小胶质细胞生理特点及在脑缺血损伤中的作用

高 艳

（湖北文理学院医学院形态系，湖北襄阳 441053）

1.小胶质细胞的生理特点

1.1 小胶质细胞的形态

小胶质细胞位于中枢神经系统来自于中胚层，分布于整个脑实质、脊髓、眼、视神经和视网膜，具有特殊分枝状细胞外形，该状态的小胶质细胞被称为“静止”或“休眠”的小胶质细胞［1］。最近有研究发现，正常脑中小胶质细胞的分枝处于高度活动状态，可通过脑扫描监测它们所在的区域［1，2］。小胶质细胞在体外通常并不仅是呈典型的分枝状结构外形，而是呈多种形态，从纺锤到杆形或阿米巴，分枝由短细扩展为板状伪足甚至变成圆形。使用特殊的活化剂能使其形态发生改变，如细菌的LPS［3］，形态学变化的差异依赖于受损的程度［1，4］。各种形态之间可以相互转换 ，以固定模式出现从分枝状到阿米巴巨噬细胞样的改变过程［5］。

1.2 小胶质细胞的免疫功能

小胶质细胞是中枢神经系统的免疫细胞，有吞噬、抗原提呈和表达大量免疫相关因子的功能［6］，这些在细胞表面或内部的相关分子，可以作为小胶质细胞的标记物与中枢神经系统其他细胞区别开，如ILB4［1］、CD11b或iba1［7］等。小胶质细胞还表达一些受体如神经递质受体：谷氨酸受体（Glutamate re－ceptors）、GABA受体、多巴胺受体；神经激素受体和神经调节素受体：组胺受体、大麻素受体、阿片肽受体、趋化因子受体、TNF－α受体、白介素受体等；模式识别受体：Toll－like受体；其他受体：甲酰肽受体（FPR）、钙受体、白三烯受体、Noch受体等，这些受体参与一些信号调节，这些受体调节的信号像“开”“关 ”一样，调控着小胶质细胞的功能［7］。当小胶质细胞觉察到陌生的面孔、反常的浓度、某些因子的异常分子模式，就会由监测状态转变为活化状态［8］。“开”的信号是非常明显的一种新分子出现，被小胶质细胞识别继而活化小胶质细胞。反之“关”的信号就是维持持续的信号牵制小胶质细胞，就像是默认的设置，这种信号中断就意味着警报拉响。

1.3 小胶质细胞具有迁移功能。

小胶质细胞的迁移在许多生理和病理进程中起关键作用，包括免疫防御和创伤修复。小胶质细胞展现出两种运动活性：一种是分枝状的形态，它们积极地移动它们的分枝而不移动胞体；另一种是阿米巴样的形态，它们不仅移动分枝，整个细胞还能够在脑组织内迁移。在发育过程中，单核细胞源的小胶质细胞迁移入脑。在病理情况下，如损伤、中风、神经变形性失调以及肿瘤入侵都可以使活化的小胶质细胞迁移到受损区域。

1.4 小胶质细胞具有吞噬功能

小胶质细胞还是中枢神经系统的专职吞噬细胞［9］，在发育过程中，小胶质细胞清除凋亡的细胞，在没有小胶质细胞的情况下，这些凋亡神经元可以存活，提示凋亡的细胞向小胶质细胞传递“吃我”的信号［10］；在发育过程中小胶质细胞还参与突触的切除［8］以及可能参与了出生后突触的修剪。

2.脑缺血诱导小胶质细胞活化产生细胞毒性物质

2.1 过氧化物（Superoxide）

过氧化物局部氧分子减少形成O·2，依次与其他分子反应产生更多高度反应的氧物质，如过氧亚硝酸盐、次氯酸、羰基自由基以及羧基自由基，所有这些物质对神经元和其他细胞有直接的细胞毒性。过氧化物和其他的反应物以前馈的方式也促进小胶质细胞的活化［11］。最近一些研究显示，在细胞培养的脑缺血模型中，小胶质细胞能够通过NADPH氧化酶（NOX）调节的过氧化物加重血脑屏障成分（星形胶质细胞和内皮细胞）的损伤［12］。另外一些研究者发现，脑缺血再灌注后，在缺少NOX2的gp91亚单位的小鼠梗死面积小于野生型的小鼠［13］，而早期给予 NOX 的药物抑制剂 apocynin［14］和 honokiol［15］.也可以减轻损伤。该结果提示我们NOX有望作为靶点干预治疗。

2.2 一氧化氮（NO）

活化的小胶质细胞通过上调诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达产生NO，脑缺血上调iNOS和增加NO［16］。NO和超氧化物反应形成的活性产物过氧亚硝酸盐具有细胞毒性。iNOS药理学抑制剂氨基胍可以减少小鼠的梗死面积［16］，与野生型对照小鼠相比较，iNOS裸鼠梗死面积变小以及有较好的神经病学的结局［18］。

2.3 基质金属蛋白酶（MMPs）

基质金属蛋白酶是一种能够分解细胞外蛋白（如胶原）的一种酶，还参与细胞外基质重组。正常情况下位于胞浆处于未活化状态，MMPs可以被蛋白酶（如纤溶酶）分解，或着其他处于活跃状态的MMPs分解［19］。一些 MMPs，尤其 MMP－9直接的细胞毒性效果能够破坏血脑屏障［20］。在脑卒中实验模型中，急性抑制MMP可以减少梗死面积、脑水肿以及组织重组纤溶酶原活化物诱导的出血［21］，缺少MMP－3或MMP－9的小鼠与野生对照小鼠相比缺血后脑损伤减轻［22］。然而，缺血后持续抑制MMPs，不利于功能恢复，因为这些蛋白酶在中风后神经血管重塑中起非常重要的作用［23］。米诺四环素（Minocycline）对野生型小鼠永久性脑缺血起保护作用而在缺MMP－9的小鼠中不起作用，提示这就是米诺四环素发挥神经保护作用的机制［24］。强力霉素（Doxycycline）也有抑制缺血后MMPs活性的作用［25］，两者均可以直接或者间接途径抑制MMP－9［26］。

2.4 谷氨酸（Glutamate）

小胶质细胞可以通过半通道释放谷氨酸，而通过上调谷氨酸酶逆转谷氨酸的上调，谷氨酸的释放可以引起培养或间接体内脑片神经元的死亡［26］。小胶质细胞的谷氨酸释放有可能有助于缺血脑损伤［27］，但是从小胶质细胞释放的谷氨酸与神经元释放的谷氨酸以及在脑缺血时星形胶质细胞在摄取谷氨酸失败相比，影响相对较小。尽管如此，缺血后期在梗死边缘或瞬时缺血后，从慢性活化的小胶质细胞释放的谷氨酸有助于延迟神经元的死亡。小胶质细胞也可以摄取谷氨酸［28］，但是这种摄取的净效应与星形胶质细胞摄取的快速高能力相比是未知的。

3.脑缺血诱导小胶质细胞活化产生的细胞因子

3.1 TNF－α

脑缺血后，小胶质细胞释放TNF－α增加，TNF－α被认为是很强的免疫介质和促炎细胞因子，脑缺血后的快速上调与坏死和凋亡有关［29］。TNF－α可以直接发挥细胞毒性作用，也可以通过TNF－R1（p55）和 TNF－R2（p75）发挥作用［30］。这些受体表达在中枢神经系统的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞［31］。绑定TNF－α同源三聚体中的任何一个受体都可以活化三个主要的信号级联反应。1）当TNF－α与相应的受体绑定后启动了凋亡信号级联，导致了Fas募集，内化以及随后活化caspase－8［32］，但是不能完全确定这种级联反应总是导致凋亡［33］。2）TNF－α 活 化 了 NF－κB 信 号 通 路，NF－κB 是MAPK和PKC通路的关键转录因子，它的活化对于抑制一些炎症和细胞增值相关基因的表达是必不可少的［34］。3）TNF－α活化了JNK（c－Jun N－terminal kinase）通路。活化这个通路可以提高一些转录因子的活性，包括活化蛋白－1（AP－1）和特异性蛋白－1（SP－1），通过JNK调节磷酸化作用。这些转录因子可以根据辅助因子表达情况和靶基因启动子区域结合位点构成正向调节或负向调节基因表达。JNK还可以通过调节c－Jun促进细胞的存活，和通过调节c－myc和p53的活性促进细胞的死亡［35］。归根结底，任何一个或所有这些下游的通路活性取决于特定类型的TNF－α受体偶联蛋白的表达和NF－κB和JNK通路的crosstalk点［36］。

3.2 IL1－β

脑缺血后小胶质细胞和神经元分泌的IL1－β分泌增加，加剧脑损伤。促炎细胞因子IL1－β是兴奋性和外伤性脑损伤诱导的关键的介质，在啮齿类动物实验性脑缺血损伤中尤其明显［37］。有证据表明脑缺 血 后 Toll－like receptor－4 （TLR4）活 化 促 进IL1－β产生［38］。在大鼠脑缺血损伤中，活化p38丝裂原活化蛋白激酶是小胶质细胞产生IL1－β的基础［39］。大脑内注射IL1－β中和抗体可降低缺血性脑损伤［40］。

4.脑缺血诱导小胶质细胞活化上调CC趋化因子CCL3和CCL5

CCL3是脑缺血后炎症的活性介质［41］，通过选择性的绑定CC趋化因子跨膜受体CCR1和CCR5发挥其促炎活性，CCR1和CCR5分布在炎症细胞表面［42］。在新生鼠脑，急性低氧组织中CCL3浓度明显升高，损伤后8－72小时达到高峰，CCL3上调显示与单核细胞和小胶质细胞聚集脑损伤相关联［43］。在成年鼠脑缺血模型中，脑缺血后CCL3上调已被确认［44］。有趣的是小胶质细胞和星形胶质细胞能够合成和释放这种因子［44］。并且CCL3作为潜在的治疗靶点，已在小鼠身上得到验证。侧脑室注射病毒巨噬细胞炎症蛋白（vMIP）－II（一种广谱趋化因子拮抗剂），可明显减少梗死面积，并且呈剂量依赖性［45］。相应的向鼠侧脑室注射CCL3可以增加梗死面积。

促炎趋化因子CCL5参与脑缺血再灌注损伤，CCL5选择性地绑定细胞表面三种不同的跨膜受体（CCR1、CCR3和CCR5）。在局灶性脑缺血模型中，与野生小鼠相比，敲除小鼠CCL5后，梗死面积明显变小，血脑屏障的渗透性降低［46］。因此抑制CCL5的活性有期望减少白细胞浸润和缺血后脑损伤。

总之，小胶质细胞在脑缺血损伤后炎性反应中具有重要的作用，我们可以通过多途径、多靶点干预由小胶质细胞引起的炎性反应，为临床提供治疗依据。

［1］Streit WJ，Walter SA，and Pennell NA.Reactive microgliosis.Prog Neurobiol，1999，57（6）：563－581

［2］Davalos D，Grutzendler J，Yang G，et al.ATP mediates rapid microglial response to local brain injury in vivo.Nat Neurosci，2005，8（6）：752－758

［3］abd－el－Basset E，and Fedoroff S.Effect of bacterial wall lipopolysaccharide（LPS）on morphology，motility，and cytoskeletal organization of microglia in cultures.J Neu－rosci Res，1995，41 （2）：222－237

［4］Streit WJ，and Xue QS.Life and death of microglia.J Neuroimmune Pharmacol，2009，4（4）：371－379

［5］Stence N，Waite M，and Dailey ME.Dynamics of microglial activation：a confocal time－lapse analysis in hippocampal slices.Glia，2001，33（3）：256－266

［6］Streit WJ，Conde JR，Fendrick SE，et al.Role of microglia in the central nervous system＇s immune response.Neurol Res，2005，27（7）：685－691

［7］Kettenmann H，Hanisch UK，Noda M，et al.Physiology of microglia.Physiol Rev，2011，91（2）：461－553

［8］Stevens B，Allen NJ，Vazquez LE，et al.The classical complement cascade mediates CNS synapse elimination.Cell，2007，131（6）：1164－1178

［9］Napoli I，and Neumann H.Microglial clearance function in health and disease.Neuroscience，2009，158（3）：1030－1038

［10］Marin－Teva JL，Dusart I，Colin C，et al.Microglia promote the death of developing Purkinje cells.Neuron，2004，41（4）：535－547

［11］Kauppinen TM，Higashi Y，Suh SW，et al.Zinc triggers microglial activation.J Neurosci，2008，28（22）：5827－5835

［12］Yenari MA，Kauppinen TM，and Swanson RA.Microglial activation in stroke：therapeutic targets.Neurotherapeutics，2010，7（4）：378－391

［13］Chen H，Song YS，and Chan PH.Inhibition of NADPH oxidase is neuroprotective after ischemia－reperfusion.J Cereb Blood Flow Metab，2009，29（7）：1262－1272

［14］Wang Q，Tompkins KD，Simonyi A，et al.Apocynin protects against global cerebral ischemia－reperfusioninduced oxidative stress and injury in the gerbil hippocampus.Brain Res，2006，1090（1）：182－189

［15］Chen CM，Liu SH，and Lin－Shiau SY.Honokiol，a neuroprotectant against mouse cerebral ischaemia，mediated by preserving Na＋，K＋－ATPase activity and mitochondrial functions.Basic Clin Pharmacol Toxicol，2007，101（2）：108－116

［16］Iadecola C，Zhang F，and Xu X.Inhibition of inducible nitric oxide synthase ameliorates cerebral ischemic damage.Am J Physiol，1995，268（1Pt 2）：R286－292

［17］Ramenofsky ML.Necrotizing enterocolitis occurring in an infant three months of age.J Pediatr Surg，1977，12（4）：597－599

［18］Zhao X，Haensel C，Araki E，et al.Gene－dosing effectand persistence of reduction in ischemic brain injury in mice lacking inducible nitric oxide synthase.BrainRes，2000，872 （1－2）：215－218

［19］Rosenberg GA.Matrix metalloproteinases in neuroinflammation.Glia，2002，39（3）：279－291

［20］Candelario－Jalil E，Yang Y，and Rosenberg GA.Diverse roles of matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases in neuroinflammation and cerebral ischemia.Neuroscience，2009，158（3）：983－994

［21］Pfefferkorn T，and Rosenberg GA.Closure of the blood－brain barrier by matrix metalloproteinase inhibition reduces rtPA－mediated mortality in cerebral ischemia with delayed reperfusion.Stroke，2003，34（8）：2025－2030

［22］Walker EJ，and Rosenberg GA.TIMP－3and MMP－3 contribute to delayed inflammation and hippocampal neuronal death following global ischemia.Exp Neurol，2009，216（1）：122－131

［23］Zhao BQ，Wang S，Kim HY，et al.Role of matrix metalloproteinases in delayed cortical responses after stroke.Nat Med，2006，12（4）：441－445

［24］Koistinaho M，Malm TM，Kettunen MI，et al.Minocycline protects against permanent cerebral ischemia in wild type but not in matrix metalloprotease－9－deficient mice.J Cereb Blood Flow Metab，2005，25（4）：460－467

［25］Lee H，Park JW，Kim SP，et al.Doxycycline inhibits matrix metalloproteinase－9and laminin degradation after transient global cerebral ischemia.Neurobiol Dis，2009，34（2）：189－198

［26］Alano CC，Kauppinen TM，Valls AV，et al.Minocycline inhibits poly（ADP－ribose）polymerase－1at nanomolar concentrations.Proc Natl Acad Sci U S A，2006，103（25）：9685－9690

［27］Zhao W，Xie W，Le W，et al.Activated microglia initiate motor neuron injury by a nitric oxide and glutamate－mediated mechanism.J Neuropathol Exp Neurol，2004，63（9）：964－977

［28］Shaked I，Tchoresh D，Gersner R，et al.Protective autoimmunity：interferon－gamma enables microglia to remove glutamate without evoking inflammatory mediators.J Neurochem，2005，92（5）：997－1009

［29］Liu T，Clark RK，McDonnell PC，et al.Tumor necrosis factor－alpha expression in ischemic neurons.Stroke，1994，25（7）：1481－1488

［30］Wajant H，Pfizenmaier K，and Scheurich P.Tumor necrosis factor signaling.Cell Death Differ，2003，10（1）：45－65

［31］Kinouchi K，Brown G，Pasternak G，et al.Identification and characterization of receptors for tumor necrosis factor－alpha in the brain.Biochem Biophys Res Commun，1991，181（3）：1532－1538

［32］Schneider－Brachert W，Tchikov V，Neumeyer J，et al.Compartmentalization of TNF receptor 1signaling：internalized TNF receptosomes as death signaling vesicles.Immunity，2004，21（3）：415－428

［33］Chao CC，Hu S，Ehrlich L，et al.Interleukin－1and tumor necrosis factor－alpha synergistically mediate neurotoxicity：involvement of nitric oxide and of N－methyl－D－aspartate receptors.Brain Behav Immun，1995，9（4）：355－365

［34］Ge C，Zhang C，Ye J，et al.Ginsenosides promote proliferation of chicken primordial germ cells via PKC－involved activation of NF－kappaB.Cell Biol Int，2007，31（10）：1251－1256

［35］Park KM，and Bowers WJ.Tumor necrosis factor－alpha mediated signaling in neuronal homeostasis and dysfunction.Cell Signal，2010，22（7）：977－983

［36］Papa S，Bubici C，Zazzeroni F，et al.The NF－kappaB－mediated control of the JNK cascade in the antagonism of programmed cell death in health and disease.Cell Death Differ，2006，13（5）：712－729

［37］Rothwell N.Interleukin－1and neuronal injury：mechanisms，modification，and therapeutic potential.Brain Behav Immun，2003，17（3）：152－157

［38］Simi A，Lerouet D，Pinteaux E，et al.Mechanisms of regulation for interleukin－1beta in neurodegenerative disease.Neuropharmacology，2007，52（8）：1563－1569

［39］Barone FC，Irving EA，Ray AM，et al.Inhibition of p38mitogen－activated protein kinase provides neuroprotection in cerebral focal ischemia.Med Res Rev，2001，21（2）：129－145

［40］Amantea D，Nappi G，Bernardi G，et al.Post－ischemic brain damage：pathophysiology and role of inflammatory mediators.FEBS J，2009，276（1）：13－26

［41］Jiang L，Newman M，Saporta S，et al.MIP－1alpha and MCP－1Induce Migration of Human Umbilical Cord Blood Cells in Models of Stroke.Curr Neurovasc Res，2008，5（2）：118－124

［42］Ottonello L，Montecucco F，Bertolotto M，et al.CCL3（MIP－1alpha）induces in vitro migration of GM－CSF－primed human neutrophils via CCR5－dependent activation of ERK 1/2.Cell Signal，2005，17（3）：355－363

［43］Cowell RM，Xu H，Galasso JM，et al.Hypoxic－ischemic injury induces macrophage inflammatory protein－1alpha expression in immature rat brain.Stroke，2002，33（3）：795－801

［44］Takami S，Nishikawa H，Minami M，et al.Induction of macrophage inflammatory protein MIP－1alpha mR－NA on glial cells after focal cerebral ischemia in the rat.Neurosci Lett，1997，227（3）：173－176

［45］Mirabelli－Badenier M，Braunersreuther V，Viviani GL，et al.CC and CXC chemokines are pivotal mediators of cerebral injury in ischaemic stroke.Thromb Haemost，2011，105（3）：409－420

［46］Terao S，Yilmaz G，Stokes KY，et al.Blood cell－derived RANTES mediates cerebral microvascular dysfunction，inflammation，and tissue injury after focal ischemia－reperfusion Stroke 2008，39（9）：2560－2570