M2型小膠質(zhì)細(xì)胞極化促進(jìn)少突膠質(zhì)祖細(xì)胞的分化
——促進(jìn)多發(fā)性硬化癥髓鞘再生的有效途徑

劉 麗,李 琦,杜欣珂,冉慶森,孫立東,楊 慶,李玉潔,陳 穎,王婭杰,翁小剛,蔡維艷,朱曉新

(中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院 中藥研究所,北京 100700)

多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis,MS)是以中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)炎性脫髓鞘病變?yōu)橹饕攸c(diǎn)的自身免疫性疾病,全世界共有200多萬(wàn)患者[1-3]。目前臨床使用藥物只能對(duì)癥治療,不能從根本上完全阻止或逆轉(zhuǎn)這種神經(jīng)系統(tǒng)的退行性病變,長(zhǎng)期的炎性損傷和髓鞘脫失,導(dǎo)致神經(jīng)元的變性和死亡,表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知和感覺(jué)功能的障礙。

MS在病理上表現(xiàn)為CNS病灶內(nèi)大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及少突膠質(zhì)細(xì)胞(oligodendrocyte,OLs)死亡導(dǎo)致的髓鞘脫失[4]。更值得注意的是,這兩大病理特征并不是孤立的,而是相互誘導(dǎo)可以形成統(tǒng)一的功能單元。炎癥浸潤(rùn)具體表現(xiàn)為小膠質(zhì)細(xì)胞(microglia,MG)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)失衡導(dǎo)致的病理?yè)p傷,而髓鞘再生障礙主要表現(xiàn)為少突膠質(zhì)祖細(xì)胞(oligodendrocyte precursor cells,OPCs)分化受阻。

在藥物的研發(fā)和應(yīng)用中,通過(guò)藥物干預(yù)調(diào)控MG向M2的方向極化,重塑其極化的平衡,來(lái)促進(jìn)OPCs的分化,本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)對(duì)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和髓鞘脫失的雙重影響,有望實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)損傷組織的再修復(fù)。損傷修復(fù)障礙不僅是中樞神經(jīng)系統(tǒng)MS的病理表現(xiàn),在帕金森、阿爾茲海默癥等其他神經(jīng)退行性疾病患者和動(dòng)物模型中也發(fā)現(xiàn)損傷組織的修復(fù)障礙[5-6]?；谶@一共同病理表現(xiàn),促進(jìn)損傷組織的新生對(duì)神經(jīng)退行性疾病治療也具有極大的啟發(fā)意義。

1 MS中炎性損傷導(dǎo)致髓鞘修復(fù)障礙

根據(jù)臨床表現(xiàn)的不同,MS可分為復(fù)發(fā)-緩解型MS(RRMS),繼發(fā)-進(jìn)展型MS(SPMS),原發(fā)-進(jìn)展型MS(PPMS)和進(jìn)展-復(fù)發(fā)型MS(PRMS)4種類型。大部分患者為復(fù)發(fā)-緩解型MS[3],但隨著病情反復(fù)發(fā)作,多數(shù)患者在10～20年內(nèi)最終轉(zhuǎn)化為SPMS,SPMS患者由于髓鞘再生障礙導(dǎo)致病情無(wú)法逆轉(zhuǎn),而留下終身殘疾[2],促進(jìn)髓鞘的再生成為治療MS的有效策略之一。

髓鞘是由成熟的OLs形成致密絕緣的髓磷脂蛋白膜包裹著軸突形成,起到加快神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)和營(yíng)養(yǎng)支持神經(jīng)軸等作用。OLs在CNS中主要由OPCs分化而來(lái),從OPCs到成熟的OLs的發(fā)育過(guò)程主要涉及4個(gè)階段,表達(dá)不同的標(biāo)志物:前O2A祖細(xì)胞,主要表達(dá)標(biāo)志物A2B5、NG2;O2A祖細(xì)胞,主要表達(dá)A2B5、NG2和O4;未成熟OLs,主要表達(dá)O4和O1,成熟OLs,高表達(dá)MBP(myelin basic protein,MBP)和CC1[7]。當(dāng)髓鞘損傷時(shí),OPCs感受到組織穩(wěn)態(tài)的失衡而被激活,開(kāi)始大量增殖、遷移、分化,形成成熟的OLs[8-9]。盡管具有這種再生能力,但MS患者仍然存在髓鞘再生的修復(fù)障礙。在MS患者脫髓鞘病灶處發(fā)現(xiàn)大量未成熟的OLs和OPCs,提示OLs的存活不是髓鞘再生的限制性因素,而多數(shù)OPCs停留在從未成熟到成熟的階段,OPCs的分化受阻才是髓鞘再生失敗的關(guān)鍵因素[10]。

MS的另一個(gè)病理特征是大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn),在新形成的脫髓鞘病灶內(nèi),發(fā)現(xiàn)大量MG的激活和浸潤(rùn),而少見(jiàn)淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)[11]。病理學(xué)研究表明炎癥在MS的各個(gè)階段都會(huì)導(dǎo)致組織損傷。局灶性炎癥浸潤(rùn)在腦膜和血管周圍間隙,產(chǎn)生可溶性因子,直接或間接的通過(guò)MG激活誘發(fā)脫髓鞘和神經(jīng)退行性病變。如何基于MG的炎癥調(diào)控來(lái)促進(jìn)OPCs分化成為解決MS患者髓鞘修復(fù)障礙問(wèn)題的關(guān)鍵。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞極化對(duì)MS髓鞘再生的作用及機(jī)制研究

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞極化對(duì)髓鞘再生的作用

MG屬于CNS中固有巨噬細(xì)胞,也是CNS炎癥反應(yīng)的主要執(zhí)行細(xì)胞,維持CNS微環(huán)境穩(wěn)定,在MS的發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要角色[12],其表型和功能隨微環(huán)境的改變而動(dòng)態(tài)變化,見(jiàn)圖1。

圖1 小膠質(zhì)細(xì)胞M2極化促進(jìn)OPCs分化和髓鞘再生Figure1 Polarized M2microglia promotes OPCs differentiation and remyelination

2.1.1 小膠質(zhì)細(xì)胞極化平衡促進(jìn)MS髓鞘再生

MG根據(jù)其活化狀態(tài),可分為經(jīng)典活化態(tài)(M1型)和可替代活化態(tài)(M2型),M2型MG又可分為M2a,M2b和M2c亞型。M1和M2細(xì)胞比例的失衡可能是造成MS疾病進(jìn)展髓鞘再生障礙的關(guān)鍵因素[13]。在MS患者的病灶中可以觀察到M1和M2型MG的比例嚴(yán)重失衡,且M2型MG分布的部位髓鞘再生程度明顯增強(qiáng)[14]。在MS的典型動(dòng)物模型-實(shí)驗(yàn)性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎(EAE)中,M1/M2比例升高會(huì)抑制脊髓損傷后的軸突再生,當(dāng)加入外源性的M2型MG后,M1和M2的比例達(dá)到平衡狀態(tài),可明顯促進(jìn)OPCs的分化和髓鞘的新生,改善EAE的疾病癥狀[15]。并且有研究表明,M2b亞型可以轉(zhuǎn)化為M1和M2a/b的過(guò)渡態(tài)[16],提示M1型MG和M2型MG之間可以相互轉(zhuǎn)化,在M1/M2型MG失衡的MS等CNS退行性疾病中,促進(jìn)M1型MG向M2型的轉(zhuǎn)化,維持M1和M2的相對(duì)平衡,是一個(gè)潛在的藥物作用干預(yù)靶點(diǎn)。

2.1.2 M2型小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)OPCs分化

MG不同的極化狀態(tài)對(duì)OPCs的影響不同。MS單細(xì)胞測(cè)序結(jié)果表明,在EAE動(dòng)物模型CNS內(nèi),MG多數(shù)呈現(xiàn)出M1炎癥表型[17]。在脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)誘 導(dǎo) 的M1型MG與OPCs或神經(jīng)前體細(xì)胞的共培養(yǎng)模型中,神經(jīng)前體細(xì)胞和OPCs的分化明顯受到抑制。而在白介素-4(interleukin-4,IL-4)誘導(dǎo)的M2型MG與OPCs或神經(jīng)前體細(xì)胞的共培養(yǎng)模型中,神經(jīng)前體細(xì)胞和OPCs的分化能力也明顯增強(qiáng)[18]。同樣的情況,把M1型MG培養(yǎng)液作為OPCs的條件培養(yǎng)基時(shí),OPCs的分化明顯減緩,而把M2型MG的培養(yǎng)液作為OPCs的條件培養(yǎng)基時(shí),OPCs的分化增加。在體內(nèi)模型中,M2型MG功能受損后,其OPCs的分化受阻,并且髓鞘再生過(guò)程受到抑制[19],提示M2型MG具有促進(jìn)OPCs分化和髓鞘再生的作用。靶向MG極化失衡,促進(jìn)MG向M2型轉(zhuǎn)化,可促進(jìn)髓鞘再生,并且對(duì)以髓鞘再生障礙為共同病理特征的其他神經(jīng)退行性疾病的治療具有提示性意義。

2.1.3 M2型小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)MS髓鞘再生的機(jī)制

M1型MG可通過(guò)活性氧(氮)、炎癥因子、趨化因子的釋放,與T細(xì)胞相互作用形成炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)等方式,導(dǎo)致OLs的凋亡,形成大面積的髓鞘脫失。與M1型MG功能相反的是,M2型MG一方面是通過(guò)分泌抗炎因子,抑制炎癥反應(yīng),調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)平衡,為髓鞘的再生提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境,從而促進(jìn)OPCs的募集、增殖和分化。另一方面,M2型MG可通過(guò)分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子,促進(jìn)OPCs的分化,實(shí)現(xiàn)髓鞘的再生[20]。

研究表明,在EAE脫髓鞘期間,M1型膠質(zhì)細(xì)胞占主導(dǎo),在EAE的高峰期及緩解期,血液結(jié)合素(Hpx)可啟動(dòng)M1型MG向M2型MG的轉(zhuǎn)化[21],病灶中的M2型MG逐漸增多,髓鞘再生明顯增多。M2型MG分泌IL-4、IL-10、IL-13、TGF-β等,通過(guò)STAT-6通路,分別與其MG表面受體結(jié)合,釋放抗炎型細(xì)胞因子[22],抑制CNS內(nèi)炎癥應(yīng)答,減少炎癥對(duì)髓鞘的攻擊。除了對(duì)CNS內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)外,M2型MG通過(guò)釋放IL-4、激活素A等促進(jìn)OPCs的增殖和分化。如在IL-4誘導(dǎo)的M2型膠質(zhì)細(xì)胞的上清液中,可檢測(cè)到炎癥因子TNF-α的減少,并且OPCs數(shù)量明顯增多[17];M2分泌的激活素A與OPCs上該因子的受體結(jié)合、IL-4可通過(guò)IL-4R/PPARγ通路促進(jìn)OPCs的分化和髓鞘再生[19,23-24]。藥理學(xué)研究表明,具有炎癥調(diào)節(jié)功能的丙酮酸乙酯能夠增多M2型小膠質(zhì)細(xì)胞,促進(jìn)OPCs的分化來(lái)促進(jìn)髓鞘再生過(guò)程[25]。

除上述機(jī)制外,M2型MG還可通過(guò)其他機(jī)制促進(jìn)髓鞘再生,如通過(guò)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的釋放和髓鞘碎片的及時(shí)清除。Zhang等[26]報(bào)道,M1和M2型MG,尤其是Arg1+M2型MG產(chǎn)生的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3(neurotrophin3,NT3)可促 進(jìn)OPCs的分化。

2.2 OPCs對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的作用

當(dāng)髓鞘損傷時(shí),病灶部位的OPCs會(huì)改變其形態(tài),并且其基因表達(dá)譜會(huì)迅速變成“激活”狀態(tài),啟動(dòng)髓鞘再生過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),在CNS中,不僅MG對(duì)OPCs有抑制或促進(jìn)其增殖、遷移、分化的作用,“激活”的OPCs自身也會(huì)通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞因子對(duì)MG產(chǎn)生作用。如單核細(xì)胞趨化因子-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1),在MS脫髓鞘病區(qū),激活的OPCs的MCP-1表達(dá)明顯上升[8]。在MS髓鞘損傷時(shí),OPCs釋放的MCP-1在可促進(jìn)MG的激活和遷移[27]。形成一個(gè)整合單元共同促進(jìn)MS的髓鞘再生。

3 MS的治療及藥物研發(fā)現(xiàn)狀

3.1 MS臨床治療現(xiàn)狀

目前在MS的治療上,對(duì)于MS急性期的藥物治療主要采用糖皮質(zhì)激素,以減輕急性期癥狀、縮短病程、改善殘疾程度和防治并發(fā)癥,其雖對(duì)部分患者的病情有較好的控制作用,但由于個(gè)體差異,仍有一部分患者對(duì)糖皮質(zhì)激素不敏感,療效不理想,并且長(zhǎng)期使用糖皮質(zhì)激素不利于恢復(fù)神經(jīng)功能,且存在一系列的不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn),如電解質(zhì)紊亂、糖尿病、消化道出血,無(wú)菌性股骨頭壞死等[28]。在MS患者緩解期的治療上,主要使用疾病修飾療法(DMT),目前,截至2017年12月,經(jīng)美國(guó)食品藥品監(jiān)督局(FDA)批準(zhǔn)15種DMT藥物[29],都存在不同程度的臟器毒性及免疫反應(yīng),且能夠同時(shí)對(duì)RRMS和SPMS具有緩解作用的藥物只有少數(shù),如阿侖單抗、奧瑞珠單抗、米托蒽醌、特力氟胺,其他藥物只對(duì)RRMS的臨床癥狀有緩解作用,而對(duì)SPMS患者的療效甚微,甚至沒(méi)有任何療效[4]。所以對(duì)于MS的治療,尤其是針對(duì)SPMS,國(guó)內(nèi)外仍缺乏安全有效經(jīng)濟(jì)的藥物。

3.2 基于“小膠質(zhì)細(xì)胞和OPCs”的藥物研發(fā)現(xiàn)狀

基于MG和OPCs在MS的重要作用及可塑性,促進(jìn)M1型MG向M2型轉(zhuǎn)化,促進(jìn)OPCs的分化,是一個(gè)潛在的藥物作用干預(yù)靶點(diǎn)。目前通過(guò)影響MG和OPCs的功能來(lái)治療MS的多種中西藥物/天然產(chǎn)物正在進(jìn)行臨床前研究[30]。

3.2.1 西藥研發(fā)現(xiàn)狀

目前治療MS的DMT藥物大多是免疫調(diào)節(jié)劑,但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),特立氟胺不僅具有免疫調(diào)節(jié)作用,也能促進(jìn)OPCs的分化從而促進(jìn)EAE模型小鼠的髓鞘再生。特立氟胺是FDA批準(zhǔn)的治療RRMS的臨床一線藥物,主要通過(guò)抑制新生嘧啶的合成發(fā)揮作用,對(duì)增殖的B細(xì)胞和T細(xì)胞具有抑制作用。近年來(lái)的基礎(chǔ)研究表明特立氟胺可能對(duì)髓鞘再生障礙的SPMS也具有一定的治療價(jià)值。其可能通過(guò)Mssh1/Ascl1通路、髓鞘調(diào)節(jié)因子Myrf、轉(zhuǎn)錄因子Nkx2.2和Tap7等的參與促進(jìn)原代大鼠OPCs的分化[31],這對(duì)髓鞘再生具有很強(qiáng)的提示性意義。另外,有多種能夠調(diào)節(jié)M1型MG向M2型極化的藥物在MS的治療上也取得了良好的效果。如新型免疫調(diào)節(jié)劑來(lái)那度胺[32]可促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞標(biāo)記基因(Arg-1、Ym-1、Mrc1、Ccl17、Ccl22)的表達(dá),并且在EAE模型小鼠中驗(yàn)證了來(lái)那度胺藥效,通過(guò)IL-10/P38/STAT3信號(hào)通路促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2方向極化,抑制了EAE小鼠CNS中的炎癥反應(yīng),髓鞘的完整程度明顯上升。除此之外,還有多種靶向MG極化的西藥正在進(jìn)行臨床前研究,如丙酮酸乙酯[33]、亞精胺[34]、毛喉素[35];生物疫苗PADRE-Kv1.3[36]等。以期能夠?qū)ふ业礁咝У闹委烳S的臨床藥物。上述候選藥物主要以抑制MG的激活或者促進(jìn)促炎型M1型MG向抗炎型M2型MG的轉(zhuǎn)化,抑制炎癥或通過(guò)與T細(xì)胞的相互作用發(fā)揮免疫調(diào)節(jié),來(lái)改善EAE小鼠的臨床癥狀。

3.2.2 中藥研發(fā)現(xiàn)狀

(1)靶向MG極化和OPCs分化來(lái)緩解EAE癥狀

在中藥治療EAE的研究中,有多種中藥取得了很好的治療效果,如補(bǔ)腎中藥淫羊藿有效成分淫羊藿黃酮、山茱萸提取物山茱萸環(huán)烯醚萜、巴戟天甲素等都能明顯降低EAE的神經(jīng)功能評(píng)分,改善其行為學(xué)障礙[37]。基于MG和OPCs的分化促進(jìn)髓鞘再生的研究中,研究表明植物提取物薯蕷皂苷元對(duì)EAE小鼠具有明顯的治療作用,薯蕷皂苷元一方面通過(guò)抑制MG的激活,減少炎癥細(xì)胞浸潤(rùn);減少CD4+T細(xì)胞的增殖,抑制Th1/Th17細(xì)胞的分化,發(fā)揮著抑制炎癥,保護(hù)髓鞘免受損傷的作用[38-39]。另一方面,其對(duì)髓鞘再生也同樣具有明顯的作用,在研究髓鞘再生公認(rèn)的酮腙模型中發(fā)現(xiàn),薯蕷皂苷元干預(yù)后,模型小鼠的成熟的OLs數(shù)量和髓鞘再生程度明顯增加,但OPCs的數(shù)量沒(méi)有明顯變化。同時(shí),在體外原代提取的大鼠OPCs中證明,薯蕷皂苷元對(duì)OPCs的增殖和遷移沒(méi)有明顯的作用,但對(duì)OPCs的分化具有明顯的作用,說(shuō)明薯蕷皂苷元促進(jìn)髓鞘再生依賴于OPCs的分化作用[40]。薯蕷皂苷元治療MS兼顧保護(hù)髓鞘免受損傷和促進(jìn)髓質(zhì)再生的作用,相對(duì)于西藥的單一靶點(diǎn)治療,其發(fā)揮了天然藥物靶點(diǎn)多樣,綜合治療的特點(diǎn)。

(2)其他

有多種中成藥及天然產(chǎn)物如片仔癀[41]、苦參素[42]等直接調(diào)節(jié)MG的極化平衡,降低EAE動(dòng)物模型中過(guò)高的M1型MG,增加偏低的M2型MG的數(shù)量,使M1和M2的極化水平恢復(fù)平衡,來(lái)控制EAE病灶部位過(guò)高的炎癥反應(yīng),降低其對(duì)髓鞘的損傷作用。另外研究顯示,多種治療自身免疫病藥物可有效改善EAE的疾病癥狀[43-44],如雙氫青蒿素,在自身免疫病系統(tǒng)性紅斑狼瘡、光敏性皮炎、炎癥性腸病等中都具有很好的療效,在MS的治療中,研究顯示,雙氫青蒿素可通過(guò)增強(qiáng)共抑制信號(hào)[45]、調(diào)節(jié)mTOR信號(hào)通路調(diào)節(jié)Th和Treg細(xì)胞之間的比例等方式來(lái)緩解EAE的臨床癥狀[46],但雙氫青蒿素是否可以促進(jìn)OPCs的分化和髓鞘再生仍需進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)語(yǔ)

目前對(duì)于MS的治療多數(shù)用單純的抗炎或免疫調(diào)節(jié)來(lái)抑制疾病的進(jìn)展,無(wú)法從根本上阻止或治療MS。如何促進(jìn)OPCs的分化,解決MS的髓鞘再生障礙是未來(lái)藥物研發(fā)的瓶頸。在此方面,中藥及其有效成分發(fā)揮了靶點(diǎn)多樣,綜合療效顯著的特點(diǎn),是未來(lái)治療MS的一個(gè)寶貴的資源庫(kù)。另外,在阿爾茨海默癥、帕金森等其他神經(jīng)退行性疾病模型中也發(fā)現(xiàn)存在組織修復(fù)障礙的問(wèn)題,基于這一共同病理環(huán)節(jié),靶向修復(fù)障礙是神經(jīng)退行性疾病的共同環(huán)節(jié)和樞紐,起到了核心的治療價(jià)值。