小胶质细胞与脓毒症脑病的研究进展

庄欣琪，谢克亮，于泳浩△，卢悦淳，吕国义

脓毒症脑病（sepsis associated encephalopathy，SAE）是由脓毒症引起的弥散性脑功能障碍，主要表现为情绪异常、记忆受损和认知障碍等［1］。SAE是脓毒症患者的常见并发症，严重影响患者预后和生活质量［2］。目前临床上仍缺乏治疗SAE的有效手段，其根本原因在于SAE的发生机制尚未阐明。近期研究发现，小胶质细胞作为中枢神经系统内的免疫细胞，在脓毒症条件下发生活化与极化状态改变，可促进中枢炎症反应，与SAE关系密切［3］。本文就小胶质细胞与SAE的最新研究进展进行综述。

1 小胶质细胞概述

小胶质细胞起源于胚胎时期的卵黄囊髓系祖细胞，在血脑屏障形成之前迁移进入大脑［4］。它与外周巨噬细胞同属造血细胞起源的单核巨噬细胞，也是中枢神经系统内唯一的免疫细胞。小胶质细胞占大脑细胞总数的5%～12%，虽数量较少，但在脑内各部位均有分布［5］。在整个成年期，小胶质细胞可保持增殖能力，但与大多数造血谱系细胞不同，其更新速度非常缓慢，一些小胶质细胞的存活寿命甚至长达20年［6］。小胶质细胞形态具有高度可塑性，并与其生物学功能密切相关。在中枢神经系统处于稳定状态时，小胶质细胞胞体较细小，并伸出纤细的分枝状结构。既往认为，这是小胶质细胞的“静止”状态，但近期研究发现，此状态下的小胶质细胞以动态方式不断地向周围伸展和收缩，以此方式不断“扫描”周围微环境，从而对中枢神经系统进行“监控”［7］。当中枢神经系统发生出血、感染或创伤等病理改变时，小胶质细胞迅速活化，胞体增大，呈阿米巴样，突起变短甚至消失，并具备迁徙和吞噬能力［8］。

活化的小胶质细胞依据抗原标志物和功能分为两种表型：M1表型和M2表型。M1表型是小胶质细胞的经典激活途径，主要表达CD16、CD32和CD86等表面抗原，分泌白细胞介素-1（interleukin，IL-1）、IL-6和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎因子，介导炎症反应，并产生细胞毒性作用。M2表型是小胶质细胞的替代激活途径，主要表达几丁质酶3样蛋白3（chitinase 3 like protein 3，Chi3l3）、精氨酸酶1（arginase-1，Arg-1）和CD206等表面抗原，分泌IL-10、胰岛素样生长因子-1（insulin like growth factor-1，IGF-1）和转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等抗炎因子，抑制中枢炎症反应的过度发生［9］。M2表型小胶质细胞还能分泌神经营养因子，对神经元发挥保护作用［10］。M2表型小胶质细胞又可进一步细分为M2a、M2b和M2c表型，M2a表型主要参与组织修复与再生，M2b表型通过表达抗炎因子参与免疫调节，M2c表型能够吞噬并清理脑内细胞碎片［11］。

2 小胶质细胞活化与SAE

2.1 基础研究 多个基础研究表明，脓毒症可引起脑组织小胶质细胞活化，进而导致中枢炎症反应和SAE的发生。Szollosi等［12］将125I标记的小胶质细胞特异性转运蛋白配体注射入小鼠体内，应用单光束发射计算机断层影像技术（single photonemissioncomputed tomography，SPECT）研究脓毒症对中枢小胶质细胞代谢的影响，发现诱发脓毒症5 h后，大脑区域125I摄取量显著提高，表明脓毒症可引起小胶质细胞代谢增强，从而间接证明其发生了活化。Xiong等［13］研究发现，脓毒症小鼠海马组织中TNF-α和IL-6等炎症因子水平升高，小胶质细胞活化标志物离子钙接头蛋白分子-1（ionized calcium binding adaptor molecule-1，Iba-1）表达增强，Morris水迷宫实验发现脓毒症小鼠逃避潜伏期延长，靶象限穿越次数减少，由此推断脓毒症小鼠海马区发生了小胶质细胞活化和炎症反应，并伴有学习和记忆能力受损。为进一步证实SAE与小胶质细胞的关系，Tang等［14］将脓毒症小鼠按是否发生认知功能障碍分为“认知障碍易感组”和“认知障碍非易感组”，发现“易感组”小鼠前额皮质和海马区炎症因子和小胶质细胞活化水平显著高于“非易感”组。对各组小鼠应用小胶质细胞活化抑制剂米诺环素后，“非易感组”认知功能变化不明显；而“易感组”的认知功能出现恢复，并与“非易感组”接近，由此证实了小胶质细胞活化与SAE之间的联系。Ye等［15-16］研究也发现，抑制小胶质细胞活化和中枢炎症反应，可以部分逆转SAE所致的认知功能损害。

2.2 临床研究 与基础研究结果相类似，多个临床研究也证实了小胶质细胞活化的存在。Warford等［17］提取脓毒症尸检患者右侧额叶白质，使用免疫组化染色法观察小胶质细胞活化标志物CD68和CD45的染色情况，并使用实时荧光定量聚合酶链式反 应（real-time quantitative polymerase chain reaction，RT-qPCR）和酶联免疫吸附测定（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）对TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子进行检测，发现脓毒症患者的白质区域小胶质细胞活化数量增加，炎症因子的表达和分泌增多。Densteadt等［18］研究表明，脓毒症患者的大脑灰质亦发生了小胶质细胞活化。最近的一项研究中，Zrzavy等［19］提取了脓毒症患者完整的灰质-白质切片并进行免疫组化染色，发现小胶质细胞的活化程度在不同区域存在差异，且位于白质的活化小胶质细胞数量多于灰质；同时发现，在脓毒症急性期，小胶质细胞M1表型标志物表达显著升高，M2表型标志物表达变化不明显，据此判断脓毒症急性期小胶质细胞以促进炎症反应的M1表型为主。此外，Westhoff等［20］也研究了小胶质细胞在脓毒症患者大脑不同区域的活化程度差异，发现脓毒症组活化小胶质细胞数量高于对照组1.5倍（海马区）、2.2倍（壳核）和2.5倍（小脑）。上述研究结果证实，脓毒症患者大脑发生了小胶质细胞活化，且在不同区域可能存在差异。

3 小胶质细胞活化对中枢神经系统的影响

3.1 刺激星形胶质细胞活化 星形胶质细胞在中枢神经系统内广泛分布，对神经元和少突胶质细胞起保护和支持作用。Liddelow等［21］发现，活化小胶质细胞分泌的IL-1α、TNF-α和补体C1q是刺激星形胶质细胞活化的重要介质，活化的星形胶质细胞发生形态改变，丧失对神经元和少突胶质细胞的保护和支持作用，并最终导致两者的死亡。Rothhammer等［22］研究发现，小胶质细胞分泌的转化生长因子-α（transforming growth factor-α，TGF-α）和血管内皮细胞生长因子B（vascular endothelial cell growth factor-B，VEGF-B）能够作用于相应受体，使星形胶质细胞活化并介导中枢炎症反应的发生。

3.2 抑制突触可塑性 突触可塑性是指突触连接强度可调节的特性，是学习记忆活动的细胞表现形式。若突触可塑性被抑制，学习记忆功能将受到影响。Yang等［23］观察成年大鼠小胶质细胞活化对突触可塑性的影响发现，活化小胶质细胞介导的中枢炎症反应可导致海马区神经元内突触素、突触后致密蛋白95（post synaptic density protein 95，PSD95）、谷氨酸受体2（glutamate receptor 2，GluR2）和N-甲基D-天冬氨酸受体2（N-methyl D-aspartate receptor 2，NMDAR2）表达降低，电生理检查发现长时程增强（long-term potentiation，LTP）受到抑制，水迷宫实验也证实了学习记忆功能受损，从而证实小胶质细胞活化可对突触可塑性产生干扰作用。此外，新生大鼠小胶质细胞活化也对突触发育和可塑性造成影响。Lin等［24］将脂多糖注射入新生大鼠，发现小胶质细胞活化和中枢炎症反应可导致海马区突触素、突触体相关蛋白（synaptosomal associated protein，SNAP）表达降低，神经元树突棘密度和突触内囊泡数量减少，由此推测新生大鼠小胶质细胞活化可造成突触发育障碍和可塑性降低，并影响后期智力发育。

3.3 损伤髓鞘结构和功能 髓鞘是包裹于神经细胞轴突外的膜性结构，具有绝缘和提高神经冲动传导速度的作用，是神经冲动正常传导的重要保障。Aryanpour等［25］研究发现，小胶质细胞活化介导的神经炎症反应可导致小鼠胼胝体区髓鞘结构和功能改变，髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）和勒克司坚牢蓝（Luxol Fast Blue，LFB）染色显示胼胝体区髓鞘完整性破坏和神经脱髓鞘病变，透射电镜观察发现髓鞘排列紊乱、大量崩解并伴有轴突水肿的发生，同时小鼠学习记忆能力也相应降低；在抑制小胶质细胞炎症反应后，上述病理和功能改变得到恢复，由此推测小胶质细胞活化可对神经髓鞘结构和功能造成损伤。此观点随后得到Liu等［26］的进一步证实，他们用脂多糖刺激体外培养小胶质细胞发生活化，并采集条件培养基孵育少突胶质细胞，发现后者凋亡显著增加，而由于少突胶质细胞是构成髓鞘的主要成分，该实验在细胞水平验证了小胶质细胞活化对髓鞘的影响。

3.4 影响下丘脑功能 下丘脑含有大量的神经内分泌细胞，它们通过分泌神经激素，对正常生理功能和内环境稳态发挥重要调节作用。Da Costa等［27］研究了小胶质细胞活化对下丘脑的影响，发现抗凋亡蛋白B细胞淋巴瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）和B细胞淋巴瘤-xL（B-cell lymphoma-xL，Bcl-xL）表达减少，内源性凋亡途径被启动，神经内分泌细胞的大量凋亡导致精氨酸加压素分泌减少，认为这可能是脓毒症患者发生低血压休克的原因之一。Santos-Junior等［28］研究也发现，脓毒症大鼠下丘脑小胶质细胞活化的同时，胆碱能神经元胞膜和胞浆内的乙酰胆碱水平降低，据此推测这可能与小胶质细胞介导的下丘脑炎症反应造成神经内分泌细胞损伤有关。

4 信号通路对小胶质细胞的调节作用

4.1 信号通路对小胶质细胞活化的调节作用 目前认为，小胶质细胞的Toll样受体4（Toll like receptor 4，TLR4）/核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路在介导小胶质细胞活化过程中起重要作用［29-30］。TLR4能够识别病原微生物产生的蛋白质、核酸和脂类等抗原分子并发生激活，继而通过细胞内接头蛋白——髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）或β干扰素TIR结构域衔接蛋白（TIR domain containing adaptor inducing interferon β，TRIF），进一步使下游NF-κB发生活性转化并转移至细胞核内，增强下游炎症因子基因的转录与表达，促进小胶质细胞活化和炎症反应的发生［31］。也有研究发现，激动N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受体也可经由NF-κB通路调节小胶质细胞活化［32］。此外，混合谱系 蛋 白 激 酶 3（mixed-lineage protein kinase 3，MLK3）/p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogenactivated protein kinase，p38 MAPK）通路也可能对小胶质细胞活化具有调节作用［33］。

4.2 信号通路对小胶质细胞表型的调节作用 目前，调控小胶质细胞表型的信号通路尚未明确。Wang等［34］研究红景天苷对小胶质细胞的影响时发现，其表型由M1向M2转换，使用自噬抑制剂或腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphateactivated protein kinase，AMPK）抑制剂可逆转其表型转化，故推测AMPK/自噬通路可能对小胶质细胞表型具有调节作用。Jin等［35］研究也表明，增强自噬可使小胶质细胞表型由M1向M2转化，且哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）/自噬通路介导了这一过程。由此可见，改变自噬水平可能对小胶质细胞表型具有调节作用。此外，沉默信息调节因子2相关酶1（silent information regulator factor 2 related enzyme 1，SIRT-1）或过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1）通路可能也参与了小胶质细胞表型的调节［36-37］。

5 展望

目前，对小胶质细胞的研究尚不深入，且存在诸多不足与局限：如对小胶质细胞活化与表型状态的测定多集中于脑组织提取物检测和病理切片镜检，尚缺乏活体条件下的可靠检测方法；对小胶质细胞的调控，特别是对调控表型的信号通路尚不明确。近期研究表明，小胶质细胞表型改变亦与SAE存在联系［37-38］，以调节小胶质细胞表型作为研究方向可能为治疗SAE提供新的思路。此外，纠正小胶质细胞对中枢神经系统的影响也可能为SAE的治疗提供目标参考。除了为治疗提供方向，小胶质细胞的活化程度与表型状态亦可能作为预测SAE或判断其进展程度的评价手段应用于临床。所以继续深入研究小胶质细胞活化与SAE的关系，探讨小胶质细胞表型改变对SAE的影响，研发小胶质细胞靶向调节药物并应用于临床，可能会为SAE的治疗提供新的方法和途径。