周細胞在脊髓損傷中的作用

王思凱，王玉玞，閆景龍

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院骨科，哈爾濱 150010

脊髓損傷（SCI）會導(dǎo)致患者自主神經(jīng)功能、運動和感覺功能喪失，對患者的生活質(zhì)量產(chǎn)生極大影響［1］。SCI的病理變化包括損傷部位缺血、缺氧、神經(jīng)元受損、瘢痕組織形成和炎性反應(yīng)等［2］。近年來，SCI的病理變化機制研究日趨深入，周細胞作為脊髓微環(huán)境的重要組成部位，在SCI的病理過程中發(fā)揮著重要作用。SCI發(fā)生后神經(jīng)元軸突遭到破壞，這一過程伴隨著血-脊髓屏障的破壞，神經(jīng)膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元細胞活化，并分泌多種副產(chǎn)物（包括基質(zhì)金屬蛋白酶、游離氧自由基、趨化因子和細胞因子）［3］。各種免疫細胞滲入損傷部位［4］，受損區(qū)域周圍還會產(chǎn)生星形膠質(zhì)細胞，小膠質(zhì)細胞同樣會被激活［5-6］。以往的實驗研究大多主要關(guān)注膠質(zhì)細胞的作用。近期，周細胞作為新的研究熱點，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）病理生理狀態(tài)下的作用倍受重視。Dias等［7］和Magno等［8］的研究表明，SCI發(fā)生后周細胞與血管分離，增殖并遷移至纖維瘢痕中心，而阻斷周細胞參與的瘢痕形成過程可使軸突再生適度增加。另有研究［9］發(fā)現(xiàn)，SCI發(fā)生后受損區(qū)域的血管重建同樣需要周細胞的參與。周細胞或可作為治療SCI的潛在靶點，通過調(diào)節(jié)周細胞的功能，調(diào)控SCI的病變過程，促進神經(jīng)軸突再生及神經(jīng)功能恢復(fù)，改善患者預(yù)后。筆者通過查閱國內(nèi)外SCI相關(guān)文獻，對周細胞在SCI中的作用機制相關(guān)進展作如下綜述。

1 周細胞生理特性

周細胞主要分布在毛細血管及其前后小動脈，并形成環(huán)狀、縱向及網(wǎng)狀突起［10］，通過物理接觸及旁分泌的方式與內(nèi)皮細胞進行細胞通信。血管內(nèi)皮細胞構(gòu)成血管網(wǎng)絡(luò)的初始形態(tài)，并釋放血小板衍生生長因子-BB（PDGF-BB）等物質(zhì)，吸引周細胞募集［11］，同時周細胞與信號分子相互作用激活PI3K、RasGAP、ERK等信號通路控制血管內(nèi)皮細胞的增殖和遷移，參與血管生成。靠近微循環(huán)系統(tǒng)的周細胞突起呈環(huán)形，且高表達α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA），同時周細胞還參與控制內(nèi)皮細胞的收縮，從而影響血管直徑的改變［12-13］。在毛細血管上，相鄰周細胞的終末突起會發(fā)生動態(tài)延伸和回縮，以平衡每個周細胞占據(jù)的面積。通過對毛細血管進行雙光子照射對單個周細胞進行消融后，相鄰的周細胞會發(fā)生延伸，以在受消融影響的區(qū)域重新建立周細胞覆蓋。一旦周細胞延伸過程完成，在消融區(qū)域觀察到的血管擴張即被逆轉(zhuǎn)，這為周細胞維持血管張力提供了證據(jù)［14-15］。且在不同組織器官中周細胞的含量也存在差異，值得注意的是，大腦中周細胞與內(nèi)皮細胞的比例最高，這表明了它們在CNS中功能的重要性。

周細胞的分化來源存在差異，在大多數(shù)組織器官，如結(jié)腸中的周細胞來源于中胚層，而腦組織中的周細胞主要分化自胚胎的外胚層［16］。周細胞的分布和分子標(biāo)志功能也不盡相同［17］。最常用的周細胞分子標(biāo)志物是神經(jīng)/膠質(zhì)抗原2（NG2）、硫酸軟骨素蛋白聚糖4（CSPG4）、血小板衍生生長因子受體β（PDGFRβ）及肌球蛋白1B［18］。尚不存在單一的標(biāo)志物能明確標(biāo)記整個周細胞族群?？筛鶕?jù)NG2-DsRed和Nestin-GFP的表達來標(biāo)記脊髓周細胞的2個亞群。據(jù)報道，轉(zhuǎn)基因NG2-DsRed/Nestin-GFP小鼠脊髓血管周圍存在A型（NG2-DsRed+）和B型（Nestin-GFP+）亞群周細胞。SCI發(fā)生后只有A型周細胞（NG2-DsRed+）被募集到纖維瘢痕的中心［19］。

CNS中周細胞與內(nèi)皮細胞、星形膠質(zhì)細胞共同構(gòu)成血-腦屏障（BBB）的基本結(jié)構(gòu)。周細胞依靠N-鈣黏著蛋白等與內(nèi)皮細胞相黏附，保證內(nèi)皮細胞間的緊密連接［20］。同時，周細胞釋放的血管緊張素1（Ang-1）和轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）具有維持BBB功能的作用［21］。周細胞的覆蓋率還會影響內(nèi)皮細胞Mfsd2a（主要促進因子超級家族成員）的表達，進而影響B(tài)BB的通透性［22］。另有實驗研究［23］表明，周細胞缺乏的Sod1基因突變小鼠（肌萎縮側(cè)索硬化癥模型）會出現(xiàn)周細胞缺乏并伴血-脊髓屏障破壞，也證實了周細胞在維持BBB完整中的重要性。周細胞還會對損傷等因素引起的脫髓鞘過程產(chǎn)生反應(yīng)，增殖并分泌層粘連蛋白α2（LAMα2），該物質(zhì)能增強少突膠質(zhì)前體細胞（OPC）活性，促進其分化為髓鞘少突膠質(zhì)細胞［24］。

2 SCI中周細胞的作用

2.1 周細胞收縮毛細血管引起局部缺氧

CNS的血管受多因素調(diào)控，以確保其血液供應(yīng)。正常的血液供應(yīng)對CNS功能的維持具有重要意義。血流一旦受限，CNS極易受到損傷［25］。神經(jīng)活性物質(zhì)，如5-羥色胺（5-HT）、去甲腎上腺素（NA）和多巴胺，與小動脈平滑肌細胞（SMC）共同作用調(diào)節(jié)血管收縮和舒張，控制CNS血流量［25］。CNS的毛細血管周圍環(huán)繞有疏松分布的周細胞［26］，周細胞內(nèi)含有的α-SMA具有收縮性，受單胺作用后會引起毛細血管收縮［27］。SCI發(fā)生后周細胞內(nèi)的氨基酸脫羧酶（AADC）過表達，促進痕量胺（TA）的形成，TA可激活周細胞的收縮作用，導(dǎo)致血管收縮，減少CNS血流供應(yīng)，從而導(dǎo)致組織缺氧。SCI大鼠的動物實驗發(fā)現(xiàn)，周細胞收縮導(dǎo)致局部毛細血管收縮，從而減少血流量并引起損傷部位下位脊髓持續(xù)數(shù)月處于慢性缺氧狀態(tài)，抑制單胺受體或抑制AADC的作用，均可改善缺氧狀態(tài)，從而改善受傷動物的運動功能［28］。另外值得注意的是，提高吸入氧濃度也能讓受損部位下位脊髓的氧含量在一段時間（20 min）內(nèi)相對升高，原因可能是較高的氧濃度提高了神經(jīng)元活性，引起血管舒張因子的釋放，進而提高了局部血流量［28］。因此，抑制TA生成或阻斷下游周細胞收縮似乎是促進SCI后部分功能恢復(fù)的有效方法。通過短暫呼吸高氧含量空氣來提高局部氧含量也具有反饋作用，由此局部血流量的增加起到進一步的正向作用，從而獲得較好的預(yù)后。

Yuan等［29］通過動物實驗證實，周細胞分泌的外泌體對SCI的缺血缺氧情況有一定的改善作用。經(jīng)外泌體治療后，受損組織的缺血缺氧相關(guān)標(biāo)志物——低氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）表達水平明顯降低，內(nèi)皮細胞調(diào)節(jié)血流的能力有所提高。然而，目前尚不清楚SCI后血管收縮是由周細胞的哪一個亞群導(dǎo)致的。因此，是否只有特定周細胞亞群才能起到促進SCI后血管收縮的作用仍未可知。未來的研究應(yīng)著重探討這種血管收縮作用是否普遍存在于不同亞型的周細胞之中，從而讓SCI發(fā)生后組織缺氧的臨床治療更加精準、有效。

2.2 周細胞與瘢痕形成

SCI發(fā)生后損傷部位會形成瘢痕組織，一方面，瘢痕組織的存在能恢復(fù)受損組織的連接；另一方面，瘢痕組織也限制了軸突再生和神經(jīng)回路重建［30］。Dias等［7］的動物模型實驗表明，SCI發(fā)生后，周細胞與血管分離，增殖并遷移至纖維瘢痕的中心，在纖維瘢痕組織中發(fā)現(xiàn)了起源于A型周細胞的成纖維樣細胞；當(dāng)A型周細胞功能被抑制后，表達PDGFR的基質(zhì)細胞水平顯著降低，纖維瘢痕相關(guān)基因表達含量明顯減少，纖維組織瘢痕形成過程被抑制；同時可以發(fā)現(xiàn)受損部位下位脊髓軸突生成過程被促進，脊髓功能得到明顯改善，提示A型周細胞可作為新的SCI治療靶點。通過抑制A型周細胞的作用可以減少纖維組織瘢痕的形成，改善SCI后的軸突再生狀態(tài)，起到促進神經(jīng)功能恢復(fù)的作用。

另外，SCI發(fā)生后周細胞可分泌一種細胞外基質(zhì)—骨膜素，其在纖維瘢痕形成過程中起關(guān)鍵作用。實驗研究［31］證明，骨膜素的表達在SCI后第7天達到峰值，并主要存在于周細胞中。抑制骨膜素基因表達可抑制周細胞的增殖，從而減少瘢痕組織形成。因此，骨膜素可作為一個潛在的治療調(diào)節(jié)因素，通過遺傳學(xué)手段或靶向藥物抑制骨膜素功能可減少瘢痕形成，改善SCI預(yù)后［31］。鞘氨醇-1-磷脂（S1P）在膠質(zhì)瘢痕的形成過程中具有重要作用。Tang等［32］的研究證實，SCI促進S1P 受體3（S1PR3）在周細胞的表達，且S1P/S1PR3能通過Ras/pERK途徑調(diào)節(jié)周細胞的增殖。S1PR3抑制劑——CAY10444能增強SCI后神經(jīng)元存活、減輕膠質(zhì)瘢痕形成、促進運動功能的恢復(fù)，提示S1P/S1PR3可能是SCI臨床治療的一個潛在靶點。

2.3 周細胞與炎性反應(yīng)

SCI的發(fā)生還伴有炎性反應(yīng)，而周細胞在炎性反應(yīng)過程中也發(fā)揮重要作用［33］。周細胞對炎性信號有較高敏感度，在炎性環(huán)境下，周細胞會上調(diào)黏附分子表達，促進白細胞通過BBB向炎性反應(yīng)部位轉(zhuǎn)移，而被中性粒細胞浸潤的部位組織內(nèi)皮細胞和周細胞的間隙也會增大［34］。周細胞還會分泌大量促炎分子、細胞因子和趨化因子［35］，例如S1P、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）等，通過上調(diào)血管內(nèi)皮細胞的黏附分子和連接蛋白，增強血管的屏障功能。Smyth等［36］的實驗結(jié)果表明，經(jīng)脂多糖（LPS）刺激的周細胞能促進血管內(nèi)皮細胞分泌更多的趨化因子和黏附分子，如促血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）和細胞間黏附分子-1（ICAM-1）。而周細胞相關(guān)基因缺失會導(dǎo)致內(nèi)皮細胞白細胞黏附分子和質(zhì)膜囊泡相關(guān)蛋白（PLVAP）上調(diào)，PLVAP對血管內(nèi)白細胞遷移起到調(diào)節(jié)作用［37］。周細胞遇LPS會分泌包括白細胞介素-10（IL-10）、IL-13在內(nèi)的抗炎細胞因子［36］。腫瘤壞死因子（TNF）在炎性反應(yīng)中也起到重要作用，對于炎性反應(yīng)后的血管生成具有拮抗效能。周細胞的存在可以減輕TNF的拮抗作用，進而促進炎性反應(yīng)部位的血管生成［38］。周細胞不僅能對炎性刺激作出反應(yīng)，還可作為調(diào)節(jié)因子直接影響炎性反應(yīng)過程。受TNF-α調(diào)節(jié)的周細胞能激活中性粒細胞和單核細胞［13］。周細胞自身釋放的趨化因子，如CCL2和CCL3，能起到募集單核細胞和T細胞的作用，從而促進炎性細胞向受損部位聚集［39］。周細胞還能調(diào)節(jié)淋巴細胞活化、參與血管內(nèi)免疫細胞的運輸［40］，周細胞本身還具有吞噬細胞的作用，能有效清除有毒的細胞副產(chǎn)物［41］。

3 總結(jié)與展望

SCI發(fā)生后，周細胞會促進局部血管收縮進而導(dǎo)致脊髓組織缺血、缺氧，還作為重要因素參與SCI后纖維瘢痕組織的形成及炎性反應(yīng)過程，從而對脊髓軸突再生及神經(jīng)功能恢復(fù)產(chǎn)生重要影響。以上研究進展，對SCI發(fā)生后軸突再生及神經(jīng)功能恢復(fù)有一定的治療指導(dǎo)意義，為SCI的治療提供了新的治療靶點。在未來的研究中，研究者應(yīng)嘗試尋找特定的標(biāo)志物對周細胞進行追蹤標(biāo)記，明確不同亞型周細胞的具體作用，闡明周細胞與其他構(gòu)成SCI微環(huán)境的細胞之間的相互作用機制，為SCI的治療提供更加精準的靶點，為改善SCI患者預(yù)后提供新的治療思路。