小胶质细胞极化状态与脑缺血再灌注损伤关系的研究 进展

李想，蔡乐，王勇,2(通信作者*)

（1.广西肿瘤免疫与微环境调控重点实验室，广西 桂林 541199；2．桂林医学院生理学教研室，广西 桂林 541199）

0 引言

随着我国人口老龄化以及人民生活水平提高，脑卒中的患病率显著上升，其高致死率及致残率给家庭和社会造成了严重负担，已成为威胁人类生命的最主要疾病之一。当发生缺血性脑卒中时，首要治疗方式就是及时恢复血流，但脑组织发生一段时间缺血缺氧后，恢复血流再灌注，其功能不但无法恢复，反而会加重其结构和功能的破坏，即发生了脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI)，进一步加重神经细胞损伤。同时，这些反应也会进一步刺激小胶质细胞产生相关的免疫应答，从而发挥神经保护或神经毒性作用。本文主要就小胶质细胞极化状态在脑缺血再灌注损伤中发挥的作用展开综述。

1 小胶质细胞概述

神经系统是人体最为复杂的一个系统，由神经细胞、胶质细胞，小胶质细胞、脑膜组成细胞以及血管等所组成。1932年，Hortega用碳酸银法清楚地识别出中枢神经系统内具有吞噬，迁徙功能的细胞，他提出这些细胞这是由中胚层来源，将其描述为中枢神经系统的非神经元，非星型胶质细胞，且不同于中性粒细胞和少突胶质细胞，并命名为神经小胶质细胞[1]。也有其他研究者认为，小胶质细胞由卵黄囊原始的巨噬细胞产生的，并在成年后的中枢神经系统(Central Nervous System，CNS)中持续存在[2]。经过学者们多年的研究，小胶质细胞的来源大致被分为几个观点：①神经外胚层；②外周中胚层/间叶组织；③骨髓内造血干细胞或单核细胞；④卵黄囊。即使小胶质细胞起源还未被完全证实，但学者们广泛认为小胶质细胞是具有不同发育起源的CNS常驻巨噬细胞。小胶质细胞位于神经结构的附近，其形态呈高度分枝状，具有三级和四级分枝结构，且细胞间的分枝很少发生重叠[3]。作为大脑间质细胞，小胶质细胞可为神经细胞提供营养，对神经细胞的生长发育起到支持作用，作为中枢神经系统内固有的免疫效应细胞，小胶质细胞可以敏锐地监测大脑内神经元的状态[4]，可修剪或清除神经细胞正常发育过程中多余或受损突触，吞噬坏死或凋亡的神经细胞，可以说小胶质细胞参与了神经细胞从胚胎到成熟再到凋亡的整个过程。小胶质细胞通常处于静止状态，而受到刺激后极化状态分为M1表型与M2表型[5]，M1表型主要分泌促炎因子，如白介素IL-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、诱导型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、肿瘤坏死因子-α(tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)等，诱导组织或细胞产生氧化损伤，加重炎症反应。M2表型主要分泌抗炎因子，如IL-10、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等，发挥其抗炎、修复、再生等作用。正常状态下，二者处于动态平衡。不同刺激使小胶质细胞从静息状态向不同表型的极化状态激活，发挥神经损伤或者神经保护作用。

2 小胶质细胞极化状态与CIRI的关系

2.1 小胶质细胞极化状态与CIRI炎性反应的关系

炎性反应在CIRI病理生理过程中发挥着重要作用，而小胶质细胞是中枢神经系统的先天免疫细胞，介导CIRI的神经炎性反应。脑缺血后，可引起包括神经元在内的细胞坏死，产生活性氧，释放细胞因子(如 TNF-α、IL-lβ、IL-6)等炎性介质，将静息状态的小胶质细胞激活成M1型，释放更多炎症介质，如基质金属蛋白酶、iNOS以及活性氧等，引起脑组织水肿，血管通透性增加，促使更多神经细胞死亡[6]。因此，抑制小胶质细胞释放促炎因子，增加抗炎因子释放，可能是减轻脑缺血再灌注损伤的重要方式。张秀丽[7]等人建立脂多糖诱导的大鼠小胶质细胞 HAPI 细胞炎症模型，观察到诱导后的HAPI细胞胞体变大，突触变粗变短，呈阿米巴型，促炎性因子的表达水平显著升高；抗炎性因子表达水平显著降低，给予药物治疗后促炎因子表达水平降低，而抗炎因子表达水平升高，同时细胞胞体胀大部分恢复，突触变长，且细胞数量增多。在脑缺血早期抑制小胶质细胞向M1型极化，并刺激其向M2型极化，维持脑内M1与M2型的动态平衡，进而就可减轻CIRI以及改善脑组织功能恢复。Shadamu等人[8]用大鼠进行体内大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO) 体内模拟CIRI，同时用BV2细胞进行氧糖剥夺(oxygenand glucose deprivation，OGD)模型实验体外模拟CIRI，发现M1标志物和M2标志物表达显著增加。此外，给予大鼠注射转运蛋白(Translocator protein，TSPO)的配体 PK11195 抑制了M1极化标志物，但促进了M2极化标志物的表达，显著逆转了大鼠 MCAO 后的神经损伤。体外研究表明，敲低TSPO促进了M1极化但抑制了M2极化，伴随着细胞活力的显著降低。相反，TSPO过表达抑制了M1极化，促进了M2极化，并显著提高了细胞活力。这些实验，进一步证实可通过改变小胶质细胞极化状态，发挥减轻炎性反应，保护神经细胞的作用。

2.2 小胶质细胞极化状态与CIRI自噬的关系

自噬是一种细胞内平衡机制，消化其自身成分的过程，通过该过程可消除细胞中多余或受损的细胞器，错误折叠的蛋白质以及入侵的微生物[9]。研究证明，CIRI发生与自噬有关[10,11]，适当的自噬可保护神经细胞，减轻CIRI引起的组织损伤，然而过度激活自噬引发自噬性死亡，造成不可逆损伤。小胶质细胞主要介导了细胞炎性反应，自噬本身是细胞内炎性反应的调节剂，自噬在小胶质细胞促炎或抗炎表型转化中起着至关重要的作用。Qin等人[12]为了探讨自噬是否参与小胶质细胞极化的调节，使用自噬抑制剂渥曼青霉素抑制了脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)诱导的自噬，同时小胶质细胞中的促炎因子表达水平降低，抗炎因子的表达水平没有改变，这些结果表明自噬参与了小胶质细胞促炎状态的激活。然而Jin等人[13]实验发现，在创伤性脑损伤后大鼠小胶质细胞被激活，炎性因子分泌增加，而在使用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine，3-MA)后，细胞自噬被抑制的同时小胶质细胞炎性极化状态增强，神经细胞凋亡增多。Bussi等人[14]使用雷帕霉素和海藻糖诱导了BV2小胶质细胞的自噬后，明显减少了LPS和α-突触核蛋白刺激BV2细胞所产生的炎性因子以及降低了神经元细胞死亡，使用3-MA抑制自噬后，炎性因子反而增加。Fu等人[15]研究发现，在OGD后通过药物促进BV2小胶质细胞中的自噬来抑制 NLRP3 炎性小体的活化，并且炎性因子IL-1β表达降低，说明小胶质细胞炎性极化状态减轻，起到神经保护作用，对CIRI起到改善作用。相反的，Wang等人[16]通过转染敲除C1q肿瘤坏死因子相关蛋白(Complement C1q Tumor Necrosis Factor-Related Protein 1，CTRP1)显著增强了 OGD诱导的自噬并增加了促炎因子TNF-α、IL-1β和 IL-6等释放，而重组CTRP1或CTRP1过表达减弱了BV2小胶质细胞中OGD诱导的自噬和炎症反应，证明通过调控自噬可使小胶质细胞向促炎或抗炎表型极化，对CIRI起到加重或保护的作用。大量研究证明，小胶质细胞的极化与细胞自噬密切相关，可能通过不同途径潜在调节小胶质细胞两种极化状态平衡，或许可以通过合理地调控自噬，进一步调节小胶质细胞在促炎和抗炎之间平衡，对CIRI起到改善作用。

2.3 小胶质细胞极化状态与CIRI内质网应激的关系

内质网是蛋白质合成、运输和维持细胞内Ca2+稳态的主要细胞器。内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)是机体发生炎症、缺血、缺氧、氧化应激等因素导致内质网中错误折叠和未折叠蛋白的积累，导致细胞生理功能紊乱的状态。内质网应激时未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)被启动，UPR调控促炎因子释放，然而内质网应激与炎症反应是相互作用的，IL-1β、TNF-α 等炎症介质的释放也会加速UPR的活化，释放更多的炎症因子，产生炎症反应的恶性循环[17]。因此在发生CIRI时，内质网应激刺激小胶质细胞发生极化，释放炎性因子，而释放的炎性因子进一步加重内质网应激。Mo[18]等人发现内质网应激相关蛋白IRE1a的过表达，会增加炎性因子的分泌，加重小胶质细胞OGD/R后的炎性反应。Zhu[19]等人实验证明通过抑制内质网应激，可减少OGD/R后原代小胶质细胞以及BV2细胞的极化，并且减少MCAO模型大鼠的脑梗死面积，起到神经保护作用。可见，小胶质细胞的极化与内质网应激相互作用，共同影响CIRI，若能靶向调控内质网应激，即可有效减少小胶质细胞极化，更好地起到神经保护作用。

2.4 小胶质细胞极化状态与CIRI相关信号转导通路的关系

CIRI发生机制与自由基生成过多、白细胞大量聚集、兴奋性氨基酸毒性以及胞内钙离子超载等因素有关。研究表明，CIRI的病理生理过程涉及到内质网应激、炎性反应、细胞凋亡与自噬等[20-22]。同样，有数个细胞信号通路调控着CIRI病理生理过程。核转录因子-κB(Nuclear factor kappa B，NF-κB)是细胞内的一种重要核转录因子，通过对一系列基因的表达和调控，参与脑缺血后神经元损伤、血脑屏障破坏和炎症反应等多种病理进程[23]。有多项研究发现，NF-κB信号通路激活与小胶质细胞极化具有相关性，并且影响着CIRI。体内OGD实验以及体外MCAO实验的小胶质细胞被激活后通过TRAF2/NF-κB信号通路加重神经元炎性损伤[24]。使用药物通过下调TLR4/Myd88/TRAF6 信号通路抑制NF-κB磷酸化，可使小胶质细胞从M1表型过渡到M2表型，减轻炎症反应，减少神经元损伤[25]。迷走神经刺激可以通过抑制缺血性脑卒中的TLR4/MyD88/NF-kB 通路，促进小胶质细胞M2表型极化并抑制M1表型胞极化以减轻脑损伤[26]。Notch信号通路异常与多种中枢神经系统疾病发生有关。有研究证明[27,28]，通过药物可抑制缺血缺氧后的小胶质细胞中Notch信号通路相关蛋白的表达，同时减轻小胶质细胞促炎表型极化，减少炎性因子释放，起到神经保护作用，证明小胶质细胞极化可能与Notch信号通路有关。单腺苷酸活化蛋白激酶(AMP actived protein kinase，AMPK)是内源性防御分子，在CIRI发病过程中，具有抗炎抗凋亡的作用，减轻神经细胞损伤[29,30]。Gan等人[31]使用领苯二甲内酯衍生物CD21激活AMPK后，发现在MCAO模型小鼠脑组织中以及OGD后BV2细胞中的M1表型标志物减少了，同时M2表型标志物有所增加，这表明通过激活AMPK可诱导小胶质细胞向M2表型极化来减轻缺血后神经炎症。AMPK/mTOR 信号通路是一个凋亡与自噬的重要调控途径。Xu等人[32]实验证明可通过激活AMPK/mTOR途径使小胶质细胞从M1表型向M2表型转变，从而预防CIRI。上述多项研究证明，这些信号通路可通过调控小胶质细胞的M1与M2极化状态从而调控CIRI病理生理过程。

3 小结与展望

CIRI的发生机制十分复杂，在临床治疗上仍未有显著突破。小胶质细胞在体内平衡受到身体伤害或其他刺激后变得特别活跃，并且使它们进入极化状态，这很大程度上是取决于病变性质和严重程度，同时也会影响疾病发展。但是，目前小胶质细胞激活机制仍未完全明了，小胶质细胞极化状态有利有弊，深入了解小胶质细胞激活的机制，调节好M1型与M2型的平衡关系，可能有助于为CIRI临床治疗提供新思路，成为治疗突破的关键。