星形膠質(zhì)細(xì)胞?小膠質(zhì)細(xì)胞的交互對話在神經(jīng)炎癥中的雙重作用

郭壯 周利君

中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院生理教研室及中山大學(xué)疼痛研究中心（廣州510080）

神經(jīng)炎癥是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous sys?tem，CNS）受到損傷、感染、毒素、衰老等刺激后，由以神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞為主的非神經(jīng)元因素激活而發(fā)生的一種復(fù)雜自身免疫反應(yīng)。急性適度的神經(jīng)炎癥在CNS 發(fā)育和損傷后組織修復(fù)期起到保護(hù)作用，有助于維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。但過度激活或慢性神經(jīng)炎癥反而會對神經(jīng)組織造成損傷及毒性，與阿爾茨海默?。ˋlzheimer′s disease，AD）、帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）、多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)［1］。這表明神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥在CNS 內(nèi)環(huán)境中扮演“雙重”角色。越來越多的證據(jù)顯示，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞之間的交互對話（crosstalk）在這種雙重作用的神經(jīng)炎癥發(fā)生發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用［2］。有效控制神經(jīng)炎癥成為一種潛在的神經(jīng)退行性疾病治療方式。

1 星形膠質(zhì)細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞

CNS 中星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量最多，通過營養(yǎng)支持、重吸收神經(jīng)遞質(zhì)等作用協(xié)助維持神經(jīng)元的功能和CNS 穩(wěn)定［3］。小膠質(zhì)細(xì)胞為CNS 重要免疫細(xì)胞，能最先感知微環(huán)境的變化并快速伸出突起做出反應(yīng)；作為“大腦的巨噬細(xì)胞”吞噬和清除病原體、壞死細(xì)胞及碎屑，對CNS 的發(fā)育、維持和修復(fù)具有重要作用［4-5］。值得注意的是，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞均具有高度的可塑性，在不同刺激下可轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻颖硇停置诙喾N促炎、抗炎細(xì)胞因子以及神經(jīng)營養(yǎng)因子，起誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥作用。在傷害或損傷因素刺激下，星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，誘導(dǎo)出不同表型與功能的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞（reactive astro?cyte）：A1 型偏向炎癥激活，高度上調(diào)許多經(jīng)典補體級聯(lián)基因，能誘導(dǎo)突觸破壞、組織損傷和神經(jīng)元死亡，因而相對有害；而A2 型偏向炎癥抑制，上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進(jìn)組織修復(fù)和神經(jīng)元存活，具有保護(hù)作用［1］。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活過程稱為極化（polarization）：靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞（M0）被激活成經(jīng)典激活M1 型（classical microglia）或替代激活M2型（alternative microglia）［1］。M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞傾向于炎癥激活，而M2 型傾向于炎癥抑制。但A1/A2和M1/M2 只是粗略分類。最新研究揭示更細(xì)的分型及其與疾病進(jìn)展的關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步體現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性特點［6］。

星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞是一對獨特的組合：小膠質(zhì)細(xì)胞可通過延伸偽足直接接觸星形膠質(zhì)細(xì)胞［7］；也通過分泌大量細(xì)胞因子和化學(xué)分子傳遞更加復(fù)雜而精準(zhǔn)的信息［2］。這種交互對話協(xié)調(diào)和限制雙方的結(jié)構(gòu)和功能，并成為構(gòu)建CNS 復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)。

2 交互對話的神經(jīng)保護(hù)作用

2.1 調(diào)控突觸平衡CNS 發(fā)育過程中突觸數(shù)量的平衡非常重要，星形膠質(zhì)細(xì)胞?小膠質(zhì)細(xì)胞的交互對話有助于共同維持突觸的穩(wěn)定和神經(jīng)回路的形成。小膠質(zhì)細(xì)胞能主動吞噬修剪突觸；星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放白介素?33（IL?33）可增加小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬能力，且其表達(dá)隨突觸的成熟而增加，表明星形膠質(zhì)細(xì)胞對突觸數(shù)量增加的反應(yīng)促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞對突觸的修剪［8］。星形膠質(zhì)細(xì)胞也可通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF?β）正向調(diào)節(jié)C1q（comple?ment 1q）表達(dá)，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮吞噬修剪突觸的功能［9］。缺血誘導(dǎo)的A2 反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)許多神經(jīng)營養(yǎng)因子促進(jìn)神經(jīng)元存活生長［10］。這提示A2 型星形膠質(zhì)細(xì)胞具有幫助修復(fù)功能。

2.2 激活初期炎癥生理靜息情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞突起終末一直處于高度動態(tài)的監(jiān)視狀態(tài)；在受到損傷和刺激時，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞會作為一個整體協(xié)同做出反應(yīng)。一方面，小膠質(zhì)細(xì)胞快速、自主伸展突起在健康組織和損傷組織之間建立起潛在隔離屏障；星形膠質(zhì)細(xì)胞活化分泌ATP 作為內(nèi)源性“危險信號”，與小膠質(zhì)細(xì)胞表面嘌呤受體P2Y12 結(jié)合，產(chǎn)生趨化效應(yīng)，招募更多的小膠質(zhì)細(xì)胞定向遷移到損傷部位，伸出突起協(xié)助封閉受損的組織［11］。另一方面，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞會表達(dá)Toll 樣受體（TLR）等固有免疫模式識別受體（PRR）來識別不同刺激，誘發(fā)炎癥反應(yīng)并促進(jìn)組織修復(fù)。體外實驗顯示星形膠質(zhì)細(xì)胞只有在含有0.5% ～ 1%小膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)時被細(xì)菌脂多糖（LPS、TLR4 激動劑）刺激后才顯著釋放致炎因子的；也只在共培養(yǎng)時才釋放膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）降低炎癥驅(qū)動的神經(jīng)毒性，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［12］。小膠質(zhì)細(xì)胞對LPS的反應(yīng)也依賴于星形膠質(zhì)細(xì)胞表面多巴胺受體D3（DRD3），如下調(diào)該受體的功能，則會降低小膠質(zhì)細(xì)胞的活性［13］。

2.3 抑制過度炎癥當(dāng)炎癥過度激活時，逐漸增強的抑炎效應(yīng)使得兩種細(xì)胞之間的對話更加復(fù)雜。星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的血清類黏蛋白2（ORM2）通過阻斷趨化因子CCL4 與小膠質(zhì)細(xì)胞上C?C 趨化因子受體5（CCR5）相互作用，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞遷移和激活作用，并降低其促炎介質(zhì)的產(chǎn)生及神經(jīng)毒性［14］。星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的GABA 也可下調(diào)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥效應(yīng)［15］。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞還可通過嘌呤P2Y1 受體和TGF?β通路促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)抗炎分子精氨酸酶1 和BDNF，引導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)向修復(fù)表型，促進(jìn)軸突生長［16］。除利用小分子作為信息交流的載體，星形膠質(zhì)細(xì)胞還通過釋放外泌體來傳遞信息至小膠質(zhì)細(xì)胞并調(diào)節(jié)其功能。在創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）小鼠模型中發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌含miR?873a?5p 的外泌體促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)換，發(fā)揮抑制神經(jīng)炎癥的作用［17］。應(yīng)激狀態(tài)下的星形膠質(zhì)細(xì)胞也可通過自分泌和旁分泌方式釋放含熱休克蛋白αB?crystallin（CRYAB）的外泌體，抑制炎癥反應(yīng)的過度進(jìn)展［18］。與此同時，小膠質(zhì)細(xì)胞也能調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞功能發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。TBI 模型中小膠質(zhì)細(xì)胞來源的細(xì)胞因子（TNF?α、IL?1β和IL?6）下調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞P2Y1 受體表達(dá)，將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)保護(hù)表型，加速膠質(zhì)瘢痕形成［19］。

總之，小膠質(zhì)細(xì)胞感受組織損傷，調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活；而激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞招募更多免疫細(xì)胞定向遷移到損傷部位，形成自身及相互的信息對話，促進(jìn)初期炎癥效應(yīng)的級聯(lián)放大。同時，激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放多種細(xì)胞因子阻止小膠質(zhì)細(xì)胞的過度反應(yīng)。這種交互對話在CNS 發(fā)育和穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著非常重要的神經(jīng)保護(hù)作用［2］。

3 交互對話的神經(jīng)毒性

如病損較大或傷害性刺激持續(xù)存在，這種交互對話就會進(jìn)一步激活并放大，導(dǎo)致神經(jīng)炎性反應(yīng)過度甚至難以控制，這會產(chǎn)生不同程度的神經(jīng)毒性作用。

3.1 小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)神經(jīng)毒性A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞2017年LIDDELOW 等［20］發(fā)現(xiàn)急性損傷或者內(nèi)毒素誘導(dǎo)下，小膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌三種細(xì)胞因子（IL?1α、TNF 和C1q）促進(jìn)其向A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，使其不僅喪失促進(jìn)神經(jīng)元存活、生長、突觸形成和吞噬的能力，還表現(xiàn)出高反應(yīng)性，分泌補體成分進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡。這進(jìn)一步明確A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性。在MS 小鼠模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的VEGF?β使其轉(zhuǎn)化成反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)疾病進(jìn)展，而其分泌的TGF?α作用則恰好相反［21］。

3.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)毒性在CNS 炎癥紊亂過程中，星形膠質(zhì)細(xì)胞主要通過趨化因子CCL2?CCR2 通路誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)毒性反應(yīng)。缺血性卒中的急性期，星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的促炎介質(zhì)溶血磷脂酰膽堿便通過CCL2?CCR2 通路激活小膠質(zhì)細(xì)胞，介導(dǎo)神經(jīng)毒性反應(yīng)［22］。此外，在腦出血（intracerebral hemorrhage，ICH）模型中，星形膠質(zhì)細(xì)胞源性IL?15 通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞釋放更多促炎因子（如CD86、IL?1β和TNF?α等）加速腦損傷［23］。星形膠質(zhì)細(xì)胞中主要組織相容性復(fù)合體I（MHCI）過度表達(dá)和外泌體分泌會對小膠質(zhì)細(xì)胞增殖及神經(jīng)元數(shù)量和突起密度產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致小鼠社交和認(rèn)知的缺陷［24］。

總之，神經(jīng)炎癥中的交互對話是一個多階段的復(fù)雜過程，不僅涉及到眾多的信號分子和通路，而且在特定的微環(huán)境中會表現(xiàn)出有利和有害的雙重特點（圖1）。

圖1 CNS 神經(jīng)炎癥中的小膠質(zhì)細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞的交互對話Fig.1 Astrocyte?microglia crosstalk in CNS neuroinflammation

4 神經(jīng)退行性疾病中的交互對話

大量證據(jù)表明兩種膠質(zhì)細(xì)胞交互對話和神經(jīng)炎癥與AD 等神經(jīng)退行性病變密切相關(guān)。包圍在斑塊周圍的膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)暴露于由Aβ淀粉樣蛋白和tau 蛋白組成的神經(jīng)性斑塊而被激活獲得慢性炎癥表型，進(jìn)而增加神經(jīng)元的死亡［25］。在AD 小鼠模型中，細(xì)胞內(nèi)過量Aβ蛋白的沉積將誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞NF?κB 通路的過度激活，導(dǎo)致補體C3 表達(dá)上升，C3 與小膠質(zhì)細(xì)胞的C3a 受體結(jié)合，抑制Aβ蛋白的清除，由此形成惡性循環(huán)，促進(jìn)神經(jīng)退行性病變的進(jìn)展［26］。而C3a受體的缺失能減少神經(jīng)炎癥和病理性蛋白的沉積，并改善與疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞表型［27］。除了C3，清道夫受體A 類（scavenger receptor class A，SR?A）也在兩種細(xì)胞的交互對話中發(fā)揮作用。SR?A 可以促進(jìn)兩種膠質(zhì)細(xì)胞協(xié)作清除Aβ蛋白。SR?A 缺乏的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞對氧化應(yīng)激的敏感性和NO 的產(chǎn)生下降，產(chǎn)生的促炎因子卻增加了7 倍，抗炎因子的釋放減少到原來的1/12，進(jìn)而抑制對膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)，并促進(jìn)Aβ蛋白的沉積［28］。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞中過量動力相關(guān)蛋白（Drp1）通過線粒體受體fission 1（Fis1）促進(jìn)線粒體過度分裂及碎片的釋放，再激活A(yù)1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)一步擴散神經(jīng)炎癥導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞的死亡，最終促進(jìn)神經(jīng)退行性病變的進(jìn)展［29］。這些機制可能有助于AD 的進(jìn)展。

5 調(diào)控神經(jīng)膠質(zhì)的激活將成為防治神經(jīng)退行性疾病的新策略

A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞不僅在CNS 損傷后迅速形成；也在各種人類神經(jīng)退行性疾病如AD、PD 和MS中都有豐富的表達(dá)；而抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的形成可阻止體內(nèi)軸突切除的中樞神經(jīng)元死亡［20］。這提示抑制小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞激活會對AD 等多種神經(jīng)退行性疾病有潛在的保護(hù)作用，為神經(jīng)退行性疾病新療法的發(fā)展提供新的策略。XU 等［30］發(fā)現(xiàn)乳脂肪球表皮生長因子8（MFG?E8）能逆轉(zhuǎn)小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，這與MFG?E8 選擇性抑制Aβ引起小膠質(zhì)細(xì)胞M1 型極化相對應(yīng)［31］，表明MFG?E8 抑制膠質(zhì)細(xì)胞炎癥將在AD 治療上有很大的潛力。YUN 等［32］發(fā)現(xiàn)胰高血糖素樣肽?1受體（GLP1R）特性表達(dá)在PD 患者或模型的黑質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞中，而在給予一種腦透性的長效GLP1R激動劑NLY01 能直接阻止小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 神經(jīng)毒性表型轉(zhuǎn)化。這不僅能防止散發(fā)PD 鼠模型中多巴胺能神經(jīng)元的丟失和行為缺陷；還可延長神經(jīng)退行性病變模型轉(zhuǎn)基因小鼠的壽命，減少行為缺陷和神經(jīng)病理異常。這與GLP1R 激動劑是治療中風(fēng)、PD 等神經(jīng)疾病的潛在神經(jīng)保護(hù)劑的研究［33］相一致。因此，抑制這種交互對話的藥物開發(fā)將在治療以小膠質(zhì)細(xì)胞激活為特征的AD、PD 及相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病時會擁有廣闊的前景。

6 總結(jié)與展望

總之，星形膠質(zhì)細(xì)胞?小膠質(zhì)細(xì)胞交互對話產(chǎn)生的神經(jīng)炎癥是一把雙刃劍：適度炎癥具有保護(hù)作用，有助于維持神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的完整以及CNS 穩(wěn)態(tài)；而過度炎癥具有神經(jīng)毒性，成為神經(jīng)退行性病變的重要誘因甚至驅(qū)動因素。因此，在深入探討這種交互對話的基礎(chǔ)上，利用適度激活膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用，并防止過度激活導(dǎo)致的神經(jīng)損害，對于維持神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)以及治療神經(jīng)退行性疾病都有著重要的意義。

由于小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞具有高度可塑性以及交互對話的協(xié)調(diào)性、多效性及時間上的動態(tài)性等特點，這就需要借助科技的發(fā)展及新技術(shù)的運用（如單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)）更精準(zhǔn)有效地鑒定參與交互對話的不同膠質(zhì)細(xì)胞亞型、找出促進(jìn)表型轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵機制及靶分子，為有效調(diào)控CNS 內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)以及神經(jīng)退行性疾病的防治提供新的靶點和策略。