小膠質細胞和星形膠質細胞中的P2Y 受體在中樞神經系統(tǒng)病變中的作用機制研究進展

牛翻燕 項文平 薛 慧 烏日嘎 王雅明 岳雅蓉 付琨燕 王寶軍

包頭市中心醫(yī)院，內蒙古 包頭 014040

近年來，中樞神經系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默病、帕金森病、腦損傷、多發(fā)性硬化癥和感覺神經病等神經退行性病變逐漸成為研究熱點，其具有發(fā)病隱匿，早期無法明確診斷等特點，如不進行早期干預，將會導致不可逆的神經損害。大量研究證實，神經炎癥在中樞神經系統(tǒng)病變的發(fā)展過程中發(fā)揮主要作用。神經炎癥反應伴隨著膠質細胞的活化，小膠質細胞和星形膠質細胞是參與神經炎癥反應的關鍵細胞［1-3］。小膠質細胞是主要的免疫細胞［4-7］，監(jiān)視著大腦微環(huán)境的變化；星形膠質細胞是數(shù)量最多的膠質細胞，維持神經元的存活及信號傳遞，能對大腦受到的異常信號作出快速、敏感地響應［8-9］。病理刺激下，小膠質細胞和星形膠質細胞被激活，可能釋放促炎因子引起炎癥反應，也可能釋放營養(yǎng)炎癥參與組織修復，導致對神經病變的發(fā)生造成雙重影響［10］。大量研究發(fā)現(xiàn)，小膠質細胞和星形膠質細胞活化是通過P2Y 受體介導的，在不同中樞神經系統(tǒng)疾病中，以P2Y受體為靶點，通過激活或抑制P2Y 受體的表達影響小膠質細胞和星形膠質細胞的功能，可改變疾病發(fā)生發(fā)展的方向，從而產生干預作用。因此，亟需闡明中樞神經系統(tǒng)損傷后P2Y受體介導的小膠質細胞和星形膠質細胞的通訊機制。

1 P2Y受體

多種細胞表達P2Y 受體［11］，這是一種至關重要的信號分子。眾多研究發(fā)現(xiàn)，小膠質細胞和星形膠質細胞對神經系統(tǒng)疾病的調節(jié)離不開P2Y受體的參與。P2Y 受體激活，大多數(shù)原因是發(fā)生了生理平衡威脅甚至是損傷。神經系統(tǒng)病變如急性損傷、炎癥等異常刺激會伴隨神經元核苷酸水平發(fā)生改變，釋放核苷酸ATP及其代謝產物ADP、UTP、UDP等，ATP不僅是維持機體正常代謝的能量載體，也是一種重要的生物遞質［12］。P2Y受體是ATP等核苷酸的生理性受體，包括多種亞型，目前已知的亞型為P2Y1、P2Y2、P2Y4、P2Y6、P2Y11、P2Y12、P2Y13、P2Y14）［12-14］。P2Y 可分為嘌呤性和嘧啶性膜結合受體，嘌呤選擇性P2Y1、P2Y11、P2Y12 和P2Y13 受體那被ATP 或ADP 激活；嘧啶選擇性的P2Y4、P2Y6 和P2Y14 受體可以被UTP、UDP 激活［12］。P2Y 受體建立了神經元與膠質細胞之間的細胞間信號交流［15］，從而造成神經膠質對神經系統(tǒng)的功影響。

2 小膠質細胞

小膠質細胞是大腦中主要的免疫細胞，生理條件下，小膠質細胞處于靜息狀態(tài)，維持微環(huán)境的正常生理循環(huán)，當接收到異常信號時，小膠質細胞激活，突起能迅速向損傷部位延伸，這種趨化反應目前普遍認為是由P2Y12 受體介導的。新的研究表明，除P2Y12受體以外，P2Y13受體也參與了趨化反應。基因敲除P2Y13 受體后，由P2Y12 介導的小膠質細胞向損傷部位遷移時間延長，小膠質細胞反應性下降，細胞突起及分支變少變短，可能是遷移時間延長的原因［16］。小膠質細胞的遷移運動還可能受其他因素影響。MILIOR等［4］觀察不同程度刺激對小膠質細胞運動的影響發(fā)現(xiàn)，低濃度ATP 引發(fā)小膠質細胞突起延伸，這一現(xiàn)象可被P2Y12受體阻滯劑抑制；高濃度刺激引起小膠質細胞突起回縮，抑制P2Y1、P2Y13受體可阻斷這一過程，因此認為低強度刺激下，由P2Y12 介導的小膠質細胞突起延伸，而高強度刺激下由P2Y1受體和P2Y13受體介導小膠質細胞回縮。

小膠質細胞能吞噬受損及死亡的神經元，這一過程可能是由小膠質細胞上的P2Y6 受體介導的。為明確帕金森病變中由神經炎癥導致的神經元減少是否與P2Y6受體有關，研究者向小鼠射脂多糖后發(fā)現(xiàn)，黑質多巴胺能神經元減少，與帕金森病變病理變化相似，而敲除P2Y6受體基因未發(fā)現(xiàn)神經元減少的現(xiàn)象；此外，使用P2Y6 受體阻滯劑后小膠質細胞失去吞噬作用［7］。因此表明P2Y6受體介導的小膠質細胞具有吞噬功能。

小膠質細胞具有多種表型，按照激活狀態(tài)，分為促炎型M1型和抗炎型M2型，M1型小膠質細胞分泌促炎因子，引起炎癥反應，而M2型促進組織修復、發(fā)揮抗炎作用［17-18］。此外，按照小膠質細胞異質性分型，分為陽性（5D4+）和5D4陰性（5D4-）。5D4+小膠質細胞與5D4-小膠質細胞相比，突起更多，突觸可塑性更強，表達更多的炎癥因子、P2Y12受體［19］。然而，目前的分型并不是絕對的，可能還存在其他小膠質細胞表型，未來需進一步探索小膠質細胞各亞型的功能特點。

2.1 P2Y受體介導小膠質細胞產生的積極影響小膠質細胞上的P2Y1 受體在腦缺血后高表達，敲除P2Y1受體基因發(fā)現(xiàn)，受損神經元數(shù)量明顯高于正常組［20］，同樣在缺氧缺糖模型中得到一致結果［21］。在炎癥模型中，P2Y1受體激動劑抑制小膠質細胞釋放促炎因子，而阻斷P2Y1受體逆轉了這種現(xiàn)象［6］，進一步證實了P2Y1 受體介導的小膠質細胞發(fā)揮保護作用。

在缺血模型中觀察到，P2Y6 受體在小膠質細胞也是高表達的，阻滯P2Y6受體后，小膠質細胞吞噬功能被抑制，造成梗死面積擴大，行為學損傷加重［22］。癲癇病變中同樣出現(xiàn)了P2Y6 受體的高表達。沈曉華等［23］向癲癇小鼠腦室注射P2Y6受體阻滯劑，小鼠癲癇癥狀加重，小膠質細胞活化被抑制，吞噬功能也隨之下降。提示P2Y6 受體介導小膠質細胞的吞噬功能可能有積極作用。

抑郁癥患者由于應激及炎癥導致大腦穩(wěn)態(tài)失衡，在其外周血發(fā)現(xiàn)炎癥相關因子升高，但是對大腦內部變化仍不了解。由于小膠質細胞對腦內異常信號及其敏感，研究者分析了重度抑郁癥患者死后不同腦區(qū)的小膠質細胞，未發(fā)現(xiàn)炎癥相關因子的分泌，但非炎癥性吞噬細胞有所增加，并且小膠質細胞上的P2Y12 受體高表達，推測可能是P2Y12 受體介導小膠質細胞啟動了修復功能［5］。而小鼠抑郁模型結果顯示，小膠質細胞活化后上調大量促炎因子［24］。針對不同研究結果，P2Y12 受體介導小膠質細胞在抑郁癥相關的炎癥機制還需進一步探索。

2.2 P2Y受體介導小膠質細胞產生的不利影響有報道稱，癲癇持續(xù)狀態(tài)下皮層P2Y1 受體顯著增加，并且位于小膠質細胞上。為了證明P2Y1 受體介導小膠質細胞對癲癇的作用，使用P2Y1受體激動劑顯示，小鼠癲癇持續(xù)狀態(tài)下的腦損傷電位增大，而P2Y1 受體阻滯劑能預防這種皮層損傷［25］。小膠質細胞上P2Y1受體高表達對癲癇病變可能是不利的。

慢性偏頭痛（chronic migraine，MC）發(fā)病機制與小膠質細胞活化緊密相關。MC 模型中小膠質細胞上的P2Y12 受體高表達，而P2Y12 受體抑制劑能有效的預防MC，并且炎癥因子相應減少，支持P2Y12受體介導的小膠質細胞參與了MC 的發(fā)生［26］。付俊等［27］也同樣證實MC 中小膠質細胞活化是P2Y12 受體主導的。SUZUKI 等［28］提出無論是敲除小膠質細胞上的P2Y12 受體基因，還是P2Y12 受體受體阻滯劑都能抑制或減少炎癥因子釋放。提示P2Y12受體介導的小膠質細胞機制通路是炎癥反應必不可少的。最近研究表明，P2Y14 受體介導的小膠質細胞也參與了MC 的病理過程。阻斷P2Y14 受體能顯著降低小膠質細胞活化水平，同時緩解大鼠偏頭痛［29］。因此，P2Y12 受體和P2Y14 受體介導的小膠質細胞可能都參與了MC 的發(fā)病過程，可為闡明MC 的發(fā)病機制提供更多可能。

新的研究表明，糖尿病神經痛與P2Y13 受體激活有關，P2Y13 受體激活后引起小膠質細胞釋放多種促炎信號分子，而P2Y13 受體阻滯劑可抑制小膠質細胞活化，促炎分子減少，神經疼痛癥狀減輕［30］。因此，抑制P2Y13 受體可能是緩解糖尿病神經痛的治療方法之一。

3 星形膠質細胞

星形膠質細胞是數(shù)量最多、體積最大的膠質細胞，廣泛分布在中樞神經組織中［31］。星形膠質細胞其功能主要是支持神經元突觸的生長和信息處理［32］，調節(jié)細胞內外離子、遞質的平衡，以維持中樞神經系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)［3，8，33］。潛在的威脅信號使神經元過度活動，釋放ATP及其代謝產物，通過P2Y受體激活星形膠質細胞［34］。星形膠質細胞活化增生后，通過上調大量分子來調節(jié)多種生物學行為，如釋放神經營養(yǎng)因子、釋放并清除谷氨酸與自由基以修復受損的神經系統(tǒng)。但是，隨著病理的發(fā)展及時間的推移，星形膠質細胞增生可能會往有害的方向發(fā)展，如限制軸突再生、阻礙功能恢復、分泌過量的谷氨酸毒性因子以干擾神經功能恢復并產生損害作用［35］。谷氨酸是腦內的興奮性信號分子，正常生理條件下由星形膠質細胞攝取回收［36］，當星形膠質細胞功能異常導致谷氨酸循環(huán)障礙，則會引發(fā)毒性反應。通過分析基因發(fā)現(xiàn)，神經炎癥和缺血誘導了兩種不同類型的星形膠質細胞，分別將其命名為A1 型和A2 型。A1 型星形膠質細胞被認為是介導有害作用，在損傷中引起其他神經元死亡；A2型星形膠質細胞在損傷中釋放神經營養(yǎng)因子，可促進組織修復，因而認為是有益的［37］。

3.1 P2Y受體介導星形膠質細胞的積極影響眾所周知，大腦PH 平衡對維持神經系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)至關重要。神經元活動過程中不斷向細胞外代謝H+，研究表明，P2Y1 受體介導的星形膠質細胞可調節(jié)碳酸氫鹽的釋放，是緩沖過量H+的的機制之一［38］。此外，P2Y1受體激動劑能對抗腦損傷，增加星形膠質細胞線粒體能量，減少炎癥因子的釋放，從而減輕腦水腫和記憶損害［39］。有趣的是，星形膠質細胞通過自身釋放的ATP也可以激活P2Y1受體，在缺氧條件下增加通氣量，緩解呼吸抑制［40］。星形膠質細胞可加強對缺氧的耐受，減輕因呼吸功能抑制造成的腦損傷。

急性神經炎損傷機制之一是蛋白缺陷，小鼠急性神經炎模型中，星形膠質細胞及小膠質細胞的蛋白酶體系統(tǒng)遭到損害，應用P2Y2受體激動劑可促進蛋白酶體表達，減輕膠質細胞損害程度［41］。P2Y2受體可維持膠質細胞內蛋白質穩(wěn)定。

毒物損害下激活的星形膠質細胞也可以啟動保護機制。過氧化氫作用于星形膠質細胞可致其毒性反應，使星形膠質細胞產生活性氧，活性氧的產生伴隨著神經元的死亡。而P2Y受體激動劑能降低活性氧的產生［33］，提示P2Y 受體介導的星形膠質細胞活化可調節(jié)抗氧化反應，減輕毒性反應。

3.2 P2Y受體介導星形膠質細胞的不利影響眾多研究表明，星形膠質細胞異?；顒又饕峭ㄟ^P2Y1受體信號介導的。在阿爾茨海默病小鼠模型發(fā)現(xiàn)，腦室內注射P2Y1 受體抑制劑可使星形膠質細胞和神經元網絡功能恢復正常，因此學習和記憶能力得到改善［42］。切除癲癇患者的海馬組織發(fā)現(xiàn)增殖的星形膠質細胞和其高表達的P2Y1、P2Y2、P2Y4 受體，這些受體可能是導致星形膠質細胞增殖的原因［43］。此外，其他研究者給予癲癇大鼠P2Y1 受體抑制劑后，異常電信號頻率減弱，星形膠質細胞活化水平下降，癲癇狀態(tài)得到改善［44］。小鼠神經病理性疼痛模型中同樣證實，降低P2Y1 受體表達或應用P2Y1 受體阻滯劑抑制星形膠質細胞活化，有害因子隨之減少，可達到顯著的鎮(zhèn)痛作用［45］。綜上所述，P2Y1 受體信號通路的阻斷可能是減輕病變發(fā)生發(fā)展的有效措施之一。

由HIV引起的認知障礙與神經炎癥有著密切的關系。在體外炎癥因子刺激星形膠質細胞，P2Y4受體和炎癥因子表達增多，而下調P2Y4受體可使炎癥反應減輕，受損神經元減少，并進一步采用P2Y4 受體基因敲除鼠證實了這個結果［46］。因此，星形膠質細胞上P2Y4受體活化可能導致促炎作用，該受體可以作為干預措施的另一個靶點。

4 小膠質細胞與星形膠質細胞的關系

4.1 小膠質細胞早于星形膠質細胞活化有研究者發(fā)現(xiàn)，受到異常刺激信號的膠質細胞活化具有時間模式，小膠質細胞早于星形膠質細胞激活。YOUICHI等［47］在小鼠體內腦創(chuàng)傷模型中發(fā)現(xiàn)，小膠質細胞標記物IBA-1 在腦損傷1 d 后迅速上調，而損傷3 d 后才觀察到星形膠質細胞標志物GFAP 有所增加。為了提供更多證據(jù)，隨后YOUICHI 等利用體外腦創(chuàng)傷模型同樣發(fā)現(xiàn)，小膠質細胞向損傷部位遷移的時間早于星形膠質細胞。為進一步證明這個結論，有研究者對純化小膠質細胞和星形膠質細胞同時激活并觀察其下游，小膠質細胞釋放的促炎因子在2～4 h到達高峰，而星形膠質細胞釋放的促炎因子12 h到達高峰，相比小膠質細胞產生生物效應時間明顯延遲［48］。

4.2 小膠質細胞通過介質激活星形膠質細胞小膠質細胞和星形膠質細胞在病變發(fā)生發(fā)展中不是獨立的。提取阿爾茲海默小鼠模型的M1型和M2型小膠質細胞，分別加入星形膠質細胞共培養(yǎng)，星形膠質細胞在M1 型小膠質細胞作用下產生促炎因子，而在M2 型小膠質細胞作用下釋放抗炎因子［10］。只培養(yǎng)小膠質細胞并給予刺激，小膠質細胞釋放炎癥因子TNF-α、IL-6 和IL-β，在小膠質細胞和星形膠質細胞的共培養(yǎng)基加入這些炎癥因子抑制物，星形膠質細胞突起短小，而加入這些炎癥因子則觀察到星形膠質細胞突起伸長［47］。CLARKE等［49］利用基因敲除小鼠衰老模型進一步證明，缺乏IL-1α、TNF-α、C1q 炎癥因子基因的與野生小鼠相比，活化星形膠質細胞表達明顯減少。表明星形膠質細胞依賴于小膠質細胞調節(jié)產生生物效應。

4.3 P2Y 受體介導小膠質細胞-星形膠質細胞通路的積極作用許多證據(jù)證明小膠質細胞通過介質作用于星形膠質細胞，發(fā)揮神經保護作用。腦損傷初期，星形膠質細胞形成膠質瘢痕，以限制病變區(qū)域進一步擴大，研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質細胞P2Y1 受體表達增加抑制瘢痕形成，相反，P2Y1 受體敲除可促進瘢痕形成，提示瘢痕形成這一過程是由于P2Y1受體下調引起的。在星形膠質細胞與小膠質細胞共培養(yǎng)時，星形膠質細胞P2Y1 受體下調，而加入細胞因子阻斷抗體混合物，P2Y1受體的表達恢復［47］。由此可以得出結論，小膠質細胞通過細胞因子下調P2Y1受體，使星形膠質細胞發(fā)揮神經保護作用。但是也有人認為，不可逆的膠質瘢痕使軸突再生受限［50］。

4.4 P2Y 受體介導小膠質細胞-星形膠質細胞通路的有害作用根據(jù)之前的研究，小膠質細胞通過釋放的介質調控星形膠質細胞，這條通路也可能對病變造成不利影響。在癲癇發(fā)生的早期，小膠質細胞激活后，釋放TNF-α，引起星形膠質細胞釋放ATP/ADP，激活星形膠質細胞自身的P2Y1受體，觸發(fā)谷氨酸大量釋放，導致海馬內神經元突觸異?；顒?，而阻斷TNF-α信號通路，可恢復正常突觸活動［51］。因此，抑制小膠質細胞功能，能間接減輕星形膠質細胞造成的損害，并且在脊髓疼痛模型中再次得到證實，抑制小膠質細胞激活，谷氨酸釋放減少，疼痛反應緩解［52］。

5 結論與展望

小膠質細胞和星形膠質細胞對維持大腦穩(wěn)態(tài)具有重要的作用，尤其體現(xiàn)在神經系統(tǒng)受損時的調節(jié)。P2Y受體介導的小膠質細胞和星形膠質細胞對中樞疾病有保護和損害的雙重影響。值得注意的是，小膠質細胞和星形膠質細胞生理病理過程不是獨立的，可通過相互作用最終導致神經元命運。雖然許多研究通過靶向阻斷P2Y受體控制膠質細胞對神經疾病調節(jié)的發(fā)展方向，達到了顯著的治療效果，但也有證據(jù)表明P2Y受體激活可對機體產生保護作用。本文介紹了小膠質細胞和星形膠質細胞上不同亞型P2Y受體的表達、功能及調節(jié)機制，總結了通過激活或抑制部分P2Y受體亞型以控制小膠質細胞和星形膠質細胞對疾病發(fā)展的影響，為今后的研究方向提供多種可能。然而目前對P2Y受體介導的星形膠質細胞、小膠質細胞調節(jié)機制的認識不全面，仍有諸多疑問需要解決。（1）P2Y受體激活或抑制的程度范圍對疾病是否有不同影響；（2）是否有多個亞型P2Y受體同時參與了疾病過程；（3）小膠質細胞和星形膠質細胞是否還存在其他分型；（4）小膠質細胞和星形膠質細胞相互影響的更多證據(jù)。綜上所述，就目前的研究結果和存在的疑問還不能確定P2Y受體通路下小膠質細胞、星形膠質細胞是如何調節(jié)病變發(fā)展的，未來還需要進一步研究以解釋這些細胞的生物效應，開展更多的科學討論，幫助臨床醫(yī)生確定科學的、理想的治療方案。