周细胞在缺血性脑卒中的作用机制进展

彭拥军 李文倩 吕鹤群

[摘要] 脑周细胞是神经血管单元的重要组成部分，近年来关于脑缺血的研究重点逐渐从神经元转移到神经血管单元。周细胞位于神经血管单元的中心，近年来成为新兴研究领域中的焦点。脑周细胞通过整合、处理邻近细胞的信号产生反应，发挥多种功能，包括调节血脑屏障、调节脑血流、调节免疫炎症反应、参与血管生成、调控干细胞活性以及表观遗传调控等。本文通过检索近年来国内外相关文献，探讨周细胞在缺血性脑卒中的功能和作用机制，为缺血性脑卒中机制研究提供参考，为发现新的治疗靶点提供思路。

[关键词] 缺血性脑卒中;周细胞;神经血管单元;血脑屏障

[中图分类号] R743.3          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）10（b）-0029-04

[Abstract] Cerebral pericytes are an important part of neurovascular units. In recent years， the focus of research on cerebral ischemia has gradually shifted from neurons to neurovascular units. Pericytes are located in the center of neurovascular units and have become the focus of new research fields in recent years. Pericerebral cells perform a variety of functions by integrating and processing the signals of neighboring cells， including regulating the blood-brain barrier， regulating cerebral blood flow， regulating immune inflammatory response， participating in angiogenesis， regulating stem cell activity and epigenetic regulation. By reviewing the relevant literature at home and abroad in recent years， this paper discusses the function and mechanism of pericytes in ischemic stroke， so as to provide reference for the study of the mechanism of ischemic stroke and provide ideas for the discovery of new therapeutic targets.

[Key words] Ischemic stroke; Pericytes; Neurovascular units; Blood-brain barrier

腦卒中是当今世界上发病率、死亡率、致残率最高的疾病之一，是60岁以上人群致残及死亡的第二大因素，缺血性脑卒中（ischemia stroke，IS）占其中的80%[1]。脑缺血发生后随着一系列分子细胞事件的发生，进而引发免疫炎症反应、神经胶质细胞活化、血脑屏障（brain blood barrier，BBB）破坏、神经元死亡等。既往以挽救及保护神经元为主要治疗目标，而近年来提出的神经血管单元（neurovascular units，NVU）成为新的治疗保护策略。NVU由内皮细胞、周细胞、神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和细胞外基质构成。近年来，越来越多的研究发现周细胞在IS的发生发展中具有重要作用，参与脑血流调节、BBB的破坏、免疫炎症反应、血管生成等过程，并具有表观遗传学调控作用，有望成为IS的新的治疗靶标。本文通过检索近年国内外相关文献，探讨周细胞在缺血性脑卒中的功能和作用机制，为缺血性脑卒中机制研究提供参考，为发现新的治疗靶点提供思路。

1 周细胞在中枢神经系统（central nervous system，CNS）的生理功能

19世纪70年代Eberth和Rouget最早对周细胞进行描述，1923年Zimmermann根据其独特的位置形态将其命名为“周细胞”[2]。周细胞广泛分布于微血管系统，嵌于内皮细胞的基底膜内，是微血管壁组成之一，又称为壁细胞。周细胞在组织器官中的分布密度具有较大差异，在CNS中密度最高，内皮细胞和周细胞的比例为1∶1～3∶1[3-4]。脑周细胞位于NVU的中心，通过接受、整合及处理邻近细胞发出的信号产生反应，对维持CNS正常功能具有重要作用，参与BBB的形成和维持、脑血流（cerebral blood flow，CBF）调节、免疫炎症反应调节、血管生成及稳定等过程;同时，在缺血/缺氧情况下，周细胞可表现出多能干细胞特性。越来越多的研究显示周细胞功能异常及缺失在多种脑血管疾病的发病机制中起着关键作用。

2 周细胞在IS中的作用机制

2.1 周细胞对BBB的影响

BBB是CNS和循环系统之间的主要物理屏障，可防止有害物质，如神经毒素、微生物等进入脑内，保护CNS内环境稳态，其形成及成熟维持依赖于周细胞、内皮细胞以及星形胶质细胞之间的紧密联系和相互作用。周细胞作为BBB的重要组成之一，可调节紧密连接蛋白的表达，抑制囊泡运输和免疫细胞渗入CNS[5]，同时其数量及在毛细血管的覆盖率与血管通透性相关，故周细胞对维持BBB的结构稳定和功能正常具有重要作用。

脑周细胞在脑缺血环境中极易出现功能异常及死亡[6]，导致BBB完整性破坏，进而引起缺血脑组织损伤加重，继发神经炎症、脑水肿、脑出血等，影响IS的结局。研究发现[7]，缺血发生后周细胞开始从脑微血管脱离，使周细胞与内皮细胞相互作用及细胞间紧密连接破坏，周细胞在毛细血管上覆盖面积减少，导致BBB结构破坏及渗漏。基质金属蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs），尤其是MMP -9是参与BBB分解的关键分子。缺血可诱导周细胞快速激活并释放MMP-9，降解细胞外基质、紧密连接蛋白，增加BBB的通透性，而使用MMP-9抑制剂可减轻渗漏[8]。研究发现[9]，MCAO小鼠梗死周围区的周细胞中NADPH氧化酶4（NADPH oxidase 4，NOX4）表达显著上调，并通过增强MMP-9的活性进一步破坏BBB，增加梗死体积。此外，周细胞表达的层黏连蛋白-α5在正常情况下参与维持BBB，抑制层黏连蛋白-α5表达可减轻紧密连接蛋白的丢失和周细胞覆盖率的下降，緩解BBB损伤[10]，而在IS时产生不利影响。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）也与BBB的破坏有关，缺血脑组织周细胞表达VEGF水平上调，BBB通透性降低，而这一效应可被VEGF中和抗体显著抑制[11]。

2.2 周细胞调节脑血流

周细胞上表达一种调节血管直径变化的收缩蛋白，即α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）可舒缩血管，参与神经血管耦合，调节脑血流。但关于这一功能尚存争议，部分研究未检测出周细胞上的α-SMA，而近期有研究指出其失败的原因是α-SMA在组织固定过程中快速解聚[12]。周细胞的收缩性得到多项证据支持。研究发现[13]，周细胞缺乏小鼠的CBF对神经刺激的反应性降低，导致神经血管解耦，大脑供氧受限，强调了周细胞在调节血流中的重要性。

尽早实现血管再通并恢复脑血流是治疗急性IS公认的最有效的方法，然而即使实现血管再通，缺血脑组织微循环仍得不到充分灌注，这种“无复流”现象对缺血组织的恢复不利，影响IS结局，而这一现象可能与缺血后周细胞的收缩与死亡有关[14]。周细胞的收缩受细胞内Ca2+浓度调节。脑缺血时大量Ca2+内流引发钙超载，周细胞收缩引起脑微血管收缩，继而周细胞的死亡使微血管处于持续收缩状态，引起微循环衰竭。再灌注时细胞内线粒体及周细胞中的NOX4产生大量活性氧又进一步加重钙超载，而抑制活性氧的产生可促进微循环再灌注[15]。因此尽早防止周细胞收缩及死亡将有利于微血管CBF的恢复，促进微循环再灌注，改善IS结局。

2.3 周细胞调节免疫炎症反应

周细胞具有免疫调节细胞的多种特性，包括白细胞募集，响应并分泌炎症因子，抗原递呈及吞噬能力等，参与CNS免疫炎症反应的多个方面。

脑缺血发生后垂死的神经元会释放损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）引发免疫炎症反应。脑周细胞上表达DAMPs受体，如toll样受体4（TLR4）[16]，与相关分子结合后释放多种放炎症因子、趋化因子，扩散炎症反应。同时，炎症刺激下[如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）]，周细胞可分泌多种趋化因子募集白细胞进入脑实质。促炎因子IL-17可靶向周细胞，调节血管周围组织中性粒细胞功能，促进TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-8等促炎因子的释放[17]。此外，脑周细胞在缺血时干细胞特性被激活，增殖并迁移至缺血脑组织附近获取小胶质细胞表型，分化为具有吞噬能力的小胶质细胞，参与免疫炎症反应[18]。最近一项研究[19]发现，TNF-α可通过激活IκB-NF-κB和JAK-STAT3途径促进周细胞释放IL-6，后者可促进小胶质细胞的活化。

2.4 周细胞参与IS后血管生成

血管生成即在原有血管基础上，内皮细胞出现增殖、迁移和重塑，以出芽的方式生成新血管以满足局部组织生物学功能需要[20]，在脑缺血中具有重要意义。周细胞和内皮细胞通过多种信号通路相互作用调节血管生成，包括血小板衍生的生长因子-β/血小板衍生的生长因子受体β（platelet-derived growth factor-β/platelet-derived growth factor receptor β，PDGFβ/PDGFRβ），转化生长因子-β/转化生长因子-β受体2（transforming growth factor-β/transforming growth factor receptor-β，TGFβ/TGFβR2），血管生成素/Tie2（angiopoietin/Tie2，Ang/Tie2）、血管内皮生长因子（VEGF）/血管内皮生长因子受体（VEGFR）、Notch信号通路等。

脑缺血12～24 h内皮细胞发生增殖和芽生，3 d后梗死周围微血管密度增加。脑缺血后周细胞表面的PDGF-Rβ表达上调，而内皮细胞分泌的PDGF-B与该受体结合可促进周细胞向新生血管的募集和迁移，以促进新生血管成熟[21]。同时周细胞在IS发生后24 h内开始分泌VEGF[22]，VEGF-A作为VEGF家族中的主要一员，已被多项研究证实了其在血管生成中的作用。VEGF-A通过激活内皮细胞中的VEGFR2，引发多条下游信号，参与促进梗死周围区域的新血管生成。在MCAO模型小鼠中，脑室注射重组人VEGF可增加毛细血管密度和周细胞覆盖率，促进血管生成并减少脑梗死面积[23]。近期一项研究发现[24]，缺氧后脑周细胞VEGFR-1表达显著上调，VEGF-B与之特异性结合可加强周细胞与内皮细胞的结合力，提高周细胞的存活率，促进脑缺血区域血管生成并增强微血管系统的稳定性。

2.5 周细胞与表观遗传调控机制

表观遗传学是在不改变DNA序列的前提下改变基因的表达或细胞的表型，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、microRNAs（miRNAs）转录后调节、非编码RNA的干扰等。miRNAs是一种数量丰富而小的（20～25个核苷酸）非编码RNA，广泛参与IS发生后细胞凋亡、免疫炎症、血脑屏障调节、神经血管发生等病理生理过程。近年关于脑卒中后miRNAs与NVU组成细胞之间的关系及作用机制的研究越来越多。体内外实验研究证实缺血缺氧时脑周细胞内miR-149-5p水平降低，鞘氨醇-1-磷酸受体2（sphingosine-1-phosphate receptor 2，S1PR2）增多，上调miR-149-5p的表达可通过靶向S1PR2，抑制周细胞的迁移，增加N-钙黏蛋白表达，降低BBB通透性[25]。此外，miR-532-5p过表达通过抑制转录因子BACH1而促进周细胞分泌Ang-1，后者介导血管成熟，增加微血管上周细胞覆盖率[26]。此外，IS也会影響长链非编码RNA（lncRNA）表达谱的改变，但lncRNA与周细胞关系的研究尚处于探索阶段。目前研究发现，缺氧可上调周细胞内缺氧诱导内质网应激调节长链非编码RNA（hypoxia-induced endoplasmic reticulum stress regulating lncRNA，HypERlnc）的表达，调节周细胞的分化、增殖及向内皮细胞的募集[27]。周细胞的表观遗传学调控机制研究尚处于初期阶段，随着在该领域研究的进一步深入，或有望为IS的治疗提供新的靶点。

3 小结及展望

随着对NVU这一概念的强调，IS的研究重点从神经元保护转向NVU组成内部的复杂作用关系上。周细胞位于NVU的中心，近年来成为新兴研究领域中的焦点。周细胞广泛参与IS中多种病理生理过程，包括BBB破坏、免疫炎症反应、CBF调节、血管生成等，同时，周细胞表观遗传机制的研究也取得了一定的进展。此外，周细胞在IS中的作用具有双向性，如脑缺血时周细胞的脱离可破坏BBB完整性，但其向缺血脑组织新生血管处募集可促进血管生成作用，有利于神经保护，因而周细胞有望成为IS新的治疗靶标。但时至今日，周细胞在大脑生理病理情况下的功能及作用机制仍未完全清楚，故进一步揭示周细胞与NVU中其他细胞的关系和相互作用，以及通过何种通路调节彼此的功能，将有助于研究及制订针对性强而有效的治疗策略。

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