小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用及机制研究进展

郭琪琪，韩江全，刘婷

(遵义医科大学第五附属(珠海)医院神经内科，广东 珠海519100)

脑卒中已超过缺血性心脏病、肺癌、慢性阻塞性肺疾病和肝癌跃居我国疾病年龄标准化死亡率首位，且成为2017 年导致过早死亡的主要原因［1］。其中，急性缺血性脑卒中占我国脑卒中的69.6%～70.8%［2］。缺血性脑卒中发生后，梗死区域的神经细胞在几分钟内即可发生坏死，缺血半暗带或梗死周围区域由于血流减少导致神经功能沉默，但仍具有代谢活性，因此挽救脑梗死后缺血半暗带对神经功能恢复及预后至关重要［3］。对于其治疗，目前国内外指南均推荐重组组织型纤溶酶原激活剂静脉溶栓和机械取栓［2，4］。但由于治疗时间窗的限制和出血风险的增加，寻找和发现缺血性脑卒中的新靶标，以及具有长效脑保护作用的新药物仍是缺血性脑卒中防治领域的研究重点和目标。小胶质细胞是脑内常驻免疫细胞，是中枢神经系统损伤的重要防线［5］。以往小胶质细胞激活被认为在缺血性脑卒中起有害作用。研究表明，小胶质细胞激活不仅发挥神经损害作用，还在减轻脑缺血后炎症反应、神经细胞凋亡，促进神经发生和神经功能恢复方面起重要作用［6］。现就小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用及其潜在机制研究进展予以综述。

1 小胶质细胞概述

1.1 起源 德尔·里奥·霍尔特加首次引入现代术语来描述神经胶质细胞，并区分了星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞［7］。小胶质细胞是源自卵黄囊原始祖细胞的脑驻留巨噬细胞，在小鼠胚胎8.5 d 可被检测到。而在人类妊娠的第13 周可以检测到小胶质细胞，在第21 周可以检测到分支的小胶质细胞。参与小胶质细胞发育的重要因素包括集落刺激因子、白细胞介素(interleukin，IL)-34、集落刺激因子受体的衔接子蛋白和干扰素调节因子8。其中，集落刺激因子和IL-34 缺乏均会导致小胶质细胞密度降低，在干扰素调节因子8 和集落刺激因子受体的衔接子蛋白缺陷小鼠中，小胶质细胞密度明显降低［8-9］。

1.2 生理功能 小胶质细胞是大脑的吞噬细胞，可吞噬整个细胞或细胞亚结构。在中枢神经系统发育过程中，产生的大约一半的神经元或神经胶质细胞(如少突胶质细胞)会被消除。而小胶质细胞可以识别程序性死亡的细胞，其常在细胞程序性死亡之前或之中迁移到中枢神经系统的不同区域，发挥吞噬作用。且小胶质细胞可以消除多余的突触连接。研究表明，小胶质细胞具有神经可塑性，在稳态条件下，神经元活动可以调节小胶质细胞的吞噬，主要通过小胶质细胞与轴突末端和树突棘相互作用来完成，从而在神经可塑性的范围内清除健康脑组织的突触［9］。此外，小胶质细胞还可通过促进神经前体细胞的增殖和存活，从而促进中枢神经系统的发育。1.3 表型 在生理条件下，小胶质细胞显示出经典的分枝形态，被称为“静息小胶质细胞”。而神经退行性疾病、感染、局部缺血和脑内稳态的改变导致小胶质细胞形态、基因表达和功能行为的急剧变化。这个过程称为“小胶质细胞激活”。活化的小胶质细胞不仅能发挥神经损害作用，也能产生神经保护的效应物。神经保护及神经毒性依赖于小胶质细胞上的特异性激活信号［10］。极化是指小胶质细胞受到外源性物质的干扰达到特定的表型，并存在一种或多种分子标记和分子分布的明显变化［8］。在外界因素刺激下，小胶质细胞分化为M1 和M2 表型。其中，经典激活的M1 型小胶质细胞通过脂多糖、γ 干扰素及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子诱导［11-12］，释放破坏性的促炎介质，如肿瘤坏死因子-α、IL-1β、IL-6、γ 干扰素、γ 干扰素诱导单核细胞因子9 和10等，进一步诱发广泛的炎症反应，导致神经损伤［13］;而选择性激活的M2 型小胶质细胞分泌抗炎细胞因子和神经营养因子，如IL-10、转化生长因子-β、脑源性神经营养因子和神经胶质细胞源性神经营养因子［14］，参与组织修复、清除细胞碎片、提供营养因子及维持感染或损伤后组织动力学［15-16］。根据特异性激活物的不同，M2 型小胶质细胞可分为M2a、M2b、M2c。M2a 由IL-4 和IL-13 刺激产生，抑制活化B 细胞的核因子κB 信号转导和抗炎表型;M2b由免疫复合物和脂多糖刺激产生，分泌抗炎细胞因子(如IL-10);M2c 由IL-10 和转化生长因子-β 刺激产生，与免疫抑制和组织重构有关［17］。

2 小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用

2.1 表型极化 脑缺血后，包括血液巨噬细胞在内的周围炎症细胞被招募到大脑的缺血区域，小胶质细胞迅速激活并在第1 天迅速迁移到缺血区域。在脑缺血早期，小胶质细胞首先被极化为“健康”的M2 型，之后再过渡到“病态”的M1 型。体外实验显示，缺血脑组织内小胶质细胞主要向M1 型分化［18］。在脑缺血亚急性期，小胶质细胞由M2 型转变为M1 型，不利于脑组织恢复［16］。因此，在脑缺血后通过抑制小胶质细胞M1 型极化，促进M2 型极化，可能是脑缺血的治疗靶点。

2.2 自噬 自噬是先天免疫反应的重要调节器。在生理情况下，自噬通过溶酶体清除有毒物质和老化细胞器，在促进神经元健康和存活中起主要作用［19］。自噬是一个多步骤的过程，其在细胞或组织损伤后的动态变化具有时间依赖性。因此在特定的病理环境中，自噬可能在早期起细胞保护和促进生存的作用;相反，自噬的长期诱导可能导致有害的自噬通量(自噬体的产生和降解组成的均衡循环)失调，最终导致凋亡或坏死性细胞死亡［20-21］。研究发现，自噬通量障碍可能会导致缺血性神经元死亡［22］。如果自噬体的产生和降解平衡，则可以维持体内稳态，从而使神经元存活。但当自噬过程的后期阶段(成熟或降解)有缺陷时，自噬降解会受到损害，这会导致自噬体的病理性蓄积和随后的神经变性。间歇性禁食可以预防局灶性脑缺血中的神经元损伤，这种保护部分是通过最小化干扰自噬通量和抑制细胞凋亡实现［23］。自噬的上调在新生大鼠的脑缺氧缺血模型中具有神经保护作用［24］。小胶质细胞作为大脑中先天免疫系统的主要参与者，自噬调节可能对其吞噬和炎症产生功能性影响。在啮齿动物急性缺氧缺血性脑损伤模型的脑组织中，有学者持续观察到自噬结构和标志物［19］。自噬可能调节缺血性脑损伤后的小胶质细胞炎症反应，但尚不清楚自噬是正调控还是负调控［19］。因此，通过自噬通量调控小胶质细胞炎症反应可能是脑缺血的有效治疗策略。

2.3 凋亡 以往脑缺血后的细胞死亡在本质上被认为是完全坏死，但有研究表明，脑卒中后缺血半暗带的许多神经元将发生凋亡［3］。侧支血管缺血半暗带中葡萄糖和氧气的供应通常会导致一种缓慢的能量依赖性细胞死亡模式，称为凋亡。脑缺血后诱导的凋亡不仅发生在神经元中，在非神经元细胞中也普遍存在。脑缺血引起细胞凋亡的一般途径有两条:①内源性途径，源于线粒体释放细胞色素C 和相关的胱天蛋白酶(caspase)3 刺激;②外源性途径，源于激活细胞表面死亡受体，刺激caspase-8 产生［3］。脑缺血导致小胶质细胞死亡，与促凋亡蛋白(B 细胞淋巴瘤/白血病-2 相关X 蛋白)、死亡蛋白酶(caspase-3)的表达增加和B 细胞淋巴瘤/白血病-2基因的表达减少有关［25］。视黄酸/干扰素联合应用诱导细胞凋亡相关基因-19 在整个大脑中广泛分布，其高表达可促进细胞凋亡。在小鼠短暂的全脑缺血后，海马中的反应性星形胶质细胞和小胶质细胞诱导视黄酸/干扰素联合应用诱导细胞凋亡相关基因-19 发生免疫反应，促进细胞凋亡［25］。在长期缺血暴露后，σ 受体激动剂、黄芩素通过减少B 细胞淋巴瘤/白血病-2 相关X 蛋白和caspase-3 的表达及增加B 细胞淋巴瘤/白血病-2 的表达，降低小胶质细胞毒性和减少细胞死亡［26-27］。虽然缺血半暗带受到脑梗死的威胁，但通过调控细胞凋亡来挽救缺血半暗带的神经细胞可能是治疗缺血性脑卒中的潜在方法。

3 小胶质细胞在缺血性脑卒中的潜在作用机制

3.1 激活1-磷酸鞘氨醇受体(sphingosine-1-phosphate receptors，S1PRs) S1PRs 家族是G 蛋白偶联的受体，由5 个亚型(S1PR1 ～S1PR5)组成，与配体1-磷酸鞘氨醇相结合发挥生物学效应。其中，S1PR1、S1PR2、S1PR3 和S1PR5 在神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞上均有表达。研究表明，S1PR1、S1PR2、S1PR3 在缺血性脑卒中中参与了小胶质细胞的激活［28］。S1PR1 激活是短暂性局灶性脑缺血后脑损伤的致病因素，其能调节小胶质细胞激活、脑源性神经营养因子基因下调和血脑屏障功能障碍。选择性的S1PR1 功能拮抗剂AUY954 通过抑制S1PR1 激活减轻脑缺血后脑损伤［29］。研究表明，在脑缺血再灌注损伤后，S1PR2 在破坏神经血管完整性中起关键作用，但S1PR2 基因缺失或S1PR2 药理作用的抑制可促进脑血管完整性，从而导致神经元死亡减少和神经系统功能评分提高。同时，抑制S1PR2可以有效阻止实验性脑卒中的脑水肿和自发性出血性转化，S1PR2 拮抗剂JTE013 在脑卒中发作4.5 h内发挥脑保护作用［30］。在缺血性脑卒中中，S1PR3触发了M1 型小胶质细胞极化后的促炎反应，从而激活核因子κB 信号转导以及增加促炎细胞因子的表达［31］。芬戈莫德是美国食品药品管理局批准的治疗多发性硬化的一线药物，作为S1PR1、S1PR3 潜在拮抗剂，其通过核内鞘氨醇激酶2-鞘氨醇-1-磷酸轴，促进小胶质细胞由M1 型向M2 型转化，从而减轻缺血性脑卒中后的组织损伤，促进神经康复［32］。

3.2 激活Toll 样受体(Toll-like receptor，TLR)TLR 是调节小胶质细胞激活的一类关键受体。TLR是模式识别受体，其对于识别病原体相关分子模式和内源性危险相关分子模式的免疫系统必不可少。其中，在人脑中表达的主要为TLR4 和TLR2。TLR4 和TLR2 定位于细胞表面并在识别脂多糖后被激活，其能触发两种细胞内信号级联:髓系分化因子88 依赖性途径和含Toll/IL-1 受体结构域的衔接子诱导β 干扰素依赖性途径，两者均会激活核因子κB，发挥促炎作用［33］。在小胶质细胞激活过程中，miR-203 对髓系分化因子88 的抑制减轻了氧糖剥夺诱导的小胶质细胞炎症和神经元损伤［34］。研究发现，坏死性神经元可能通过髓系分化因子88 信号转导调节缺血皮质中小胶质细胞/巨噬细胞的M1/M2 平衡［35］。氧糖剥夺可降低BV2 细胞活力，激活TLR2/4-核因子κB 信号通路，增加促炎因子的释放［36］。

3.3 激活核苷酸结合寡聚化结构域样受体(nucleotidebinding oligomerization domain-like receptor protein，NLRP) NLRP 是细胞内模式识别受体，包括NLRP1 ～NLRP14，其可检测细胞微环境中的任何有害物质或不规则物质并形成炎症小体，从而进一步导致炎症反应［37］。研究证实，脑缺血后在神经元与神经胶质细胞中可检测到NLRP1、NLRP3，且呈高表达状态［38］。NLRP1、NLRP3 炎症小体通过激活前caspase-1 裂解为caspase-1 而成为炎症的关键介体，caspase-1 负责引发和放大促炎细胞因子(IL-1β 和IL-18)的产生，诱导细胞凋亡，并最终导致脑缺血后神经元和神经胶质细胞死亡［39］。在体内外缺血条件下，静脉注射caspase-1 抑制剂和免疫球蛋白制剂可减弱原代皮质神经元中NLRP1 和NLRP3 炎症小体的表达和活化，抑制caspase-1 活化及IL-1β 和IL-18 成熟，从而减小脑梗死面积，发挥细胞保护作用。其可能与抑制核因子κB 和促分裂原活化的蛋白激酶信号通路的激活、抑制caspase-3 体外激活，上调B 细胞淋巴瘤/白血病-2 的表达有关［38］。有研究证明，在缺氧缺血脑损伤后，NLRP3 炎症小体参与了小胶质细胞的炎症反应［40］。小胶质细胞在缺氧缺血脑损伤后24 h极化为主要的促炎表型。脂多糖或缺氧缺血导致的脑损伤依赖于IL-1β 和IL-18 的增多，而NLRP3 活化可以促进IL-1β 和IL-18 高表达，导致小胶质细胞活化并向炎症表型转化，发挥促炎作用［40］。NLRP2主要在人、小鼠的星形胶质细胞中表达，在神经元及小胶质细胞中基本没有表达［37，41］。且NLRP2 在体内缺血性脑卒中小鼠模型中和氧糖剥夺后星形胶质细胞上的表达明显增加，沉默NLRP2 基因可减少氧糖剥夺诱导的细胞凋亡［41］。因此，针对神经元中炎症小体激活的治疗性干预措施可能能为缺血性脑卒中的治疗提供新思路。

3.4 激活过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs) PPARs 是核受体超家族中配体激活的核转录因子，其在葡萄糖吸收的调节、脂质代谢的稳态中起重要作用，在中枢神经系统疾病方面尤其是缺血性脑损伤中有重要的保护作用［42］，同时还参与了抗炎相关基因的表达［43］。PPARs 有三种亚型即PPARα、PPARβ 和PPARγ，研究表明，活化后的PPARs 三种亚型对缺血性脑卒中均有一定的神经保护作用［42］。PPARα 激动剂芳樟醇可诱导小胶质细胞由M1 型转化为M2 型，保持“抗炎样表型”，通过减少促炎标志物(IL-1β、环加氧酶-2 及核因子κB)表达和调节核因子E2 相关因子2 易位应对兴奋毒性事件，发挥其抗炎作用［19］。双重PPARα 和PPARγ 激动剂阿格列扎显著减少了与小胶质细胞活化相关基因(IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α、诱导型一氧化氮合酶、核因子κB 和IL-18)的表达，并抑制一氧化氮的释放［44］。而激活PPARγ可以减轻炎症，发挥保护作用，XQ-1H(一种新颖的衍生物银杏内酯B)通过激活缺血性脑卒中后的PPARγ 信号通路促进小胶质细胞抗炎表型的极化，从而发挥抗炎作用，减小脑梗死面积，减轻脑水肿，改善大鼠行为和记忆恢复［45］。

3.5 激活嘌呤能离子通道型受体7(purinergic ligandgated ion channel 7 receptor，P2X7R) P2X7R 是ATP激活的非选择性阳离子通道型受体，在巨噬细胞、肥大细胞和小胶质细胞上大量表达，其活化后释放促炎介质和加速细胞死亡［46］。在生理状态下，P2X7R被认为是一种“沉默受体”，其在没有ATP 的刺激下将凋亡细胞和细菌直接结合到细胞外，促进吞噬作用。但在病理情况下，P2X7R 过度表达，细胞损伤后大量的ATP 从细胞中释放出来，P2X7R 通道转变为开放状态，允许小阳离子通过，如Na+、K+和Ca2+。P2X7R 的长时间持续激活和维持其开放状态，最终导致膜起泡和细胞死亡［47-48］。坏死细胞提供了广泛的细胞外ATP 来源，进一步加重P2X7R 通道持续激活，从而导致细胞严重损伤。此外，P2X7R 还介导人小胶质细胞的先天免疫。其通过激活炎症小体，降低小胶质细胞吞噬能力并产生成熟的caspase-1，促进人中枢神经系统的炎症［48］。P2X7R 拮抗剂亮蓝G 不仅能减少促炎细胞因子的产生和分泌，减少局灶性脑缺血后DNA 片段化，抑制小胶质细胞过度活化，同时还增加了缺血后存活神经元的数量［49］。因此，P2X7R 特异性拮抗剂可能是治疗缺血性脑卒中的新药物。

4 小 结

小胶质细胞在缺血性脑卒中中起双相调节作用。在脑缺血后，小胶质细胞被激活、迁移，通过M1、M2 表型极化分别起促炎、抗炎作用，同时通过抑制M1 表型极化或促进M2 表型极化发挥保护作用，但诱导细胞极化的研究只局限动物实验和体外实验，其潜在机制仍需进一步研究。脑缺血后细胞凋亡涉及许多复杂的信号通路。通过调控缺血半暗带的神经元凋亡，可最大程度挽救濒死的神经细胞，促进神经功能恢复。另外，激活S1PRs、TLR、NLRP 炎症小体、PPARs、P2X7R 可能是缺血性脑卒中后调控小胶质细胞的潜在机制，其更多机制还需进一步研究。