腦出血后小膠質(zhì)細胞極化及其相關(guān)炎癥信號通路對繼發(fā)性腦損傷的影響

孔德敏，鄒偉

腦出血是一種極具破壞性的卒中亞型，致殘率和死亡率都很高，全球每年約有280萬人因腦出血死亡，約占卒中相關(guān)死亡的50%。盡管腦出血后腦損傷機制的研究已取得顯著進展，但目前在臨床上腦出血誘發(fā)的繼發(fā)性腦損傷（secondary brain injury，SBI）仍缺乏有效的治療方法[1-3]。研究表明，腦出血后發(fā)生SBI的潛在機制包括炎癥、神經(jīng)元死亡（包括凋亡和壞死）、鐵誘導(dǎo)損傷、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激和活性氧的產(chǎn)生等[4]，各機制之間存在相互聯(lián)系，但尚未得到充分闡明。小膠質(zhì)細胞活化在腦出血中的雙重作用體現(xiàn)在抑炎型小膠質(zhì)細胞發(fā)揮吞噬作用促進神經(jīng)功能恢復(fù)，促炎型小膠質(zhì)細胞釋放炎癥因子加重炎癥反應(yīng)，加速SBI病情進展。小膠質(zhì)細胞極化可通過不同信號通路來干預(yù)腦出血后SBI病情的發(fā)展。因此，本文主要闡釋小膠質(zhì)細胞與腦出血誘發(fā)SBI的關(guān)聯(lián)以及對調(diào)控小膠質(zhì)細胞極化的相關(guān)通路機制進行研究，為腦出血后SBI的治療靶點提供理論依據(jù)并重新思考腦出血的治療方向。

1 小膠質(zhì)細胞與腦出血繼發(fā)性腦損傷

小膠質(zhì)細胞在成人腦細胞中占5%～10%，并形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central ner vous system，CNS）中最大的免疫細胞群，可維持CNS環(huán)境的免疫平衡[5-6]。小膠質(zhì)細胞具有高度多樣化，促炎型小膠質(zhì)細胞分泌促炎因子導(dǎo)致CNS恢復(fù)受到抑制，而抑炎型小膠質(zhì)細胞釋放抗炎介質(zhì)減緩組織炎癥損傷，促進組織的再生與修復(fù)，兩者對腦出血后神經(jīng)炎癥反應(yīng)的調(diào)控及病情進展有決定性影響[7]。腦出血患者通常出現(xiàn)進行性惡化，提示SBI在腦出血的病理機制中起著關(guān)鍵作用[8]。SBI主要以原發(fā)性腦損傷、血腫血液成分釋放、神經(jīng)膠質(zhì)細胞激活和血源性免疫細胞滲入腦部為特征。當(dāng)大腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)被破壞時，小膠質(zhì)細胞作為大腦常駐的免疫細胞和腦損傷的第一反應(yīng)者會被激活并發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。腦出血后小膠質(zhì)細胞數(shù)量的增加可能是由于損傷誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞增殖或小膠質(zhì)細胞遷移到損傷部位以及血源性巨噬細胞的腦浸潤。SBI常導(dǎo)致血腦屏障破壞、腦水腫、血腫擴大、血腫周圍細胞死亡、嚴(yán)重的神經(jīng)功能惡化以及神經(jīng)行為功能預(yù)后不良，這均與小膠質(zhì)細胞激活息息相關(guān)[9]。研究表明，腦出血后，小膠質(zhì)細胞的激活在3 d達到峰值，7 d后顯著下降，盡管白細胞浸潤在2～3 d后逐漸消退，但這些激活的小膠質(zhì)細胞所誘導(dǎo)的SBI仍然存在，促炎型小膠質(zhì)細胞過度釋放破壞性的促炎介質(zhì)和神經(jīng)毒性物質(zhì)，導(dǎo)致血腦屏障完整性破壞、血腫周圍水腫和神經(jīng)功能障礙，抑炎型小膠質(zhì)細胞可促進腦出血后血腫的內(nèi)源性清除[10-12]。因此，促炎與抑炎型小膠質(zhì)細胞間的轉(zhuǎn)化可能是對腦出血誘發(fā)SBI的一種潛在治療方式。

2 調(diào)控促炎型小膠質(zhì)細胞極化的信號通路

2.1 TLR4/NF-κB信號通路 Toll樣受體（Toll-like receptor，TLRs）是參與先天免疫的經(jīng)典分子家族，與CNS疾病的炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）作為TLR家族中參與先天免疫的重要成員，主要表達于小膠質(zhì)細胞或星形膠質(zhì)細胞中[13-14]，而其下游核轉(zhuǎn)錄因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）在響應(yīng)損傷后，從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)入細胞核，釋放趨化因子、細胞因子和其他細胞毒性化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[15]。腦出血后TLR4/NF-κB-p65通路會被激活，其介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)作用和神經(jīng)炎癥反應(yīng)有助于星形膠質(zhì)細胞活化，而活化的星形膠質(zhì)細胞可以使小膠質(zhì)細胞向促炎表型極化，并分泌大量的炎癥因子，進而通過神經(jīng)炎癥反應(yīng)加重SBI[16-17]。因此，它已成為腦出血治療的常見抗炎靶點。研究表明，當(dāng)TLR4沉默時，在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的BV-2小膠質(zhì)細胞中，喬松素仍然能夠下調(diào)NF-κB-p65的磷酸化并增加抑炎型小膠質(zhì)細胞的數(shù)量。這一結(jié)果表明，喬松素主要通過抑制TLR4激活和小膠質(zhì)細胞促炎型極化來減輕腦出血后SBI的病情進展[18]。另外，孤核受體4A1（nuclear receptor subfamily 4 group A member 1，NR4A1）在小膠質(zhì)細胞中可負向調(diào)節(jié)NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性，抑制炎癥基因的表達。美拉諾坦（nle4-D-Phe7-α-MSH，NDP-MSH）通過促進小膠質(zhì)細胞抑炎表型極化發(fā)揮抗炎作用，在大鼠小膠質(zhì)細胞中NDP-MSH治療有助于上調(diào)NR4A1，下調(diào)MMP-9和炎癥相關(guān)分子，從而減弱腦出血后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)和血腦屏障的破壞[19]。

2.2 Tim-3/Gal-9信號通路 T細胞免疫球蛋白和黏蛋白結(jié)構(gòu)域蛋白-3（T cell immunoglobulin and mucin domaincontaining protein 3，Tim-3）作為一種新的免疫調(diào)節(jié)分子，廣泛表達于先天免疫細胞中，并在免疫調(diào)節(jié)和耐受中發(fā)揮復(fù)雜作用[20]。在CNS疾病中Tim-3的表達水平升高使小膠質(zhì)細胞激活，并在與中性粒細胞浸潤相關(guān)的炎癥過程中起著至關(guān)重要的作用[21]。半乳糖凝集素-9（galectin 9，Gal-9）在免疫耐受和炎癥反應(yīng)中至關(guān)重要，Gal-9作為Tim-3的配體可被Tim-3上調(diào)，參與與炎癥反應(yīng)相關(guān)的CNS疾病[22]。在腦出血急性期，Tim-3與Gal-9結(jié)合可促進小膠質(zhì)細胞向促炎表型極化，釋放促炎因子，加劇SBI，故阻斷Tim-3/Gal-9通路已被證明可減緩腦出血后的SBI[23]。研究表明，Tim-3在人類和小鼠的先天免疫系統(tǒng)細胞上均具有組成性表達，可以與TLRs協(xié)同作用[24]。腦出血后，Tim-3的高水平表達誘發(fā)了兩種炎癥通路的激活，其中TLR4信號通路的激活與小膠質(zhì)細胞向促炎表型轉(zhuǎn)化關(guān)系密切；Tim-3/Gal-9信號通路的激活亦可促進炎癥因子的釋放，加重腦出血后的SBI。因此，全面了解Tim-3、Gal-9和TLRs之間的關(guān)系可以更好地解釋腦出血后SBI的病理機制。

2.3 JNK/p38MAPK信號通路 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPKs）是細胞內(nèi)的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其亞型包括p38MAPK、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases 1/2，ERK1/2），是調(diào)節(jié)由某些刺激誘發(fā)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵信號分子。腦出血后，MAPK信號通路被激活的作用之一是支持小膠質(zhì)細胞在血腫區(qū)存活，從而確保小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元的細胞毒活性，故調(diào)節(jié)MAPK和小膠質(zhì)細胞活性是預(yù)防腦出血誘發(fā)SBI進展的重要策略[25]。研究表明，腦出血后JNK/p38MAPK信號通路被激活，使促炎介質(zhì)（TNF-α、IL-6和IL-1β）被釋放和神經(jīng)元細胞死亡[26]。JNK/p38MAPK信號通路調(diào)節(jié)NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein，NLRP）炎性小體和IL-1β在外周免疫細胞、缺血初級皮質(zhì)神經(jīng)元和缺血條件下的腦組織中表達，NLRP3炎性小體主要表達于小膠質(zhì)細胞，使小膠質(zhì)細胞向促炎表型轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生促炎細胞因子，誘導(dǎo)炎性事件的發(fā)生[27]。實驗表明，在仔豬腦出血模型的白質(zhì)束中可發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞促炎表型和促炎介質(zhì)的表達增加，并導(dǎo)致MAPK信號通路的急性激活，使用米諾環(huán)素治療后出現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的表達上調(diào)和p38MAPK的激活降低，并抑制促炎型小膠質(zhì)細胞的表達，從而減輕腦出血后神經(jīng)炎癥誘發(fā)的白質(zhì)損傷[28]。

2.4 N O D1/R I P 2 信號通路 核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域1（nucleotide-binding oligomerization domain 1，NOD1）是NOD樣受體家族的一員，作為胞漿內(nèi)先天免疫受體，在感知病原體或組織損傷時，可驅(qū)動先天免疫反應(yīng)，并觸發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)[29-30]。此外，NOD1及其下游分子受體相互作用蛋白2（receptor interacting protein 2，RIP2）在調(diào)節(jié)NF-κB和MAPK信號激活中發(fā)揮關(guān)鍵作用且與神經(jīng)炎癥相關(guān)[31-32]。在腦出血中，NOD1和RIP2表達顯著增加，并促進了小膠質(zhì)細胞激活和炎癥反應(yīng)，抑制NOD1或RIP2的表達可防止腦出血誘導(dǎo)的SBI。這種保護作用的機制可能是防止小膠質(zhì)細胞從靜止?fàn)顟B(tài)向過度激活狀態(tài)轉(zhuǎn)變，抑制促炎型小膠質(zhì)細胞釋放相關(guān)炎癥因子（包括誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、IL-1β和TNF-α）。然而，NOD1/RIP2與炎癥因子IL-1β和TNF-α之間存在竄擾，它們之間存在正反饋且相互激活，這在一定程度上導(dǎo)致腦出血過程中有持續(xù)的炎癥反應(yīng)并加劇SBI，揭示了NOD1/RIP2信號通路是對抗腦出血相關(guān)神經(jīng)炎癥的重要潛在治療靶點[33]。

2.5 JAK2/STAT3信號通路 Janus激酶2（janus kinase 2，JAK2）/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）通路是近年新發(fā)現(xiàn)的一條細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，與抑制炎性反應(yīng)、神經(jīng)退行性病變及腦出血等CNS疾病的病理過程密切相關(guān)[34]。JAK2/STAT3通路是小膠質(zhì)細胞極化的重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可通過STAT3和NF-κB通路促進炎癥反應(yīng)，使小膠質(zhì)細胞向促炎型分化[35]。研究發(fā)現(xiàn)，細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）是STAT3信號通路的主要負調(diào)控因子，增強SOCS3的表達，可抑制炎癥因子的釋放，并通過負向調(diào)控JAK/STAT和NF-κB-p65信號通路使小膠質(zhì)細胞向抑炎型轉(zhuǎn)化，進而減輕腦出血早期的炎癥反應(yīng)[36]。

2.6 PKC δ/CARD9信號通路 PKC δ作為新型蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）亞型家族的一員，是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，且在腦出血后PKC δ的表達增加[37]，而胱天蛋白酶募集域蛋白9（caspase recruitment domain protein 9，CARD9）通過NF-κB信號通路啟動炎癥細胞因子級聯(lián)并招募中性粒細胞浸潤[38]。通過動物實驗發(fā)現(xiàn)，PKC δ/CARD9是介導(dǎo)髓系細胞觸發(fā)受體-1（triggering receptor expressed on myeloid cells-1，TREM-1）影響腦出血后小膠質(zhì)細胞極化的關(guān)鍵胞內(nèi)蛋白通路，可促進小鼠腦出血后早期炎癥反應(yīng)的發(fā)生[39]，故抑制PKC δ/CARD9信號通路介導(dǎo)的TREM-1可使小膠質(zhì)細胞從促炎型向抑炎型極化，減少神經(jīng)炎癥，從而改善腦出血后神經(jīng)行為的結(jié)局。

3 調(diào)控抑炎型小膠質(zhì)細胞極化的信號通路

3.1 PI3K/AKT/mTOR信號通路 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，亦是磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3 hydroxykinase，PI3K）相關(guān)激酶家族的一員。PI3K/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）信號通路的激活已被證明可以減輕腦損傷、抑制神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元凋亡，而mTOR作為PI3K/AKT通路下游的重要靶點，其通路被激活可以誘導(dǎo)損傷神經(jīng)元合成蛋白質(zhì)，從而促進廣泛的軸突再生[40-41]。腦出血后微小核糖核酸29a（microRNA 29a，miR29a）表達升高，并通過激活PI3K/AKT/mTOR通路促進軸突生長和神經(jīng)恢復(fù)[42]。研究指出，磷酸酶及張力蛋白同源物基因（phosphatase and tensin homologous gene，PTEN）作為PI3K的拮抗劑，可以抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路的啟動；相反，抑制PTEN可激活PI3K/AKT/mTOR通路，減輕體內(nèi)出血性腦損傷和體外細胞毒性誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷，還可激活同側(cè)海馬中的PI3K/AKT通路，有效緩解腦出血誘導(dǎo)的繼發(fā)性海馬損傷，從而改善遲發(fā)性認知缺陷[43]。miR-23b通過負向調(diào)控多磷酸肌醇激酶（inositol polyphosphate multikinase，IPMK）的表達水平，進一步激活A(yù)KT/mTOR自噬通路，抑制腦出血后誘發(fā)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)并發(fā)揮神經(jīng)功能保護作用，使其成為治療腦出血的潛在靶點[44]。眾學(xué)者對mTOR介導(dǎo)的自噬通路機制闡述不一，未來仍需對該通路上下游各種信號分子的功能做進一步的研究。

3.2 ERK/Nrf2/HO-1信號通路 ERK/核因子E2 相關(guān)因子2（nuclear fact orerythroid 2-related factor 2，Nrf2）/血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1）信號通路是體內(nèi)重要的抗炎抗氧化信號通路，與腦出血后神經(jīng)損傷修復(fù)密切相關(guān)。研究顯示，Nrf2通路激活可減輕小膠質(zhì)細胞所造成的炎癥反應(yīng)，ERK1/2已被證明是C-C趨化因子受體4（C-C chemokine receptor 4，CCR4）激活后的下游蛋白，活化的CCR4可促進ERK1/2磷酸化，Nrf2被磷酸化的ERK1/2激活后進入細胞核，促進受Nrf2調(diào)控的下游靶蛋白HO-1轉(zhuǎn)錄，在腦損傷時HO-1在小膠質(zhì)細胞中的表達增加，而Nrf2通過增加抑炎型小膠質(zhì)細胞CD163和CD36的表達來促進腦出血后血腫的消退，故ERK/Nrf2/HO-1信號通路可作為治療腦出血誘發(fā)SBI炎癥反應(yīng)的潛在藥物靶點[45-46]。

3.3 BDNF/TrkB信號通路 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是一種重要的神經(jīng)營養(yǎng)因子，能夠促進神經(jīng)元的生長、發(fā)育及成熟。酪氨酸激酶受體B（tyrosine Kinase receptor B，TrkB）屬于神經(jīng)營養(yǎng)受體家族中的一員，主要在哺乳動物大腦中表達。BDNF作為體內(nèi)含量最多的神經(jīng)營養(yǎng)因子，與TrkB結(jié)合形成BDNF/TrkB通路，該通路已被廣泛認為是腦損傷后修復(fù)的關(guān)鍵通路[47]。研究表明，腦出血后抑炎型小膠質(zhì)細胞中BDNF的表達增加，進而增加TrkB磷酸化，觸發(fā)大量信號蛋白的激活，使血腫周圍的微環(huán)境改變，促進神經(jīng)元修復(fù)，發(fā)揮腦出血后神經(jīng)保護作用[48]。

3.4 miR-575/PTEN信號通路 研究表明，在腦出血紅細胞損傷后，L-賴氨酸增加了受損皮質(zhì)神經(jīng)元中miR-575的表達，而miR-575表達增加可減少受損皮質(zhì)神經(jīng)元的損傷[49]。PTEN作為miR-575的下游靶基因，與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，抑制PTEN的表達可促進小膠質(zhì)細胞向抑炎表型極化。L-賴氨酸亦可促進抑炎型小膠質(zhì)細胞極化并減少炎癥反應(yīng)，在腦出血損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護作用，而這是因為腦出血損傷后miR-575（上調(diào)）/PTEN（下調(diào)）信號通路的介導(dǎo)。

3.5 PPARγ信號通路 過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferatorsactivated receptor γ，PPARγ）是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，在開啟促炎或抑炎標(biāo)記基因中起著至關(guān)重要的作用，并介導(dǎo)抑炎型小膠質(zhì)細胞極化的啟動[50]。PPARγ激活可介導(dǎo)下游蛋白CD36的轉(zhuǎn)錄，作為抑炎型小膠質(zhì)細胞的生物標(biāo)志物，有助于吞噬能力的體現(xiàn)。腦出血后通過PPARγ信號通路的激活可使抑炎型小膠質(zhì)細胞極化，加速血腫吸收并改善神經(jīng)功能預(yù)后[51]。

4 腦出血誘發(fā)繼發(fā)性腦損傷的藥物靶點治療

目前，對于一些治療腦出血有前景藥物的主要潛在機制是抑制促炎型小膠質(zhì)細胞的激活和增強抑炎型小膠質(zhì)細胞的抗炎作用。喬松素、瑞莎托維是TLR4信號通路的抑制劑；米諾環(huán)素對MAPK信號通路有抑制作用，但最新研究發(fā)現(xiàn)米諾環(huán)素通過BDNF/TrkB途徑促進抑炎型小膠質(zhì)細胞的極化，并促進BDNF和神經(jīng)元細胞的生成；依達拉奉右莰醇是一種新型的神經(jīng)保護劑，具有抗氧化和抗炎的協(xié)調(diào)效應(yīng)，通過抑制TLR4/NF-κB信號通路可以更好地減少炎癥因子的表達，控制炎癥反應(yīng)；芬戈莫德在LPS活化的小膠質(zhì)細胞中通過負向調(diào)控p38MAPK和NF-κB信號通路可明顯減少促炎型小膠質(zhì)細胞的激活，降低大腦炎性反應(yīng)；雷帕霉素作為mTOR通路的激動劑，可增加抑炎型小膠質(zhì)細胞的表達，減少神經(jīng)炎癥反應(yīng)帶來的腦損傷[52-56]。圖1表明了調(diào)控促炎型、抑炎型小膠質(zhì)細胞極化的信號通路和相關(guān)藥物作用靶點之間的關(guān)系。

圖1 小膠質(zhì)細胞極化的信號通路和相關(guān)藥物作用靶點之間的關(guān)系Figure 1 Relationship between the signal pathway of microglia polarization and related drug action targets

5 總結(jié)與展望

綜上所述，在腦出血誘發(fā)SBI中小膠質(zhì)細胞起著“雙刃劍”的作用，其治療的時間窗口需要進一步明確。早期干預(yù)促炎型小膠質(zhì)細胞向抑炎型轉(zhuǎn)變對于促進血腫清除、減輕早期腦出血后水腫形成、促進神經(jīng)功能恢復(fù)可能具有一定的臨床意義，但尚需進一步實驗以明確實施干預(yù)的可行性及價值。調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞表型不僅可能加速血腫的吸收，還可能改善白質(zhì)完整性、腦修復(fù)和功能恢復(fù)，這可能有助于改善腦出血后的長期神經(jīng)行為結(jié)局。小膠質(zhì)細胞激活所介導(dǎo)的促炎反應(yīng)是神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵步驟，通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑靶向小膠質(zhì)細胞促炎表型極化過程，可為臨床抗炎治療提供可能性。另外，有“清道夫細胞”之稱的小膠質(zhì)細胞可吞噬外來物質(zhì)和細胞碎片，在腦出血血液清除中起著關(guān)鍵作用，減少了血腫的有害機械效應(yīng)，防止由血液成分（包括鐵）誘導(dǎo)的細胞毒性。在整個病理進程中，參與的調(diào)控因子以及各種信號通路十分龐雜，本文所探討的僅是這個過程的冰山一角。小膠質(zhì)細胞極化在腦出血導(dǎo)致的SBI中的作用機制仍可能會發(fā)現(xiàn)新的治療靶點，從而改善腦出血的預(yù)后。目前，腦出血的治療方案主要集中在減少血腫擴大和預(yù)防并發(fā)癥上。盡管進行了一些隨機臨床試驗，但迄今為止，還沒有藥物或手術(shù)療法可以顯著改善腦出血后的人體功能結(jié)局。因此，促使小膠質(zhì)細胞表型的轉(zhuǎn)化并面向臨床，以及更全面地掌握不同信號通路和其中關(guān)鍵靶點的相互作用，是下一步的研究方向。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。