注非活動(dòng)神經(jīng)元，當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞接觸活動(dòng)神經(jīng)元時(shí)，通過防止神經(jīng)元過度活躍或過度興奮，從而維持神經(jīng)元的正常活動(dòng)[7]。不僅小膠質(zhì)細(xì)胞可以調(diào)節(jié)其它神經(jīng)細(xì)胞的功能，其表型和生理活動(dòng)也受到其它神經(jīng)細(xì)胞的影響。

小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬活性，不但可以識(shí)別和清除進(jìn)入中樞的病原物，也通過吞噬凋亡細(xì)胞、未成熟神經(jīng)元、損傷的細(xì)胞和突觸碎片，不正常折疊的蛋白質(zhì)如Aβ等病理產(chǎn)物。小膠質(zhì)細(xì)胞借助吞噬作用清理微環(huán)境對(duì)于維護(hù)神經(jīng)元正常生理功能是至關(guān)重要的[8]。

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞細(xì)胞因子的重要來源。在生理調(diào)節(jié)下，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌少量細(xì)胞因子以維持與神經(jīng)元的正常對(duì)話；在病理刺激下，小膠質(zhì)細(xì)胞可大量產(chǎn)生細(xì)胞因子以發(fā)揮免疫防御作用[9]。因誘導(dǎo)條件不同，小膠質(zhì)細(xì)胞可呈現(xiàn)M1或M2表型，也分別稱為經(jīng)典激活或替代激活表型，相應(yīng)地釋放促炎癥或抗炎癥細(xì)胞因子，導(dǎo)致不同的中樞效應(yīng)[10]。

除通過清理環(huán)境、釋放介質(zhì)的間接方式外，小膠質(zhì)細(xì)胞還可通過直接接觸與神經(jīng)元相互作用，CX3CL1/CX3CR、CD200/CD200R、CD47/CD172a是介導(dǎo)神經(jīng)元與小膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用的主要信號(hào)分子，由膜分子介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的直接接觸，保障細(xì)胞之間更準(zhǔn)確、有效和及時(shí)的通訊[11]，這種作用方式在遞質(zhì)傳遞、能量代謝、突觸修剪、對(duì)凋亡細(xì)胞的吞噬以及神經(jīng)發(fā)生等方面發(fā)揮重要的作用。如CX3CL1是CX3C亞家族中的唯一成員，在中樞僅在部分神經(jīng)元以及神經(jīng)前體細(xì)胞表達(dá)，CX3CR1是7次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體，在中樞只由小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。CX3CR1是CX3CL1的獨(dú)一受體，而CX3CL1也是CX3CR1的獨(dú)一配體，這種“一對(duì)一”的對(duì)應(yīng)在進(jìn)化上賦予神經(jīng)元（前體細(xì)胞）與小膠質(zhì)細(xì)胞的特殊聯(lián)系，也提供了精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)靶點(diǎn)。CD200是表達(dá)在神經(jīng)元膜表面的免疫球蛋白成員，可與小膠質(zhì)細(xì)胞的CD200R相互作用，神經(jīng)元通過該途徑抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥激活，CD200/CD200R對(duì)話機(jī)制具有神經(jīng)保護(hù)和促神經(jīng)發(fā)生的作用[12]。

小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間存在胞外囊泡介導(dǎo)的通訊方式，一方面神經(jīng)元以微泡或外泌體的形式誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)表型[13]，另一方面小膠質(zhì)細(xì)胞也可通過囊泡（外泌體）影響神經(jīng)元的功能[14]。最近研究揭示小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元胞體之間還可能形成間隙連接（gap junction），囊泡運(yùn)輸或胞體鏈接可實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)物質(zhì)交換[15]?？傊?，小膠質(zhì)細(xì)胞與其它神經(jīng)細(xì)胞之間的多種作用可方式服務(wù)于中樞復(fù)雜的功能需要。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞的“非免疫”功能

小膠質(zhì)細(xì)胞來自于胚胎中的卵黃囊巨噬細(xì)胞，并非由骨髓源造血細(xì)胞產(chǎn)生，在發(fā)生學(xué)上早于外周免疫細(xì)胞的分化，提示小膠質(zhì)細(xì)胞在功能上不只是扮演“免疫細(xì)胞的角色”[16]。小膠質(zhì)細(xì)胞不僅寓居于中樞的防御者，它更是大腦發(fā)育和功能實(shí)施的建設(shè)者和參與者，介入神經(jīng)發(fā)生、血管形成、突觸修剪，保障神經(jīng)環(huán)路建立和信息傳輸，是維持正常腦功能的基礎(chǔ)[8,17]。

2.1 吞噬清除

小膠質(zhì)細(xì)胞能表達(dá)多種模式識(shí)別受體（包括Toll-like受體、“清道夫”受體等），當(dāng)病原微生物進(jìn)入、遭受傷害性刺激，以及炎癥或神經(jīng)退行性改變，病原相關(guān)模式分子和損傷相關(guān)模式分子誘導(dǎo)靜息態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞活化，胞體由細(xì)小高度分枝的“蟹狀”，轉(zhuǎn)變?yōu)榘w肥大、突起縮短、圓形或桿狀的“阿米巴狀”?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞具有吞噬功能并分泌炎癥細(xì)胞因子，啟動(dòng)免疫應(yīng)答并恢復(fù)中樞穩(wěn)態(tài)[18]。若小膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)過度活化，大量的炎癥物質(zhì)可引起神經(jīng)毒性作用或退行性改變。

2.2 突觸修剪

神經(jīng)元通過突觸相互連接并形成功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是信息傳遞的關(guān)鍵組件，小膠質(zhì)細(xì)胞在雕塑神經(jīng)環(huán)路和調(diào)節(jié)神經(jīng)突觸可塑性方面扮演著重要角色。資料顯示C1q/CR3、CX3CL1/CX3CR1、CD47/SIRPα等在神經(jīng)突觸方面發(fā)揮重要作用，C1q、CX3CL1、CD47定位并標(biāo)記突觸，小膠質(zhì)細(xì)胞通過CR3、CX3CR1、SIRPα識(shí)別相應(yīng)配體，修剪或免于修剪突觸，介導(dǎo)神經(jīng)突觸的重塑[17]。在大腦發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)主動(dòng)清除不必要的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有助于塑造大腦有效工作的神經(jīng)環(huán)路，這是學(xué)習(xí)和記憶的基礎(chǔ)[19]。在病理?xiàng)l件下，小膠質(zhì)細(xì)胞的過度激活和異常的吞噬活性，不利于正常神經(jīng)環(huán)路的形成，可對(duì)行為產(chǎn)生負(fù)面影響[20]。同時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞通過突起動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)突觸的變化并調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和傳送，影響興奮性或抑制性信息的傳遞，于是有學(xué)者提出“突觸四聯(lián)體（quad-partite synapse）”的概念[21]。

2.3 神經(jīng)發(fā)生

在發(fā)育的早期小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)入中胚層，是胚腦發(fā)育的基礎(chǔ)，神經(jīng)發(fā)生、血管形成、突觸發(fā)生和髓鞘形成都有賴于小膠質(zhì)細(xì)胞的協(xié)助[22]。出生后神經(jīng)是否再生曾經(jīng)是備受爭(zhēng)論的話題，通過深入研究和充分討論，成年神經(jīng)發(fā)生在哺乳動(dòng)物及人類存在的論點(diǎn)得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)同[23]。神經(jīng)發(fā)生是大腦功能和行為的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，盡管年動(dòng)物新生神經(jīng)元數(shù)量很少，但它對(duì)于神經(jīng)回路的形成是至關(guān)重要的。哺乳動(dòng)物成年神經(jīng)發(fā)生主要存在于兩個(gè)區(qū)域，海馬齒狀回顆粒下區(qū)和側(cè)腦室下區(qū)，神經(jīng)發(fā)生區(qū)域的小膠質(zhì)細(xì)胞具有區(qū)別其它區(qū)域的小膠質(zhì)細(xì)胞的激活標(biāo)志、細(xì)胞周期和功能活性，它們可能是一類特殊的細(xì)胞亞群[4]。在此區(qū)域小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)前體細(xì)胞存在廣泛的對(duì)話機(jī)制，小膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)前體細(xì)胞微環(huán)境的主要調(diào)節(jié)者，小膠質(zhì)細(xì)胞是處于激活而非被抑制的狀態(tài)，活躍的小膠質(zhì)細(xì)胞輔助神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖、分化、存活和遷移[24]；另一方面，神經(jīng)前體細(xì)胞也調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的表型和生物學(xué)活性[25]。小膠質(zhì)細(xì)胞因其表型不同可對(duì)神經(jīng)發(fā)生產(chǎn)生損傷或促進(jìn)的雙重作用，根據(jù)小膠質(zhì)細(xì)胞表型的可塑性，采用IL-4誘導(dǎo)Arg1+小膠質(zhì)細(xì)胞，具有促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生功能，可增強(qiáng)小鼠的應(yīng)激彈性，緩解動(dòng)物抑郁樣癥狀[26]。

2.4 學(xué)習(xí)記憶功能

通常認(rèn)為，小膠質(zhì)細(xì)胞激活有損于大腦的學(xué)習(xí)記憶功能。然而，如上所述，小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于維護(hù)大腦高級(jí)功能是必需的，視覺經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的神經(jīng)突觸和環(huán)路的形成小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的密切合作[27]。清除小膠質(zhì)細(xì)胞可損傷個(gè)體的學(xué)習(xí)記憶能力，而增加海馬小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量有利于受損的記憶功能的恢復(fù)，其機(jī)制可能與小膠質(zhì)細(xì)胞釋放腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子促進(jìn)神經(jīng)可塑性相關(guān)[28]。記憶的編碼和存儲(chǔ)有賴于突觸回路綴合的神經(jīng)元來執(zhí)行，浙江大學(xué)谷巖實(shí)驗(yàn)室的研究揭示，小膠質(zhì)細(xì)胞通過清除神經(jīng)突觸而引起記憶遺忘，并認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞選擇性決定記憶鞏固或遺忘的關(guān)鍵[19]。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞非免疫功能與疾病的相關(guān)性

小膠質(zhì)細(xì)胞憑籍多種方式與其它神經(jīng)細(xì)胞建立緊密聯(lián)系，在中樞扮演多重角色，與學(xué)習(xí)和認(rèn)知、情緒和行為等高級(jí)腦功能密切相關(guān)。在生理?xiàng)l件下，主動(dòng)參與學(xué)習(xí)記憶過程；在病理?xiàng)l件下，廣泛介入神經(jīng)精神疾病的發(fā)生發(fā)展。小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞疾病中的作用已引起越來越多的關(guān)注，在此，以抑郁癥和阿爾茨海默病為例，分別簡(jiǎn)述小膠質(zhì)細(xì)胞在精神疾病和神經(jīng)退行性疾病中的病理機(jī)制。

3.1 情感障礙：抑郁癥

臨床觀察發(fā)現(xiàn)持續(xù)低級(jí)別的神經(jīng)炎癥反應(yīng)是多種精神疾病一個(gè)中心病理環(huán)節(jié)[29]。抑郁癥是一種常見的情感類精神障礙，臨床上以顯著而持久的心境低落、興趣缺失、思維運(yùn)動(dòng)遲緩為主要特征，嚴(yán)重者會(huì)喪失生活工作能力，甚至出現(xiàn)自殺觀念和行為。世界衛(wèi)生組織估計(jì)全球約有抑郁癥患者3.5億，每年因抑郁而自殺的人數(shù)超過100萬，在中國(guó)每年大約有4500萬抑郁癥患者[30]。

應(yīng)激性事件是人類抑郁癥的重要促發(fā)因素，小膠質(zhì)細(xì)胞的過度激活在情感障礙中發(fā)揮重要作用，有學(xué)者提出某些抑郁癥是小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的疾病[31]。小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，可引起代謝途徑的改變，神經(jīng)遞質(zhì)合成減少和毒性積聚，導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和抑郁行為的產(chǎn)生[32]。同時(shí)，持續(xù)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)引起的神經(jīng)發(fā)生減少也是抑郁癥的重要病理基礎(chǔ)，靶向調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的促神經(jīng)發(fā)生功能，可以緩解動(dòng)物的抑郁樣癥狀[26]。

3.2 神經(jīng)退行性疾病：阿爾茨海默病

神經(jīng)退行性疾病是一類以神經(jīng)元退行性病變或凋亡，從而導(dǎo)致個(gè)體行為異常為主要特征的疾病，包括阿爾茨海默癥、帕金森病、亨廷頓舞蹈癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥等。阿爾茨海默病是一種進(jìn)行性的記憶缺失和認(rèn)知障礙的神經(jīng)退行性疾病，病理表現(xiàn)為細(xì)胞外β淀粉樣蛋白沉積、細(xì)胞內(nèi)過度磷酸化tau蛋白纖維纏結(jié)，以及神經(jīng)炎癥和新生神經(jīng)元減少。全基因組測(cè)序表明阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)基因如TREM2、APOE、CD33和ABCA7高表達(dá)或唯一表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞[33,34]。小膠質(zhì)細(xì)胞參與阿爾茨海默病的發(fā)生，并不局限于炎癥反應(yīng)途徑。

TREM2（triggering receptor expressed on myeloid cells-2，髓系細(xì)胞觸發(fā)受體2）屬于免疫球蛋白超家族成員，特異性表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞表面，是一種跨膜受體，可與多種組織損傷標(biāo)志物相結(jié)合。TREM2促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞存活，可誘導(dǎo)細(xì)胞表型和功能變化。單細(xì)胞測(cè)序揭示一種TREM2+的“疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞”，具有強(qiáng)吞噬功能和高脂質(zhì)代謝活性，可在病理性β-淀粉樣蛋白斑塊的周圍形成物理屏障來限制斑塊發(fā)展[35,36]。這種疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞在清除Aβ的同時(shí)，也會(huì)釋放促炎癥介質(zhì)，因此具有“保護(hù)”和“損傷”雙刃作用，如何其平衡仍有待進(jìn)一步研究。

小膠質(zhì)細(xì)胞的生理功能和病理作用不僅僅依賴于炎癥途徑，它可以通過吞噬凋亡細(xì)胞、釋放可溶性介質(zhì)，或細(xì)胞-細(xì)胞接觸，發(fā)揮監(jiān)測(cè)、防御、清理等功能，介入神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)環(huán)路和免疫防御等過程，與學(xué)習(xí)記憶等高級(jí)腦功能以及神經(jīng)精神疾病的各個(gè)環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)。采用抑制炎癥的措施同時(shí)損傷正常生理功能，不利于疾病的治療。因來源、區(qū)域、時(shí)序、事件和疾病的不同，小膠質(zhì)細(xì)胞具有顯著的異質(zhì)性和可塑性，根據(jù)小膠質(zhì)細(xì)胞的表型，精準(zhǔn)的調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的靶點(diǎn)，可望為神經(jīng)精神疾病提供更佳的治療方案。