小胶质细胞在癫痫中的作用

李琦军，吴永波，常军英

(1. 河北省石家庄市第三医院，河北 石家庄 050011；2. 河北省石家庄市公安局法医损伤检验鉴定室，河北 石家庄 050011)

小胶质细胞在癫痫中的作用

李琦军1，吴永波2，常军英1

(1. 河北省石家庄市第三医院，河北 石家庄 050011；2. 河北省石家庄市公安局法医损伤检验鉴定室，河北 石家庄 050011)

小胶质细胞；癫痫；激活

癫痫是一种慢性、反复发作的以颅内神经元异常同步放电为基础的中枢神经系统疾病，癫痫发作时，患者意识突然丧失会导致跌倒，发生外伤性损害，长期癫痫也会导致精神障碍、智力衰退等严重威胁着人们的健康。持续的癫痫发作还会导致患者死亡。过去人们研究癫痫的重点在神经元，现在发现胶质细胞在癫痫发生中也扮演着重要角色[1]。中枢神经系统中有3种胶质细胞：星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞。小胶质细胞是中枢神经系统内的巨噬细胞，与免疫有着密切关系，是把神经系统疾病与免疫反应联系起来的重要媒介。探讨小胶质细胞在癫痫发作中的作用机制，可以帮助寻找以小胶质细胞为靶点的治疗癫痫的新途径。

1 小胶质细胞的结构和功能

小胶质细胞在中枢神经系统内分布很广，是三种胶质细胞中体积最小的一种，数量占胶质细胞总数的15%左右，未激活时小胶质细胞胞体呈细长或分支状，细长的分支上会有小的突起。在各种刺激因素下，小胶质细胞会被激活而产生形态变化，活化的小胶质细胞体积增大，突起明显变短，胞体变成圆形或杆形，继续激活的话，小胶质细胞会变为阿米巴状，并具有吞噬能力。

对小胶质细胞的起源现在还存在争议，一种意见认为小胶质细胞起源于中胚层，包括脑膜中胚层、毛细血管壁周细胞和血液循环中的单核细胞；另一种意见是小胶质细胞起源于外胚层。 Ling于1981年通过实验证明，小胶质细胞起源于血液循环中的单核细胞，单核细胞进入发育中的中枢神经系统后转变成具有吞噬能力的阿米巴样小胶质细胞。

小胶质细胞是中枢神经系统内的巨噬细胞,活化的小胶质细胞与免疫关系密切。活化的小胶质细胞可以通过直接作用和间接作用产生免疫效应。直接作用是：①可以吞噬细胞碎片，起到巨噬细胞作用;②可以对刺激产生抗原，并能起到抗原递呈作用；③可以激活T淋巴细胞，并产生一系列免疫反应。间接作用是：产生各种神经生长因子、细胞因子、趋化因子等，通过它们对中枢系统其他细胞起作用。不同功能状态的小胶质细胞免疫功能有很大差别。当小胶质细胞未被激活时，可以分泌少量生长因子类物质，对维持神经元的正常功能和存活有重要作用。活化的小胶质细胞除了分泌各种生长因子外,早期释放的转移生长因子β(TGF-β)、白细胞介素(IL)-10,可以起到抗炎、促进神经恢复的作用；随着炎症反应加重，小胶质细胞还会分泌前炎症因子IL-1、干扰素-α、(TNF-α)IL-12、IL-18和氧化亚氮(NO)等细胞毒性物质，会对神经元产生毒性作用。

2 小胶质细胞的激活与癫痫的关系

小胶质细胞的反应性激活以及随后发生的各种变化对癫痫的发生有重要意义。小胶质细胞在中枢神经系统起着免疫监视功能，对内环境变化非常敏感。癫痫模型中，在癫痫传播区域的神经元还未见明显损伤时，此区域内小胶质细胞已经被激活。在小胶质细胞激活的初期，会释放一些对神经元有保护作用的物质，如TGF-β和IL-10等抗炎因子。TGF-β具有抗凋亡和神经保护作用，IL-10也具细胞保护作用，说明在癫痫初期受到刺激的小胶质细胞会通过分泌一些有修复损伤能力的生长因子以保护神经元。在癫痫患者切除的标本中可以看到在癫痫病灶区域小胶质细胞增生明显。小胶质细胞活化后，会产生变形，变成阿米巴样，并具有吞噬功能，能吞噬变性坏死的神经细胞碎片。活化后的小胶质细胞迁移能力和抗原提呈能力都明显增强，通过一系列功能变化介导神经系统的免疫应答，参与各种生理病理变化，这可能是胶质细胞参与癫痫发病的免疫学机制。另一方面，癫痫的反复发作使激活的小胶质细胞不断分泌多种免疫效应分子，如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α)、TGF-β、趋化因子、前列腺素、氧自由基(ROS)、蛋白酶、一氧化碳和兴奋性氨基酸等，大量释放的细胞因子和NO、兴奋性氨基酸等毒性物质相互影响，通过不同途径作用于神经元、其他胶质细胞和血脑屏障，引起神经元损伤，星形胶质细胞激活，血脑屏障功能受损，进而引起局部或广泛中枢神经系统的损伤，加重癫痫，并造成癫痫反复发作。由于癫痫的反复发作，受到刺激的小胶质细胞会聚集、增生在一起，形成胶质结节，并参与癫痫灶局部瘢痕组织的形成。活化的小胶质细胞释放的生物活性物质可以通过影响NMDA受体信号通路来抑制神经元的呼吸链，导致神经元ATP生成障碍。而这种能量代谢障碍会导致神经元损伤和癫痫发作，癫痫发作的时间也与小胶质细胞释放的生物活性物质有关[1]。

3 小胶质细胞介导细胞因子与癫痫

免疫系统和神经系统之间有着密切关系，可以相互调节。神经细胞分泌神经递质可以作用于免疫系统，调节免疫功能。免疫系统可以产生各种有活性细胞因子，这些细胞因子作用于神经细胞，使其合成和分泌某些神经递质，神经递质和受体结合后，改变细胞膜上离子通道的通透性和离子电流，改变突触电位，影响细胞兴奋性，参与癫痫形成。目前的资料表明，癫痫也是一种中枢神经系统炎症性疾病，很多细胞因子参与其中[2]。

小胶质细胞是中枢神经内的巨噬细胞，与癫痫有关的细胞因子很多都是由小胶质细胞产生。小胶质细胞是把免疫和癫痫联系起来的重要桥梁，它分泌的细胞因子在癫痫中起着重要作用。静止小胶质细胞只产生少量的神经生长因子。在受到刺激时，小胶质细胞能够快速激活，分泌各种细胞因子及神经毒性物质，影响癫痫发生、发展。癫痫灶周围的小胶质细胞较其他部位的敏感，处于待活化状态，当癫痫发作时，能迅速活化，产生免疫效应。研究表明，具有癫痫家族史的患者，癫痫灶周围MCP-1、IL-6等炎性因子高表达，小胶质细胞和星形胶质细胞也处于活化状态[3]。

研究比较多的与小胶质细胞有关的细胞因子包括白介素、肿瘤坏死因子等。白介素作为一种重要的细胞因子，参与神经-免疫-内分泌系统调控，对神经系统的多种生理和病理机制起着重要调节作用。IL-1由星形胶质细胞和小胶质细胞分泌,有IL-1α和IL-1β 2种亚类。目前研究比较多的是IL-1β。癫痫发生后患者IL-1β水平升高，其可能通过参与炎症反应，对癫痫的发生起着促进作用[4]。在高温诱导大鼠惊厥的试验中，给予IL-1β可促进惊厥发作[5]。当体内缺乏IL-10时易发生抗热性惊厥；脑内注射IL-10有明显的抗惊厥作用及神经元保护作用[6]。上述数据充分说明IL-1β对癫痫发生起到促进作用。但Oprica等[7]研究认为，IL-1β通过刺激神经生长因子和睫状神经营养因子产生,减轻海人藻酸(kainic acid,KA)所致神经毒性。这说明IL-1β对癫痫的影响具有双面性，其具体作用机制可能不同，但其在加重癫痫的严重程度、促进癫痫的反复发作方面的影响是非常明显的。

IL-6主要由单核巨噬细胞产生。癫痫患者IL-6水平较正常升高，但IL-6是作为神经保护因素还是致癫因素出现，现在还不太清楚，大部分观点认为IL-6在癫痫中主要起保护作用。研究表明IL-6在高温诱导的惊厥大鼠中发挥抗惊厥的作用[8]。经戊四氮、4-氨基吡啶、红藻酸(kainic acid,KA)等致痫剂处理后，IL-6 基因缺失小鼠惊厥出现率及死亡率明显高于野生型小鼠，海马神经元凋亡增加[9]。但Zhu等[10]的研究显示脑室内注射IL-6后，大脑皮质和海马组织谷氨酸显著升高而γ-氨基丁酸则降低，提示IL-6有可能通过增加兴奋性神经递质同时降低抑制性神经递质合成和分泌而促进癫痫的发生。

TNF-α由小胶质细胞、星形胶质细胞分泌。TNF-α有促进癫痫发生、发展的作用。Shantra等[11]的实验表明在大鼠癫痫模型中使用TNF-α后癫痫发作持续时间延长。TNF-α过度表达时会出现癫痫样表现[12]。在杏仁核点燃模型大鼠腹腔给予TNF-α后癫痫性放电及癫痫行为发作时程延长[11]。但也有人研究认为TNF-α具有抗癫痫作用。Balosso等[13]通过将TNF-α注射到小鼠海马组织内及对能够过度表达TNF-α的转基因小鼠研究提示TNF-α可抑制癫痫发作，认为TNF-α对癫痫不同的作用结果，可能与其作用时间、作用浓度以及作用机制不同有关。

4 小胶质细胞激活机制

在非活化状态下，小胶质细胞分泌的活性物质很少，当处于激活状态时才会大量分泌细胞因子等生物活性物质。研究表明无论是药物致癫模型(匹罗卡品、戊四氮、海人酸、马桑内酯、红藻酸等)，还是物理致癫模型以及颞叶癫痫患者，在癫痫发作后均出现胶质细胞的活化、生长、增殖，数量增多、胞体增大。小胶质细胞活化后体积增大，呈分枝杆状或阿米巴形态，数目增多，排列紊乱，产生很多活性细胞因子及神经毒性物质，作用于神经元与其他胶质细胞及血脑屏障，参与癫痫的反复发作。

癫痫造成小胶质细胞活化的机制现在还不清楚，ATP可以激活小胶质细胞，可能由于ATP或者兴奋性神经递质等影响其细胞膜上的K+通道，再通过细胞内的PTK、PLA2等传导通路将信号传递给细胞核内转录因子，产生各种生物活性物质。用加入ATP的培养液孵育小胶质细胞后，细胞膜上的Ca2+通道开放，跨膜Ca2+内流增加，胞浆内Ca2+浓度升高。小胶质细胞膜上存在嘌呤受体，ATP通过嘌呤受体可调节 LPS诱导小胶质细胞IL-1的释放。LPS是一种氨基甙组成的磷脂，是构成革兰阴性杆菌细胞壁的成分，它对神经元无明显影响，但对小胶质细胞有很强的激活作用，常用来做小胶质细胞激活的研究。LPS诱导小胶质细胞激活后，可产生IL-1、IL-6、TNF-α等炎性细胞因子， PTK信号转导途径可能在小胶质细胞的激活中起着重要作用。应用PLA2信号传递途径(PLA2/MAPK/AA/COX-2)各环节的阻滞剂可以抑制LPS诱导的小胶质细胞激活，说明PLA2信号转导途径参与了小胶质细胞的激活。在皮质内应用脂多糖后可产生局部癫痫样放电，这种放电可被IL-1受体阻滞剂阻断，脂多糖通过IL-1影响神经元兴奋性，导致癫痫发生。脂多糖多可以使体外培养的N9小胶质细胞活化，此作用是通过释放IL-1β，激活p38MAPK信号通路实现的。小胶质细胞激活是对神经元损伤作出的反应，当神经元损伤初期会发出一个信号，诱导周围小胶质细胞激活，后者接受神经元信号后发生变化，产生神经营养因子促进神经元的恢复。当神经元损伤加重，难以恢复时，就会发出另一信号，引发小胶质细胞产生和释放毒性物质，加速神经元死亡。上述相互作用只有在神经元和小胶质细胞之间密切接触时才能实现。当受到刺激后，小胶质细胞增生活跃，常包绕神经元，神经元与胶质细胞之间接触紧密，为二者之间信号交换提供了条件。小胶质细胞活化后可以产生NO[14]，NO 反过来也可以调节小胶质细胞的激活， NO可以通过激活鸟苷酸环化酶诱导MAPK磷酸酯合成酶1的表达，通过抑制MAPK阻断了PLA 2级联反应，阻止小胶质细胞的激活。PLA 2和cGMP的信号传导途径在小胶质细胞的激活过程中起着重要作用。

小胶质细胞的激活可能与细胞核内的转录因子有关，包括核转录因子-κβ(NF-κβ)和GREB。各种细胞内信号传导通路，最终由核内的转录因子激活相关基因的表达来产生各种效应。 NF-κβ是一种多功能的核转录因子，平时在胞质内，当其被激活后，进入核内，启动相关基因表达，促使 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、及 IFN-γ等物质合成与释放，激活免疫细胞并产生炎症反应。NF-κβ的亚单位RelA(p65)的活跃形式定位于核内，小胶质细胞的活化与此亚单位密切相关。致痫剂马桑内酯可快速激活小胶质细胞,其激活小胶质细胞的细胞内机制可能与核转录因子NF-κβ的活化有关。

脂多糖通过Toll样受体4(TLR4)介导炎症反应，其具体作用机制还不清楚。TLR4的功能与癫痫有关，Kleen等[15]研究发现组织损伤可以激活TLR4，激活TLR4可以使癫痫发作加重。TLR4缺陷的C3H/HJ型小鼠具有抵抗癫痫发作的功能[16]。

TLR4是通过MyD88依赖和非依赖两条信号转导通路最终激活核转录因子，启动IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及 IFN-γ相关基因表达，发挥生物学效应[17-20]。在脑组织中，星型胶质细胞和小胶质细胞都表达TLR4，激活后的TLR4可以介导炎性损伤，并参与癫痫的产生和发展。癫痫发作可激活 TLR4 和炎性因子，二者相互作用，共同促进癫痫的发作。激活TLR4信号通路也是产生炎症因子的途径，三者之间相互作用，形成一个循环通路。

小胶质细胞在癫痫发作中具有两方面作用。在癫痫初期，活化的小胶质细胞分泌的一些炎性递质对神经元有一定的保护作用，但随着病情发展，炎症反应的加重，大量细胞毒性物质的释放，加重神经元的损伤，改变了病灶的微环境，造成癫痫的反复发作。以小胶质细胞为靶点，通过阻断相关信号传导通路，降低小胶质细胞的活化水平，减少具有神经损伤作用的炎性因子及细胞毒性物质的释放，从而减轻神经元的损伤，可能为治疗顽固性癫痫提供一条新的途径。

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2014-10-25