小胶质细胞极化在多发性硬化发病中的作用机制研究进展

张 明，刘江红，洪 浩，尹琳琳

（1.中国药科大学药理学教研室，南京 210009；2.首都医科大学宣武医院，北京 100053）



标准专栏

小胶质细胞极化在多发性硬化发病中的作用机制研究进展

张 明1，2，刘江红2，洪 浩1，尹琳琳2

（1.中国药科大学药理学教研室，南京 210009；2.首都医科大学宣武医院，北京 100053）

【摘要】多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是一种以中枢神经系统（central nervous system，CNS）炎症反应和髓鞘脱失为主要病理特征的自身免疫性疾病，具有青壮年高发、致残率高等特点，具体发病机制尚不明确。研究发现，MS发病时CNS固有的免疫细胞—小胶质细胞向促炎态M1型极化，导致体内小胶质细胞M1/M2比率失衡，形成CNS促炎态的微环境，损害神经组织。受损神经组织进一步促进小胶质细胞极化，构成恶性循环，最终加重病情。小胶质细胞极化状态失衡是启动MS的关键病因，为此，本文将综述近年来国内外小胶质细胞在MS发病中作用机制的研究进展，旨在为进一步阐明MS发病机制及寻找潜在的治疗靶点提供借鉴。

【关键词】小胶质细胞极化；多发性硬化；中枢炎症反应

近年研究发现，小胶质细胞几乎参与所有神经退行性疾病的病理过程，如多发性硬化（multiple sclerosis，MS）、阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）、脑缺血等［1，2］，并已成为新的研究热点和药物作用靶标。小胶质细胞是中枢神经系统中主要的免疫监视细胞，疾病发生时活化的小胶质细胞显著增多，且活化态的小胶质细胞可分泌大量促炎因子及神经毒物，如IL-1β、TNF-α、IL-6、ROS、NO等［3］。多发性硬化（MS）是一种主要累及中枢白质的慢性自身免疫性疾病，炎性浸润和髓鞘脱失是其主要病理特征，具体发病机制尚不明确，是目前导致青壮年肢体残疾的第二大诱因（仅次于脑外伤）。该病所致的认知、运动、感觉等功能障碍，给病人身体、心理造成极大的伤害，同时也给家庭、社会带来沉重的经济压力和心理负担。因此，深入探索MS的发病机制，发掘有效的药物作用靶点，缓解MS患者病情，减轻患者家庭和社会负担，具有广阔的应用前景。本文通过分析、归纳近年来国内外小胶质细胞在MS或者拟MS的实验动物模型—实验性自身免 疫 性 脑 脊 髓 炎 （experimentalautoimmune encephalomyelitis，EAE）中作用机制的报道，旨在为进一步阐明MS的发病机制及寻找潜在治疗靶点提供借鉴。

1　小胶质细胞的特征及其极化

Del Rio Hortega在1932年首次报道CNS中小胶质细胞的存在，进一步研究发现，小胶质细胞相当于哺乳动物CNS中的巨噬细胞，约占CNS细胞总数的12%，与外周巨噬细胞极其相似，但由于CNS独特的生理环境，使得小胶质细胞在形态和某些功能上与外周巨噬细胞之间存在明显差异［4］。

1.1小胶质细胞的特征

小胶质细胞属CNS中固有的免疫细胞，也是中枢神经炎症反应的主要参与细胞，能够维持CNS内环境稳态，包括免疫调节、碎屑清除，损伤修复等过程，其在MS的发生、发展中扮演重要角色［5］。最新研究发现，CNS的硬脑膜窦存在与外周淋巴管相通的运输淋巴细胞和脑脊液的淋巴管［6］，否定了国际上一直公认的CNS独立于外周免疫系统而具有免疫豁免权的认识，这一发现提示外周淋巴细胞参与CNS的免疫反应。但在维持CNS免疫平衡的过程中，特别是在炎症反应早期，小胶质细胞仍占主导作用。

在生理状态下，小胶质细胞是 CNS的“巡查员”，时刻监测CNS环境变化，以应对体内外各种应激刺激［1］。一旦识别异物或有害刺激（如感染、创伤、毒性刺激等），小胶质细胞迅速活化。一方面，活化的小胶质细胞通过增殖、抗原呈递、分泌促炎因子等募集更多小胶质细胞或者外周巨噬细胞“抵达”病灶，引发炎症反应，并释放大量的炎症因子如IL-1β、IL-6、IL-12、TNF-α以及ROS、NO、超氧化物、谷氨酸盐等神经物质，杀死病原微生物等异物［7］。此外，活化态的小胶质细胞吞噬能力大大增强，能够及时吞噬并清除体内外异物、碎屑等。另一方面，小胶质细胞还可通过自分泌或旁分泌途径［8］，分泌抗炎产物IL-4、IL-10等，抑制促炎因子和神经物质的过度生成，分泌营养因子促进机体的自我修复，维持CNS正常的微环境［9］。随着研究的深入，人类对小胶质细胞的形态结构与相应功能的研究取得了实质性进展，将活化态的小胶质细胞主要分为两大亚型。

1.2小胶质细胞的极化

1.2.1经典活化态（classical activation，M1型）：诱导小胶质细胞呈M1型的信号分子很多［5］，最经典的诱导剂是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）［10］，其次，外周血液中的活性成分如免疫球蛋白、补体等也可透过血脑屏障，刺激小胶质细胞向M1型极化。该极化过程主要通过 TLR家族的 TLR4受体介导［11，12］，且小胶质细胞表达TLR1-TLR9，这些受体几乎能够识别所有的细胞和病毒刺激。活化后的小胶质细胞由静息态的分枝状转变为胞体变大、突起变少的阿米巴状活化态，且细胞表面的MHCII、清道夫受体、辅助刺激蛋白 （CD40）的表达上调，增强其抗原呈递能力，激活辅助Th1细胞介导的免疫反应；其特异性的分子标志物CD86、CD16/32、iNOS等表达上调［5，16］。此外，M1型小胶质细胞还释放一系列的促炎因子（IL-1α，IL-1β，IL-6，IL-12，IL-23，TNF-α）、趋化因子、氧化还原分子（NADPH氧化酶，吞噬作用氧化酶，诱导型一氧化氮合酶）、NO等参与机体的炎症反应［13-14］，对神经系统造成一定程度损害的同时，还能及时杀死外周入侵的异物，或者清理机体自身的异常蛋白、碎屑，维持CNS相对稳定［5］。

1.2.2可替代活化态（alternative activation，M2型）：Arg1、CD206、FIZZ-1、YM-1是M2型小胶质细胞的标志物［15，16］。M2型小胶质细胞在免疫调节、炎症抑制、组织重构、血管再生中发挥重要作用。M2型可分为若干亚型，当IL-4、IL-13联合使用，可以诱导具有长时程修复功能的M2a亚型，该亚型通过IL-4受体抑制M1型活化后的NF-kB信号通路。Fcγ受体、TLRs和免疫复合物诱导的M2b亚型高表达IL-10，低表达IL-12，同时，MHC-II、CD86表达也会上调，说明M2b保留了刺激T细胞活化的能力，可能是小胶质细胞活化的中间态。糖皮质激素以及特定的抗炎因子IL-10、TGF-β诱导M2c亚型主要参与炎症反应下调后组织的修复与重构。其他细胞因子 IL-3、IL-21、IL-33，趋化因子 CCL2、CXCL4等也能诱导小胶质细胞向M2型极化。M2型小胶质细胞分泌抗炎因子 （IL-10、IL-13、TGF-β）、神经营养因子（IGF-1、BDNF、VEGF、EGF）等减轻炎症反应，钝化促炎态细胞，促进损伤修复，保护神经元，从而维持中枢内环境的稳定［17］。M1、M2是小胶质细胞活化的两个极端，在复杂的体内环境中，不排除活化中间态小胶质细胞的存在。值得一提的是，小胶质细胞是可塑性极强的多功能细胞，其活化态并不是始终固定在某一种极化态，而是处于不断的动态变化中。研究显示，在一些静息态或者分支杆菌感染的巨噬细胞中可以检测到M2型的主要标志物之一-Arg1的表达［18］。也有研究发现，M2b亚型可以转化为M1和M2a/b的过渡态［19］。这些研究提示，小胶质细胞M1和M2型之间存在相互转化的可能性，在M1型小胶质细胞过度活化的CNS退行性疾病中，促进M1型小胶质细胞向M2型的转化，或者促进小胶质细胞向抗炎态M2型的极化，维持M1/M2相对平衡，是一个潜在的药物作用靶点。

2　小胶质细胞极化与MS病变

MS是一种主要累及中枢白质的自身免疫性疾病［20］。MS患者尸检发现：中枢白质病灶周围有大量淋巴细胞和活化的巨噬细胞浸润，提示MS病变与中枢炎症反应密切相关。

2.1MS病变与中枢炎症反应

生理状态下，炎症是机体及时应对体内外异物的侵袭、维持内环境动态平衡的一种重要自我保护机制。而病理状态下，长期、慢性炎症反应诱导大量小胶质细胞向促炎态M1型极化，并抑制小胶质细胞向M2型极化，破坏M1/M2的相对平衡［21］，生成大量的神经毒物，损伤神经组织，破坏血脑屏障，使外周的免疫细胞、蛋白、补体等大量涌入中枢，加剧CNS炎症反应，使病情恶化，这一现象可能是复发缓解型多发性硬化（relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS）患者病情呈缓解-复发且逐渐加重的主要病理机制。M2型小胶质细胞缺失导致损伤的组织不能及时被修复或者清除，从而诱发更大面积的次发损伤，且不利于神经营养因子 IGF-1、BDNF等的生成。因此，调节小胶质细胞的极化状态，有助于缓解MS患者的病情。

2.2MS病变与小胶质细胞极化

MS患者尸检样本CNS病灶可见大量活化的小胶质细胞，细胞内iNOS、COX2的表达显著增高，进而释放大量的神经毒物NO、ROS等；实验性自身免疫 性 脑 脊 髓 炎（experimentalautoimmune encephalomyelitis，EAE）动物模型研究发现，CNS病变周围的小胶质细胞增殖及其溶酶体活性均增强［22］。中枢浸润的活化Th1细胞分泌的IFN-γ是M1型细胞的强效诱导剂，在MS炎症反应的初始阶段，小胶质细胞倾向于向M1型极化，并抑制其向M2型极化。在MS病人外周血中，可以检测到相应炎症因子表达的上调。此外，M1型小胶质细胞分泌的神经毒性因子可抑制少突胶质细胞前体细胞增殖和向成熟少突胶质细胞的分化，引发髓鞘脱失［23］。在MS病人，促进形成M2型极化的脑内微环境有助于缓解病情。例如，用于治疗RRMS的药物-格拉替雷通过诱导Th1向Th2转变，促进抗炎相关因子的表达，从而治疗疾病。因此，抑制小胶质细胞向M1型极化，促进其向抗炎态M2型极化，是干预MS病变的一个有效的靶标。

3　小结与展望

MS是一种极其复杂的神经退行性疾病［24］，现有的研究尚不能确定MS病变与炎症反应的因果关系。但能够肯定的是，适度的抑制小胶质细胞向M1型极化，并促进其向M2型极化，维持脑内M1/M2比率的相对平衡，能够减轻MS病人的临床症状，延缓病情的发展。其可能的作用机制如下：（1）钝化促炎态M1型小胶质细胞，减少NO、ROS等神经毒物以及促炎因子生成，减轻神经损伤；（2）促进M2型小胶质细胞活化，释放大量的抗炎因子，对抗炎症因子的神经毒性作用，减少CNS损伤；再者，增强小胶质细胞/巨噬细胞的吞噬能力，及时清除死亡的细胞或者碎屑［25］；（3）M2型小胶质细胞释放的IGF1、PDGF-α、BDNF等营养因子以及TGF-β、IL10，能够促进损伤修复、再生，保持神经细胞功能的完整性［26］。值得一提的是，M2型小胶质细胞/巨噬细胞同样也是一把双刃剑，过度活化将引起组织纤维化、促进瘢痕形成［11］；Arg1催化的代谢产物—聚胺生成过多时，将募集大量巨噬细胞、诱发炎症反应。因此，小胶质细胞向M2型极化并不是在任何环境下都是有益的，如何适度调节其极化程度，尚需对活化态小胶质细胞的功能特征进行更深入的研究。

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〔修回日期〕2015-12-29

Advances in research of the role of microglia polarization in the mechanisms of pathogenesis of multiple sclerosis

ZHANG Ming1，2，LIU Jiang-hong2，HONG Hao1，YIN Lin-lin2
（1.Department of Pharmacology，China Pharmaceutical University，Nanjing 210009，China；2.Department of Pharmacology，Xuan Wu Hospital of Capital Medical University，Beijing，100053）

【Abstract】Multiple sclerosis（MS）is an autoimmune disease of the central nervous system（CNS）characterized by demyelination and inflammation lesions.MS predominantly affects young adults with a high incidence of disability. However，the exact pathogenesis of MS is still not clear.Studies found that microglia polarization tending to proinflammatory M1-like state during the onset of MS，causing the M1/M2 ratio imbalance，forming pro-inflammatory microenvironment state，and which further leading to nervous tissue damage ultimately.Microglia polarization may be considered as the initiator of pathologic alterations by releasing pro-inflammatory cytokines and secondarily trigger the initial microglia response.Given the pivotal role of imbalanced microglia polarization in MS initiation，a critical review of microglia polarization is presented here，in order to elucidate the pathogenesis of MS and highlight the noteworthy candidate therapeutic targets for clinic treatment.

【Key words】Microglia polarization；Multiple sclerosis；Central inflammatory reaction；Pathogenesis；Treatment

【中图分类号】R-33

【文献标识码】A

【文章编号】1671-7856（2016）04-0079-04

doi：10.3969.j.issn.1671-7856.2016.04.015

［基金项目］国家自然科学基金项目（81273497，81301208），北京市卫生系统高层次卫生技术人才-学科骨干（2014-3-052）。

［作者简介］张明（1989-），女，硕士研究生，研究方向：神经药理学研究。电话：（010）83198881，E-mail：mingzhangmingzhang@126.com。

［通讯作者］尹琳琳（1977-），女，博士，副研究员，研究方向：中枢神经炎症的药物干预策略。电话：（010）83198881，E-mail：yinll913@ 126.com；洪浩（1962-），男，博士，教授，研究方向：神经与内分泌药理学。电话：（025）86185227，E-mail：haohongchina@hotmail.com。