小胶质细胞与精神分裂症☆

朱芙蓉郑英君刘芳刘勇吴仁容赵靖平

精神分裂症是一种严重的慢性迁延性、衰退性精神疾病。其病因复杂，发病机制仍不清楚，越来越多的研究表明免疫炎症学异常在其发病过程中起着重要的作用，而小胶质细胞是脑内最重要的免疫炎症细胞，在中枢神经系统免疫炎性反应过程中发挥着不可忽视的作用。尤其随着精神分裂症小胶质细胞假说的提出，小胶质细胞异常激活现象在精神分裂症发病机制中的作用问题更加备受关注。本文将对小胶质细胞在精神分裂症病因和治疗方面所起的作用进行综述。

1 精神分裂症的小胶质细胞假说

精神分裂症（schizophrenia，SP）的病因复杂，虽然边缘系统多巴胺能功能亢进、前额叶皮质多巴胺能功能低下及谷氨酸能功能低下在其病理生理过程中可能发挥了重要作用，但其病因尚不清楚。大量研究发现SP患者的血清中多种细胞因子（如IL-2、IL-6、IL-8等）增加[1-3]。血浆和脑脊液中S100B含量也提示有显著增加，而S100B是神经退行性疾病中枢神经系统组织损伤的标记物，研究显示该物质可能与SP的阴性症状或慢性持续性病程有关。流行病学研究证明环境因素（如：母孕期病毒感染、炎症、产科并发症等）是SP发病的高危因素，炎症过程在其中起着重要的作用[4-5]。有研究发现SP患者前额叶中与免疫和分子伴侣功能相关的基因表达增加[6]。这些结果表明神经炎症在SP的致病过程中起重要作用。

小胶质细胞（microglia，MI）是一种广泛分布于中枢神经系统的具有免疫和炎症双重功能的免疫活性细胞，约占脑内细胞数的10%[7]。MI由西班牙神经病理学家Rio-Hortea最先报道，常被称为“Hortea细胞”。在正常稳态下，“静息”的MI起免疫监视作用，受到大脑轻微的病理改变（如损伤、炎症或疾病）刺激后，能迅速作出反应，形态学发生明显的改变，从分枝状变成阿米巴样。激活的MI一方面能释放神经营养因子和抗炎因子发挥保护作用，另一方面，通过产生促炎性因子和大量自由基等有害物质损伤神经元[8]。MI过度激活能通过释放大量有害物质产生神经毒性作用，抑制神经细胞的生长，引起神经细胞的凋亡，促使神经退行性病变的发生和进展[9-10]。

近年来，SP的神经发育障碍和神经退行性病变病因学假说受到广泛关注，但这一假说的分子细胞水平机制尚未阐明[11-12]。有研究显示SP患者存在MI的异常激活，故有学者提出“精神分裂症的小胶质细胞假说”[13]。该假说认为：妊娠期母体病毒感染、产科并发症、颅脑损伤及感染等环境因素及遗传易感性等因素会导致脑内MI异常激活，释放大量促炎性因子如白细胞介素-1β（IL-1β）、IL-6和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和各种氧自由基（一氧化氮NO、超氧自由基O2－、过氧化亚硝酸离子ONOO－等），通过对神经细胞、神经干细胞和少突胶质细胞的影响，产生神经发育障碍或神经变性凋亡等病变，阻碍神经发生以及形成脑白质发育异常等结局，最终构成SP发病的病理生理学基础。这一假说能够从分子细胞水平解释SP发病的神经发育异常假说、神经退行性病变病因学假说、母妊娠期病毒感染假说、围产期并发症假说以及免疫异常假说，因此成为当今该病的研究前沿领域之一。

2 精神分裂症与小胶质细胞激活

神经病理、神经生化以及分子生物学方面的研究提示SP患者存在MI改变。多数学者报道SP患者脑内存在有MI的激活或增殖。Solov'eva于1979年，在对母亲有精神障碍的流产胎儿大脑的病理学检查中发现，其MI的形状呈激活改变，推测在精神障碍的患者发病过程中可能有免疫系统的参与。1999年Bayer首次报道在严重精神疾病患者死后尸解的大脑中发现了大量激活的MI，此后有诸多报道重复了这一发现。有研究发现一部分SP患者的尸解脑组织中MI异常激活或细胞密度增加[14]。还有研究发现急性精神病自杀的患者，其前扣带回和丘脑内侧背核中MI数量异常激活[15]。最近有研究使用正电子断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）技术观察SP患者脑内MI的激活现象，发现其大脑皮层及海马内激活的MI数量显著增加，而且这种现象仅见于疾病发生的最初5年内[16]。鉴于以上研究，有学者推测SP可能有着与阿尔茨海默病、帕金森氏病等病相似的病理过程，即存在神经退行性病变。其中MI激活或增殖所介导的中枢神经系统免疫炎症反应异常起了关键性的作用。

3 小胶质细胞相关的基础神经科学研究

为了阐述MI在SP发生和发展中的作用，一些学者进行了相关的动物体内和体外研究。

3.1 动物模型研究 谷氨酸能功能低下及N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）通路异常被认为可能是SP的一种病理生理学基础。NMDA拮抗剂，如苯环己哌啶（phencyclidine，PCP）、氯胺酮、地卓西平马来酸盐（dizocilpine,MK-801）是SP动物模型常见药物。这三种NMDA拮抗剂均能激活啮齿类动物大脑的MI。Zhang等[17]发现米诺环素能缓解MK-801所引起的兴奋性运动增加和前脉冲抑制（prepulse inhibition，PPI）的损害，其中PPI异常是感觉门控受损的表现，这些行为学改变是SP动物模型特征性改变，而米诺环素是MI的抑制剂，这表明抑制MI可能成为SP治疗方法。

最近Juckel等[18]在小鼠孕期第9天给予母鼠腹腔注射聚肌胞（polyinosinic polycytidylic,polyI:C)，其子代在青春期表现出类似SP的大脑形态学、生理学、化学及行为学改变，在出生后第30天（相当于人类年龄的青春期），其子代海马和纹状体中的MI异常激活，这表明在胚胎发育时期母体感染可导致其子代出生后存在MI异常激活，提示发育早期的MI激活可能在SP的发病过程中起着重要作用。

Liaury等[19]使用非结合胆红素激活耿氏鼠（Gunn rat）的MI，结果发现海马齿状回CD11b（一种标记小胶质细胞的特征性抗体）的表达存在显著差异性，而此前研究提示高胆红素血症在SP发病过程中起重要作用，这表明MI激活可能是耿氏鼠SP特征性行为学异常和神经病理学改变的重要原因。

脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）作为一种细胞内毒素其在大鼠体内可模拟细菌感染过程，而且它能激活脑内MI。而大量研究发现子宫内感染是SP的高危因素之一。有研究发现给母孕鼠腹腔内注射LPS，母鼠的血液和胎盘内的细胞因子可显著增加，其子代外周细胞因子也增加，还发现其子代存在PPI受损，而且抗精神病药能改善这一改变[20]。Feleder等[21]研究发现，幼年期海马内注射LPS能够导致SP特征性行为学改变（PPI受损），而且会导致脑内细胞因子的增高并一直持续到成年期。有学者认为MI是脑内的长驻细胞，在个体发育早期MI激活可能会导致MI的持久超敏状态。

3.2 体外实验 大量体外研究证明抗精神病药能抑制MI激活所产生的代谢产物。常用的MI激活剂有脂多糖、干扰素-γ（IFN-γ）等，它们能诱导激活的小胶质细胞 MI，并且使TNF-α、NO、IL-1β、IL-2、IL-6等物质的分泌增加，非典型抗精神病药如利培酮、奥氮平、阿立哌唑等能抑制这些有害物质的释放，而典型抗精神病药不能抑制这些有害物质的释放。Kato等[22]最近使用佛波醇（phorbol-myristate-acetate,PMA）激活MI，而抗精神病药物阿立哌唑能抑制其超氧化物的产生，而氧化应激与SP密切相关，这表明阿立哌唑可能通过抑制MI而产生抗精神病作用。Kato等[23]还发现阿立哌唑能抑制IFN-γ激活MI所产生的NO和TNF释放。Hou等[24]证明奥氮平能抑制激活的MI产生的NO，而氟哌啶醇和氯氮平则没有这种作用。Sugino等[25]证明氯氮平、奥氮平和利培酮，而不是氟哌啶醇，能抑制LPS干预的小鼠体内促炎性因子如TNF-α、IL-6，能够上调抗炎性因子如IL-10，他们还证明氯氮平能抑制poly I:C产生的炎症反应。MI分泌这些炎性因子的能力可被非典型抗精神病药如奥氮平、利培酮、阿立哌唑等所抑制，而典型抗精神病药如氟哌啶醇的该作用不明显；故推测较典型抗精神病药而言，非典型抗精神病药改善精神分裂症的认知功能和阴性症状可能一部分是通过抑制MI的激活来实现的。目前为止，非典型抗精神病药物对于MI的抑制作用机制尚不清楚。以上研究表明一些抗精神病药能通过降低MI产生的炎症反应而发挥治疗作用。

4 小胶质细胞激活在精神分裂症发病机制中的作用

4.1 神经发生 最近有一项对人尸解后脑组织研究发现神经发生现象与SP的病理生理有关。Liu等[26]发现，重复给予PCP或MK-801能抑制海马的神经发生。神经细胞PAS域蛋白3（the neuronal PAS domain protein 3,NPAS3）基因缺乏的小鼠齿状回中基底神经前体细胞增殖是显著减少的，这表明SP的神经发生受损。精神分裂症断裂基因1（Disrupted-In-Schizophrenia 1,DISC1）是SP的易感基因，最近有研究发现它能调节新生神经元的完整性[27]。以上这些结果表明SP和神经发生密切相关。关于神经发生，非典型抗精神病药物能诱导成鼠大脑神经发生，而典型抗精神病药不能诱导成鼠大脑神经发生。另一方面，中枢神经系统的炎症对成年海马的神经发生是有害的。体外实验发现炎症对神经细胞的分化和生存的负性作用是由于小胶质细胞产生的TNF-α和NO所引起的[28]。Kaneko等[29]在体内研究中发现促炎性因子如IL-1β和TNF-α能抑制神经发生。此外，Monje等[30]发现米诺环素和吲哚美辛（抑制激活MI的抗炎药物）能修复神经发生的减少。

4.2 凋亡 SP患者的神经细胞和胶质细胞数量减少、神经纤维网络连接（尤其是突触分子）减少、胶质增生缺乏，神经影像学证据发现精神分裂症患者在早期存在进行性白质减少，以上结果表明凋亡可能解释SP的神经退行性病变过程。凋亡过程的启动能导致神经细胞快速死亡。异常的凋亡激活过程不仅存在于神经元，还存在于少突胶质细胞和突触。促炎性因子如TNF-α是氧化应激的中介物，它在人类皮层神经元和少突胶质细胞中能引起凋亡[31]。此外，NO能直接引起神经元凋亡，也参与细胞因子介导的神经凋亡。而且，NO和TNF-α含量增加可能影响突触形成、突触可塑性和连接性及突触膜的组成。大脑突触组织改变可能是SP的主要特征之一。大量尸解研究发现SP患者某些脑区树突棘密度改变的同时还存在灰质的减少。在背外侧前额叶、颞上回和海马区发现存在树突棘密度减少和灰质的丢失。这些结果表明脑区特异性的灰质丢失、树突棘密度减少和SP患者功能减退存在密切的联系。

4.3 白质病变 神经影像学研究发现首发SP患者存在显著的白质体积减少和大脑纤维连接异常。Bernstein等[32]证明SP患者的少突胶质细胞存在厚度减少和形态破坏，还存在髓鞘形成异常。McCullumsmith等[33]发现SP患者存在少突胶质细胞功能异常。中枢神经系统的MI激活参与白质疾病的发病机制，最近有研究发现MI对少突胶质细胞的细胞毒性作用是通过自由基相关分子如NO及过氧亚硝酸盐和炎性因子如TNF-α和IFN-γ而起作用[34]。这些研究结果很有趣，因为Mittelbron等[35]发现白质比灰质中的MI显著增加。

5 小胶质细胞与精神分裂症的治疗

大量体外研究表明一些抗精神病药物可能通过抑制激活MI产生的炎症反应而发挥治疗作用，而这一炎症过程可能导致SP患者大脑的凋亡过程和白质病变、抑制神经发生。这与抗精神病药物能延缓白质病变过程进展的一些研究结果相一致。

基于精神分裂症的MI假说，有学者提出可用干扰炎性反应的药物辅助治疗SP。米诺环素是一种广谱、半合成的第二代四环素，因其具有强大的穿透血脑屏障的功能，可干扰中枢神经系统的炎症反应，被认为是一种辅助治疗中枢神经损伤及神经退行性疾病的神经保护剂[36]，其发挥作用主要是通过抑制MI激活来实现的。在离体实验中，米诺环素可抑制MI的增殖以及抑制活化的MI释放NO、前列腺素E2（PGE2）、IL-1β，并可抑制可诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和环氧合酶-2（COX-2）的表达，减缓神经细胞凋亡的进程。已有临床研究将MI活化抑制剂米诺环素应用于SP的辅助治疗，初步证实了其对SP有显著疗效[37-39]，尤其是对阴性症状和认知损害的改善。

也有临床研究使用一种抑制炎症反应的酶如选择性COX-2抑制剂（如塞来昔布），与一种抗精神病药联合使用，证实对SP的症状及认知功能均具有改善作用[40]。Laan等[41]发现阿司匹林能改善SP谱系障碍的症状。

另一方面，MI除了能产生促炎性因子，它还能产生神经营养因子如BDNF。BDNF在神经发育过程中发挥重要作用。Mizoguchi等[42]最近发现在啮齿动物的MI中，BDNF能诱导细胞内Ca2+增加。还有研究发现α7烟碱型乙酰胆碱受体激动剂（alpha7 nicotinic acetylchohne receptor,α7nAChR)能抑制MI激活而产生的炎症状态，这一结果很有趣，因为一些α7nAChR能改善SP的认知损害。此外，最近有研究发现ω-3脂肪酸（一种小胶质细胞抑制剂）能减慢首发SP患者的病程发展速度[43-44]。

以上研究结果表明，对MI激活的适度控制可能对SP患者的预防和治疗发挥重要作用。

综上所述，大量证据表明SP的神经病理学改变与免疫学异常密切相关，尤其是中枢神经系统中异常激活的MI。已有的动物实验、临床药理研究提示，一些典型或非典型抗精神病药物能抑制激活的MI释放的炎性因子和自由基，MI抑制剂，如米诺环素、阿司匹林、免疫抑制剂等能对MI进行调节性干预，它们作为SP的辅助治疗药物能改善某些症状，可能是SP治疗学方面非常有前景的探索方向，但目前临床药理实验样本量太小，缺乏多中心研究，有待于进一步扩充样本量和多中心研究。且MI激活是通过何种方式对SP的发生和发展发挥作用目前尚不清楚，有待于进一步深入研究。

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