小胶质细胞在脑缺血再灌注损伤中的治疗作用和进展

熊 莉，彭丽佳，邵建林 (昆明医科大学第一附属医院麻醉科，云南 昆明 650500)

小胶质细胞通过吞噬垂死的神经元和激活程序性细胞死亡来调节神经发生，是中枢神经系统(central nervous system，CNS)的常驻免疫细胞，负责维护脑内稳态[1]。小胶质细胞在大脑发育、突触重塑和认知改善过程中起着重要的作用，此外，小胶质细胞还对感染与脑损伤作出应答[2]。一项研究证实，脑缺血再灌注(ischemia reperfusion，I/R)会导致神经功能缺损、认知功能丧失和严重的脑损伤[3]。脑I/R损伤后，小胶质细胞发生活化，由于小胶质细胞同时涉及神经退行性变以及神经形成，其活化的优点和缺点难以判断，所以多年来，小胶质细胞在脑缺血中的确切作用一直是争论的焦点，其激活机制尚不完全清楚[4]。因此，加深对脑I/R损伤后小胶质细胞活动的认识将有助于保护神经功能。目前，已证实有几种干预措施在脑I/R损伤期间能通过降低小胶质细胞的活性达到神经保护作用[5]。另外，脑I/R损伤后高氧复苏和热疗加重脑损伤与小胶质细胞活性增加有关[6]。因此，本文就脑I/R损伤后小胶质细胞活化的机制和意义及脑I/R损伤后不同治疗方法对小胶质细胞活性的影响进行综述。

1 小胶质细胞的特点

小胶质细胞起源于早期胚胎发生期间卵黄囊中的红血球样祖细胞，红血球样祖细胞分化为微胶质祖细胞后存在于中枢神经系统[7]。在各种刺激作用下，维持中枢神经系统稳态的小胶质细胞可以获得活化的表型，并促进病理过程的发展。有研究认为小胶质细胞与巨噬细胞一样，既具有促炎性(M1型)，也具有抗炎性(M2型)[8]。然而，在一项研究中发现，活化的小胶质细胞可能同时产生神经保护因子和神经毒性因子[9]。此外，小胶质细胞可以在体外产生促炎细胞因子和抗炎细胞因子，如TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-12、IL-10等。小胶质细胞的形状具有高度可塑性，其表象变化与其活化状态和生物学功能密切相关，包括分枝状、血管周、阿米巴样、静止型和活化亚型，这取决于其发育阶段、功能状态和解剖学位置[10]。小胶质细胞具有明显的吞噬作用，并在内分泌、免疫学过程、中枢神经系统发育和神经重塑等几种功能中起着重要作用。脑缺血可诱导小胶质细胞活化，并且可对其活性进行精确调节[11]。

2 脑缺血后小胶质细胞的活化及其机制

脑缺血后的反应包括氧化应激、炎症和神经毒性等，在寻找有效的脑缺血治疗策略中，因为激活的小胶质细胞是引起神经炎症的关键，其被认为是潜在的治疗靶点[12]。小胶质细胞具有神经保护作用和/或神经毒性作用，其通过持续监测微环境，吞噬坏死细胞，分泌营养因子，去除轴突和修剪多余的突触来影响神经元连接[13]；另一方面，过度活化的小胶质细胞可能会损害脑氧化代谢，并产生过多的促炎症介质，加剧脑损伤[14]。鉴于此，抑制小胶质细胞活化已被认为是减轻脑缺血中基于小胶质细胞的神经炎症的治疗策略[15]。小胶质细胞激活的时间模式与其对脑细胞的影响方面存在矛盾的数据[16]。短暂性全脑缺血或脑内局灶性缺血触发静息的小胶质细胞/巨噬细胞极化为M2型，这主要在脑中发挥抗炎和保护作用；但缺血时间延长则会促进小胶质细胞分化为M1型，在恢复的后期阶段，最初极化成M2型的小胶质细胞可以转变成M1型[17]。所以在受影响的区域中存在两种表型的细胞，但是这两种细胞的相对量随时间而变化，并且还可能取决于其与缺血核心的接近程度。几种M1型特异性细胞因子对星形胶质细胞具有保护作用，这可能对缺血后发生的反应性神经胶质增生具有重要作用[18]。因此，脑缺血后抑制小胶质细胞的活性对神经系统结局是否有益仍然不清楚。

小胶质细胞能够合成许多和膜结合的可溶性生物分子，已知有些具有神经保护作用，有些具有神经毒性，而另一些则具有较低的生物活性，因此，小胶质细胞激活这些生物分子的机制已成为脑缺血研究中的重要领域[19]。在小胶质细胞分泌的生物分子的调控下，补体蛋白、趋化因子、促炎性细胞因子、神经营养因子、激素和蛋白酶以及几个重要的信使分子发挥了重要作用，在缺血性损伤期间对细胞外信号作出反应[20]。因此，调节小胶质细胞上受体或蛋白分子的表达，抑制小胶质细胞的过度活化和促炎性细胞因子的产生，促进神经保护性物质的释放，可能有利于脑缺血的治疗[21]。

3 全脑I/R与小胶质细胞活性

类似于心脏I/R损伤，完全脑血流丧失后再灌注最终导致脑损伤。有研究用双侧颈总动脉闭塞(bilateral common carotid artery occlusion，BCCAO)的动物模型来演示全脑缺血的特征，造成全脑I/R[22]。关于I/R后的小胶质细胞活性的数据，有研究发现缺血期间小胶质细胞活性降低，小胶质细胞减少且伸缩率减弱，但是脑I/R后的小胶质细胞活性升高，这些数据表明大脑血流是维持小胶质细胞活性的必要条件，脑I/R促进了小胶质细胞形态和活性的改变[23]。一项研究调查了脑I/R后年龄和缺血持续时间对小胶质细胞活性的影响，在短暂的大脑缺血期(5 min闭塞)后，成年蒙古沙土鼠的小胶质细胞活化时间(再灌注后4 d)要短于幼年蒙古沙土鼠(再灌注后7 d)；相反，在更长的缺血时间(15 min闭塞)后，幼年蒙古沙土鼠的小胶质细胞活化时间(再灌注后3 d)比成年蒙古沙土鼠(再灌注后4 d)更短[24]。这些研究数据表明脑I/R时年龄和缺血持续时间均是小胶质细胞活性的影响因素。

海马是认知的重要区域，海马CA1区和海马CA2/3区的小胶质细胞活性比较结果显示，相较于CA2/3区，小胶质细胞的激活更多集中在CA1区，提示海马CA1区是I/R后最易受损的区域[25]。再灌注5 d后，小胶质细胞的激活与神经元氧化应激增加和抗氧化水平降低相关，随着抗氧化剂的减少，小胶质细胞活性和氧化应激增加，导致更多的神经元变性和神经元细胞死亡[26]。此外，Wei等[27]使用抗胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)免疫组化染色测定海马中星形胶质细胞的活性，发现星形胶质细胞的作用包括促进神经元存活、髓鞘形成、突触形成和神经形成及调节血脑屏障。尽管I/R期间胶质纤维酸性蛋白阳性(GFAP+)细胞数增加，但形态学改变提示全脑I/R后星形胶质细胞的功能受损[27]。所有这些数据都表明全脑I/R后小胶质细胞活性增加，星形胶质细胞活性降低，以上都取决于缺血持续时间、受试者年龄和缺血区域。

4 局灶性脑I/R与小胶质细胞活性

脑血管缺血可发生于特定的血管如大脑中动脉(middle cerebral artery，MCA)，导致特定大脑区域损伤。在动物模型研究中，使用闭塞MCA和右颈内动脉后再灌注24～48 h可诱导局灶性脑缺血[28]。I/R后，随着小胶质细胞的形态转化，有学者采用增强Iba-1、ED-1、IB-4阳性免疫染色观察到同侧大脑半球的小胶质细胞活性相比对侧大脑半球增加[29]。此外，坏死核心区和梗死周围区的小胶质细胞活性更强，这与氧化应激和Caspase3活性增加有关[30]。因此，脑I/R期间小胶质细胞可能通过调节同侧大脑细胞的凋亡而发挥作用。

小胶质细胞活性对局部炎症的反应：在大脑局灶性I/R模型中，可观察到多种浸润的炎症细胞和炎症细胞因子，如单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、CD4+T细胞、TNF-α、IL-1β和TGF-β，局部和浸润性炎症标记物的增加提示局灶性脑I/R会引起大脑炎症[31]。关于局灶性脑I/R对星形胶质细胞功能的影响，有研究报道局灶性脑I/R能增加GFAP+细胞数，但是，在这个模型中没有测量星形胶质细胞的形态[32]。这些数据表明局灶性脑I/R也会引起氧化应激，小胶质细胞过度活跃，大脑炎症以及神经元凋亡，最后导致神经功能缺损。

5 心脏I/R后关于小胶质细胞活性的治疗方法

心脏I/R后对于小胶质细胞活性调节的研究有限。可溶性环氧化物水解酶抑制剂被用来研究其在心脏I/R期间对小胶质细胞活性调节的作用。再灌注30 min后给予可溶性环氧化物水解酶抑制剂，可降低小胶质细胞活性，但并不能改善神经功能，因为在心脏I/R损伤后采用可溶性环氧化物水解酶抑制剂治疗的小鼠和接受赋形剂治疗的小鼠的神经功能缺损评分并无不同[33]。另一项研究表明再灌注30 min后电针百会、足三里穴位可以降低小胶质细胞活性,减少细胞凋亡，同时完整保存神经元，提示电针能降低小胶质细胞的活性和凋亡率，提高心脏I/R后留存神经元的生存率[34]。因此，可溶性环氧化物水解酶抑制剂和电针均可降低小胶质细胞的活性，但只有电针对心脏I/R损伤后的神经细胞有保护作用。尽管两项研究都显示了干预措施的有益效果，但只确定在再灌注期具有治疗效果，在缺血前、缺血期间或再灌注开始时进行治疗干预，对小胶质细胞活性的影响效果尚不清楚[35]。

6 全脑I/R后关于小胶质细胞活性的治疗方法

平衡活化小胶质细胞的神经保护和神经毒性作用仍然是一个具有挑战性的问题。有研究显示，全脑I/R后使用卢非酰胺、度洛西汀和泛素可降低小胶质细胞活性，保护神经元功能[36]。另一方面，全脑I/R后高温和高氧复苏可增强小胶质细胞的活性，使脑功能进一步恶化[37]。在动物模型中，探索关于药物干预对小胶质细胞活性的有益效果，使用预处理剂量为100 mg/kg的卢非酰胺(抗癫痫药物)和预处理剂量为40 mg/kg的度洛西汀(抗抑郁药)可降低小胶质细胞的活性[38]。这与神经元细胞存活增加、神经元细胞死亡减少、星形胶质细胞数量减少相关。此外，许多传统中草药已用于脑缺血的临床治疗。中草药提取物灯盏花素不仅可以抑制小胶质细胞的活化，改善神经炎症，还可以增强星形胶质细胞反应[39]。此外，黄芪苷可通过上调神经营养因子的表达来增强星形细胞反应，从而起到神经保护作用[40]。

以上研究提示，药物干预可降低小胶质细胞的活性，从而减少神经元细胞死亡，提高全脑I/R后神经元细胞生存率。相反，热疗和高氧复苏治疗全脑I/R会增强小胶质细胞的活性并提高神经元细胞死亡率。此外，高温也会降低抗氧化酶的水平和活性，高氧复苏并不会改变星形胶质细胞的功能。

7 展望

全身及局灶性脑缺血引起的大脑I/R损伤是一种破坏性的过程。小胶质细胞在再灌注后被激活，与氧化应激、炎症和细胞凋亡有关，这将导致神经功能缺损和脑死亡。活化的小胶质细胞在清除组织碎片、保护和支持剩余的脑细胞以及在信号传导中起着关键作用。但是，激活小胶质细胞，触发M1型和M2型之间转变的确切机制，激活的时间模式以及激活的小胶质细胞衍生的细胞因子和趋化因子对其他细胞的作用，这些仍不完全清楚。了解小胶质细胞的激活特征和确保适当的治疗措施，有助于防止永久性脑损伤，减少大脑损伤。几种药理学干预可降低/减少小胶质细胞活性、氧化压力和炎症，从而减轻大脑损伤，改善神经功能。然而，所有这些治疗都是在单一时间点进行。因此，未来在脑I/R过程中于不同时间点进行不同方案治疗，在缺血期和/或再灌注期采取积极治疗干预，可以更深入广泛地了解小胶质细胞的功能，更好地保护大脑及神经功能，改善脑缺血预后。