小胶质细胞和星形胶质细胞中的P2Y 受体在中枢神经系统病变中的作用机制研究进展

牛翻燕 项文平 薛 慧 乌日嘎 王雅明 岳雅蓉 付琨燕 王宝军

包头市中心医院，内蒙古 包头 014040

近年来，中枢神经系统疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、脑损伤、多发性硬化症和感觉神经病等神经退行性病变逐渐成为研究热点，其具有发病隐匿，早期无法明确诊断等特点，如不进行早期干预，将会导致不可逆的神经损害。大量研究证实，神经炎症在中枢神经系统病变的发展过程中发挥主要作用。神经炎症反应伴随着胶质细胞的活化，小胶质细胞和星形胶质细胞是参与神经炎症反应的关键细胞［1-3］。小胶质细胞是主要的免疫细胞［4-7］，监视着大脑微环境的变化；星形胶质细胞是数量最多的胶质细胞，维持神经元的存活及信号传递，能对大脑受到的异常信号作出快速、敏感地响应［8-9］。病理刺激下，小胶质细胞和星形胶质细胞被激活，可能释放促炎因子引起炎症反应，也可能释放营养炎症参与组织修复，导致对神经病变的发生造成双重影响［10］。大量研究发现，小胶质细胞和星形胶质细胞活化是通过P2Y 受体介导的，在不同中枢神经系统疾病中，以P2Y受体为靶点，通过激活或抑制P2Y 受体的表达影响小胶质细胞和星形胶质细胞的功能，可改变疾病发生发展的方向，从而产生干预作用。因此，亟需阐明中枢神经系统损伤后P2Y受体介导的小胶质细胞和星形胶质细胞的通讯机制。

1 P2Y受体

多种细胞表达P2Y 受体［11］，这是一种至关重要的信号分子。众多研究发现，小胶质细胞和星形胶质细胞对神经系统疾病的调节离不开P2Y受体的参与。P2Y 受体激活，大多数原因是发生了生理平衡威胁甚至是损伤。神经系统病变如急性损伤、炎症等异常刺激会伴随神经元核苷酸水平发生改变，释放核苷酸ATP及其代谢产物ADP、UTP、UDP等，ATP不仅是维持机体正常代谢的能量载体，也是一种重要的生物递质［12］。P2Y受体是ATP等核苷酸的生理性受体，包括多种亚型，目前已知的亚型为P2Y1、P2Y2、P2Y4、P2Y6、P2Y11、P2Y12、P2Y13、P2Y14）［12-14］。P2Y 可分为嘌呤性和嘧啶性膜结合受体，嘌呤选择性P2Y1、P2Y11、P2Y12 和P2Y13 受体那被ATP 或ADP 激活；嘧啶选择性的P2Y4、P2Y6 和P2Y14 受体可以被UTP、UDP 激活［12］。P2Y 受体建立了神经元与胶质细胞之间的细胞间信号交流［15］，从而造成神经胶质对神经系统的功影响。

2 小胶质细胞

小胶质细胞是大脑中主要的免疫细胞，生理条件下，小胶质细胞处于静息状态，维持微环境的正常生理循环，当接收到异常信号时，小胶质细胞激活，突起能迅速向损伤部位延伸，这种趋化反应目前普遍认为是由P2Y12 受体介导的。新的研究表明，除P2Y12受体以外，P2Y13受体也参与了趋化反应。基因敲除P2Y13 受体后，由P2Y12 介导的小胶质细胞向损伤部位迁移时间延长，小胶质细胞反应性下降，细胞突起及分支变少变短，可能是迁移时间延长的原因［16］。小胶质细胞的迁移运动还可能受其他因素影响。MILIOR等［4］观察不同程度刺激对小胶质细胞运动的影响发现，低浓度ATP 引发小胶质细胞突起延伸，这一现象可被P2Y12受体阻滞剂抑制；高浓度刺激引起小胶质细胞突起回缩，抑制P2Y1、P2Y13受体可阻断这一过程，因此认为低强度刺激下，由P2Y12 介导的小胶质细胞突起延伸，而高强度刺激下由P2Y1受体和P2Y13受体介导小胶质细胞回缩。

小胶质细胞能吞噬受损及死亡的神经元，这一过程可能是由小胶质细胞上的P2Y6 受体介导的。为明确帕金森病变中由神经炎症导致的神经元减少是否与P2Y6受体有关，研究者向小鼠射脂多糖后发现，黑质多巴胺能神经元减少，与帕金森病变病理变化相似，而敲除P2Y6受体基因未发现神经元减少的现象；此外，使用P2Y6 受体阻滞剂后小胶质细胞失去吞噬作用［7］。因此表明P2Y6受体介导的小胶质细胞具有吞噬功能。

小胶质细胞具有多种表型，按照激活状态，分为促炎型M1型和抗炎型M2型，M1型小胶质细胞分泌促炎因子，引起炎症反应，而M2型促进组织修复、发挥抗炎作用［17-18］。此外，按照小胶质细胞异质性分型，分为阳性（5D4+）和5D4阴性（5D4-）。5D4+小胶质细胞与5D4-小胶质细胞相比，突起更多，突触可塑性更强，表达更多的炎症因子、P2Y12受体［19］。然而，目前的分型并不是绝对的，可能还存在其他小胶质细胞表型，未来需进一步探索小胶质细胞各亚型的功能特点。

2.1 P2Y受体介导小胶质细胞产生的积极影响小胶质细胞上的P2Y1 受体在脑缺血后高表达，敲除P2Y1受体基因发现，受损神经元数量明显高于正常组［20］，同样在缺氧缺糖模型中得到一致结果［21］。在炎症模型中，P2Y1受体激动剂抑制小胶质细胞释放促炎因子，而阻断P2Y1受体逆转了这种现象［6］，进一步证实了P2Y1 受体介导的小胶质细胞发挥保护作用。

在缺血模型中观察到，P2Y6 受体在小胶质细胞也是高表达的，阻滞P2Y6受体后，小胶质细胞吞噬功能被抑制，造成梗死面积扩大，行为学损伤加重［22］。癫痫病变中同样出现了P2Y6 受体的高表达。沈晓华等［23］向癫痫小鼠脑室注射P2Y6受体阻滞剂，小鼠癫痫症状加重，小胶质细胞活化被抑制，吞噬功能也随之下降。提示P2Y6 受体介导小胶质细胞的吞噬功能可能有积极作用。

抑郁症患者由于应激及炎症导致大脑稳态失衡，在其外周血发现炎症相关因子升高，但是对大脑内部变化仍不了解。由于小胶质细胞对脑内异常信号及其敏感，研究者分析了重度抑郁症患者死后不同脑区的小胶质细胞，未发现炎症相关因子的分泌，但非炎症性吞噬细胞有所增加，并且小胶质细胞上的P2Y12 受体高表达，推测可能是P2Y12 受体介导小胶质细胞启动了修复功能［5］。而小鼠抑郁模型结果显示，小胶质细胞活化后上调大量促炎因子［24］。针对不同研究结果，P2Y12 受体介导小胶质细胞在抑郁症相关的炎症机制还需进一步探索。

2.2 P2Y受体介导小胶质细胞产生的不利影响有报道称，癫痫持续状态下皮层P2Y1 受体显著增加，并且位于小胶质细胞上。为了证明P2Y1 受体介导小胶质细胞对癫痫的作用，使用P2Y1受体激动剂显示，小鼠癫痫持续状态下的脑损伤电位增大，而P2Y1 受体阻滞剂能预防这种皮层损伤［25］。小胶质细胞上P2Y1受体高表达对癫痫病变可能是不利的。

慢性偏头痛（chronic migraine，MC）发病机制与小胶质细胞活化紧密相关。MC 模型中小胶质细胞上的P2Y12 受体高表达，而P2Y12 受体抑制剂能有效的预防MC，并且炎症因子相应减少，支持P2Y12受体介导的小胶质细胞参与了MC 的发生［26］。付俊等［27］也同样证实MC 中小胶质细胞活化是P2Y12 受体主导的。SUZUKI 等［28］提出无论是敲除小胶质细胞上的P2Y12 受体基因，还是P2Y12 受体受体阻滞剂都能抑制或减少炎症因子释放。提示P2Y12受体介导的小胶质细胞机制通路是炎症反应必不可少的。最近研究表明，P2Y14 受体介导的小胶质细胞也参与了MC 的病理过程。阻断P2Y14 受体能显著降低小胶质细胞活化水平，同时缓解大鼠偏头痛［29］。因此，P2Y12 受体和P2Y14 受体介导的小胶质细胞可能都参与了MC 的发病过程，可为阐明MC 的发病机制提供更多可能。

新的研究表明，糖尿病神经痛与P2Y13 受体激活有关，P2Y13 受体激活后引起小胶质细胞释放多种促炎信号分子，而P2Y13 受体阻滞剂可抑制小胶质细胞活化，促炎分子减少，神经疼痛症状减轻［30］。因此，抑制P2Y13 受体可能是缓解糖尿病神经痛的治疗方法之一。

3 星形胶质细胞

星形胶质细胞是数量最多、体积最大的胶质细胞，广泛分布在中枢神经组织中［31］。星形胶质细胞其功能主要是支持神经元突触的生长和信息处理［32］，调节细胞内外离子、递质的平衡，以维持中枢神经系统的稳态［3，8，33］。潜在的威胁信号使神经元过度活动，释放ATP及其代谢产物，通过P2Y受体激活星形胶质细胞［34］。星形胶质细胞活化增生后，通过上调大量分子来调节多种生物学行为，如释放神经营养因子、释放并清除谷氨酸与自由基以修复受损的神经系统。但是，随着病理的发展及时间的推移，星形胶质细胞增生可能会往有害的方向发展，如限制轴突再生、阻碍功能恢复、分泌过量的谷氨酸毒性因子以干扰神经功能恢复并产生损害作用［35］。谷氨酸是脑内的兴奋性信号分子，正常生理条件下由星形胶质细胞摄取回收［36］，当星形胶质细胞功能异常导致谷氨酸循环障碍，则会引发毒性反应。通过分析基因发现，神经炎症和缺血诱导了两种不同类型的星形胶质细胞，分别将其命名为A1 型和A2 型。A1 型星形胶质细胞被认为是介导有害作用，在损伤中引起其他神经元死亡；A2型星形胶质细胞在损伤中释放神经营养因子，可促进组织修复，因而认为是有益的［37］。

3.1 P2Y受体介导星形胶质细胞的积极影响众所周知，大脑PH 平衡对维持神经系统稳态至关重要。神经元活动过程中不断向细胞外代谢H+，研究表明，P2Y1 受体介导的星形胶质细胞可调节碳酸氢盐的释放，是缓冲过量H+的的机制之一［38］。此外，P2Y1受体激动剂能对抗脑损伤，增加星形胶质细胞线粒体能量，减少炎症因子的释放，从而减轻脑水肿和记忆损害［39］。有趣的是，星形胶质细胞通过自身释放的ATP也可以激活P2Y1受体，在缺氧条件下增加通气量，缓解呼吸抑制［40］。星形胶质细胞可加强对缺氧的耐受，减轻因呼吸功能抑制造成的脑损伤。

急性神经炎损伤机制之一是蛋白缺陷，小鼠急性神经炎模型中，星形胶质细胞及小胶质细胞的蛋白酶体系统遭到损害，应用P2Y2受体激动剂可促进蛋白酶体表达，减轻胶质细胞损害程度［41］。P2Y2受体可维持胶质细胞内蛋白质稳定。

毒物损害下激活的星形胶质细胞也可以启动保护机制。过氧化氢作用于星形胶质细胞可致其毒性反应，使星形胶质细胞产生活性氧，活性氧的产生伴随着神经元的死亡。而P2Y受体激动剂能降低活性氧的产生［33］，提示P2Y 受体介导的星形胶质细胞活化可调节抗氧化反应，减轻毒性反应。

3.2 P2Y受体介导星形胶质细胞的不利影响众多研究表明，星形胶质细胞异常活动主要是通过P2Y1受体信号介导的。在阿尔茨海默病小鼠模型发现，脑室内注射P2Y1 受体抑制剂可使星形胶质细胞和神经元网络功能恢复正常，因此学习和记忆能力得到改善［42］。切除癫痫患者的海马组织发现增殖的星形胶质细胞和其高表达的P2Y1、P2Y2、P2Y4 受体，这些受体可能是导致星形胶质细胞增殖的原因［43］。此外，其他研究者给予癫痫大鼠P2Y1 受体抑制剂后，异常电信号频率减弱，星形胶质细胞活化水平下降，癫痫状态得到改善［44］。小鼠神经病理性疼痛模型中同样证实，降低P2Y1 受体表达或应用P2Y1 受体阻滞剂抑制星形胶质细胞活化，有害因子随之减少，可达到显著的镇痛作用［45］。综上所述，P2Y1 受体信号通路的阻断可能是减轻病变发生发展的有效措施之一。

由HIV引起的认知障碍与神经炎症有着密切的关系。在体外炎症因子刺激星形胶质细胞，P2Y4受体和炎症因子表达增多，而下调P2Y4受体可使炎症反应减轻，受损神经元减少，并进一步采用P2Y4 受体基因敲除鼠证实了这个结果［46］。因此，星形胶质细胞上P2Y4受体活化可能导致促炎作用，该受体可以作为干预措施的另一个靶点。

4 小胶质细胞与星形胶质细胞的关系

4.1 小胶质细胞早于星形胶质细胞活化有研究者发现，受到异常刺激信号的胶质细胞活化具有时间模式，小胶质细胞早于星形胶质细胞激活。YOUICHI等［47］在小鼠体内脑创伤模型中发现，小胶质细胞标记物IBA-1 在脑损伤1 d 后迅速上调，而损伤3 d 后才观察到星形胶质细胞标志物GFAP 有所增加。为了提供更多证据，随后YOUICHI 等利用体外脑创伤模型同样发现，小胶质细胞向损伤部位迁移的时间早于星形胶质细胞。为进一步证明这个结论，有研究者对纯化小胶质细胞和星形胶质细胞同时激活并观察其下游，小胶质细胞释放的促炎因子在2～4 h到达高峰，而星形胶质细胞释放的促炎因子12 h到达高峰，相比小胶质细胞产生生物效应时间明显延迟［48］。

4.2 小胶质细胞通过介质激活星形胶质细胞小胶质细胞和星形胶质细胞在病变发生发展中不是独立的。提取阿尔兹海默小鼠模型的M1型和M2型小胶质细胞，分别加入星形胶质细胞共培养，星形胶质细胞在M1 型小胶质细胞作用下产生促炎因子，而在M2 型小胶质细胞作用下释放抗炎因子［10］。只培养小胶质细胞并给予刺激，小胶质细胞释放炎症因子TNF-α、IL-6 和IL-β，在小胶质细胞和星形胶质细胞的共培养基加入这些炎症因子抑制物，星形胶质细胞突起短小，而加入这些炎症因子则观察到星形胶质细胞突起伸长［47］。CLARKE等［49］利用基因敲除小鼠衰老模型进一步证明，缺乏IL-1α、TNF-α、C1q 炎症因子基因的与野生小鼠相比，活化星形胶质细胞表达明显减少。表明星形胶质细胞依赖于小胶质细胞调节产生生物效应。

4.3 P2Y 受体介导小胶质细胞-星形胶质细胞通路的积极作用许多证据证明小胶质细胞通过介质作用于星形胶质细胞，发挥神经保护作用。脑损伤初期，星形胶质细胞形成胶质瘢痕，以限制病变区域进一步扩大，研究发现，星形胶质细胞P2Y1 受体表达增加抑制瘢痕形成，相反，P2Y1 受体敲除可促进瘢痕形成，提示瘢痕形成这一过程是由于P2Y1受体下调引起的。在星形胶质细胞与小胶质细胞共培养时，星形胶质细胞P2Y1 受体下调，而加入细胞因子阻断抗体混合物，P2Y1受体的表达恢复［47］。由此可以得出结论，小胶质细胞通过细胞因子下调P2Y1受体，使星形胶质细胞发挥神经保护作用。但是也有人认为，不可逆的胶质瘢痕使轴突再生受限［50］。

4.4 P2Y 受体介导小胶质细胞-星形胶质细胞通路的有害作用根据之前的研究，小胶质细胞通过释放的介质调控星形胶质细胞，这条通路也可能对病变造成不利影响。在癫痫发生的早期，小胶质细胞激活后，释放TNF-α，引起星形胶质细胞释放ATP/ADP，激活星形胶质细胞自身的P2Y1受体，触发谷氨酸大量释放，导致海马内神经元突触异常活动，而阻断TNF-α信号通路，可恢复正常突触活动［51］。因此，抑制小胶质细胞功能，能间接减轻星形胶质细胞造成的损害，并且在脊髓疼痛模型中再次得到证实，抑制小胶质细胞激活，谷氨酸释放减少，疼痛反应缓解［52］。

5 结论与展望

小胶质细胞和星形胶质细胞对维持大脑稳态具有重要的作用，尤其体现在神经系统受损时的调节。P2Y受体介导的小胶质细胞和星形胶质细胞对中枢疾病有保护和损害的双重影响。值得注意的是，小胶质细胞和星形胶质细胞生理病理过程不是独立的，可通过相互作用最终导致神经元命运。虽然许多研究通过靶向阻断P2Y受体控制胶质细胞对神经疾病调节的发展方向，达到了显著的治疗效果，但也有证据表明P2Y受体激活可对机体产生保护作用。本文介绍了小胶质细胞和星形胶质细胞上不同亚型P2Y受体的表达、功能及调节机制，总结了通过激活或抑制部分P2Y受体亚型以控制小胶质细胞和星形胶质细胞对疾病发展的影响，为今后的研究方向提供多种可能。然而目前对P2Y受体介导的星形胶质细胞、小胶质细胞调节机制的认识不全面，仍有诸多疑问需要解决。（1）P2Y受体激活或抑制的程度范围对疾病是否有不同影响；（2）是否有多个亚型P2Y受体同时参与了疾病过程；（3）小胶质细胞和星形胶质细胞是否还存在其他分型；（4）小胶质细胞和星形胶质细胞相互影响的更多证据。综上所述，就目前的研究结果和存在的疑问还不能确定P2Y受体通路下小胶质细胞、星形胶质细胞是如何调节病变发展的，未来还需要进一步研究以解释这些细胞的生物效应，开展更多的科学讨论，帮助临床医生确定科学的、理想的治疗方案。