小胶质细胞在缺血性脑卒中活化的常见信号通路

罗 莉，韩 尊，冯瑞雪，钟桂香，黄志华

（1.赣南医学院2019级临床专业本科生；2.赣南医学院2019级生物技术专业本科生；3.赣南医学院基础医学院机能实验室，江西 赣州 341000）

缺血性脑卒中又称脑梗死、缺血性脑中风，是指各种脑血管病变所致脑部血液供应障碍，导致局部脑组织缺血、缺氧性坏死，出现相应神经功能缺损的一类临床综合征。缺血性脑卒中是脑血管疾病最常见的类型，约占70%~80%，其发病率高、致残率高、病死率高、治愈率低，严重威胁人类健康［1］。缺血性脑卒中造成的功能障碍主要包括运动功能障碍、感觉功能障碍、认知障碍、情绪障碍、言语和语言障碍、吞咽障碍、排泄障碍及心肺功能障碍等［2］。小胶质细胞（Microglia，MG）是中枢神经系统（Central nervous system，CNS）的常驻免疫细胞，通过吞噬垂死的神经元和激活细胞程序性死亡来调节神经发生、负责维护脑内环境稳态［3］。缺血性脑卒中发生后，小胶质细胞迅速向损伤部位迁移，并通过产生炎性细胞因子和细胞毒性物质加剧脑组织损伤，同时通过清除碎片和产生抗炎性细胞因子和生长因子促进脑组织修复和重塑［4-5］。小胶质细胞的这种双重作用与它们所处的不同细胞微环境和缺血后病理阶段有关［4］。小胶质细胞是高度可塑性细胞，其激活是一个复杂的过程，可受到许多物质和周围细胞的影响［6-7］。近年来大量研究集中在小胶质细胞活化的调节机制上，旨在通过调节小胶质细胞表型以起到神经保护作用［8-9］。

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，是抵御外界损伤的第一道防线［10］。正常情况下，小胶质细胞处于静息状态；当机体受到外界刺激如神经损伤、缺血或感染时，小胶质细胞被激活并募集到脑损伤区域，产生炎性细胞因子和细胞毒性物质加剧组织损伤［4，11-12］。近年来大量研究表明，小胶质细胞可能有利于脑缺血后的功能恢复，这与小胶质细胞的活化状态有关。活化后的小胶质细胞分为M1型和M2型：M1型小胶质细胞主要产生促炎症介质包括肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1β（Interleukin-1β，IL-1β）、干 扰 素-c（Interferon-c，IFN-c）、白细胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、诱导型一氧化氮合酶（Inducible nitric oxide synthase，iNOS）和活性氧（Reactive oxygen species，ROS），从而促进炎症反应，加重神经元损伤，导致神经功能障碍；而M2型小胶质细胞主要产生白细胞介素-10（Interleukin-10，IL-10）、转化生长因子-β（Trans⁃forming growth factor-β，TGF-β）、胰岛素样生长因子（Insulin-like growth factors-1，IGF-1）和血管内皮生长 因 子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）等，抑制炎症反应并促进组织再生［13-14］。研究表明，这些细胞因子介导的炎症反应在脑缺血造成的病理损伤中起着至关重要的作用［15］。因此，通过调节小胶质细胞活化通路中细胞因子的表达，改变小胶质细胞的活化状态，减轻炎症反应，可有效改善小胶质细胞活化在缺血性脑卒中造成的脑组织损伤。

2 小胶质细胞在缺血性脑卒中发生发展中的作用

神经炎症是缺血性脑卒中后的一个关键病理过程，可导致继发性脑组织损伤和功能障碍。小胶质细胞活化介导的炎症反应在缺血性脑卒中的发病机制中起重要作用。小胶质细胞可以根据大脑环境的细微变化发生形态学改变，极化成M1或M2表型，并对其作出不同反应，发挥促炎或抗炎作用［16-17］。

2.1 缺血性脑卒中小胶质细胞的促炎症反应神经炎症被认为是造成缺血性脑损伤的主要因素。小胶质细胞的过度激活导致大量炎症因子的释放，从而加重脑缺血-再灌注损伤［18-19］。因此，抑制小胶质细胞释放促炎因子可能是缓解缺血性中风的主要策略［20］。促炎性M1型小胶质细胞通过增强吞噬功能、杀灭病原体，促进组织修复。但IL-6、IL-1β的过度释放和TNF-α、iNOS等促炎因子的产生可引起炎症，加重脑损伤［19，21］。虽然小胶质细胞促进神经炎症的机制尚不清楚，但越来越多的证据表明，M1型小胶质细胞极化促进炎症反应，是缺血性脑卒中的危险因素。因此，抑制小胶质细胞向M1表型极化可能具有治疗缺血性脑卒中的潜力。

2.2 小胶质细胞在缺血性脑卒中中的抗炎作用活化的小胶质细胞在中枢神经系统炎症环境中具有不同的作用。缺血性脑卒中后激活的M2型小胶质细胞主要通过清除细胞碎片、减少局部炎症和释放大量营养因子来促进脑组织修复［22-25］。M2型小胶质细胞具有抗炎作用，分泌抗炎介质和神经营养因子，如IL-10、白细胞介素-13（Interleukin-13，IL-13）、TGF-β、胶质细胞源性神经营养因子（Glialcelllinederivedneurotrophicfactor，GDNF）和脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等，对促进缺血性脑卒中的组织修复和神经元再生具有重要意义［26-27］。因此，诱导小胶质细胞向M2表型极化是治疗缺血性脑中风的潜在新方法。

3 小胶质细胞活化的常见信号通路

3.1 TREM 2与小胶质细胞活化Ⅱ型髓样细胞激发受体（Triggering receptor expressed on myeloid cell-2，TREM2）主要在小胶质细胞膜表面高表达，参与缺血性脑卒中时的吞噬作用。TREM2是自身免疫系统中重要的炎症反应负性调节物，能抑制小胶质细胞合成分泌TNF-α、IL-6等促炎因子及抑制神经元凋亡，促进脑组织修复和功能恢复［28-31］。有研究报道，电针治疗可通过诱导局灶性脑缺血-再灌注（Cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI）大鼠小胶质细胞TREM2的表达，抑制细胞因子的产生和分泌来发挥神经保护作用［32-33］。褪黑激素可增加小胶质细胞中TREM2/iNOS的比值，减轻M1型小胶质细胞介导的炎症反应［34］。综上所述，TREM2激动剂可促进M2型小胶质细胞活化，进而修复脑缺血-再灌注损伤，TREM2有望成为治疗缺血性脑卒中等脑血管疾病新的临床靶点［31］。

3.2 p38MAPK信号通路与小胶质细胞活化丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）是将信号从细胞表面传递到细胞核的重要分子。p38MAPK是MAPKs的亚类之一，也是MAPK家族调控炎症反应最重要的成员。IL、LPS、TNF-α、血小板激活因子（Platelet activating factor，PAF）等炎症因子刺激可诱导p38MAPK激活。已有研究表明，p38MAPK信号通路的激活与缺血性脑卒中小胶质细胞的活化导致的神经炎症密切相关［35］。在分子层面，MicroRNA-22、CX3CR1 RNAi及Apelin-12对p38MAPK信号通路的抑制作用可以通过抑制小胶质细胞活化来改善缺血性脑卒中造成的脑损伤［36-38］。对p38MAPK信号通路进行药物干预，可以明显改善缺血造成的神经功能损伤。云芝多糖可有效降低p38MAPK的蛋白表达水平，同时可以显著抑制病灶周围神经细胞的凋亡以及减轻大鼠脑缺血-再灌注损伤［39］。阿托伐他汀也可显著下调p38MAPK水平，降低脑含水量和梗死面积，改善血脑屏障（Blood-brain barrier，BBB）通透性［40］。因此，通过抑制p38MAPK信号通路来降低p38MAPK的蛋白表达水平，可以有效抑制脑缺血后小胶质细胞的活化，从而改善脑损伤。

3.3 Akt/mTOR信号通路与小胶质细胞活化丝氨酸/苏氨酸激酶与雷帕霉素靶蛋白（Aktmammalian target of rapamycin，Akt/mTOR）信号通路在神经元的自噬中起着重要的调节作用，是与细胞静止、增殖、癌症和寿命相关的最重要的细胞内信号通路之一［41-42］。mTOR在翻译起始、转录、细胞骨架组织、细胞生长和增殖以及细胞存活中起着核心作用，mTOR通过调节性T细胞（Regulatory T cells，Tregs）抑制局部缺血后小胶质细胞介导的神经炎症和继发性损伤［43］。TNF相关蛋白1（Complement-C1q TNF-related protein 1，CTRP1）通过调节Akt/mTOR信号通路，抑制小胶质细胞自噬和炎症反应［44］。绿茶儿茶素可上调Akt和mTOR的磷酸化水平，有效抑制ROS产生和自噬诱导的凋亡，从而进一步防止脑缺血-再灌注条件下小胶质细胞的损伤［45］。此外，黄芩素可以通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，抑制小胶质细胞向M1型极化，促进M2型小胶质细胞的活化，从而减轻缺血性脑损伤［46］。总之，通过调控Akt/mTOR信号通路来调节小胶质细胞的活化状态可有效改善缺血造成的脑损伤。

3.4 Notch信号通路与小胶质细胞活化Notch信号通路由Notch受体、Notch配体（DSL蛋白）、CSL（CBF-1，Suppressor of hairless，Lag的合称）、DNA结合蛋白、其他效应物和Notch的调节分子等组成。Notch信号通路是已知参与小胶质细胞活化的几种信号通路之一，被认为是调节炎症反应和缺血性脑卒中后神经保护作用的潜在治疗靶点。DAPT（GSI-IX）是一种γ-分泌酶抑制剂，可间接抑制γ-分泌酶底物Notch的活性，进而影响细胞信号传导和小胶质细胞活化，起神经保护作用［47］。研究显示，野黄芩苷（Scutellarin）对Notch信号通路的抑制作用可减弱缺血后小胶质细胞的活化以及炎症因子的释放，从而减轻炎症反应及脑损伤［48］。形态学和生化数据显示，高渗盐水（Hypertonic saline，HS）在脑缺血和低氧BV-2小胶质细胞中，减弱了活化的小胶质细胞中Notch信号和促炎介质的表达，减轻炎症反应，在脑缺血中具有神经保护作用，因此临床上支持对缺血性脑卒中患者使用高渗盐水［49］。抑制Notch信号通路的活性对于治疗缺血性脑损伤中小胶质细胞造成的炎症反应具有重要意义。

3.5 TLR4/NF-κB信号通路与小胶质细胞活化Toll样受体4（Toll-likereceptors4，TLR4）和核因子-κB（Nuclear factor kappa B，NF-κB）信号通路参与细胞增殖、分化、凋亡等生理过程［50-51］。TLR4是小胶质细胞炎症反应信号通路中关键的转导受体，可识别细菌脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）和多种炎症相关因子［51］。NF-κB作为转录调节的关键因子，在炎症反应与免疫应激调控方面的作用至关重要［50］。TLR4主要介导两种信号转导途径：MyD88依赖型和MyD88非依赖型。其中，MyD88依赖通路主要介导NF-κB的激活［52］。有研究表明，小胶质细胞活化与TLR4/NF-κB信号通路密切相关［53］。光千金藤碱（一种生物碱）可通过抑制TLR4/NF-κB信号通路改善大脑中动脉缺血（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）大鼠的结局，减轻神经元损伤并抑制小胶质细胞的过度活化［54］。槲皮素（Quercetin，Que）通过抑制TLR4/NF-κB信号通路减少小胶质细胞的活化，对缺血缺氧（Hypoxic ischemia，HI）造成的脑损伤起 神 经 保 护 作 用［55］。棉 籽 油（Cottonseed oil，CSO）处理可显著抑制脑缺血半暗区TLR4/NF-κB介导的小胶质细胞的激活［56］。综上所述，抑制TLR4/NF-κB信号通路可以减少小胶质细胞活化，显著改善脑损伤。

3.6 JAK2-STAT3信号通路与小胶质细胞活化Janus激酶/信号转导与转录激活子（Januskinase-signal converter and activator of transcription，JAK-STAT）是IL-6等细胞因子重要的下游信号通路［57］。脑缺血后，IL-6在脑组织中的蛋白表达显著上调［58-59］。因此，JAK-STAT通路为细胞提供了应对包括缺血应激在内的各种细胞外刺激的重要机制［60-62］。其中，缺血缺氧可能激活JAK2/STAT3信号通路，导致小胶质细胞激活和神经炎症；下调JAK2/STAT3信号通路可抑制小胶质细胞激活，减轻神经系统炎症损伤［63］。白细胞介素-22（Interleukin-22，IL-22）通过负性调节JAK2-STAT3通路，改善脑缺血-再灌注损伤后的炎症反应、氧化应激和神经元凋亡，发挥保护作用［64］。LINGO-1（一种跨膜信号蛋白）通过负性调控JAK2/STAT3通路减轻缺血性脑损伤，为缺血性脑卒中的治疗提供了一个新的靶点［65］。血塞通注射液联合阿司匹林、氯吡格雷可通过抑制氧化应激和炎症反应，调节NOX2/IL-6/JAK2/STAT3通路，对大鼠局灶性脑缺血-再灌注损伤发挥保护作用［66］。近年来，JAK2-STAT3信号通路已经成为缺血性脑卒中的研究热点。因此，通过药物靶向减少小胶质细胞中JAK2-STAT3的表达可以有效治疗缺血性脑卒中。

4 小结与展望

缺血性脑卒中可造成严重的脑损伤，且与小胶质细胞的激活与极化密切相关。小胶质细胞在传统上被认为是中枢神经系统的常驻免疫细胞，生理环境下，小胶质细胞在体内保持稳定［67］；一旦受到干扰，小胶质细胞被激活并迁移到受损部位［68-69］。小胶质细胞的激活与极化涉及的信号通路及分子机制复杂多样，通过对不同通路和不同分子的靶向作用可以调节小胶质细胞的活化（图1）。然而，小胶质细胞活化通路的确切机制，尤其是其活化过程中信号转导的分子基础尚不完全清楚[70]。各种药物改善大脑炎症是通过抑制小胶质细胞活化还是抑制小胶质细胞向M1型极化也有待考究。因此，深入研究小胶质细胞的活化机制和极化状态，有助于进一步开发缺血性脑卒中的新药物和新疗法。

图1 脑缺血时调控小胶质细胞激活的信号通路