星形胶质细胞在多发性硬化发病中的作用机制

金英　黄灵　尚晓玲

130117 长春中医药大学研究生学院(金英、黄灵)；130117长春中医药大学基础医学院(尚晓玲)



星形胶质细胞在多发性硬化发病中的作用机制

金英黄灵尚晓玲

130117 长春中医药大学研究生学院(金英、黄灵)；130117长春中医药大学基础医学院(尚晓玲)

摘要：星形胶质细胞是中枢神经系统中数量最多的胶质细胞，其生理功能为支持和营养神经元，参与免疫调节和神经递质代谢，支持血-脑脊液屏障，调节神经细胞内、外离子浓度等。星形胶质细胞在多发性硬化(multiple sclerosis，MS)中反应性增生，此现象称为星形胶质细胞活化。活化的星形胶质细胞一方面产生一些具有神经损伤的细胞因子，另一方面能分泌有利于神经系统恢复的因子来促进神经生长和修复。因而星形胶质细胞在MS中具有双重角色。在MS发病机制中明确星形胶质细胞在不同发病阶段的作用倾向，可能为MS的治疗提供新的治疗策略。

关键词：多发性硬化；星形胶质细胞

多发性硬化(multiple sclerosis，MS)是主要累及中枢神经系统(central nervous system，CNS)白质并导致多部位髓鞘脱失的自身免疫性疾病，具有高致残、易复发的特点。临床症状多表现为瘫痪、麻木、痛性痉挛、失语、视力障碍、共济失调、精神症状或智能障碍等。此疾病多发于青壮年，女性较为常见[1]。目前MS发病机制及治疗靶点尚不完全明确。既往研究认为小胶质细胞在MS发病过程中起主要作用，但近年来，有研究证实星形胶质细胞(astrocyte，AS)参与了MS发病过程，并在神经系统疾病中发挥神经损伤和神经保护的双重作用。

AS是哺乳动物脑内分布最广泛的一类胶质细胞，也是体积最大的一种，在所有的胶质细胞中AS数量最多，在丘脑中AS占整个胶质细胞的35%左右，在视皮层占61.5%。AS具有支持和分隔神经细胞的作用，除此之外还具有支持和营养神经元、参与神经递质代谢、支持血-脑脊液屏障、调节神经细胞内外离子浓度和物质代谢以及免疫调节等功能。本文就AS在MS发病中的作用机制研究进行综述。

1AS在MS发病中的神经损伤作用

病理检查可发现急性活动期MS患者AS反应性增生，此现象可称为AS活化[2]。AS活化具体表现为其数量增多，胞体肥大，突起增粗，生成、分泌特异性蛋白〔如特异性胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)〕等。在CNS受损或发生炎性反应时，AS释放的GFAP水平上调[2]，且GFAP与实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)的关系同样密切。

1.1参与抗原呈递AS在CNS中的抗原呈递作用一直受到争议，既往研究认为小胶质细胞才是CNS中抗原呈递的主要细胞。但体外实验结果显示在MS患者中AS表达主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)如MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、共刺激分子CD80(B7-1)/CD86(B7-2)[3]；Stüve等[4]研究发现，缺乏MHC-Ⅱ类反式激活因子(major histocompatibility class Ⅱ transactivator)表达的小鼠不能激活CD4+T细胞，提示在EAE发病中AS表达的MHC在激活T淋巴细胞上起关键作用。另外，在MS患者病灶中观察到脱髓鞘边缘AS细胞表达MHC-Ⅱ分子、B7及细胞间黏附分子-1(ICAM-1)[5]。AS在肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)、干扰素-γ(IFN-γ)的干预下，均能表达 ICAM-1 和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)[6-7]。上述研究结果提示AS可能在MS中担任抗原呈递的角色。

1.2参与血-脑脊液屏障破坏在CNS疾病中，MS早期血-脑脊液屏障的损伤是其发病机制的关键事件。血-脑脊液屏障是由脑的连续毛细血管内皮及其细胞间的紧密连接、完整的基膜、周细胞以及AS脚板围成的神经胶质膜构成，其中内皮是血-脑脊液屏障的主要结构。Argaw等[8]采用髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(MOG35-55)诱发C57BL/6小鼠EAE模型发现AS参与血-脑脊液屏障的破坏。反应性AS可激活血管内皮生长因子，作用于血管内皮生长因子受体(VEGFR-2)，激活CNS内皮细胞下游通路磷酸脂酶C-γ1(phospholipase C-γ，PLC-γ1)和效应分子并下调紧密连接蛋白-5(claudin-5，CLN-5)和紧密连接跨膜蛋白(occludin，OCLN)的表达，最终导致血-脑脊液屏障破坏[9]。另外，Chapouly等[10]利用EAE模型研究结果显示，反应性AS激活VEGF-A和TYMP(以前称为内皮细胞生长因子：ECGF1)，联合产生2脱氧核糖并作用于血-脑脊液屏障的渗透率，最后导致其破坏。血-脑脊液屏障破坏后，抗原特异性T细胞进入神经系统，引起细胞因子的链锁反应导致髓鞘脱失。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一族能消化内皮下基底膜和细胞外基质成分的肽链内切酶类物质，能降解细胞外基底层的胶原蛋白从而引起血-脑脊液屏障的损害，开放血-脑脊液屏障使T细胞聚集在CNS。Hsu等[11]观察MMP-9基因敲除的小鼠时发现其AS肌动蛋白支架结构和作用异常，正常表达MMP-9的小鼠比MMP-9基因敲除的小鼠形成严重胶质瘢痕。组织基质金属蛋白酶抑制物-1(tissue inhibitor of meta11oproteinase-1，TIMP-1)是EAE过程中AS表达的MMP的免疫抑制剂。然而体外实验表明，TIMP-1基因缺失的小鼠更具有免疫细胞侵入和激活的条件[12]。

1.4趋化因子上调在MS患者脑脊液中趋化因子IP-10(interferon-inducible protein-10)、Mig(monokine induced by IFN-γ)、RANTES(regulated activation normal T cell expressed and secreted)、MIP-1α(macrophage inflammatory protein-1α)、CCL20等趋化因子上调。很多学者认为，AS是MS患者组织中趋化因子上调的主要细胞。在MOG诱导的EAE小鼠实验中，AS分泌的趋化因子(CX3CL1)激活T细胞和单核细胞因子。在脱髓鞘病变附近AS细胞上调趋化因子SDF-1(stromal cell-derived factor-1)和趋化因子MCP-1(monocyte chemoattractant protein-1)，招募巨噬细胞、小神经胶质细胞和淋巴细胞导致MS发病。Zhou等[19]使用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)和ELISA方法研究基因敲除的小鼠时，活化的AS分泌趋化因子CCL20，并诱导辅助性T细胞17迁移。体外研究证实，人类AS可分泌IP-10、MCP-1等趋化因子，并诱导炎性细胞因子IL-1β、TNF-α和IFN-γ[20-21]，为T细胞激活提供了炎性环境。

1.5抑制髓鞘及轴突再生少突胶质细胞是再生髓鞘及轴突的重要细胞。为保证髓鞘再生，少突胶质细胞前体细胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs)必须从侧脑室室管膜下区脱髓鞘区迁移，进而成熟为少突胶质细胞促使髓鞘再生。体外实验证明AS抑制OPC和施万细胞发生迁移。透明质酸(hyaluronic acid，HA)在抑制OPC成熟中起重要作用。研究结果显示，HA在MS病损区AS中被发现，并可抑制MS病灶中OPC的成熟和髓鞘再生，其中Toll样受体 2(toll-like receptor 2，TLR2)作为HA的受体，在抑制OPC的成熟和髓鞘再生中发挥主要作用[22]。Tan等[23]研究发现，EAE小鼠脊髓AS分泌胰岛素样生长因子结合蛋白(insulin-like growth factor binding protein，IGFBP-7)表达上调，其上调可能抑制OPC的成熟。另有研究结果显示，在EAE急性病灶AS出现增生及肥大反应，分泌营养因子及细胞因子如脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)[24]，形成的胶质疤痕可阻断OPC迁移从而阻碍髓鞘及轴突再生。

2AS在MS发病中的保护作用

在MS的较晚阶段病灶开始修复，髓鞘再生，纤维性AS增生，少突胶质细胞数量增多。在小鼠 cuprizone模型中，AS的一个突出反应与脱髓鞘轴突经AS突起放入鞘中相关，当髓鞘再生开始时减弱，提示AS对脱髓鞘轴突具有保护作用[2]。最近研究表明，AS可以作为CNS的髓鞘形成细胞因子并促进少突胶质细胞祖细胞迁移、增殖和分化。在CNS受损后，活化的AS一方面能产生一些具有神经损伤的细胞因子，另一方面能分泌有利于神经系统恢复的因子来促进神经生长和修复。

2.1释放保护性细胞因子Janssens等[25]通过观察cuprizone小鼠脱髓鞘模型发现，AS中IL-4上调对MS起保护作用，IL-6治疗可使EAE小鼠或脑脊髓炎病毒(TMEV)感染小鼠的髓鞘脱失逐渐减轻。IL-6基因敲除小鼠抵抗EAE模型实验表明，IL-6既可导致炎性反应又具有保护作用。抑瘤素M(oncostatin-M)是IL-6家族的一员，cuprizone小鼠诱导的脱髓鞘模型中，巨噬细胞、小胶质细胞、AS中的抑瘤素M受体(OSMR)上调，且OSMR缺乏小鼠的CNS中出现严重的髓鞘脱失。Ding等[26]研究证明，EAE小鼠AS中高表达IL-9，且促使趋化因子CXCL9、趋化因子CCL20、MMP-3等细胞因子上调。IL-9与其他促炎细胞因子组合，抑制OPC增殖和分化，但与IFN-γ结合能促使OPC增殖和分化。AS亦被证明能促进神经营养因子-3、神经营养因子-4、神经生长因子、BDNF、睫状神经营养因子、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)等神经营养因子的释放。既往研究认为EAE中AS分泌的胰岛素样生长因子结合蛋白-2(IGFBP-2)作用于IGF-1，使少突胶质细胞表达IGF-1受体，促进髓鞘再生。然而，Chesik等[27]研究结果显示，上调MS病灶中反应性AS分泌的IGFBP-2可增强IGF-1介导的AS有丝分裂，AS大量活化可能是MS恢复的主要原因。

2.2形成胶质瘢痕Van strien等[28]研究经促炎细胞因子处理后的原代大鼠AS时发现，AS细胞内和细胞表面转谷氨酰胺酶(transgluteminase 2，TG2)的活性增加，TG2在AS与AS细胞外基质蛋白的相互作用过程中起重要作用，可促进AS的黏附和迁移，并组织重塑、形成胶质瘢痕；另外，在MS等慢性神经炎性疾病条件下，AS表面的TG2参与细胞外基质的重塑，最后形成胶质瘢痕。AS胶质瘢痕中硫酸软骨素蛋白多糖(chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs)的致密网络组成弥散屏障，可保护周围组织免受细胞外钾、 谷氨酸、 嘌呤等水平升高导致的继发变性。AS与细胞外基质分子结合并集中细胞因子、趋化因子和生长因子并对MS起保护作用。

综上所述，在MS发病过程中AS不仅能通过血-脑脊液屏障破坏、抗原呈递、促进T细胞反应、趋化因子上调、抑制髓鞘再生等促进MS发病，另一方面AS通过分泌神经营养因子、促进髓鞘再生而起到保护神经作用。但至今AS在MS中的作用机制还不完全清楚，治疗靶点也不明确。从AS在MS中的作用来看，促进AS发挥其保护作用，抑制AS的损伤作用或许是未来药品开发的靶点。

参考文献：

[1]尚晓玲.益肾达络饮治疗多发性硬化的神经免疫机制研究[D].北京：北京中医药大学，2006.11-31.

[2]Celia F，Brosn，Dric S.The astrocyte in multiple sclerosis revisited[J].神经损伤与功能重建，2013，8(2)：131-138.

[3]Hoftberger R，Aboul-Enein F，Brueck W,et al.Expression of major histocompatibility complex class I molecules on the different cell types in multiple sclerosis lesions[J].Brain Pathol，2004，14(1)：43-50.

[4]Stüve O，Youssef S，Slavin AJ，et al.The role of the MHC class Ⅱ transactivator in class Ⅱ expression and antigen presentation by astrocytes and in susceptibility to central nervous system autoimmune disease[J].J Immunol，2002，169：6720-6732.

[5]邱伟，李蕊.多发性硬化星形胶质细胞免疫调节作用研究进展[J].中国神经免疫学和神经病学杂志，2013，20(2)：132-140.

[6]Rosenman SJ，Shrikant P，Dubb L,et al.Cytokine-induced expression of vascular cell adhesion molecule-1(VCAM-1) by astrocytes and astrocytoma cell lines[J].J Immunol，1995，154(4)：1888-1899.

[7]Tan LJ，Gordon KB，Mueller JP，et al.Presentation of proteolipid protein epitopes and B7-1-dependent activation of encephalitogenic T cells by IFN-gamma-activated SJL/J astrocytes[J].J Immunol，1998，160(9)：4271-4279.

[8]Argaw AT，Asp L，Zhang J,et al.Astrocyte-derived VEGF-A drives blood-brain barrier disruption in CNS inflammatory disease[J].J Clin Invest，2012，122(7)：2454-2468.

[9]张宇，张美妮.星形胶质细胞在多发性硬化中作用的研究新进展[J].中国神经免疫学和神经病学杂志，2014，21(4)：290-292.

[10]Chapouly C，Tadesse Argaw A，Horng S,et al.Astrocytic TYMP and VEGFA drive blood-brain barrier opening in inflammatory central nervous system lesions[J].Brain，2015，138(Pt 6)：1548-1567.

[11]Hsu JY，Bourguignon LY，Adams CM，et al. Matix metalloproteinase-9 facilitates glial scar formation in the injured spinal cord[J].J Neurosci，2008，28(50)：13467-13477.

[12]Crocker SJ，Whitmire JK，Frausto RF,et al.Persistent macrophage/microglial activation and myelin disruption after experimental autoimmune encephalomyelitis in tissue inhibitor of metalloproteinase-1-deficient mice[J].Am J Pathol，2006，169(6)：2104-2116.

[13]Perriard G，Mathias A，Enz L，et al.Interleukin-22 is increased in multiple sclerosis patients and targets astrocytes[J].J Neuroinflammation，2015，16(12)：119.

[14]Constantinescu CS，Tani M，Ransohoff RM,et al.Astrocytes as antigen-presenting cells：expression of IL-12/IL-23[J].J Neurochem，2005，95(2)：331-340.

[15]Broux B，Mizee MR，Vanheusden M,et al.IL-15 amplifies the pathogenic properties of CD4+CD28-T cells in multiple sclerosis[J].J Immunol，2015，194(5)：2099-2109.

[16]Savarin C，Hinton DR，Valentin-Torres A,et al.Astrocyte response to IFN-γ limits IL-6-mediated microglia activation and progressive autoimmune encephalomyelitis[J].J Neuroinflammation，2015，12：79.

[18]Yi H，Bai Y，Zhu X,et al.IL-17 Ainduces MIP-1α expression in primary astrocytes via Src/MAPK/PI3K/NF-B pathways：implications for multiple sclerosis[J].J Neuroimmune Pharmacol，2014，9(5)：629-641.

[19]Zhou Y，Yoshifumi S，Tomohiko A,et al.IL-9 promotes Th17 cell nugration into the central nervous systerm via CC chemokine ligand 20 produced by astrocyte[J].J Immunol，2011，186(7)：4415-4421.

[20]Salmaggi A，Gelati M，Dufour A,et al.Expression and modulation of IFN-gamma-inducible chemokines(IP-10，Mig，and I-TAC)in human brain endothelium and astrocytes：possible relevance for the immune invasion of the central nervous system and the pathogenesis of multiple sclerosis[J].J Interferon Cytokine Res，2002，22(6)：631-640.

[21]Barna BP，Pettay J，Barnett GH,et al.Regulation of monocyte chemoattractant protein-1 expression in adult human non-neoplastic astrocytes is sensitive to tumor necrosis factor(TNF)or antibody to the 55-kDa TNF receptor[J].J Neuroimmunol，1994，50(1)：101-107.

[22]Sloane JA，Batt C，Ma Y,et al.Hyaluronan blocks oligodendrocyte progenitor maturation and remyelination through TLR2[J].PNAS，2010，107(25)：11555-11560.

[23]Tan W，Pu Y，Shao Q,et al.Insulin-like growth factor-binding protein 7 is up-regulated during EAE and inhibits the differentiation of oligodendrocyte precursor cells[J].Biochem Biophys Res Commun，2015，460(3)：639-644.

[24]Nair A，Frederick TJ，Miller SD.Astrocytes in multiple sclerosis：A product of their environment[J].Cell Mol Life Sci，2008，65(17)：2702-2720.

[25]Janssens K，Maheshwari A，Van den Haute C,et al.Oncostatin M protects against demyelination by inducing a protective microglial phenotype[J].Glia，2015，63(10)：1729-1737.

[26]Ding X，Cao F，Cui L,et al.IL-9 signaling affects central nervous system resident cells during inflammatory stimuli[J].Exp Mol Pathol，2015，99(3)：570-574.

[27]Chesik D，De Keyser J，Glazenburg L,et al.Insulin-like growth factor binding proteins：regulation in chronic active plaques in multiple sclerosis and functional analysis of glial cells[J].Eur J Neurosci，2006，24(6)：1645-1652.

[28]Van Strien ME，Brevé JJ，Fratantoni S,et al.Astrocyte-derived tissue transglutaminase interacts with fibronectin：a role in astrocyte adhesion and migration? [J].PLoS One，2011，6(9)：e25037.

(本文编辑：时秋宽)

doi：10.3969/j.issn.1006-2963.2016.03.013

通讯作者：尚晓玲，Email：187102033@qq.com

中图分类号：R746.1

文献标识码：A

文章编号：1006-2963(2016)03-0210-04

(收稿日期：2015-10-12)