小膠質(zhì)細(xì)胞激活與抑郁癥的研究進(jìn)展

白桂芹,張 雪

（1.川北醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室，四川 南充 637000；2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院耳鼻喉科，四川 南充 637000）

小膠質(zhì)細(xì)胞作為大腦的主要吞噬細(xì)胞，通過分泌細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子，可以強(qiáng)烈地對(duì)應(yīng)激源做出反應(yīng)，在大腦穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用[1]。重度抑郁癥（major depressive disorder, MDD）前扣帶皮層區(qū)域存在較高的谷氨酸和谷氨酰胺代謝異質(zhì)性，并且在患抑郁癥后自殺的患者腹側(cè)前額葉的白質(zhì)中出現(xiàn)更多活化的小膠質(zhì)細(xì)胞[2]。社交失敗等慢性壓力因素也會(huì)增加腦細(xì)胞因子并誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞激活，從而加劇免疫應(yīng)激對(duì)抑郁的影響[3]?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞可以對(duì)壓力引起的神經(jīng)炎癥快速做出反應(yīng)，并通過分泌促炎細(xì)胞因子以及代謝產(chǎn)物，調(diào)控神經(jīng)元與星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能以改善抑郁癥狀；此外，補(bǔ)體因子或應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)元集落刺激因子Csf1 激活小膠質(zhì)細(xì)胞可直接影響與抑郁和癡呆相關(guān)的神經(jīng)元完整性[4]。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞激活與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，從某種程度上講，抑郁癥就是小膠質(zhì)細(xì)胞疾病。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞M1/M2極化對(duì)神經(jīng)炎癥的影響

小膠質(zhì)細(xì)胞可根據(jù)刺激、環(huán)境和周期呈現(xiàn)不同的表型，稱為小膠質(zhì)細(xì)胞激活或極化，根據(jù)極化表型表現(xiàn)出神經(jīng)毒性或神經(jīng)保護(hù)功能[5]。M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞呈變形蟲形狀，具有高流動(dòng)性，可分泌導(dǎo)致組織損傷的促炎細(xì)胞因子；M2型小膠質(zhì)細(xì)胞通過產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子，抑制神經(jīng)損傷和促進(jìn)組織修復(fù)，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[6]，M1 型和M2 型小膠質(zhì)細(xì)胞可以根據(jù)其激活途徑相互轉(zhuǎn)化。在1 型輔助性T 細(xì)胞（T helper type 1 cell,Th1）衍生的IFN-γ 細(xì)胞因子的作用下，靜息的小膠質(zhì)細(xì)胞可能通過經(jīng)典的激活途徑轉(zhuǎn)化為由IFN-γ 誘導(dǎo)的M1 型[7]；或由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）及損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular pattern,DAMP）刺激激活，從而產(chǎn)生多種促炎細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-23、IL-18、IL-12、IL-1β、IL-6、TNF-α、CCL2、CXCL10、TLR4、ROS、NO、蛋白水解酶基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-3 和MMP-9[8]。相反，源自Th2 的細(xì)胞因子IL-4和IL-13 可以通過替代激活途徑誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2 型[9]，激活的M2 型小膠質(zhì)細(xì)胞由三種具有獨(dú)特標(biāo)記和生物學(xué)功能的亞型組成：M2a、M2b 和M2c[10]。在IL-4、IL-13、M2a 小膠質(zhì)細(xì)胞的刺激下，精氨酸酶1（arginase-1,Arg-1）、Ym1、胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factor-1,IGF-1）、CD206和幾丁質(zhì)酶3（chitinase 3,CHI3）的表達(dá)在炎癥組織中增加[11]。在免疫復(fù)合物和TLRs 激動(dòng)劑的誘導(dǎo)下，M2b 表型出現(xiàn)IL-1β、CD86、細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3,SOCS3）、IL-1β、IL-6、IL-10 的表達(dá)增加，參與吞噬和組織碎片的清除過程[12]。當(dāng)炎癥反應(yīng)減弱時(shí)，TGF-β、IL-10 和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞M2c表型，幫助組織再生[13]。

大量證據(jù)表明，小膠質(zhì)細(xì)胞的M1/M2 極化對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)炎癥的產(chǎn)生有顯著影響。在一些慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活并逐漸改變形態(tài)和功能。小膠質(zhì)細(xì)胞可以通過激活一些先天性免疫信號(hào)通路，如NOD、LRR 和NLRP3炎癥小體等，促使炎癥介質(zhì)的持續(xù)釋放，導(dǎo)致多種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生與發(fā)展[14]；在具有抑郁癥狀的患者或小鼠大腦中同樣發(fā)現(xiàn)了不同激活程度的小膠質(zhì)細(xì)胞表型[15]。與抑郁癥相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞的激活機(jī)制值得深入探討。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞激活誘發(fā)神經(jīng)炎癥在抑郁癥中的作用

在臨床抑郁癥中，小膠質(zhì)細(xì)胞激活如何發(fā)生是一個(gè)廣受爭(zhēng)議的話題，其包括以下幾種可能的機(jī)制。

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞通過血腦屏障與外周免疫相互作用

小膠質(zhì)細(xì)胞激活與抑郁癥密切相關(guān)，通過產(chǎn)生神經(jīng)炎癥促進(jìn)抑郁的發(fā)生，外周免疫細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用由脈絡(luò)叢和血腦屏障調(diào)節(jié)，在病毒感染、中風(fēng)和外傷等病理?xiàng)l件下，血腦屏障功能減弱，免疫細(xì)胞從外部滲入大腦。一些損傷信號(hào)通過與特定受體的結(jié)合直接刺激小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，使其分泌更多的炎癥因子，從而加劇抑郁癥狀[16]。研究顯示，在血漿和腦脊液中的促炎細(xì)胞因子水平升高會(huì)影響不同人群MDD 的進(jìn)展和嚴(yán)重程度[17]。保守的病原體和風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的分子模式分別負(fù)責(zé)感染性或非感染性炎癥小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)，炎癥因子通過體液和神經(jīng)通路激活小膠質(zhì)細(xì)胞。在經(jīng)過治療后，小鼠內(nèi)源性海馬小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和海馬小膠質(zhì)細(xì)胞活化減少[18]。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生色氨酸2,3-二加氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO），將色氨酸轉(zhuǎn)化為犬尿氨酸，而犬尿氨酸途徑則是從壓力應(yīng)激的影響發(fā)展到抑郁癥的重要轉(zhuǎn)變因素[19]。小膠質(zhì)細(xì)胞中IL-6和COX-1誘導(dǎo)的前列腺素合成對(duì)于炎癥誘導(dǎo)的小鼠抑郁行為至關(guān)重要[20]。因此，中樞和外周免疫改變導(dǎo)致的促炎細(xì)胞因子水平增加與MDD的發(fā)展和復(fù)發(fā)密切相關(guān)。

2.2 腸腦軸參與小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

腸道微生物可能在應(yīng)激相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活中發(fā)揮重要作用。在人體和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，微生物種系與抑郁癥密切相關(guān)。抑郁癥患者的微生物種類組成發(fā)生了很大的改變。腸道微生物菌群在正常生理?xiàng)l件下受到調(diào)控可以影響免疫細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和遷移。腸道微生物菌群失調(diào)會(huì)導(dǎo)致HPA 軸功能障礙，抗抑郁藥物可以調(diào)節(jié)HPA 軸的功能失調(diào)[21]。抑郁癥狀與更高的皮質(zhì)醇水平和更長(zhǎng)時(shí)間的HPA 軸激活及社會(huì)心理壓力應(yīng)激有關(guān)[22]。長(zhǎng)期暴露于壓力會(huì)誘導(dǎo)胃腸道中的微生物菌群易位以及循環(huán)骨髓細(xì)胞和大腦駐留神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中產(chǎn)生細(xì)胞因子的炎癥小體的激活[23]。微生物菌群誘導(dǎo)的免疫炎癥變化在抑郁癥患者中增強(qiáng)，促炎細(xì)胞因子可以直接增加血腦屏障通透性，部分是通過上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子以促進(jìn)淋巴細(xì)胞侵襲，還有一些腸道微生物菌群可在體外有效抑制LPS 處理的小膠質(zhì)細(xì)胞中NF-κB 的活化；在經(jīng)過糞便微生物菌移植后，受體小鼠和供體小鼠均出現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞由M1 型向M2 型轉(zhuǎn)換[24]。在一些情況下，壓力會(huì)提高腸道的通透性，使腸道微生物菌群或其代謝物穿過腸黏膜，刺激免疫-大腦系統(tǒng)，最終導(dǎo)致免疫細(xì)胞激活，從而誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活并伴有抑郁樣行為[25]。

2.3 NLRP3炎癥小體激活小膠質(zhì)細(xì)胞

NLRP3 炎癥小體是一種多蛋白復(fù)合物，由NLRP3、Pro-caspase-1 和凋亡相關(guān)結(jié)構(gòu)域CARD、ASC組成，其被過度激活后，釋放IL-1β 和IL-18 驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元呈病理性改變[26]。小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中負(fù)責(zé)IL-1β 和IL-18 分泌的主要細(xì)胞類型，響應(yīng)經(jīng)典炎癥小體的刺激[27]。小膠質(zhì)細(xì)胞在維持腦穩(wěn)態(tài)和調(diào)控NLRP3 炎癥小體介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥中起重要作用[28]，阻斷NLRP3 炎癥小體可以降低可卡因誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)炎癥，抑制NLRP3 表達(dá)可以防止LPS誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生M1型極化[29]。因此，依賴小膠質(zhì)細(xì)胞的NLRP3 炎癥小體激活在神經(jīng)炎癥狀態(tài)中起著重要作用。

2.4 糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化

糖皮質(zhì)激素受體是預(yù)防抑郁癥的重要治療靶點(diǎn)，其通過HPA 軸維持神經(jīng)元的分子、細(xì)胞和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)，在應(yīng)激系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。糖皮質(zhì)激素一般具有抗炎作用，但其在某些情況下會(huì)加重炎癥，特別是當(dāng)大腦穩(wěn)態(tài)被破壞時(shí)，糖皮質(zhì)激素激活的小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)對(duì)一系列免疫刺激做出反應(yīng)，包括損傷、創(chuàng)傷或炎癥[30]。糖皮質(zhì)激素可刺激小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)亮氨酸拉鏈與FK506，并與其蛋白基因結(jié)合；而亮氨酸拉鏈與FK506會(huì)加重應(yīng)激反應(yīng)和抑郁癥狀。皮質(zhì)酮也被廣泛用于誘導(dǎo)小鼠的類似抑郁行為。周圍系統(tǒng)和中樞的免疫細(xì)胞作用于大腦，影響應(yīng)激相關(guān)的神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)，特別是小膠質(zhì)細(xì)胞激活和HPA 軸過度活躍。糖皮質(zhì)激素水平的升高能夠激活小膠質(zhì)細(xì)胞，并在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)誘發(fā)炎癥反應(yīng)[31]。這些結(jié)果證實(shí)糖皮質(zhì)激素可引起小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。

2.5 集落刺激因子1 受體（colony-stimulating factor 1receptor，Csf1r）對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的維持作用

Csf1r是一種關(guān)鍵的酪氨酸激酶跨膜受體，對(duì)大腦中小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和生存至關(guān)重要[32]，可以被蛋白水解裂解成可溶性的外域和細(xì)胞內(nèi)的蛋白片段，在兩個(gè)配體Csf1 和IL-34 的激活下維持髓系干細(xì)胞的生存[33]。Csf1 和IL-34 以腦區(qū)域特異性方式調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞種群；在成年小鼠中，阻斷Csf1 和IL-34 分別能顯著減少腦白質(zhì)區(qū)和灰質(zhì)區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量[34]。Csf1r激酶抑制劑PLX3397 對(duì)Csf1r 信號(hào)傳導(dǎo)的阻斷可以消除大約99%的全腦小膠質(zhì)細(xì)胞[35]。研究表明，中藥復(fù)方交泰丸通過抑制Csf1r 介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活和炎癥反應(yīng)來改善皮質(zhì)酮誘導(dǎo)的抑郁小鼠的神經(jīng)元病理性改變，從而起到治療抑郁癥的作用[36]。

2.6 小膠質(zhì)細(xì)胞通過神經(jīng)炎癥對(duì)壓力做出反應(yīng)

暴露在壓力源下會(huì)導(dǎo)致大腦形成炎癥環(huán)境，從而導(dǎo)致抑郁。應(yīng)激源可以誘導(dǎo)特定的損傷分子模式，包括病原體相關(guān)的分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），如來自細(xì)菌的LPS、來自病毒的RNA；和DAMP，如ATP、熱休克蛋白、高遷移率族框1蛋白（high mobility group box-1，HMGB1）等介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)激活小膠質(zhì)細(xì)胞并放大神經(jīng)炎癥反應(yīng)[37]。此外，慢性應(yīng)激可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞上PAMP 受體TLR 的表達(dá)，從而增強(qiáng)PAMP 誘導(dǎo)的促炎作用[38]。這些研究表明，應(yīng)激暴露后刺激PAMP 或DAMP 信號(hào)通路會(huì)增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，直接觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，并導(dǎo)致類似抑郁的行為。

2.7 神經(jīng)元的活動(dòng)增加引起小膠質(zhì)細(xì)胞的活化

小膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育和成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中都參與突觸修剪。在某些條件下，小膠質(zhì)細(xì)胞可刺激原代神經(jīng)元表達(dá)，這涉及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)，如BDNF、IGF-1和IL-4[39]。小膠質(zhì)細(xì)胞生理功能及其作用對(duì)于維護(hù)大腦神經(jīng)元的完整性、神經(jīng)發(fā)生和網(wǎng)絡(luò)功能很重要。壓力通常會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元活動(dòng)增加。小膠質(zhì)細(xì)胞在監(jiān)測(cè)環(huán)境變化的同時(shí)，可能會(huì)被強(qiáng)烈的神經(jīng)元信號(hào)所激活。小膠質(zhì)細(xì)胞表面有多種受體，可以和許多與壓力相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)相結(jié)合，包括去甲腎上腺素、谷氨酸鹽和血清素。當(dāng)面臨壓力、威脅、焦慮或疼痛時(shí)，許多小膠質(zhì)細(xì)胞被激活并靠近大腦灰質(zhì)區(qū)域的神經(jīng)元[40]。因此，神經(jīng)元活動(dòng)與小膠質(zhì)細(xì)胞激活存在相互作用。

2.8 趨化因子影響小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

在慢性不可預(yù)知性應(yīng)激抑郁模型中，F(xiàn)ractalkine信號(hào)通路是重要的神經(jīng)元-小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)通路。Fractalkine（也稱為CXC3 配體1 或CX3CL1）是一種主要由神經(jīng)元表達(dá)的趨化因子，其受體CX3CR1 僅在大腦的小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)[41]。CX3CL1 主要在神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞中互補(bǔ)表達(dá)，并在這些細(xì)胞之間建立獨(dú)特的通信系統(tǒng)，其中CX3CL1-CX3CR1 信號(hào)傳導(dǎo)負(fù)責(zé)控制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活[42]。CX3CL1 可以通過與小膠質(zhì)細(xì)胞上的CX3CR1結(jié)合，促使小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型極化來減弱輻射性腦損傷[43]。在反復(fù)的社交失敗后，小鼠大腦中CX3CL1 和CX3CR1 表達(dá)降低；當(dāng)小鼠面臨不同的抑郁相關(guān)壓力時(shí)，小鼠CX3CR1 基因消融會(huì)導(dǎo)致混亂的后果：在注射LPS 激活海馬和前額皮質(zhì)的小膠質(zhì)細(xì)胞后，CX3CR1 缺陷小鼠在尾懸試驗(yàn)中表現(xiàn)出絕望行為[44]。然而，有研究表明，CX3CR1 信號(hào)丟失具有保護(hù)作用，CX3CR1 缺乏減少了M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，從而減少了炎癥細(xì)胞因子的釋放，緩解抑郁樣癥狀[45]；過表達(dá)CX3CL1-CX3CR1可以促進(jìn)小鼠前扣帶皮層谷氨酸神經(jīng)元棘突周圍小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和吞噬，從而導(dǎo)致抑郁[46]。雖然以上研究結(jié)論相互矛盾，其原因并不清楚；但這些研究有力地證明了CX3CL1-CX3CR1 信號(hào)通路在小膠質(zhì)細(xì)胞激活介導(dǎo)的抑郁癥中發(fā)揮重要的作用。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞M1/M2表型轉(zhuǎn)換與抗抑郁治療有關(guān)

不同的內(nèi)外部觸發(fā)因素促使激活的小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮神經(jīng)毒性或神經(jīng)保護(hù)作用。目前，尚不清楚哪些分子協(xié)同相互作用會(huì)引起小膠質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)的改變，以及哪些是以基因特異性方式起作用以改變相反表型的后期發(fā)展。在體外，M2 型小膠質(zhì)細(xì)胞通過最初用LPS、IL-4或IL-10處理，隨后改變刺激物的順序來影響M1型的轉(zhuǎn)換，一方面，在給予LPS 之前應(yīng)用IL-10預(yù)處理阻止了TNF-α、IL-6 和COX2 的表達(dá)[47]；另一方面，在給予IL-10 之前用LPS 治療會(huì)導(dǎo)致炎癥的產(chǎn)生[48]。這些有助于小膠質(zhì)細(xì)胞在不同激活劑下顯示形態(tài)轉(zhuǎn)換的證據(jù)。

PPARγ 可以抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，促進(jìn)M1 型向M2 型轉(zhuǎn)換并減少相關(guān)炎癥因子的表達(dá)。根據(jù)受到的刺激，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活特征從經(jīng)典激活M1 型細(xì)胞轉(zhuǎn)換成替代激活的M2 型細(xì)胞[49]。靶向抑制NLRP3炎癥小體的過度激活促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞由M1 型轉(zhuǎn)換為M2 型；在慢性不可預(yù)測(cè)的應(yīng)激小鼠中，藥物誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞從促炎M1 型向抗炎M2 型的轉(zhuǎn)換而表現(xiàn)出抗抑郁作用[50]。

綜上所述，神經(jīng)炎癥參與了抑郁癥的病理和生理過程。小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織特異性巨噬細(xì)胞，在神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用。在神經(jīng)炎癥過程中，常駐小膠質(zhì)細(xì)胞向促炎M1 型或抗炎M2 型激活。小膠質(zhì)細(xì)胞M1/M2 表型轉(zhuǎn)換與抗抑郁治療有關(guān)。了解炎癥、小膠質(zhì)細(xì)胞活化和抑郁癥之間的相關(guān)性可能對(duì)開發(fā)新一代抗抑郁藥物具有重要價(jià)值。