周细胞在脊髓损伤中的作用

王思凯，王玉玞，闫景龙

哈尔滨医科大学附属第二医院骨科，哈尔滨 150010

脊髓损伤（SCI）会导致患者自主神经功能、运动和感觉功能丧失，对患者的生活质量产生极大影响［1］。SCI的病理变化包括损伤部位缺血、缺氧、神经元受损、瘢痕组织形成和炎性反应等［2］。近年来，SCI的病理变化机制研究日趋深入，周细胞作为脊髓微环境的重要组成部位，在SCI的病理过程中发挥着重要作用。SCI发生后神经元轴突遭到破坏，这一过程伴随着血-脊髓屏障的破坏，神经胶质细胞和神经元细胞活化，并分泌多种副产物（包括基质金属蛋白酶、游离氧自由基、趋化因子和细胞因子）［3］。各种免疫细胞渗入损伤部位［4］，受损区域周围还会产生星形胶质细胞，小胶质细胞同样会被激活［5-6］。以往的实验研究大多主要关注胶质细胞的作用。近期，周细胞作为新的研究热点，其在中枢神经系统（CNS）病理生理状态下的作用倍受重视。Dias等［7］和Magno等［8］的研究表明，SCI发生后周细胞与血管分离，增殖并迁移至纤维瘢痕中心，而阻断周细胞参与的瘢痕形成过程可使轴突再生适度增加。另有研究［9］发现，SCI发生后受损区域的血管重建同样需要周细胞的参与。周细胞或可作为治疗SCI的潜在靶点，通过调节周细胞的功能，调控SCI的病变过程，促进神经轴突再生及神经功能恢复，改善患者预后。笔者通过查阅国内外SCI相关文献，对周细胞在SCI中的作用机制相关进展作如下综述。

1 周细胞生理特性

周细胞主要分布在毛细血管及其前后小动脉，并形成环状、纵向及网状突起［10］，通过物理接触及旁分泌的方式与内皮细胞进行细胞通信。血管内皮细胞构成血管网络的初始形态，并释放血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）等物质，吸引周细胞募集［11］，同时周细胞与信号分子相互作用激活PI3K、RasGAP、ERK等信号通路控制血管内皮细胞的增殖和迁移，参与血管生成。靠近微循环系统的周细胞突起呈环形，且高表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA），同时周细胞还参与控制内皮细胞的收缩，从而影响血管直径的改变［12-13］。在毛细血管上，相邻周细胞的终末突起会发生动态延伸和回缩，以平衡每个周细胞占据的面积。通过对毛细血管进行双光子照射对单个周细胞进行消融后，相邻的周细胞会发生延伸，以在受消融影响的区域重新建立周细胞覆盖。一旦周细胞延伸过程完成，在消融区域观察到的血管扩张即被逆转，这为周细胞维持血管张力提供了证据［14-15］。且在不同组织器官中周细胞的含量也存在差异，值得注意的是，大脑中周细胞与内皮细胞的比例最高，这表明了它们在CNS中功能的重要性。

周细胞的分化来源存在差异，在大多数组织器官，如结肠中的周细胞来源于中胚层，而脑组织中的周细胞主要分化自胚胎的外胚层［16］。周细胞的分布和分子标志功能也不尽相同［17］。最常用的周细胞分子标志物是神经/胶质抗原2（NG2）、硫酸软骨素蛋白聚糖4（CSPG4）、血小板衍生生长因子受体β（PDGFRβ）及肌球蛋白1B［18］。尚不存在单一的标志物能明确标记整个周细胞族群。可根据NG2-DsRed和Nestin-GFP的表达来标记脊髓周细胞的2个亚群。据报道，转基因NG2-DsRed/Nestin-GFP小鼠脊髓血管周围存在A型（NG2-DsRed+）和B型（Nestin-GFP+）亚群周细胞。SCI发生后只有A型周细胞（NG2-DsRed+）被募集到纤维瘢痕的中心［19］。

CNS中周细胞与内皮细胞、星形胶质细胞共同构成血-脑屏障（BBB）的基本结构。周细胞依靠N-钙黏着蛋白等与内皮细胞相黏附，保证内皮细胞间的紧密连接［20］。同时，周细胞释放的血管紧张素1（Ang-1）和转化生长因子-β1（TGF-β1）具有维持BBB功能的作用［21］。周细胞的覆盖率还会影响内皮细胞Mfsd2a（主要促进因子超级家族成员）的表达，进而影响BBB的通透性［22］。另有实验研究［23］表明，周细胞缺乏的Sod1基因突变小鼠（肌萎缩侧索硬化症模型）会出现周细胞缺乏并伴血-脊髓屏障破坏，也证实了周细胞在维持BBB完整中的重要性。周细胞还会对损伤等因素引起的脱髓鞘过程产生反应，增殖并分泌层粘连蛋白α2（LAMα2），该物质能增强少突胶质前体细胞（OPC）活性，促进其分化为髓鞘少突胶质细胞［24］。

2 SCI中周细胞的作用

2.1 周细胞收缩毛细血管引起局部缺氧

CNS的血管受多因素调控，以确保其血液供应。正常的血液供应对CNS功能的维持具有重要意义。血流一旦受限，CNS极易受到损伤［25］。神经活性物质，如5-羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（NA）和多巴胺，与小动脉平滑肌细胞（SMC）共同作用调节血管收缩和舒张，控制CNS血流量［25］。CNS的毛细血管周围环绕有疏松分布的周细胞［26］，周细胞内含有的α-SMA具有收缩性，受单胺作用后会引起毛细血管收缩［27］。SCI发生后周细胞内的氨基酸脱羧酶（AADC）过表达，促进痕量胺（TA）的形成，TA可激活周细胞的收缩作用，导致血管收缩，减少CNS血流供应，从而导致组织缺氧。SCI大鼠的动物实验发现，周细胞收缩导致局部毛细血管收缩，从而减少血流量并引起损伤部位下位脊髓持续数月处于慢性缺氧状态，抑制单胺受体或抑制AADC的作用，均可改善缺氧状态，从而改善受伤动物的运动功能［28］。另外值得注意的是，提高吸入氧浓度也能让受损部位下位脊髓的氧含量在一段时间（20 min）内相对升高，原因可能是较高的氧浓度提高了神经元活性，引起血管舒张因子的释放，进而提高了局部血流量［28］。因此，抑制TA生成或阻断下游周细胞收缩似乎是促进SCI后部分功能恢复的有效方法。通过短暂呼吸高氧含量空气来提高局部氧含量也具有反馈作用，由此局部血流量的增加起到进一步的正向作用，从而获得较好的预后。

Yuan等［29］通过动物实验证实，周细胞分泌的外泌体对SCI的缺血缺氧情况有一定的改善作用。经外泌体治疗后，受损组织的缺血缺氧相关标志物——低氧诱导因子1α（HIF-1α）表达水平明显降低，内皮细胞调节血流的能力有所提高。然而，目前尚不清楚SCI后血管收缩是由周细胞的哪一个亚群导致的。因此，是否只有特定周细胞亚群才能起到促进SCI后血管收缩的作用仍未可知。未来的研究应着重探讨这种血管收缩作用是否普遍存在于不同亚型的周细胞之中，从而让SCI发生后组织缺氧的临床治疗更加精准、有效。

2.2 周细胞与瘢痕形成

SCI发生后损伤部位会形成瘢痕组织，一方面，瘢痕组织的存在能恢复受损组织的连接；另一方面，瘢痕组织也限制了轴突再生和神经回路重建［30］。Dias等［7］的动物模型实验表明，SCI发生后，周细胞与血管分离，增殖并迁移至纤维瘢痕的中心，在纤维瘢痕组织中发现了起源于A型周细胞的成纤维样细胞；当A型周细胞功能被抑制后，表达PDGFR的基质细胞水平显著降低，纤维瘢痕相关基因表达含量明显减少，纤维组织瘢痕形成过程被抑制；同时可以发现受损部位下位脊髓轴突生成过程被促进，脊髓功能得到明显改善，提示A型周细胞可作为新的SCI治疗靶点。通过抑制A型周细胞的作用可以减少纤维组织瘢痕的形成，改善SCI后的轴突再生状态，起到促进神经功能恢复的作用。

另外，SCI发生后周细胞可分泌一种细胞外基质—骨膜素，其在纤维瘢痕形成过程中起关键作用。实验研究［31］证明，骨膜素的表达在SCI后第7天达到峰值，并主要存在于周细胞中。抑制骨膜素基因表达可抑制周细胞的增殖，从而减少瘢痕组织形成。因此，骨膜素可作为一个潜在的治疗调节因素，通过遗传学手段或靶向药物抑制骨膜素功能可减少瘢痕形成，改善SCI预后［31］。鞘氨醇-1-磷脂（S1P）在胶质瘢痕的形成过程中具有重要作用。Tang等［32］的研究证实，SCI促进S1P 受体3（S1PR3）在周细胞的表达，且S1P/S1PR3能通过Ras/pERK途径调节周细胞的增殖。S1PR3抑制剂——CAY10444能增强SCI后神经元存活、减轻胶质瘢痕形成、促进运动功能的恢复，提示S1P/S1PR3可能是SCI临床治疗的一个潜在靶点。

2.3 周细胞与炎性反应

SCI的发生还伴有炎性反应，而周细胞在炎性反应过程中也发挥重要作用［33］。周细胞对炎性信号有较高敏感度，在炎性环境下，周细胞会上调黏附分子表达，促进白细胞通过BBB向炎性反应部位转移，而被中性粒细胞浸润的部位组织内皮细胞和周细胞的间隙也会增大［34］。周细胞还会分泌大量促炎分子、细胞因子和趋化因子［35］，例如S1P、血管内皮生长因子（VEGF）等，通过上调血管内皮细胞的黏附分子和连接蛋白，增强血管的屏障功能。Smyth等［36］的实验结果表明，经脂多糖（LPS）刺激的周细胞能促进血管内皮细胞分泌更多的趋化因子和黏附分子，如促血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）和细胞间黏附分子-1（ICAM-1）。而周细胞相关基因缺失会导致内皮细胞白细胞黏附分子和质膜囊泡相关蛋白（PLVAP）上调，PLVAP对血管内白细胞迁移起到调节作用［37］。周细胞遇LPS会分泌包括白细胞介素-10（IL-10）、IL-13在内的抗炎细胞因子［36］。肿瘤坏死因子（TNF）在炎性反应中也起到重要作用，对于炎性反应后的血管生成具有拮抗效能。周细胞的存在可以减轻TNF的拮抗作用，进而促进炎性反应部位的血管生成［38］。周细胞不仅能对炎性刺激作出反应，还可作为调节因子直接影响炎性反应过程。受TNF-α调节的周细胞能激活中性粒细胞和单核细胞［13］。周细胞自身释放的趋化因子，如CCL2和CCL3，能起到募集单核细胞和T细胞的作用，从而促进炎性细胞向受损部位聚集［39］。周细胞还能调节淋巴细胞活化、参与血管内免疫细胞的运输［40］，周细胞本身还具有吞噬细胞的作用，能有效清除有毒的细胞副产物［41］。

3 总结与展望

SCI发生后，周细胞会促进局部血管收缩进而导致脊髓组织缺血、缺氧，还作为重要因素参与SCI后纤维瘢痕组织的形成及炎性反应过程，从而对脊髓轴突再生及神经功能恢复产生重要影响。以上研究进展，对SCI发生后轴突再生及神经功能恢复有一定的治疗指导意义，为SCI的治疗提供了新的治疗靶点。在未来的研究中，研究者应尝试寻找特定的标志物对周细胞进行追踪标记，明确不同亚型周细胞的具体作用，阐明周细胞与其他构成SCI微环境的细胞之间的相互作用机制，为SCI的治疗提供更加精准的靶点，为改善SCI患者预后提供新的治疗思路。