腦出血病灶周圍小膠質(zhì)細(xì)胞激活與繼發(fā)性腦損傷的研究進展

穆瓊，姚林

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的巨噬細(xì)胞，占成人神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的10%，是腦和脊髓內(nèi)固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分[1-2]，在正常生理條件下，小膠質(zhì)細(xì)胞自我更新保持著衡定的數(shù)量。腦出血(intracerebral hemorrhage,ICH)是指腦實質(zhì)原發(fā)性、非外傷所致的血管破裂出血，是一種致死率、致殘率較高的極具破壞力的疾病[3]，占全部腦卒中的10%～15%，是腦卒中的第二大常見類型[4],讓人遺憾的是目前仍缺乏對其有效的治療手段。ICH引起腦損害分為原發(fā)性和繼發(fā)性，血腫對周圍腦組織造成的占位性效應(yīng)引起機械性損傷是原發(fā)性損害，ICH后腦實質(zhì)內(nèi)血腫腔形成，血腫周圍血液成分中紅細(xì)胞裂解后釋放的大量毒性物質(zhì)引起的局部微環(huán)境改變及繼發(fā)性反應(yīng)是繼發(fā)性損害[5]。繼發(fā)性腦損害直接關(guān)系著疾病的預(yù)后。此時的小膠質(zhì)細(xì)胞一方面發(fā)揮吞噬作用，吞噬紅細(xì)胞碎片，分泌生長因子促進神經(jīng)修復(fù)，另一方面還可以分泌一些炎癥因子、谷氨酸、NO等加重炎癥反應(yīng)，引起繼發(fā)性損傷的加重。這說明小膠質(zhì)細(xì)胞在腦出血的繼發(fā)性中樞神經(jīng)損傷過程中具有雙重調(diào)節(jié)作用，本文就ICH后小膠質(zhì)細(xì)胞的激活對繼發(fā)性腦損害的作用進行綜述，有望幫助新治療對策的研究和發(fā)現(xiàn)，減少ICH后繼發(fā)性腦損傷，改善患者預(yù)后。

1 腦出血后病灶周圍小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

在生理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到炎癥等損傷刺激時，小膠質(zhì)細(xì)胞即被激活以維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，分泌促炎因子、抗炎因子、炎癥趨化因子以及氧化應(yīng)激相關(guān)因子，獲得吞噬等一系列變化[6]，而這一激活狀態(tài)是動態(tài)的連續(xù)過程，不僅取決于活化過程的急、慢，還取決于外在因素持續(xù)的時間、激活過程中特定的因素(如應(yīng)激、感染、炎癥及受損神經(jīng)細(xì)胞的信號)改變。

小膠質(zhì)細(xì)胞的激活發(fā)生在ICH后早期階段，根據(jù)活化后的小膠質(zhì)細(xì)胞表型和功能可將小膠質(zhì)細(xì)胞分為M1型和M2型。M1型為傳統(tǒng)的活化表型，是一類以分泌促炎因子為主的細(xì)胞，主要發(fā)揮促炎功能，引起細(xì)胞凋亡及繼發(fā)性損傷，具有明顯的神經(jīng)毒性作用[7]。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞又分為M2a、M2b、M2c 3種亞型，被認(rèn)為是治愈細(xì)胞，在血管生成、抗炎因子分泌促進炎癥修復(fù)方面起重要作用[8]。Wan 及Lan等人的研究[9-10]認(rèn)為M1早在出血后4 h即達高峰，第3天仍持續(xù)維持在高水平，第7天開始下降；M2的出現(xiàn)較M1晚，出血1 d后達高峰，后開始下降直至第7天；出血第3天，M1在活化的小膠質(zhì)細(xì)胞中的比例開始下降，M2所占的比例開始上升，認(rèn)為M1向M2的轉(zhuǎn)變是發(fā)生在出血的前3天。我國一項關(guān)于大鼠ICH的實驗研究報道認(rèn)為在亞急性期M1數(shù)量顯著增多，持續(xù)分泌炎性介質(zhì)，這與血腫進一步增大、血液中有毒成分更多地進入組織間隙，同時外周的致炎細(xì)胞進入顱內(nèi)，造成新一輪的腦損害有密切聯(lián)系[11]。因此ICH后腦組織的損傷與修復(fù)是激活的小膠質(zhì)細(xì)胞在不同階段、不同表型功能表現(xiàn)的結(jié)果，對表型轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)可能是治療ICH繼發(fā)性腦損傷的重要策略。

1.1 血液成分對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

目前較多的研究顯示ICH后血腫及周圍的血液成分可以直接激活小膠質(zhì)細(xì)胞，尤其是紅細(xì)胞裂解后釋放的相關(guān)內(nèi)容物是腦損傷的關(guān)鍵因素。凝血酶作為一種血液成分中的絲氨酸蛋白可通過蛋白激酶激活受體依賴或非依賴機制，激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星型膠質(zhì)細(xì)胞。有研究報道顯示，凝血酶可通過MAPK信號通路誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，從而保持細(xì)胞的穩(wěn)定性。另一種紅細(xì)胞裂解產(chǎn)物血紅蛋白被認(rèn)為是一種通過TOLL樣受體有效激活小膠質(zhì)細(xì)胞的激活劑，ICH后釋放到腦實質(zhì)組織中的血紅蛋白和血紅素通過炎癥反應(yīng)對神經(jīng)元具有細(xì)胞毒性作用。鐵離子是血紅蛋白的降解產(chǎn)物，在血腫周圍聚集的鐵離子可能持久激活局部腦組織內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致一系列繼發(fā)性腦損傷的發(fā)生，血紅蛋白或血紅素分別通過細(xì)胞鐵二鉀離子的聚集誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和周圍細(xì)胞的損傷，而鐵螯合劑可以保護細(xì)胞免受損傷[12]。體外研究還發(fā)現(xiàn)，作為血腫主要成分的紅細(xì)胞可以刺激小膠質(zhì)細(xì)胞呈天線樣變形，且紅細(xì)胞通過與小膠質(zhì)細(xì)胞表面清道夫受體CD36結(jié)合，激活小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬活性，促進血腫的吸收，并上調(diào)促炎性因子，如TNF-α、IL- 1β和MMP9 的表達[13]。凝血因子纖維蛋白原也可通過促進炎癥趨化因子的釋放誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化。

1.2 炎癥反應(yīng)對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

炎癥反應(yīng)在ICH后繼發(fā)性腦損傷中起關(guān)鍵作用。ICH后血液成分包括的紅細(xì)胞、白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血漿蛋白立即進入腦實質(zhì)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，小膠質(zhì)細(xì)胞通過各種受體來識別從而被激活，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放早期炎性因子和趨化因子，吸引周圍炎性細(xì)胞浸潤[14]。一項ICH尸檢結(jié)果顯示，中性粒細(xì)胞滲入最遲發(fā)生在ICH后8 h，并在3 d時消失，中性粒細(xì)胞通過誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞活化來加重腦損傷。同時小膠質(zhì)細(xì)胞表達Toll樣受體(TLR)和Nod樣受體(NLR)，作為固有免疫系統(tǒng)中的模式識別受體Toll，在ICH后TLR4的激活也能誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)激活小膠質(zhì)細(xì)胞[15]。小膠質(zhì)細(xì)胞表達TLR和NLR受體，幫助它發(fā)現(xiàn)細(xì)菌性病原體和損傷的信號通路，而細(xì)胞表達促炎轉(zhuǎn)錄細(xì)胞因子基因、局部的或全身的炎癥、神經(jīng)變性狀態(tài)或無菌性的炎癥均有被報道可激活小膠質(zhì)細(xì)胞。

1.3 應(yīng)激反應(yīng)對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

ICH后繼發(fā)性腦損傷有多方面的因素，其中氧化應(yīng)激在一定程度上發(fā)揮很大的作用，ICH后血腫的占位效應(yīng)引起周圍組織的壓迫，局部缺血缺氧，造成過多的代謝產(chǎn)物堆積，其中過量的自由基生成，以活性氧為主，而小膠質(zhì)細(xì)胞是活性氧ROS 的重要來源，ROS 產(chǎn)生的細(xì)胞毒性作用被稱為氧化應(yīng)激，是ICH時腦損傷的基本機制之一。最近有研究報道，ICH后血紅素加氧酶 1(HO-1)在出血周邊區(qū)域激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中高度表達，其分解血紅素產(chǎn)生膽紅素、CO和鐵，過量的鐵在血腫周圍聚集引起鐵超載，通過 Fenton反應(yīng)催化生成 OH-，引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，自由基攻擊DNA加重腦損傷[16]。ICH后小膠質(zhì)細(xì)胞表達 iNOS 增多，小膠質(zhì)細(xì)胞也是誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的主要來源，其促進NO增加，NO可與未配對電子相互作用產(chǎn)生自由基，加重腦損傷。

1.4 自噬對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

自噬是一種基本的生物過程，其具有自動消化部分真核細(xì)胞自己的細(xì)胞質(zhì)的能力，自噬在衰老的過程中起著關(guān)鍵的作用。最近，自噬功能在免疫系統(tǒng)中被廣泛關(guān)注，已擴展到很多具有先天性免疫和適應(yīng)性免疫的調(diào)節(jié)和執(zhí)行過程中[17-18]。據(jù)文獻報道，ICH后自噬即刻發(fā)生，它與凝血酶一樣促使ICH后大腦的損傷和神經(jīng)細(xì)胞的死亡，在腦缺血的研究中發(fā)現(xiàn)，腦缺血可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生自噬導(dǎo)致缺血性炎癥和損害[19]。ICH后自噬激活小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生炎性反應(yīng)損傷神經(jīng)元，其可能是通過Beclin-1-Atg5信號通路激活小膠質(zhì)細(xì)胞的，使用自噬抑制因子3-MA后可減少ICH后組織水腫和神經(jīng)損傷，這些證據(jù)顯示，自噬抑制因子改善ICH后的神經(jīng)癥狀可能是通過Beclin-1-Atg5信號通路激活小膠質(zhì)細(xì)胞的[20]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞激活對ICH后神經(jīng)功能的保護和損害作用

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞激活對ICH后神經(jīng)功能的保護作用

一直以來，小膠質(zhì)細(xì)胞依靠其形態(tài)學(xué)變化發(fā)揮其吞噬作用，不僅維持著中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)，同時還具有調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡、突觸清除、神經(jīng)再生及神經(jīng)元監(jiān)視等活性，從而在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、突觸可塑性及成年個體的學(xué)習(xí)能力等方面起到重要作用，因此小膠質(zhì)細(xì)胞在正常神經(jīng)系統(tǒng)的塑造方面扮演著積極的角色。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞能促進ICH后血腫和細(xì)胞碎片的吸收，促使神經(jīng)和血管的修復(fù)，這與其表面的清道夫受體CD36有關(guān)。在體外實驗中將CD36轉(zhuǎn)移到無吞噬能力的細(xì)胞上可發(fā)揮其吞噬功能，體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)ICH后血腫吸收的速度在CD36缺乏的病人身上是相對緩慢的，盡管CD36促進血腫吸收的機制尚未完全知曉，但促進CD36的表達已經(jīng)成為ICH病人的一種治療手段?？寡滓蜃覫L-10是小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的M2型相關(guān)細(xì)胞因子，它能誘導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶的表達，抑制絲裂原活化蛋白激酶信號，從而抑制促炎因子的轉(zhuǎn)錄，減少過氧化物的生成，上調(diào)CD36的表達，增強小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力，從而減少ICH后的神經(jīng)損傷[21-22]。

除了吞噬，小膠質(zhì)細(xì)胞可促進神經(jīng)生長和血管重建，從體外培養(yǎng)來看，小膠質(zhì)細(xì)胞的條件培養(yǎng)基可促進神經(jīng)前體細(xì)胞增殖、遷移和分化。另外，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、絲氨酸蛋白酶2、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞營養(yǎng)因子，這些因子都可促進神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖[21]。ICH后小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，并通過隙縫連接半通道釋放過量的谷氨酸，引起神經(jīng)毒性[23]，而在體外培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞中可檢測到谷氨酸受體及其合成酶蛋白，同時可在MR共振譜中檢測到谷氨酰胺信號[24]，說明小膠質(zhì)細(xì)胞可以將谷氨酸轉(zhuǎn)化成谷氨酰胺，從而減輕谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)損傷。在損傷的腦內(nèi)血管重建體系中發(fā)現(xiàn)，在損傷后幾天內(nèi)的缺血半暗帶中，新生血管通常被小膠質(zhì)細(xì)胞所包繞，表明活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可能有利于腦血管的新生與重建。小膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)絡(luò)氨酸蛋白激酶A3和A4的表達，促進大腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長，修復(fù)受損的血管壁[25]。這些證據(jù)說明小膠質(zhì)細(xì)胞可促進神經(jīng)再生和血管壁的修復(fù)，對大腦功能的康復(fù)是有益的，雖然，小膠質(zhì)細(xì)胞在ICH后血管生成和血管壁修復(fù)過程中的表型以及具體機制尚未完全探明，但已知M2型小膠質(zhì)細(xì)胞對血管修復(fù)起到了關(guān)鍵作用，其促進血管生成因子、生長因子的釋放，誘發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移及血管發(fā)芽，有利于血管的再生。

2.2 小膠質(zhì)細(xì)胞激活對ICH后神經(jīng)功能的損害作用

ICH后在小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮吞噬作用清除顱內(nèi)血腫及碎片的同時還釋放出各種有毒因子，如炎癥因子、趨化因子、活性氧、蛋白酶、一氧化氮合酶、前列腺素等，進一步加重ICH后的腦損害。Sansing等[26]報道，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞表達高水平的TLR4，它能識別來自細(xì)菌、病毒、分支桿菌、真菌、寄生蟲的各種病原微生物，同樣在中樞神經(jīng)類疾病如腦缺血、腦梗死中TLR4也起著炎癥損害的作用，預(yù)先使用TLR4阻斷劑或敲除TLR4基因的大鼠ICH模型中顯示較低的炎癥反應(yīng)并且促進神經(jīng)功能恢復(fù)。在使用小膠質(zhì)細(xì)胞阻斷因子(MIF)干預(yù)后的小膠質(zhì)細(xì)胞分泌了較少的細(xì)胞因子，在體內(nèi)實驗中，ICH模型的大鼠在使用MIF治療后發(fā)現(xiàn)腦水腫減輕，這意味著小膠質(zhì)細(xì)胞是血腦屏障破壞的原因之一。在正常情況下基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPS)參與細(xì)胞外基質(zhì)降解的蛋白酶，表達很低，但它可以在多種腦部疾病中被激活。在大鼠ICH模型中發(fā)現(xiàn)2～3 d內(nèi)MMP2和MMP9明顯上升，脂多糖可以激活M1/M2型小膠質(zhì)細(xì)胞，釋放MMP，促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性反應(yīng)并破壞血腦屏障[27]。參與ICH后炎癥反應(yīng)的介質(zhì)主要以MMP、NF-kB為主，而MMP中MMP-3和MMP-9兩種配體可降解細(xì)胞外基質(zhì)進而導(dǎo)致神經(jīng)血管損傷。ICH后，血腦屏障的損害及腦水腫的形成是導(dǎo)致ICH后神經(jīng)功能障礙發(fā)生與發(fā)展的重要因素[28]。小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子TNF-α、IL-β以及氧自由基都可激活MMP-9，調(diào)節(jié)ICH后小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的腦損害，而在使用MM P抑制劑后腦水腫、炎癥反應(yīng)、血腦屏障通透性均有降低[21]。向膠原酶誘導(dǎo)的大鼠ICH模型中注射MMP抑制劑后，可觀察到MMP通過介導(dǎo)β-肌糖鏈斷裂引起血腦屏障完整性的破壞，造成神經(jīng)功能損害、腦水腫、血腦屏障通透性增加，進一步加重腦水腫[29]。高遷移族蛋白1(HMGB1)作為一種非組蛋白染色體結(jié)合蛋白，普遍存在于哺乳動物組織中，當(dāng)其被激活后進入細(xì)胞質(zhì)，參與急性ICH血腫周圍炎性表達。活化的小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞可分泌HMGB1，其刺激TLR2和TLR4誘導(dǎo)炎癥應(yīng)答。一項研究顯示，ICH后1 h在病灶側(cè)腦細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中即可檢測到HMBG1蛋白的表達，使用HMBG1抑制蛋白丙酮酸乙酯后可減輕神經(jīng)炎癥性反應(yīng)，降低小膠質(zhì)細(xì)胞的表達[30]，體外實驗中，用TNF-α刺激培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞可釋放出大量的HMGB1，重組人HMGB1也可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，使得NF-KB、COX2、TNF-α、IL-1β表達增加，這些結(jié)果顯示HMGB1可促使ICH后神經(jīng)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而小膠質(zhì)細(xì)胞的激活可認(rèn)為是HMGB1調(diào)節(jié)ICH后炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵點。

3 小結(jié)

綜上所述，小膠質(zhì)細(xì)胞在ICH的繼發(fā)性腦損害中起著“雙刃劍”的作用，無論是積極的保護作用還是加重腦損傷的作用都是因為平衡被打破，為此要盡可能地恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)，讓腦功能傾向于正常，這就取決于被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞傾向于哪一種表型，是加重腦損傷的M1表型，還是可以分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子及抗炎性介質(zhì)、促進血腦屏障的修復(fù)的M2表型。目前對ICH后小膠質(zhì)細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)化尚未完全明了，但可以肯定的是促進M1型小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)變是有利于ICH后腦組織恢復(fù)的，因此如何促進上述的轉(zhuǎn)化，發(fā)揮小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護作用，抑制其損傷作用，將會是今后的治療目標(biāo)。