缺血性腦卒中后M1表型小膠質細胞激活相關信號通路的研究進展

陳瑋，徐鉦沛，蘇剛，吳瓊慧，陳德義，張振昶

1 蘭州大學第二醫(yī)院神經內科，蘭州730030；2 蘭州大學基礎醫(yī)學院遺傳研究所

缺血性腦卒中是一種高發(fā)病率、高致殘率、高致死率的腦血管疾病，是由于血栓或栓塞阻斷遠端腦組織的血液供應，導致氧氣和營養(yǎng)物質嚴重缺乏，最終引起腦組織損傷［1］。小膠質細胞是中樞神經系統的免疫效應細胞。在生理狀態(tài)下，小膠質細胞處于靜息狀態(tài)，通過清除凋亡細胞或細胞碎片來維持中樞神經系統的穩(wěn)態(tài)。當中樞神經系統受到病理性刺激后，小膠質細胞迅速被激活，發(fā)生一系列復雜的形態(tài)和功能變化。激活的小膠質細胞會極化形成M1、M2兩種表型。M1表型小膠質細胞通過釋放INF-γ、IL-1β、TNF-α 等 促 炎 癥 細 胞 因 子 以 及 活 性 氧（ROS）、蛋白水解酶等神經毒性物質發(fā)揮神經毒性效應［2］；相反，M2表型小膠質細胞則通過分泌IL-10、IL-4等抗炎癥細胞因子以及轉化生長因子等神經營養(yǎng)因子發(fā)揮神經保護效應［3］。有研究發(fā)現，小膠質細胞在腦缺血后被迅速激活，在缺血早期激活的小膠質細胞呈M2 表型，隨著缺血時間延長，缺血性應激誘導釋放特定的炎癥介質、轉錄因子和miRNA等，通過核因子κB（NF-κB）、Toll 樣受體（TLR）/NF-κB、Notch 等信號通路誘導小膠質細胞激活為M1 表型，繼而導致大量促炎癥介質和趨化因子釋放，引起炎癥級聯反應，加重腦組織損傷［4-5］。本文結合文獻就缺血性腦卒中后M1 表型小膠質細胞激活相關信號通路的研究進展作一綜述。

1 NF-κB信號通路

NF-κB是一種調節(jié)細胞因子信號轉導的上游轉錄因子。正常情況下，NF-κB與NF-κB抑制蛋白（I-κB）結合滯留在細胞質中，并處于失活狀態(tài)。當I-κB 磷酸化或降解后，I-κB 與NF-κB 解離，NF-κB 移位至細胞核中，啟動下游炎癥因子的基因轉錄，從而調控炎癥反應［6］。腦缺血可通過改變核受體、細胞因子以及RNA 表達，促進NF-κB 激活，誘導小膠質細胞活化，加重局部炎癥反應，推動缺血性腦卒中進展。見圖1。

ZHANG 等［7］研究發(fā)現，腦缺血后小膠質細胞中的核受體NR4A1表達明顯增加，NR4A1可直接誘導NF-κB p65 激活，促進小膠質細胞激活為M1 表型，從而加重炎癥反應介導的神經損傷，而敲除NR4A1后則可抑制NF-κB p65 激活，從而誘導小膠質細胞向M2 表型轉化，減輕炎癥反應介導的神經損傷。CHEN等［8］研究發(fā)現，腦缺血再灌注后小膠質細胞中趨化素樣因子1 表達增加，其可與CC 趨化因子受體4 相互作用，通過NF-κB 信號通路促進小膠質細胞激活為M1 表型，引起炎癥因子大量釋放，加重腦組織損傷。

長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一種轉錄本長度大于200個核苷酸的非編碼RNA，可在表觀遺傳、轉錄和轉錄后水平調控基因的表達［9］。橫紋肌肉瘤相關轉錄物（RMST）是在橫紋肌肉瘤基因區(qū)發(fā)現的一種lncRNA。有研究發(fā)現，氧糖剝奪（OGD）后小膠質細胞中RMST 高表達，而RMST 可與不均一核糖核蛋白K 相互作用，介導轉化生長因子β 激活激酶1（TAK1）/NF-κB 通路激活，促進小膠質細胞向M1 表型轉化，增加促炎癥細胞因子釋放，加重腦組織損傷［10］。牛磺酸上調基因1（TUG1）是一種參與神經發(fā)育的lncRNA。有研究發(fā)現，OGD后小膠質細胞中TUG1 表達上調，其通過下調miR-145a-5p 表達促進NF-κB 激活，從而誘導小膠質細胞向M1 表型轉化，增加促炎癥細胞因子釋放，導致神經元死亡增多，而敲除TUG1 或miR-145a-5p 則可減輕神經損傷，發(fā)揮保護作用［11］。

研究表明，多種藥物可抑制NF-κB激活，減輕小膠質細胞M1表型介導的炎癥反應，從而在缺血性腦卒中中發(fā)揮治療作用。如沉默交配型信息調節(jié)因子2 同源蛋白1 激動劑SRT2104 和嘧啶衍生物BHDPC可通過抑制NF-κB激活，誘導小膠質細胞由M1表型向M2 表型轉化，從而減輕腦缺血后神經元凋亡和血腦屏障破壞［12-13］。因此，通過阻斷NF-κB 激活可減輕小膠質細胞M1 表型相關的神經損傷，是缺血性腦卒中治療的重要途徑。

由此可見，腦缺血可通過改變小膠質細胞中核受體、細胞因子以及RNA 表達，激活NF-κB 信號通路，促進小膠質細胞向M1 表型轉化，加重缺血性腦卒中；而阻斷NF-κB 信號通路激活則可抑制小膠質細胞向M1 表型轉化，減輕缺血性腦卒中。但目前腦缺血刺激引起上述分子改變的具體機制仍未完全闡明，尚需進一步研究。

2 TLR/NF-κB信號通路

TLR 是一類模式識別受體，在免疫反應中發(fā)揮重要作用［14］。TLR 可識別損傷相關分子模式（DAMPs）及病原體相關分子模式（PAMPs），繼而通過MyD88 或非MyD88 依賴性途徑誘導NF-κB 核轉位，啟動炎癥因子轉錄，觸發(fā)炎癥反應［15］。腦缺血可改變膜受體及RNA 表達，誘導TLR/NF-κB 信號通路激活，促進小膠質細胞向M1 表型轉化，加重炎癥反應，從而加速缺血性腦卒中進展。見圖1。

圖1 NF-κB及TLR/NF-κB信號通路誘導小膠質細胞向M1表型轉化的示意圖

WANG 等［16］研究發(fā)現，腦缺血再灌注后，損傷細胞釋放的DAMPs 可與小膠質細胞表面的TLR2、TLR4 相互作用，進而誘導NF-κB 入核激活，促進小膠質細胞向M1 表型轉化，從而引起劇烈的炎癥反應，加重腦組織損傷。LYU 等［17］研究發(fā)現，腦缺血后小膠質細胞中含V-Set 免疫球蛋白域蛋白4（Vsig4）表達下調，而過表達Vsig4則可抑制TLR4表達，阻斷NF-κB 激活，誘導小膠質細胞由M1 表型向M2表型轉化，從而發(fā)揮保護作用。因此，腦缺血后表達下調的Vsig4 可能參與小膠質細胞M1 表型轉化，從而加重腦組織損傷。SONG等［18］研究發(fā)現，在氧糖剝奪/復氧（OGD/R）的小膠質細胞中miR-1202表達下調，miR-1202 表達下調后解除了其對Rab1a 的抑制效應，進而促進TLR4/NF-κB 信號通路激活，誘導小膠質細胞向M1 表型轉化，加速缺血性腦卒中進展。

研究表明，多種藥物可通過抑制TLR/NF-κB 信號通路，減輕M1 表型小膠質細胞介導的神經損傷，在缺血性腦卒中中發(fā)揮治療作用。如天然多肽PNX-14 可通過減少腦缺血再灌注后神經細胞HMGB1 分泌，抑制TLR4/NF-κB 信號通路激活，繼而抑制小膠質細胞M1 表型轉化，從而發(fā)揮保護效應［19］。丹酚酸A 可通過下調小膠質細胞中TLR2/4表達，抑制TLR/MyD88/NF-κB 信號通路激活，減少腦缺血后小膠質細胞介導的促炎癥細胞因子釋放，從而發(fā)揮治療作用［20］。另外，槲皮素也可通過MyD88 依賴性途徑抑制TLR4/NF-κB 信號通路激活，降低小膠質細胞M1 表型轉化，從而發(fā)揮保護效應［21］。因此，通過阻斷TLR/NF-κB 信號通路轉導，抑制小膠質細胞M1 表型轉化，可能是缺血性腦卒中治療的有效途徑。

由此可見，腦缺血引起的膜受體及RNA 表達波動，可促進TLR/NF-κB 信號通路激活，從而誘導小膠質細胞向M1 表型轉化，加速缺血性腦卒中進展；而阻斷TLR/NF-κB 信號通路則可抑制小膠質細胞M1 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。但目前腦缺血刺激改變膜蛋白及RNA 表達波動涉及的具體分子機制尚未明確，仍需進一步研究。

3 NOD 樣受體家族蛋白3（NLRP3）炎性小體信號通路

NLRP3 炎性小體是一種多蛋白復合體，由傳感器NLRP3蛋白、銜接蛋白ASC和效應器Caspase-1前體蛋白組成，是炎癥反應的關鍵介質。當細胞受到刺激后，NLRP3 蛋白被激活，繼而與銜接蛋白ASC 相互作用后募集無活性的Caspase-1，從而引起大量炎癥介質釋放并導致細胞焦亡［22］。腦缺血后伴隨離子穩(wěn)態(tài)失衡、膜蛋白表達波動以及ROS釋放，可誘導NLRP3 炎性小體激活，引起劇烈的炎癥反應和細胞焦亡，最終促進缺血性腦卒中進展。見圖2。

圖2 NLRP3、Notch、mTOR及STAT信號通路誘導小膠質細胞向M1表型轉化的示意圖

MA 等［23］研究發(fā)現，腦缺血后小膠質細胞膜上電壓依賴性鉀離子通道（Kv1.3）蛋白表達上調，可引起細胞內K+濃度降低。而細胞內K+濃度降低可誘導小膠質細胞中NLRP3炎性小體激活，促進IL-1β釋放，進而促使NF-κB 核轉位，誘導小膠質細胞向M1表型轉化，增加炎癥介質釋放，加重腦組織損傷。CAO 等［24］研究發(fā)現，腦缺血缺氧后，腦組織和血清中CHRFAM7A 表達下調，而過表達CHRFAM7A 可通過NLRP3/Caspase-1 途徑促使小膠質細胞向M2表型轉化，抑制炎癥反應，從而減輕腦缺血再灌注損傷。由此可見，腦缺血缺氧后CHRFAM7A表達下調與小膠質細胞M1 表型轉化有關。另外，腦缺血伴隨的顱內壓升高可誘導ROS 釋放增加，促進小膠質細胞NLRP3 炎性小體激活，從而使小膠質細胞炎癥因子釋放增加，加重缺血性腦損傷。

研究表明，多種藥物可通過抑制NLRP3 炎性小體信號通路激活，抑制小膠質細胞向M1 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。如注射用丹參多酚酸可下調NLRP3 炎性小體表達，抑制小膠質細胞M1 表型轉化，減少促炎癥細胞因子釋放，從而發(fā)揮治療作用［25］；冬凌草甲素可通過抑制NF-κB激活，進而抑制NLRP3 炎性小體表達和激活，降低小膠質細胞M1 表型轉化，從而發(fā)揮保護作用［26］。除此之外，京尼平苷能夠通過促進自噬而抑制NLRP3 炎性小體表達，從而減輕神經損傷［27］。因此，阻斷NLRP3炎性小體信號通路激活，可抑制小膠質細胞向M1表型轉化，有可能是缺血性腦卒中的潛在治療策略。

由此可見，腦缺血可促進NLRP3 炎性小體激活，進而誘導小膠質細胞向M1 表型轉化，加重神經損傷；而阻斷NLRP3 炎性小體激活則可抑制小膠質細胞向M1 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。但目前腦缺血引起NLRP3 炎性小體激活的具體分子機制尚未闡明，仍需進一步研究。

4 Notch信號通路

Notch信號通路包括Notch受體、Notch配體及其效應分子。當Notch 受體與其配體結合后，募集Notch 受體胞內段（NICD），NICD 經過兩次剪切后，進入細胞核內與效應分子結合，從而調控靶基因的表達［28］。研究發(fā)現，腦缺血后Notch 信號通路被激活，可參與小膠質細胞M1 表型轉化，增加炎癥介質釋放，促進缺血性腦卒中進展。見圖2。

WEI等［29］研究發(fā)現，與野生型小鼠相比，Notch-1反義轉基因小鼠中Notch 表達明顯下調，其表達下調可通過抑制NF-κB 解離入核，降低缺血腦皮質中小膠質細胞M1 表型轉化，減少促炎癥細胞因子釋放，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。因此，Notch信號通路可在腦缺血后被激活，通過促進NF-κB核轉位，促進小膠質細胞炎癥介質釋放，加重腦組織損傷。

研究表明，脂氧素A4 和野黃芩苷可通過阻斷Notch 信號通路激活，抑制小膠質細胞向M1 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用［30-31］。野黃芩苷在抑制Notch 信號通路激活后，可進一步阻斷NF-κB 核轉位，從而降低小膠質細胞M1 表型轉化［31］。因此，阻斷Notch 信號通路激活，誘導小膠質細胞向M2 表型轉化，有可能是缺血性腦卒中的潛在治療策略。

由此可見，腦缺血可誘導Notch 信號通路激活，促進小膠質細胞向M1 表型轉化，加重缺血性腦卒中；而抑制Notch 信號通路激活則可誘導小膠質細胞由M1 表型向M2 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。但目前腦缺血刺激激活Notch 信號通路涉及的具體分子機制尚未明確，仍需進一步研究。

5 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路

mTOR 是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可參與能量代謝、核糖體生物發(fā)生及脂質合成等生物學過程［32］。腦缺血后mTOR 信號通路被激活，能夠參與小膠質細胞M1 表型轉化，從而影響缺血性腦卒中進展。見圖2。

腦缺血后小膠質細胞神經叢蛋白A2表達增加，可通過mTOR/STAT3 信號通路誘導小膠質細胞向M1 表型轉化，加重炎癥反應，從而推動缺血性腦卒中進展［33］。研究發(fā)現，急性腦卒中患者血栓切除術前血漿和缺血半暗帶中膜聯蛋白A1（ANXA1）水平明顯下降，將ANXA1 模擬肽Ac2-26 靜脈注射至大腦中動脈閉塞/再灌注模型小鼠后發(fā)現，Ac2-26 可與FPR2/ALX 受體相互作用，促進AMPK 磷酸化并抑制mTOR磷酸化，從而誘導小膠質細胞由M1表型向M2 表型轉化，減少促炎癥細胞因子釋放，從而發(fā)揮保護作用［34］。因此，腦缺血后ANXA1水平降低可通過激活mTOR信號通路，參與小膠質細胞M1表型轉化，導致缺血性腦卒中預后不良。

研究發(fā)現，某些藥物可通過阻斷或抑制mTOR信號通路誘導小膠質細胞由M1 表型向M2 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。雷帕霉素是mTOR 特異性抑制劑，可通過調節(jié)性T 細胞抑制小膠質細胞向M1 表型轉化，減輕炎癥反應，從而發(fā)揮治療作用［35］。6-姜酚可通過AKT/mTOR/STAT3信號通路抑制小膠質細胞M1 表型轉化，減少炎癥因子釋放，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用［36］。

由此可見，腦缺血后引起的膜蛋白及分泌因子水平改變可導致mTOR 信號通路激活，進而促進小膠質細胞M1 表型轉化，促進缺血性腦卒中進展；而抑制mTOR 信號通路激活則可降低小膠質細胞M1表型轉化，抑制缺血性腦卒中進展。但目前mTOR信號通路參與小膠質細胞M1 表型轉化涉及的具體信號轉導機制尚未完全清楚，仍需進一步研究。

6 信號傳導和轉錄激活因子（STAT）信號通路

STAT 家族參與細胞因子和生長因子的信號傳遞，是細胞因子發(fā)揮生物學功能的主要分子基礎。STAT 家族包含7 個成員：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和STAT6。其中，STAT1、STAT3、STAT6 參與小膠質細胞激活過程，可影響小膠質細胞介導的神經炎癥進展［37］。腦缺血后小膠質細胞蛋白及分泌因子水平改變可誘導STAT 家族成員激活，促進小膠質細胞M1 表型轉化，加重腦組織損傷。見圖2。

研究發(fā)現，腦缺血再灌注后小膠質細胞中Zeste基因同源蛋白2（EZH2）表達顯著上調，上調EZH2表達可誘導STAT3 磷酸化，促進小膠質細胞向M1表型轉化，增加炎癥因子釋放，加重腦組織損傷［38］。OGD/R 后小膠質細胞中乳脂肪球表皮生長因子8（MFG-E8）表達下調，通過外源性給予重組MFG-E8可增加小膠質細胞中細胞因子信號轉導抑制因子3表達，從而抑制STAT3 磷酸化，促進小膠質細胞向M2表型轉化［39］。因此，腦缺血再灌注后小膠質細胞中MFG-E8 表達下調與小膠質細胞M1 表型轉化有關。但也有研究發(fā)現，增加STAT3 磷酸化可促進小膠質細胞向M2 表型轉化，從而發(fā)揮神經保護作用［40］。此外，XIANG 等［41］研究發(fā)現，泛素特異性蛋白酶18（USP18）在腦缺血缺氧后小膠質細胞中表達降低，而過表達USP18 可抑制JAK1/STAT1/NF-κB信號通路激活，進而抑制小膠質細胞向M1 表型轉化，減少促炎癥細胞因子釋放，從而減輕神經損傷。因此，腦缺血后USP18 表達下調可通過STAT1 介導的信號通路參與小膠質細胞M1 表型轉化，加速缺血性腦卒中進展。

研究發(fā)現，多種藥物可通過調節(jié)STAT 信號通路激活，抑制腦缺血后小膠質細胞M1 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。如CCR2 抑制劑可通過抑制STAT1 磷酸化，進而抑制腦缺血后小膠質細胞M1 表型轉化，減少促炎癥細胞因子產生［42］；而米諾環(huán)素在抑制STAT1 磷酸化同時，還能促進STAT6 磷酸化，從而促進小膠質細胞向M2 表型轉化，減輕缺血再灌注誘導的細胞凋亡［43］。此外，有研究還發(fā)現，褪黑素可通過激活STAT3 促進小膠質細胞向M2 表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用［40］。

由此可見，腦缺血可促進STAT1 和STAT3 激活，進而促進小膠質細胞M1 表型轉化，加重缺血性腦卒中進展；而抑制STAT1 激活、促進STAT3 和STAT6激活則可誘導小膠質細胞向M2表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。但目前腦缺血后STAT 信號通路調節(jié)小膠質細胞表型轉化涉及的具體信號分子尚未明確，仍有待于進一步研究。

綜上所述，小膠質細胞在腦缺血后迅速被激活，在缺血性腦卒中進展中扮演重要角色。腦組織缺血刺激可通過激活NF-κB、TLR/NF-κB、NLRP3、Notch、mTOR和STAT 等信號通路，誘導小膠質細胞向M1 表型轉化，加重腦組織損傷。多種藥物則可通過靶向抑制這些信號通路激活，調控小膠質細胞表型轉化，從而對缺血性腦卒中發(fā)揮治療作用。但目前腦缺血刺激引起這些信號通路激活的具體分子機制尚未闡明，仍需進一步研究。