星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦白質(zhì)缺血性損傷后髓鞘再生的研究進(jìn)展

徐亞萍，謝敏杰

隨著我國(guó)步入老齡化，腦卒中發(fā)病率明顯增加，其中缺血性卒中占70%以上，因其死亡率高、致殘率高、復(fù)發(fā)率高、恢復(fù)緩慢的特點(diǎn)，給社會(huì)和家庭都帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。任何臨床類型缺血性卒中在大多數(shù)情況下都會(huì)影響腦白質(zhì)導(dǎo)致脫髓鞘及軸突損害，這也是神經(jīng)功能預(yù)后不良的危險(xiǎn)因素。研究發(fā)現(xiàn)，在正常的老年人群中，超過(guò)半數(shù)發(fā)現(xiàn)不同程度的腦白質(zhì)缺血，而在卒中患者中高達(dá)64%～86%[1]。因此，白質(zhì)完整性的破壞被認(rèn)為在神經(jīng)損傷中起著重要作用[2]。

少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（oligodendrocyte precursor cell，OPC）是形成髓鞘結(jié)構(gòu)的主要來(lái)源細(xì)胞，其不僅分布在新生或發(fā)育期腦內(nèi)，也存在于成年腦內(nèi)，且能分化為成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞。缺血發(fā)生后OPC 可快速增殖并且遷移到損傷部位，并進(jìn)一步分化為成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞（oligodendrocyte，OL）以保持髓鞘結(jié)構(gòu)的完整性，維持神經(jīng)信號(hào)的有效傳導(dǎo)。通過(guò)激活OPC來(lái)增加成熟OL數(shù)量這一方式使成年腦擁有內(nèi)源性髓鞘再生保護(hù)機(jī)制，在缺血性卒中后神經(jīng)功能的有效恢復(fù)過(guò)程中發(fā)揮著有利且關(guān)鍵的作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞作為大腦中最豐富、最主要的膠質(zhì)細(xì)胞，是OL譜系細(xì)胞生存微環(huán)境中的主體，對(duì)維持OL譜系發(fā)育、分化和功能穩(wěn)定具有重要作用。近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明星形膠質(zhì)細(xì)胞活躍地參與了腦白質(zhì)損傷的病理過(guò)程[3,4]。缺血性髓鞘損傷是多因素參與的復(fù)雜過(guò)程，相關(guān)治療尚未達(dá)到臨床預(yù)期，迫切需要從多角度研究其機(jī)制及治療方法。星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)分泌細(xì)胞因子、外泌體及與OL 譜系細(xì)胞形成縫隙連接影響OL 譜系細(xì)胞的生存與發(fā)展，從而在髓鞘再生與修復(fù)中發(fā)揮重要作用，本文主要對(duì)髓鞘損傷后相關(guān)機(jī)制及星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)髓鞘損傷及修復(fù)的多個(gè)作用方式進(jìn)行綜述。

1 髓鞘損傷相關(guān)機(jī)制

1.1 谷氨酸興奮性中毒

谷氨酸通過(guò)離子型受體和代謝型受體起作用，前者控制膜離子通道對(duì)陽(yáng)離子的通透性，后者是與G蛋白偶聯(lián)的跨膜受體。谷氨酸興奮毒性是中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺血性損傷的主要因素之一。OL 上主要表達(dá)三種離子型的谷氨酸受體：AMPA、kainate 和NMDA受體[5,6]。其中，AMPA和kainate受體的過(guò)度激活會(huì)導(dǎo)致OL 死亡以及原發(fā)性或繼發(fā)性髓鞘破壞[7]。Ca2+在受體激活時(shí)的內(nèi)流以及隨后在線粒體內(nèi)積累是損傷的核心因素。腦白質(zhì)中OPC 表達(dá)AMPA 型谷氨酸受體，有證據(jù)表明谷氨酸可抑制OPC 的增殖，加快其遷移速度，并抑制其在體外分化為OL的能力[8]。

1.2 蛋白酶的激活

白質(zhì)缺血可激活蛋白酶，從而削弱軸突和髓鞘的結(jié)構(gòu)完整性。神經(jīng)纖維絲是白質(zhì)軸突的主要結(jié)構(gòu)成分，鈣蛋白酶已被證明參與缺血條件下神經(jīng)絲的降解?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）可以直接攻擊髓鞘成分，如髓鞘堿性蛋白（myelin basic protein，MBP）。細(xì)胞外基質(zhì)影響少突膠質(zhì)細(xì)胞的增殖、存活、遷移和分化，以及突起延伸和髓鞘形成。其中，MMP-2 和MMP-9 可以分解髓鞘的兩個(gè)主要成分MBP 和髓鞘相關(guān)糖蛋白（myelin-associated glycoprotein，MAG）[9]。研究表明，在MMP-9 基因敲除小鼠中，缺血損傷后導(dǎo)致MBP的降解減少[10]。

1.3 ATP介導(dǎo)的毒性

ATP 可激活離子型P2X 和代謝型P2Y 嘌呤受體，OL 均表達(dá)這兩種受體[11]。在缺血期間，OL可能通過(guò)膜聯(lián)蛋白半通道釋放ATP，從而導(dǎo)致線粒體去極化和ROS的釋放。ATP介導(dǎo)的毒性則導(dǎo)致OL凋亡或壞死，細(xì)胞死亡的方式由Ca2+激增的強(qiáng)度決定，而Ca2+激增的強(qiáng)度又取決于缺血性損傷的強(qiáng)度[12]。Ca2+與ATP相互作用共同影響OL譜系細(xì)胞的存活與功能。

2 OPC在髓鞘再生中的作用

OPC 被NG2 和PDGFR-α識(shí)別，占成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞總數(shù)的3%～9%。研究表明，位于灰質(zhì)和白質(zhì)的OPC 和來(lái)自SVZ 的OPC 參與新的OL 生成[13]。由于損傷的成熟OL 不再產(chǎn)生功能性髓磷脂，而成熟OL 也不會(huì)自我增殖，因此，OPC 成為髓鞘損傷后成熟OL的主要來(lái)源[10,13]。脫髓鞘發(fā)生后，OPC進(jìn)入脫髓鞘區(qū)域的過(guò)程稱為髓鞘再生的招募階段，它涉及OPC的遷移與增殖。募集后，OPC 必須分化為重新髓鞘的OL。這個(gè)分化階段包括三個(gè)不同的步驟：與要重新形成髓鞘的軸突建立聯(lián)系，表達(dá)髓鞘基因并生成髓鞘膜，最后包裹軸突并形成致密髓鞘結(jié)構(gòu)[14]。研究發(fā)現(xiàn)，卒中和實(shí)驗(yàn)性缺血均可誘導(dǎo)OPC增殖。然而，這些OPC中大多數(shù)未能發(fā)育為成熟的OL，導(dǎo)致髓鞘再生不足和白質(zhì)修復(fù)不成功。因此，促進(jìn)OL生成和OPC分化可能是增強(qiáng)白質(zhì)完整性并改善卒中后神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)的潛在治療策略[15]。

3 星形膠質(zhì)細(xì)胞在髓鞘損傷及修復(fù)中的作用

3.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞概述

星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中異質(zhì)性高且數(shù)量最豐富的膠質(zhì)細(xì)胞，在維持動(dòng)態(tài)平衡和影響髓鞘形成方面發(fā)揮重要作用[16]。星形膠質(zhì)細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞形態(tài)和解剖位置的不同可分為原漿型和纖維型兩種主要亞型。原漿型星形膠質(zhì)細(xì)胞位于灰質(zhì)，纖維型星形膠質(zhì)細(xì)胞位于白質(zhì)[17]。與灰質(zhì)中的星形膠質(zhì)細(xì)胞相比，白質(zhì)中的星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)更高水平的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，并表現(xiàn)出更大的谷氨酸代謝能力[18]，因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠清除谷氨酸，在維持健康的OL和髓鞘再生方面發(fā)揮重要的作用。

星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的反應(yīng)十分重要，包括它們控制細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外間隙之間的液體運(yùn)動(dòng)中的作用，攝取谷氨酸和減少興奮性毒性的能力，以及在空間緩沖中的作用[19]。OL 死亡和軸索脫髓鞘總是伴隨著星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活[20]。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生是中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的可靠和敏感的標(biāo)志，并且可能通過(guò)喪失正常星形膠質(zhì)細(xì)胞功能或獲得異常效應(yīng)，在CNS疾病中發(fā)揮重要作用[17]。反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的一個(gè)明顯特征是過(guò)度表達(dá)中間絲蛋白，如GFAP或波形蛋白，GFAP過(guò)表達(dá)和形態(tài)變化是最常用的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物[21,22]。同時(shí)，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞在應(yīng)對(duì)CNS 損傷時(shí)發(fā)揮許多重要的有益功能，包括血腦屏障修復(fù)、神經(jīng)保護(hù)和限制炎癥細(xì)胞的擴(kuò)散、感染等[17]。

3.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞與髓鞘形成及再生

3.2.1 能量供應(yīng)及細(xì)胞因子分泌 星形膠質(zhì)細(xì)胞能為髓鞘損傷后再生提供能量并分泌相關(guān)細(xì)胞因子。星形膠質(zhì)細(xì)胞將獲得葡萄糖轉(zhuǎn)化為糖原并儲(chǔ)存[22]。當(dāng)缺血性損傷發(fā)生后，低糖濃度下的星形膠質(zhì)細(xì)胞可將儲(chǔ)存的糖原降解成乳酸，進(jìn)而增加細(xì)胞外乳酸水平，為附近的髓鞘及軸突提供能量[23,24]。

星形膠質(zhì)細(xì)胞可分泌血小板衍生生長(zhǎng)因子（platelet derived growth factor，PDGF）和FGF-2 等可溶性因子來(lái)促進(jìn)OPC 的存活和增殖[22]，也可分泌CNTF促進(jìn)OPC分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞[25]，并保護(hù)OL免受凋亡，減少損傷后的髓鞘進(jìn)一步破壞[26]。同時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)釋放CXCL1作用于OL上的趨化因子受體CXCR2，促進(jìn)體內(nèi)OL分化和髓鞘形成[27,28]。星形膠質(zhì)細(xì)胞也能夠釋放CXCL10 來(lái)吸引小膠質(zhì)細(xì)胞，在Cuprizone 脫髓鞘模型中，CXCL10 是清除髓鞘碎片和髓鞘再生所必需的[29,30]。因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子在髓鞘再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

3.2.2 縫隙連接 星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)連接蛋白（connexins，Cx）與OL之間形成縫隙連接[31]，參與OL的存活、增殖及分化過(guò)程。在CNS中，星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Cx30、Cx43，OL表達(dá)Cx32、Cx47和Cx29。并且，AST和OL之間可形成異型縫隙連接通道[32]，允許小分子在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移。在體實(shí)驗(yàn)研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞和OL之間的偶聯(lián)中斷會(huì)導(dǎo)致脫髓鞘和運(yùn)動(dòng)損傷[33]。

作為CNS中最豐富的間隙連接蛋白，星形膠質(zhì)細(xì)胞連接蛋白43（Cx43）維持星形膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)，影響OL的發(fā)育，并參與CNS 病理及損傷的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，在髓鞘再生過(guò)程中，星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43 的耗竭能夠促進(jìn)OPC 的分化。同時(shí)，Cx43 cKO小鼠發(fā)生損傷后，神經(jīng)膠質(zhì)激活被下調(diào)，局部炎癥得到調(diào)節(jié)，髓鞘碎片減少[34]，說(shuō)明Cx43缺失后可通過(guò)調(diào)節(jié)局部炎性反應(yīng)改善髓鞘再生。同時(shí)，在雙側(cè)頸總動(dòng)脈狹窄（bilateral common carotid artery stenosis，BCAS）白質(zhì)損傷小鼠模型中，抑制或敲除Cx43后可減輕白質(zhì)損傷后脫髓鞘的改變及認(rèn)知功能下降[4]。而OL Cx47和Cx32雙基因敲除小鼠在出生后6周死亡，并表現(xiàn)出嚴(yán)重的中央髓鞘異常及OL 的死亡和軸突丟失；星形膠質(zhì)細(xì)胞雙基因敲除的Cx43/Cx30小鼠則發(fā)現(xiàn)在白質(zhì)中顯示膠質(zhì)“水腫”和髓鞘空泡化，也說(shuō)明星形膠質(zhì)細(xì)胞-OL 縫隙連接通訊對(duì)CNS髓鞘形成至關(guān)重要[35-37]。缺乏Cx47和Cx30的小鼠不能將OL與星形膠質(zhì)細(xì)胞偶聯(lián)，導(dǎo)致存活率降低，OL數(shù)量減少，髓鞘空泡化和變薄，以及嚴(yán)重的星形膠質(zhì)和微膠質(zhì)增生[33]。星形膠質(zhì)細(xì)胞與OL 譜系細(xì)胞之間的縫隙連接通道可允許小分子間的傳遞，并參與髓鞘的形成，是髓鞘再生過(guò)程中重要的調(diào)控靶點(diǎn)。

3.2.3 外泌體 外泌體是一類直徑在30～150 nm 之間，真核生物體內(nèi)的幾乎所有細(xì)胞能夠產(chǎn)生，且內(nèi)容物中包含脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及RNA 的細(xì)胞外囊泡[38,39]。它來(lái)自內(nèi)體系統(tǒng)，內(nèi)體分選復(fù)合體（endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）是外泌體形成的核心分子機(jī)制[40-42]。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，外泌體作為新型的細(xì)胞間交流分子，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮重要作用。

外泌體最初被認(rèn)為是細(xì)胞處理代謝廢物的載體，但它們?cè)诩?xì)胞間交換物質(zhì)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及miRNAs方面的作用逐漸受到重視并引發(fā)了極大的關(guān)注[43,44]。外泌體使細(xì)胞間遠(yuǎn)程通信成為可能，這有助于細(xì)胞進(jìn)行蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNA等的物質(zhì)交換。外泌體與靶細(xì)胞接觸后，可通過(guò)膜融合、受體配體結(jié)合及受體細(xì)胞內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，具體取決于所涉及的靶細(xì)胞的類型。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，外泌體積極參與神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)、腦卒中及神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展[44-46]。

外泌體具有脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，可自由通過(guò)血腦屏障，并且可攜帶遺傳物質(zhì)，調(diào)控受體細(xì)胞蛋白表達(dá)，參與細(xì)胞間通訊[47]。研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）來(lái)源的外泌體進(jìn)行修飾過(guò)表達(dá)miR-17-92（Exo-miR-17-92+），能夠通過(guò)抑制PTEN 基因的表達(dá)，增加OL 的產(chǎn)生，并提高卒中后神經(jīng)可塑性及功能恢復(fù)[48]。當(dāng)將環(huán)境富集大鼠血清外泌體應(yīng)用于海馬切片或在體時(shí)，均顯著增加髓磷脂含量、OPC 和神經(jīng)干細(xì)胞水平，并降低氧化應(yīng)激[49]。綜上，外泌體在髓鞘再生過(guò)程中，可能通過(guò)其遺傳物質(zhì)（如miRNA）來(lái)調(diào)節(jié)受體細(xì)胞基因的表達(dá)，以達(dá)到髓鞘修復(fù)及神經(jīng)功能的恢復(fù)。

作為CNS中數(shù)量最多的星形膠質(zhì)細(xì)胞，它們來(lái)源的外泌體在神經(jīng)功能恢復(fù)過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。其中，星形膠質(zhì)細(xì)胞外泌體能降低氧糖剝奪（oxygen glucose deprivation，OGD）后神經(jīng)元的凋亡，并利用MCAO在體試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證星形膠質(zhì)細(xì)胞外泌體是通過(guò)調(diào)節(jié)自噬抑制OGD 誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡[50]。同期研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)OGD預(yù)處理的星形膠質(zhì)細(xì)胞外泌體通過(guò)其內(nèi)容物miR-92b-3p 的表達(dá)上調(diào)來(lái)抑制神經(jīng)元的凋亡和壞死[51]。然而，目前關(guān)于星形膠質(zhì)細(xì)胞外泌體在OL 的再生及髓鞘損傷后修復(fù)方面的研究仍較少。筆者前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源外泌體有助于OPC 分化為OL（尚未發(fā)表），說(shuō)明星形膠質(zhì)細(xì)胞外泌體在髓鞘再生中可能發(fā)揮一定的調(diào)控作用，也為髓鞘的修復(fù)提供了新的研究方向。

4 總結(jié)及展望

長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于腦白質(zhì)損傷與修復(fù)的研究一直集中于OL及軸突本身[52]，雖取得一定進(jìn)展，但迄今機(jī)制不明，未能發(fā)展出有效治療手段，迫切需要從新的角度來(lái)探索腦白質(zhì)損傷與保護(hù)機(jī)制。星形膠質(zhì)細(xì)胞作為OL 生存微環(huán)境中的主體，對(duì)維持其譜系發(fā)育、分化和功能穩(wěn)定具有重要作用。近年來(lái)外泌體在CNS 疾病中的作用日益顯現(xiàn)，結(jié)合當(dāng)前研究熱點(diǎn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞外泌體為探討星形膠質(zhì)細(xì)胞與髓鞘再生之間的關(guān)系提供了一個(gè)新的潛在的研究靶點(diǎn)。星形膠質(zhì)細(xì)胞在髓鞘再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用，并通過(guò)供能、分泌細(xì)胞因子、外泌體及與OL 形成縫隙連接通道等多個(gè)方面參與髓鞘再生，采取多靶點(diǎn)聯(lián)合治療是未來(lái)針對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞開(kāi)發(fā)新的脫髓鞘疾病治療方法及藥物的潛在手段。