小膠質(zhì)細胞極化在青光眼視神經(jīng)損傷發(fā)病機制及治療中的研究進展△

覃莞蕓 邵正波

青光眼是世界第二大致盲眼病，青光眼患者的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(RGC)發(fā)生凋亡，會導致視神經(jīng)進行性損傷，產(chǎn)生視功能不可逆性損害。青光眼的發(fā)病機制目前尚不明確，炎癥、氧化應激、神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏等多種因素參與RGC凋亡的病理生理過程[1-3]。近年來，小膠質(zhì)細胞介導的免疫調(diào)節(jié)在青光眼視網(wǎng)膜損傷研究中得到廣泛關(guān)注，激活的小膠質(zhì)細胞可吞噬并清除細胞碎片，分泌抗炎因子和細胞營養(yǎng)因子，保護受損神經(jīng)元[4]；而過度激活的小膠質(zhì)細胞會引起炎癥反應，加速視神經(jīng)病變的進展[5-6]。因此，調(diào)控小膠質(zhì)細胞極性，維持免疫環(huán)境穩(wěn)態(tài)對于促進受損視網(wǎng)膜組織修復及延緩視神經(jīng)退行性病變發(fā)展至關(guān)重要。

1 小膠質(zhì)細胞

1.1 小膠質(zhì)細胞的生理學特征視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞來源于中胚層，主要經(jīng)睫狀體扁平部和視神經(jīng)盤進駐視網(wǎng)膜，在視網(wǎng)膜組織早期發(fā)育和神經(jīng)軸突修剪等方面發(fā)揮重要作用[7]。組織發(fā)育成熟后，小膠質(zhì)細胞主要分布于視網(wǎng)膜內(nèi)層，靜息狀態(tài)下呈“分枝狀”，與視網(wǎng)膜內(nèi)游離的巨噬細胞構(gòu)成視網(wǎng)膜內(nèi)的單核-巨噬細胞系統(tǒng)，發(fā)揮免疫監(jiān)視功能，維持視網(wǎng)膜微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)；微環(huán)境改變后，靜息的小膠質(zhì)細胞被激活，突起縮短，呈現(xiàn)圓形、桿狀或阿米巴狀，向病灶區(qū)移動，吞噬細胞碎片及病原體，并釋放細胞因子，介導炎癥反應，參與組織損傷及修復過程[8]。

1.2 小膠質(zhì)細胞極化小膠質(zhì)細胞根據(jù)表型和功能的不同可分為經(jīng)典激活M1型和替代激活M2型[1,9]。小膠質(zhì)細胞可由脂多糖或γ-干擾素等物質(zhì)激活極化為M1型，呈現(xiàn)阿米巴樣，有較高的吞噬和運動能力，表達白細胞分化抗原(CD)86和CD16/32，分泌腫瘤壞死因子-α和誘導型一氧化氮合酶等多種促炎因子，產(chǎn)生炎癥反應。急性期的炎癥反應對病原體和腫瘤細胞的防御起核心作用，并有助于刺激髓鞘修復和細胞碎片清除。然而，在長期病理因素刺激下，小膠質(zhì)細胞會持續(xù)分泌炎癥因子產(chǎn)生毒性作用，加速神經(jīng)元的死亡。

M2型小膠質(zhì)細胞可由白細胞介素(IL)-4和IL-13激活，其胞體薄，突起呈分枝狀，表達 CD206和幾丁質(zhì)酶-3樣蛋白3，并分泌精氨酸酶-1、轉(zhuǎn)錄生長因子-β等抗炎因子，抑制炎癥反應，以及腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、胰島素樣生長因子-1等物質(zhì)，促進組織修復、重塑及血管生成[10]。同時M2型小膠質(zhì)細胞還可進一步分為M2a、M2b和M2c亞型，但各亞型的生理功能尚待進一步研究[11]。

在體內(nèi)，小膠質(zhì)細胞的兩種表型常同時存在并不斷相互轉(zhuǎn)化。損傷神經(jīng)元釋放的外泌體通過miRNA等參與小膠質(zhì)細胞表觀遺傳修飾，調(diào)控小膠質(zhì)細胞M1與M2表型轉(zhuǎn)化[12]。在神經(jīng)退行性病變初期，小膠質(zhì)細胞可緩慢激活為抗炎型M2型，修復受損組織，隨著損傷不斷進展，小膠質(zhì)細胞會啟動促M1型極化相關(guān)基因的表達，持續(xù)釋放炎癥因子，加重組織破壞[13]；而在急性組織損傷初期，小膠質(zhì)細胞同時被激活為M1型和M2型，促進疾病良性轉(zhuǎn)歸[14]。因此，在體內(nèi)研究中以M1型與M2型小膠質(zhì)細胞數(shù)量的比值來表示整體小膠質(zhì)細胞極化狀態(tài)更為客觀[9]。此外，隨著對外泌體的深入研究，不同極性的小膠質(zhì)細胞所分泌的外泌體也保留了其來源細胞的分子特性，檢測外泌體中的M1型和M2型相關(guān)標記物也成為鑒定小膠質(zhì)細胞表型的新方法[15]。

2 小膠質(zhì)細胞極化與青光眼的關(guān)系

在青光眼病理生理過程中，視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞極性在病程不同階段呈現(xiàn)出不同的動態(tài)變化。隨著眼壓升高，視網(wǎng)膜組織在機械壓力和缺血缺氧共同作用下出現(xiàn)早期損傷，受損神經(jīng)元釋放凋亡信號激活小膠質(zhì)細胞，進而產(chǎn)生神經(jīng)毒性因子及炎癥因子，加速細胞凋亡[16-17]。

2.1 高眼壓性青光眼在激光或前房灌注誘導的高眼壓動物模型中，小膠質(zhì)細胞主要被激活為促炎型M1型，視網(wǎng)膜內(nèi)出現(xiàn)大量活化的CD86陽性的 M1型小膠質(zhì)細胞，而幾丁質(zhì)酶-3樣蛋白3陽性的M2型小膠質(zhì)細胞活化數(shù)量較少，并局限于神經(jīng)纖維層和神經(jīng)節(jié)細胞層；M1型小膠質(zhì)細胞通過釋放大量腫瘤壞死因子-α、IL-1β等炎癥介質(zhì)，加速RGC凋亡[18-19]。此外，小膠質(zhì)細胞在機械壓力下也向M1型極化，通過釋放攜帶促炎信號的外泌體，激活周圍小膠質(zhì)細胞，進一步放大炎癥損傷效應[17]。在眼壓逐步恢復正常后的初期階段，視神經(jīng)出現(xiàn)繼發(fā)變性，小膠質(zhì)細胞呈現(xiàn)M1型和M2型混合激活；誘導型一氧化氮合酶和精氨酸酶-1表達均升高，后期兩者表達下降，但精氨酸酶-1下降速度更為緩慢[20]；在視神經(jīng)損傷修復階段，小膠質(zhì)細胞以M2型為主，大量CD163陽性的M2型小膠質(zhì)細胞浸潤視神經(jīng)軸突束，發(fā)揮神經(jīng)保護作用?？傊?，小膠質(zhì)細胞在高眼壓性青光眼模型中，由早期高眼壓階段的M1型，過渡為眼壓降低初期的M1型和M2型混合活化，逐漸向后期損傷修復階段的M2型極化。然而，在遺傳性青光眼DBA/2J慢性高眼壓小鼠模型中，小膠質(zhì)細胞未表現(xiàn)出典型的M1型或M2型表型，而是呈現(xiàn)出促炎基因與抗炎基因的共同高表達，提示不同高眼壓損傷模型中小膠質(zhì)細胞反應的多態(tài)性[21]。

2.2 正常眼壓性青光眼正常眼壓性青光眼表現(xiàn)為眼壓在正常范圍內(nèi)，而視神經(jīng)出現(xiàn)進行性損害，其發(fā)病與遺傳、缺血、炎癥等因素相關(guān)。目前關(guān)于正常眼壓性青光眼中小膠質(zhì)細胞極性的動態(tài)變化研究較少。Carvalho等[16]利用雙側(cè)頸總動脈結(jié)扎誘導視網(wǎng)膜缺血缺氧，發(fā)現(xiàn)RGC凋亡伴隨小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞大量增殖活化，玻璃體內(nèi)注射促紅細胞生成素可減少小膠質(zhì)細胞激活及炎癥因子的產(chǎn)生，減少RGC凋亡，但小膠質(zhì)細胞極性的變化趨勢仍有待進一步研究。由于樣本量較少和缺乏動態(tài)監(jiān)測，難以得出不同損傷程度下小膠質(zhì)細胞極性的差異。因此，聯(lián)合細胞實時監(jiān)測技術(shù)，探索不同病理環(huán)境下小膠質(zhì)細胞功能的平衡點以及極化的調(diào)控靶點，將為青光眼視神經(jīng)退行性病變的研究提供新方向。

3 小膠質(zhì)細胞極化的調(diào)控機制

研究表明，不同極性的小膠質(zhì)細胞在特定條件下可互相轉(zhuǎn)化。脂多糖激活的M1型小膠質(zhì)細胞會被IL-4誘導為M2型；同樣，IL-4激活的M2型小膠質(zhì)細胞也可被脂多糖極化為M1型[22]。此外，IL-4或脂多糖預處理的小膠質(zhì)細胞，可形成初始刺激的“分子記憶”，其逆轉(zhuǎn)表型后的表達譜不同于直接刺激后的M1型或M2型小膠質(zhì)細胞[23-24]。因此，調(diào)控小膠質(zhì)細胞極化的分子機制非常復雜，多種信號通路均參與其中[25-27]。

3.1 JAK-STAT信號通路JAK-STAT信號通路屬于應激的炎癥信號通路，參與調(diào)節(jié)免疫細胞存活、生長和分化，以及抵抗病原體[28]。在體外研究中，不同STAT蛋白參與不同刺激條件下小膠質(zhì)細胞極性的調(diào)控。在γ-干擾素促M1型小膠質(zhì)細胞極化過程中，STAT1是其重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[1]；而在脂多糖促M1型小膠質(zhì)細胞極化中，STAT3則發(fā)揮主導作用[29]。同樣，IL-10通過STAT3信號通路使小膠質(zhì)細胞向M2型極化，而IL-4/IL-13則通過STAT6促進小膠質(zhì)細胞向M2型極化[30]。在體內(nèi)研究中，JAK/STAT信號通路也展現(xiàn)出對視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞極化的重要調(diào)控作用[28]。STAT1與STAT3表達增加可促進視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞向M1型極化，STAT1表達降低則使小膠質(zhì)細胞向M2型極化[31]；過表達細胞信號轉(zhuǎn)導抑制因子3可抑制JAK2-STAT3信號通路，降低M1型小膠質(zhì)細胞介導的視網(wǎng)膜炎癥反應，延緩視神經(jīng)退變[32]。

3.2 PI3K/Akt信號通路細胞因子和脂多糖等物質(zhì)可通過相應受體激活PI3K/Akt及其下游信號通路，參與小膠質(zhì)細胞極化的調(diào)控[33]。在脂多糖激活的小膠質(zhì)細胞中Akt磷酸化水平明顯下降，小膠質(zhì)細胞向M1型極化，而小窩蛋白-1可使小膠質(zhì)細胞的Akt磷酸化表達增加，使其從M1型向M2型極化，減輕視網(wǎng)膜高眼壓損傷[34]。Zhong等[35]研究發(fā)現(xiàn)，脂肪源性干細胞分泌的膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子可使小膠質(zhì)細胞系BV2的PI3K和Akt磷酸化水平升高，細胞活化為抗炎型M2型，進而使促炎因子分泌下降，而加入PI3K抑制劑后該效應被抑制，提示膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子通過PI3K/AKT信號通路調(diào)控小膠質(zhì)細胞的極化，從而調(diào)節(jié)促炎因子和抗炎因子的產(chǎn)生。

3.3 Notch信號通路Notch信號通路在髓系細胞的分化及細胞因子表達調(diào)控中起著重要作用。小膠質(zhì)細胞在靜息狀態(tài)下表達4種類型的Notch受體，而活化后則選擇性地提高Notch1的表達[36]。研究表明，M2型小膠質(zhì)細胞數(shù)量與Notch1信號通路下游分子的表達水平呈反比，用γ-分泌酶抑制劑DAPT阻斷Notch信號后，小膠質(zhì)細胞則從M1型向M2型極化[37]。Wu等[38]在體外實驗中證實，Notch信號通路在辛伐他汀預處理的M1型小膠質(zhì)細胞中受到抑制，小膠質(zhì)細胞活化類型逐漸轉(zhuǎn)為M2型；然而，用siRNA敲除Notch1后，辛伐他汀對小膠質(zhì)細胞的調(diào)控作用消失，M1型小膠質(zhì)細胞不再向M2型轉(zhuǎn)換，提示小膠質(zhì)細胞向M2型極化主要依賴于Notch1信號。此外，將小鼠髓系細胞的Notch通路相關(guān)基因RBP-J敲除后，兩種小膠質(zhì)細胞的激活均減少[36]，表明Notch信號通路不僅參與小膠質(zhì)細胞極化調(diào)控，而且對于小膠質(zhì)細胞的激活起重要作用[37-38]。

4 小膠質(zhì)細胞極化為靶點的治療策略

目前以小膠質(zhì)細胞極化為靶點維持視網(wǎng)膜免疫穩(wěn)態(tài)的治療策略，在視神經(jīng)損傷修復研究中取得了一定的進展。視網(wǎng)膜下注射神經(jīng)干細胞來源外泌體可通過調(diào)控小膠質(zhì)細胞極化，維持大鼠視網(wǎng)膜微環(huán)境的相對穩(wěn)態(tài)，減少神經(jīng)細胞凋亡[39]。Koeberle等[40]研究發(fā)現(xiàn)，眼內(nèi)注射攜帶IL-10和IL-4基因的腺病毒載體，可抑制小膠質(zhì)細胞向M1型極化，減少誘導型一氧化氮合酶合成，提高RGC生存率。Zhang等[34]將人工合成的小窩蛋白-1多肽cavtratin注入高眼壓小鼠玻璃體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞數(shù)量明顯減少，并由視網(wǎng)膜內(nèi)層向外層遷移，由促炎型轉(zhuǎn)化為抗炎型，且RGC凋亡降低。除了以上眼內(nèi)局部給藥方式外，全身給藥仍可達到相似的治療效果。研究表明，生酮飲食能促進視網(wǎng)膜內(nèi)小膠質(zhì)細胞向M2型極化并提高抗炎因子IL-4和精氨酸酶-1表達，抑制炎癥小體的形成，通過免疫調(diào)節(jié)保護RGC的結(jié)構(gòu)和功能[41-42]。此外，口服植物提取物枸杞多糖也可通過影響小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞極化和自噬，促進大鼠視神經(jīng)損傷后RGC的存活[20]。由此可見，未來可利用外泌體注射、基因編輯、人工合成藥物等眼內(nèi)局部治療方法結(jié)合飲食療法、中醫(yī)中藥等全身給藥法，探索小膠質(zhì)細胞M1型與M2型平衡的治療靶點，為青光眼的臨床免疫治療提供新思路。

5 小結(jié)與展望

在青光眼不同階段，小膠質(zhì)細胞M1型與M2型比率呈現(xiàn)出動態(tài)變化，不斷影響視網(wǎng)膜免疫微環(huán)境，如何調(diào)控小膠質(zhì)細胞極化，減輕視網(wǎng)膜組織炎癥損傷，仍有待進一步研究。繼續(xù)深入探討小膠質(zhì)細胞不同亞型功能及極化調(diào)控的分子機制，將為視神經(jīng)退行性病變的治療提供更多的分子靶點。值得注意的是，除了小膠質(zhì)細胞外，星形膠質(zhì)細胞、T細胞等多種細胞成分也參與了視網(wǎng)膜炎癥的發(fā)生發(fā)展，聯(lián)合細胞間免疫調(diào)控分子網(wǎng)絡(luò)，最大限度地改善視網(wǎng)膜內(nèi)微環(huán)境，將為青光眼等視網(wǎng)膜炎癥損傷疾病提供新的治療策略。