小胶质细胞在中枢神经系统损伤作用机制的研究进展

安海勇 程 光 白俊清

1.河北联合大学附属医院，河北唐山 063000；2.河北联合大学，河北唐山 063000

中枢神经系统（CNS）损伤后，局部缺血及炎性刺激等使得小胶质细胞（microglial cells，MC）会做出迅速反应并被激活，呈现出形态学与基因表达等方面的序列变化，表现为增殖、向损伤部位定向迁移、吞噬细胞碎片及代谢产物并合成分泌具有神经元毒性和具有神经元营养作用的细胞因子，对中枢神经系统恢复发挥重要作用。适度的MC激活在损伤过程中对CNS 主要发挥保护性作用，但当损伤严重或损伤因素持续存在时，激活的MC分泌细胞因子、一氧化氮（nitric oxide，NO）等炎性分子产生损伤作用从而参与神经功能紊乱的病理发展过程[1]。然而在损伤因素消退，神经系统功能恢复过程中MC 起着清除组织细胞碎、代谢产物及抑制并下调炎症反应的作用[2]。MC 对损伤因素造成的周围微环境变化的迅速反应能力以及在炎症反应和先天免疫和获得性免疫中的重要作用，使其成为了治疗多种CNS 损伤疾病的首要的调节靶细胞。现将近年来MC在中枢神经损伤中的作用机制研究进展综述如下：

1 活化MC 合成与分泌功能

MC 可表达多种可扩散的可溶性因子和酶类转录本信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid，mRNA）及其产物，在应答反应中诱导或增加表达，通过旁分泌及自分泌等作用与其他细胞发生信号传递，在炎症反应及免疫应答中发挥重要作用。这些可溶性分子包括细胞因子类、趋化因子类、营养因子类和小分子炎症调节物质如前列腺素类等以及 NO 和活性氧（reactive oxygen species，ROS），在病理过程中发挥保护和损伤的双重性作用。

活化MC 表达的细胞因子有白细胞介素类（IL）如IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、IL-15，肿瘤坏死因子（TNF）类如 TNF-α、TNF-β，趋化因子类如单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1/CCL2）、巨噬细胞炎性蛋白质1α （macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α/CCL3）、MIP-1β/CCL4、MIP-2α/CXCL2、RANTES/CCL5（regulated upon activation normal T cell expressed and secreted）、fractalkine/CX3CL1、干扰素诱导蛋白 10（interferon inducible protein-10，IP-10/CXCL10）、IL-8/CXCL8[3-5]，营养因子类如神经营养因子（neurotrophin，NT）-3、神经生长因子 （verve growth factor，NGF）、 脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF） 和神经胶质细胞源性神经生长因子 （glial-derived neurotrophic factor，GDNF）、胰岛素样生长因子Ⅰ （insulin-like growth factor-Ⅰ，IGF-Ⅰ）和碱性成纤维细胞生长因子 （basic fibroblast growth factor，bFGF）[6]，小分子脂质炎症介质如前列腺素类（prostaglandins，PGs）如 PGD2、PGE2、PGF2α、血栓素 B2 和白三烯B4 等[2，7]。活化MC 在细胞因子和刺激因素作用下可诱导表达诱导型一氧化氮合酶 （inducible nitric oxide synthase，iNOS/NOS2），从而产生 NO，而 NO 可造成神经元和少突胶质细胞的损伤，但人类MC 是否表达iNOS 和产生NO 存在争议，Kim 等[4]报道人类胚胎MC 在正常及活化条件下均不表达iNOS 和产生NO，而由星形胶质细胞表达，但Hill 等[8]证实在人类多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）患者NCS 损伤部位大部分MC 表达iNOS，而星形胶质细胞仅在损伤边缘区偶尔表达iNOS。MC 在CNS 损伤和阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）等病理条件下，还增加表达NADPH 氧化酶gp91phox（NOX2）膜结合催化亚单位而增加NADPH 氧化酶活化，产生超氧阴离子（superoxide anion，O2－）从而增加超氧化物和 ROS 的产生[9-11]。MC同时还表达多种受体通过旁分泌和自分泌与相应配体因子作用调节自身活动，在CNS 疾病过程中发挥着重要作用[3-4]。

2 活化MC 吞噬作用

MC 作为CNS 主要的吞噬细胞，在清除组织代谢产物、凋亡细胞、受损坏死的组织和细胞碎片、异常表达的致病性蛋白产物如β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）以及CNS侵袭的病原微生物等物质中发挥着重要作用[3]。MC 表达多种吞噬性受体，包括清道夫受体CD36、CD47 和β1 整联蛋白（β1integrin，Itgb1），巨噬细胞清道夫受体 A 类（macrophage scavenger receptor class A，SR-A）和 B 类（SR-B），高度聚糖化作用终产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE），甲酰肽受体（formyl peptide receptor，FPR）和经典的吞噬性受体免疫球蛋白G Fc 段受体（Fc receptor for immunoglobulin G，FcγR）[11]。这些受体在 AD 患者 CNS小胶质细胞清除Aβ中发挥作用。Aβ1-42 纤维与MC 受体结合可增加 MC 表达 CD36、CD47、Itgb1 和MSR-A，促进MC 对Aβ纤维的吞噬作用，而寡聚化Aβ1-42（oligomeric Aβ，AβO）与受体结合后通过FPR2 和核因子kB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）与激活物蛋白-1（activator protein-1，AP-1）信号通路[12]诱导 MC 产生 IL-1β、TNF-α、NO、PGE2 和细 胞内 O2－生成，并干扰Aβ1-42 纤维的吞噬，对AD 病程发展发挥重要作用[11]。当CNS 损伤、卒中等导致神经元和神经胶质细胞坏死或凋亡时，死亡细胞碎片主要被MC 的吞噬作用清除。细胞凋亡诱导磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）生成并暴露于凋亡细胞表面，凋亡细胞通过PS 与MC 黏连蛋白受体和CD36 相互作用，从而被MC 吞噬[13]。发挥吞噬作用中的MC 还表达一种孤儿受体髓样细胞触发受体-2（the triggering receptor expressed on myeloid cells-2，TREM-2）[14]，TREM-2 的表达可促进MC 的吞噬功能并抑制MC促炎因子的表达。

3 抗原提呈及T 细胞分化作用

MC 是CNS 有效的抗原提呈细胞 （antigen presenting cells，APCs），通过表达的 TLRs（Toll-like receptors）识别病原体或非己成分即病原体相关性分子模式 （pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）并活化[15]，有效的诱导CNS 浸润T 细胞增殖和分化，在CNS天然免疫和获得性免疫中发挥重要作用[15]，也是神经变性疾病如自身免疫性疾病MS 的重要因素；在CNS 损伤发生时，MC 还能识别自身成分即损伤相关分子模式 （damage-associated molecular patterns，DAMPs）增加炎症介质生成并导致CD4+Th 细胞的炎症免疫反应而加重神经系统损伤[16]。

MC 表达的TLRs 包括TLR1-9[16]。小胶质细胞TLRs 与相应配体结合后，招募衔接子，通过MyD88（myeloid differ entiation factor 88）依赖或 TRIF（Toll/IL-1 receptor-like（TIR）-domain-containing adapter-inducing interferon-β）依赖的信号转导通路进行信号转导[17]。除TLR3 外，所有TLRs 均 可 通 过 招 募 My88， 其 中 TLR1、TLR2、TLR4 和TLR6 还需招募TIRAP/Mal（TIR domain-containing adaptor protein/MyD88 adaptor-like），通过 TIRAP 与 My88 衔接。TLR3 和TLR4 与各自配体结合后可招募TRIF，TLR4 需招募 TRAM（TRIF-related adaptor molecule）连接其 TIR 结构域和TRIF。这些衔接子的招募触发信号通路的级联反应并最终导致 NF-κB、AP-1、IRFs（interferon response factors）等转录因子的活化转移到细胞核内，启动炎性因子、Ⅰ型干扰素和趋化因子类等基因转录和表达[17]。其中细胞因子IL-12、IL-18 和TNF-α可诱导Th1分化和IFN-γ的产生；趋化因子CCL2、CCL3 和CCL5 可趋化外周T 细胞和巨噬细胞向病理情况下的CNS 浸润，促进炎症反应发生。MC在不同TLR 配体激活下增加表达MHC（major histocompatibility complex）Ⅱ和共刺激分子 CD80（B7-1）、CD86（B7-2）、CD40 和 细 胞 间 粘 附分 子 1 （intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1），在 MC 向CD4+Th1 细胞提呈抗原中发挥重要作用[15]。

在多种病理情况下，MC 增加TRLs 表达，特别是TLR2和TLR4，这些受体的活动及其调节的促炎性因子的释放和CD4+T 细胞的免疫应答参与了这些疾病的病理过程，如CNS 创伤、局部缺血和神经退行性变MS 等[16-18]。

4 MC 功能活动的调节

MC 作为CNS 的防御损伤的第一防线，在CNS 疾病过程中其功能活动受多种因素的调节和影响。MC 通过TLRs、non-TLR 受体（包括 C-type lectin receptors （CLRs），retinoic-acid-inducible gene Ⅰ （RIG-I）-like helicase receptors （RLHs）， the receptor for advanced glycation end products，RAGE）和胞浆核苷酸结合寡聚化结构域样受体（nucleotide-binding oligomerization domain （NOD）-like receptors，NLRs）[19]等模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs） 识别 PAMPs 和 DAMPs，TLRs 通过招募并衔接MyD88、TRIF 启动下游信号转导最终导致转录因子活化，随后诱导促炎症因子基因表达产生TNF-α、IL-1β和IL-12 等细胞因子，以及趋化因子类、蛋白酶类、和氧化还原蛋白酶类等；NLRs 通过招募凋亡相关点样蛋白ASC（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD）和 caspase-1 构成炎症复合体 （inflammasome），裂解pro-IL-1β和pro-IL-18 使其转变为有活性的IL-1β和IL-18[20-21]。MC迅速的应答反应以及周围细胞包括局部浸润的外周T 细胞等淋巴细胞释放的细胞活性因子导致CNS 经典的防御反应。活化的浸润Th1 细胞以分泌的IFN-γ诱导MC 转变为具有较强吞噬和抗原提呈能力的杀伤性巨噬细胞样MC，发挥清除感染或损伤的神经组织，替换损失和受损伤细胞以及重建受破坏的细胞外基质作用以保存并维持CNS 正常组织的稳态。然而MC 在发挥防御作用同时其释放的促炎症因子会对周围正常组织细胞造成副损伤（bystander injury or secondary excitotoxic damage）[22]，CNS 损伤导致的MC 的过度活化以及AD 等慢性炎症中过度延长的MC 活化是导致神经损伤的重要因素。因此调节MC 功能活动，抑制其过度活化和释放促炎症反应因子的经典活化，促进MC 组织保护和修复功能成为治疗CNS 疾病中备受关注的治疗靶点。

MC 的活化和功能活动中存在着多种调节机制调节其功能。MC 活化分泌促炎性分子的同时可表达IL 受体拮抗剂如IL-1Ra，IL-1Ra 为IL-1 受体家族的可溶性无功能配体，通过竞争IL-1 受体而降低其促炎症信号[23]。MC 还表达无功能IL-1 受体Ⅱ型（IL-1RⅡ），可与IL-1α/β结合而不触发信号转导，同时MC 还能表达抗炎因子IL-10 及其受体IL-10R，通过自分泌负反馈作用抑制炎症反应[4]。

IL-4、IL-13、IL-10 和TGF-β 等抗炎因子各自均可在CNS 内由MC 或其他神经胶质细胞或在某些情况下由神经元产生，这些抗炎因子可调节MC 的应答反应活动，诱导 MC“替代激活反应（alternative activation）”和“获得性钝化反应（acquired deactivation）”[24]，活化的 MC 吞噬凋亡细胞后也诱导自身功能的转化[2]，抑制 iNOS、IL-1β、IL-12 和INF-α等炎性因子产生，增加TGF-β和IL-10 等抗炎因子的释放，增加精氨酸酶1（arginase 1，AG1）、凝集素Ym1（Chi3-L3）等修复基因表达[9]，增加表达神经营养因子类如IGF-Ⅰ、NGF，增加MC 表面吞噬受体表达并抑制MHCⅡ和共刺激分子表达而抑制其抗原提呈能力，还能通过增加激活JNK 信号转导通路增加COX-2 表达及其产物PGE2、15d-PGJ2 等的产生诱导活化MC 凋亡，从而抑制MC 促炎症反应和过度激活，促进MC 组织修复功能。

5 MC 治疗靶向及前景

MC 作为CNS 防御第一线的免疫细胞在防御损伤，介导天然免疫和调节获得性免疫中发挥重要作用，而MC 的过度激活和功能失调造成的继发损伤和参与病理过程也是导致CNS 疾病的重要机制，使得MC 成为研究CNS 疾病的重要靶点。鉴于近年来研究证据表明的MC 在CNS 疾病中的神经元保护和损伤的双重作用，在CNS 疾病治疗中MC 在其过度活化并参与病理损伤同时可能具有的在维持内环境稳定、组织修复和可能的保护作用不能忽视。因此，选择最佳的治疗窗口期，早期降低MC 过度应答反应使其限制在适度活化而不再产生有害作用，或抑制过度活化MC 的损害作用，增强CNS 保护作用，而非完全的消除MC应答反应将是CNS 疾病理想的治疗手段。

根据MC 在疾病中作用机制，已有多个作用环节备受关 注，例如嘌 呤型 受体 P2X7 受体[5，25]、NADPH 氧化酶pg91phox[9]、过氧化物酶体增生物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ）[26]等在 CNS 损伤中发挥的关键性保护或损伤性作用成为今年研究的热点。但在不同报道文献中MC 受体表达的具体作用仍存在矛盾和争议，例如P2X7 受体。MC 嘌呤型受体P2X7-Egr（early growth response，Egr）因子信号途径抑制脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）活化的小胶质细胞 iNOS 表达和NO 产生，从而对神经元存在的保护作用[25]，并且病理条件下细胞外ATP 可通过P2X7R 刺激MC 产生的内源性大麻素2-花生四烯酸酰甘油酸酯 （2-arachidonoylglycerol，2-AG）而对CNS 产生保护作用[27]。相反，有研究报道高浓度ATP却可以通过P2X7 诱导iNOS 增加NO 生成而产生神经元损伤作用[28]。低温处理或预处理的应用在CNS 创伤和缺血性损伤中的神经元保护作用已得到广泛证实[29]，从而受到越来越多的重视，体外实验证实低温处理后增加MC 吞噬功能和抑制MC 促炎症因子如IL-1β、IL-6、TNF-α等的产生[30]。

今后更加深入研究和了解MC 的功能活动与变化过程的分子机制，对实现以小胶质细胞为靶向的CNS 疾病的治疗具有重要指导价值。

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