小胶质细胞在缺血性脑卒中中的作用研究进展

盛玲丽，腾兴琼，李寒梅，王颖，殷梅

脑卒中仍是全球人群残疾和死亡的主要原因之一，其中缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）占75%～80%［1］。尽管药物治疗和血管内介入治疗极大地改善了IS患者的预后，但临床上IS后继发性脑损伤的治疗方法仍非常有限。研究表明，神经炎症在缺血性脑损伤的发生和进展中起着关键作用，持续的神经炎症可在脑梗死过程中损伤神经元和血脑屏障（blood-brain barrie，BBB），破坏脑组织，进而使神经功能结局恶化［2］。IS发生时，细胞内物质（如核酸、脂质和蛋白质）会逃逸到细胞外空间，并充当损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP），从而触发小胶质细胞上的模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR），导致炎症细胞因子和趋化因子的产生，并激活各种炎症信号通路［2-3］，而抑制炎症反应可以减轻神经功能缺损程度［4］。由此可见，神经炎症在IS诱导的脑损伤中起着至关重要的作用。

小胶质细胞是中枢神经系统（central nervous system，CNS）中的常驻巨噬细胞，在CNS发育、稳态和疾病中起着至关重要的作用，其参与大脑中的各种生理过程，包括神经元生成、突触重塑、炎症损伤和抗原呈递等［5］。IS发生后，被激活的小胶质细胞会迅速向损伤部位迁移，通过产生炎症细胞因子和细胞毒性物质来加剧组织损伤，而在缺血损伤的恢复期其通过清除碎片和产生抗炎细胞因子及生长因子来促进组织修复和神经重塑［6］。小胶质细胞介导的神经炎症不是一个孤立的过程，其与BBB损伤、神经毒性、细胞凋亡、氧化应激、自噬、神经重塑和血管生成等其他病理生理过程具有复杂的关系［7］。近年来，研究者们对小胶质细胞的激活和极化进行了广泛的研究，发现小胶质细胞激活是一个复杂的过程，其可能受到许多物质和周围细胞的影响，如神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和内皮细胞［8］。尽管越来越多的实验证据表明，靶向小胶质细胞是一种潜在的治疗IS的有效方法［9］，但临床进展缓慢，目前还没有临床研究能够提供令人信服的证据来证明任何生化或物理疗法可以通过特异性靶向IS后激活的小胶质细胞而发挥神经保护作用。本文主要介绍了IS后小胶质细胞的激活和极化机制、小胶质细胞在IS中的作用以及潜在的基于小胶质细胞的IS治疗措施，以期为IS患者提供新的治疗靶点，为相关课题研究提供新思路。

1 IS后小胶质细胞的激活和极化机制

IS后大脑中复杂的炎症反应主要包括小胶质细胞（巨噬细胞）激活、促炎细胞因子水平升高、外周免疫细胞侵袭和神经组织损伤，其中小胶质细胞激活是IS后发生炎症反应的第一步。在缺血性脑损伤发生过程中，小胶质细胞会发生形态变化，即小胶质细胞激活［10］。局部脑缺血可导致脑血流量减少和能量剥夺，此时天然小胶质细胞会迅速迁移到损伤部位并发生形态学变化，通常表现为细胞体肥大、运动分支发育或躯体迁移［11］。小胶质细胞在IS发生前后至少经历4种形态变化，分别命名为分支、中间型、变形型、圆形小胶质细胞，其中具有小细胞体的分支小胶质细胞是静息小胶质细胞，其细胞体小，突起长，主要位于缺血核心远端或对侧半球；分支小胶质细胞接触到损伤信号后被激活并转变为中间型、变形型小胶质细胞，其以细胞体增大和突起变短为特征，会迅速迁移到损伤区域，吞噬细胞碎片或受损神经元，因而中间型、变形型小胶质细胞主要位于梗死周围区域；圆形小胶质细胞是小胶质细胞最活跃的形式，呈巨噬细胞样，主要位于梗死核心［10］。

根据小胶质细胞的生物学功能及其分泌的细胞因子和趋化因子，可将其分为“经典”型（M1型）小胶质细胞和“交替激活”型（M2型）小胶质细胞［12］。M1型小胶质细胞具有促炎作用，其在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、坏死细胞、微生物、细菌碎片和干扰素γ（interferon-γ，IFN-γ）的作用下，可产生促炎细胞因子〔如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）、白介素（interleukin，IL）-6、IL-12、IL-1β等〕及趋化因子（如单核细胞趋化蛋白1）等，其还可产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS），从而诱导强烈的炎症反应，最终通过N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）的毒性效应增强NMDA受体介导的神经毒性［13］。相反，M2型小胶质细胞在IL-4、IL-13和IL-10的作用下，不仅可产生抗炎细胞因子，还释放生长因子〔如胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）、神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）〕以及神经营养因子〔包括胶质细胞源性神经营养因子（glial cell derived neurotrophic factor，GDNF）和脑源性神经生长因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）〕等，从而通过清除细胞碎片、减轻局部炎症反应以及释放大量营养因子来促进脑组织修复［14］。

研究表明，核因子κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）、信号转导子和转录激活子（signal transducer and activator of transcription，STAT）家族成员、核因子E2-相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARγ）是4个重要的转录因子，其与小胶质细胞表型极化的潜在机制有关，前两个转录因子与小胶质细胞向M1表型极化密切相关，而后两个转录因子与小胶质细胞向M2表型极化密切相关［15-16］。M1型小胶质细胞的激活涉及许多因子，包括细胞因子鞘氨醇1磷酸盐（sphingosine 1 phosphate，S1P）、LPS、高迁移率族蛋白B1（high-mobility group box 1，HMGB1）、蛋白质S100-B、趋化因子样因子（chemokine-like factor，CKLF1）、IL-4等，其与细胞膜受体〔如细胞因子受体S1P受体、晚期糖基化终产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）、Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）4、IL-4受体和C-C趋化因子受体4（C-C chemokine receptor 4，CCR4）〕结合，从而触发促炎细胞信号通路，如Janus激活激酶2（Janus activated kinase 2，JAK2）/STAT/NF-κB、髓系分化主要反应蛋白Myd88/NFκB信号通路等；M2型小胶质细胞可以被IL-4激活，从而促进PPARγ从细胞核转移到细胞质，随后抑制NF-κB，并促进Nrf2的激活以诱导抗炎基因的转录［17］。HU等［18］通过短暂局灶性缺血模型大鼠揭示了小胶质细胞激活的动态变化过程，其先经历早期“健康”的M2表型，然后转变为“病态”的M1表型。有研究者在大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型大鼠中观察到，M1型小胶质细胞标志物从发病第3天开始表达，并在2周时达到峰值，之后下降，而M2型小胶质细胞标志物的表达水平从发病第1～3天开始增加，在第5～7天达到峰值，并维持至发病第42天［17］。因此，抑制M1型小胶质细胞释放促炎细胞因子和促进小胶质细胞从M1表型向M2表型转变可能是治疗IS后继发性脑损伤的潜在方法。研究显示，MCAO模型小鼠缺血性脑组织中NF-κB表达水平明显升高，激活的NF-κB可以促进M1型小胶质细胞分泌促炎细胞因子（如IL-18、IL-6和TNF-α），而NF-κB抑制剂可明显抑制这些细胞因子的释放［19］。干扰素调节因子（interferon regulatory factor，IRF）家族与脑卒中后小胶质细胞激活有重要关系，AL MAMUN等［20］通过慢病毒和条件敲除技术来调节小胶质细胞中IRF5或IRF4的表达，结果显示，IRF5-IRF4信号通路可调控脑卒中后小胶质细胞的激活，且IRF5的过度表达与M1型小胶质细胞的激活有关，而IRF4可负向调节炎症反应，促进小胶质细胞向M2表型极化。

除了经典分型外，随着对小胶质细胞研究的深入，还出现了各种亚型，如M2型小胶质细胞可根据不同的刺激过程和功能进一步分为3种亚型，包括M2a、M2b和M2c［21］。

2 小胶质细胞在IS中的作用

2.1 M1型小胶质细胞参与BBB损伤 BBB由通过紧密连接而连接的内皮细胞组成，其与星形胶质细胞、周细胞、神经元和细胞外基质协同作用，可形成选择性物理屏障，将血流与脑实质隔开，以维持脑稳态［22］。已有研究表明，在脑缺血和再灌注期间，BBB被高度破坏，其中神经炎症（以内皮细胞和免疫细胞中炎症递质上调为特征）发挥了重要作用［23］。M1型小胶质细胞可产生多种促炎细胞因子，如TNF-α、ROS、iNOS、IL-1β、IL-6和IL-18［24］。CHEN等［25］研究发现，M1型小胶质细胞分泌的TNF-α可导致内皮细胞凋亡并加剧BBB损伤，而抗TNF-α治疗可减少内皮细胞凋亡和减轻BBB损伤，从而改善脑卒中患者预后。研究表明，小胶质细胞分泌的IL-1β可通过抑制紧密连接蛋白的分泌而增加BBB通透性［26］。另外，促炎细胞因子可增加BBB中内皮细胞黏附分子的表达水平，如细胞间黏附分子1、P-选择素和血管细胞黏附蛋白，这些黏附分子会促进循环中的中性粒细胞向脑缺血组织浸润，从而导致脑缺血区域继发炎症损伤［27］。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）是锌依赖性蛋白酶家族，其中MMP-2、MMP-9、MMP-3和MMP-12已被广泛证明是导致BBB损伤的关键介质，其在激活的小胶质细胞、星形胶质细胞和浸润的中性粒细胞中表达，可破坏BBB中的紧密连接蛋白，从而“压缩”内皮细胞，导致脑缺血再灌注后2～3 h BBB功能障碍［28］。此外，小胶质细胞产生的趋化因子可上调内皮细胞黏附分子，并促进中性粒细胞浸润，从而加剧BBB损伤［29］。NEUMANN等［30］使用活体双光子显微镜记录脑卒中模型小鼠大脑中的中性粒细胞和小胶质细胞动力学变化，证明中性粒细胞通过滚动、黏附的方式向缺血区域迁移，中性粒细胞侵袭与局部脑组织BBB破坏、梗死灶形成有关；其还发现，小胶质细胞的耗竭会影响缺血区域的BBB完整性，这可能是由于中性粒细胞侵袭到梗死区时小胶质细胞已耗竭，这些中性粒细胞并没有被吞噬而损伤BBB。另外，XIE等［31］在MCAO模型小鼠中发现，激活的小胶质细胞分泌的外泌体——miR-424-5p的过度表达可加剧内皮细胞损伤及其通透性，而抑制miR-424-5p表达可明显降低MCAO诱导的神经功能障碍和内皮细胞损伤。

综上，M1型小胶质细胞通过削弱紧密连接、增加细胞旁通透性、促进白细胞侵袭等而参与BBB损伤，因此，抑制小胶质细胞向M1表型极化可维持IS后BBB的完整性。

2.2 M1型小胶质细胞可加剧IS后神经毒性损伤 小胶质细胞的激活可由受损神经元触发，且兴奋性氨基酸介导的神经毒性损伤可加剧M1型小胶质细胞的增殖和激活，增加促炎细胞因子的产生，进而加剧神经元损伤，形成恶性循环［14］。谷氨酸是大脑中最常见的兴奋性神经递质，可参与CNS的多种病理生理过程，其在神经元中合成并在神经元末端附近的突触小泡中释放和运输，还可与小胶质细胞分泌的谷氨酸受体结合［7］。缺血性脑损伤发生后，突触间隙的谷氨酸受体表达受损，导致谷氨酸在细胞间隙过度积累，引起细胞内钙超载，从而加重神经元损伤或凋亡［32］。谷氨酸受体分为离子型和代谢型，其中离子型谷氨酸受体主要包括α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（A-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR）、NMDA受体、红藻氨酸受体等，代谢型谷氨酸受体（metabotropic glutamate receptors，mGluR）包括8个亚型，除mGluR7外，其他亚型mGluR和所有离子型谷氨酸受体在小胶质细胞上表达［33］。小胶质细胞上NMDA受体被受损神经元激活后可引起促炎细胞因子、抗炎细胞因子和趋化因子的大量释放和积累，如IL-1β、IL-3、IL-4、IL-5、IL-9、IL-12、IL-13、IL-17、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和IFN-γ，导致神经元凋亡，进一步加重神经毒性损伤［34］。M1型小胶质细胞还可产生ROS和iNOS，进而增强谷氨酸的毒性效应并介导NMDA受体产生神经毒性［14］。另外，研究显示，NOD样受体蛋白（NOD like receptor protein，NLRP）炎症小体是炎症反应的关键成分之一，脑缺血损伤后，缺血核心区小胶质细胞中NLRP3表达水平明显升高，且其在再灌注后24 h达高峰，而NLRP3高表达可促进促炎递质的产生，进而激活小胶质细胞介导的神经毒性损伤，导致神经元凋亡和BBB损伤［35］。

综上，M1型小胶质细胞可通过产生炎症细胞因子和细胞毒性物质而加剧神经毒性损伤和组织损伤，而IS后神经毒性损伤的发生机制复杂，涉及很多方面，未来需要更多研究进一步分析。

2.3 M2型小胶质细胞可提高IS后神经可塑性 神经可塑性指CNS损伤后重组其功能和结构的内在能力，对于补偿或替代原发病引起的功能障碍至关重要，通常发生在脑缺血病变的对侧、同侧以及其他偏远区域，M2型小胶质细胞在调节IS恢复期神经可塑性方面发挥着重要作用，涉及小胶质细胞抗炎细胞因子的释放、神经发生、血管生成、轴突重排、突触重塑、细胞外基质和微环境适应等方面［36］。研究表明，M2型小胶质细胞可促进神经前体细胞（neural progenitor cell，NPC）的增殖和分化［14］。THORED等［37］研究显示，当从成年兴奋性毒性纹状体病变模型大鼠正常脑组织中分离出的NPC暴露于含有小胶质细胞的培养基时，其增殖水平升高，更容易分化为神经元和少突胶质细胞，第2、6、16周脑室下区表达IGF-1的小胶质细胞数量增加，其可能减少神经元凋亡并促进NPC的增殖和分化，进而促进神经发生。IL-4是M2型小胶质细胞释放的主要抗炎细胞因子之一，其在MCAO模型小鼠体内明显升高并保持至少2周，而补充外源性IL-4可明显改善小鼠的神经功能并降低脑梗死发生率［38］。另外，M2型小胶质细胞释放的BDNF可调节突触重塑相关蛋白，敲除小胶质细胞中的BDNF，抑制突触的形成［39］。研究表明，运动训练［40］、丰富环境［41］和重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）［42］等康复疗法可以通过增强突触重塑性来恢复感觉和运动功能、学习和记忆形成有关的认知功能。LUO等［43］研究表明，rTMS可抑制NF-κB信号转导和STAT6的激活，促进小胶质细胞向M2表型极化，从而促进神经发生。此外，STAT3信号通路被认为是调节小胶质细胞表型并参与IS中小胶质细胞相关炎症反应的重要通路，抑制其激活可促进小胶质细胞极化为M2表型，从而抑制神经元凋亡［44］。

综上，M2型小胶质细胞可通过抑制炎症反应、分泌神经营养因子和促进NPC增值、分化来发挥神经保护作用，这对提高IS后神经可塑性具有重要意义。

2.4 M2型小胶质细胞可促进IS后血管生成 血管生成是一个复杂的过程，指血管中的原始内皮细胞被分化、增殖、迁移，最终重塑为新的血管。在IS恢复期，新生血管从正常脑组织向缺血半暗带和中央坏死区延伸，进而改善周围缺血区的血流灌注，缩小脑梗死体积，为重塑神经结构及恢复CNS功能提供支持［45］。M2型小胶质细胞可产生多种抗炎细胞因子，包括IL-10、IL-4、IL-13等，其可减轻炎症反应并减少中性粒细胞和其他淋巴细胞向损伤部位募集，从而延缓BBB损伤［24］。其中IL-10不仅可通过下调NF-κB的表达来发挥抗炎作用，还可通过激活抗氧化通路、抑制氧化反应来保护内皮细胞免受氧化应激损伤［46］。另外，M2型小胶质细胞产生的BDNF、VEGF和IL-8可促进脑损伤后血管的生成，从而促进BBB功能的恢复［28］。IS后血管生成可由缺氧组织中的VEGF诱导，并在脑卒中发作后第3天出现且持续至少90 d［39］。SHANG等［47］研究发现，芬戈莫德可减轻IS模型小鼠梗死周围区域中的小胶质细胞相关神经炎症，增强M2型小胶质细胞的促血管生成作用，从而在IS中发挥神经保护作用。

综上，血管生成在IS患者的长期神经功能恢复中起着重要作用，而M2型小胶质细胞与IS后血管生成密切相关，但两者之间的相互作用机制仍需要进一步研究。

3 潜在的基于小胶质细胞的IS治疗措施

静脉溶栓和血管内介入取栓术是治疗IS的有效策略，但其治疗时间窗窄，因而需要开发新的治疗策略，而抑制小胶质细胞极化为M1表型，并促进其极化为M2表型，以维持抗炎和促炎反应的平衡，是IS的一种潜在的新的治疗策略。随着研究的深入，许多药物被证明可以调节小胶质细胞的功能。他汀类药物在IS中除了具有降脂、稳定斑块的作用外，还具有抗炎作用。ZHANG等［48］研究发现，阿托伐他汀可降低IS后TNF-α、单核细胞趋化蛋白1和IL-6的表达水平，升高IL-4的表达水平，其可通过抑制梗死周围区域小胶质细胞向M1表型极化来减轻神经炎症，从而改善神经功能。米诺环素是一种广谱抗生素，其在CNS中具有抗氧化和抗炎作用。LU等［49］研究发现，米诺环素可缩小MCAO模型小鼠发病第7天脑梗死体积，减轻神经元损伤，抑制反应性神经胶质增生，还可以通过STAT1/STAT6通路促进小胶质细胞向M2表型极化并抑制其向M1表型极化，从而促进神经元存活和神经功能恢复。纳洛酮是一种阿片类药物拮抗剂，研究发现，间歇性纳洛酮治疗可抑制脑卒中模型大鼠大脑纹状体和丘脑中的小胶质细胞激活、减少皮质和丘脑中的神经元凋亡，从而促进其行为恢复［50］。部分中药成分也被证实可以调节小胶质细胞功能，如黄芪甲苷具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的作用［51］。LI等［52］研究表明，黄芪甲苷可降低短暂性MCAO模型大鼠脑缺血/再灌注后14 d的M1型小胶质细胞标志物的表达水平，提高M2型小胶质细胞标志物的表达水平，指出黄芪甲苷可通过PPARγ通路促进小胶质细胞/巨噬细胞向M2表型极化，从而增加BDNF、IGF-1、VEGF表达水平，进而促进神经发生和血管生成，减轻脑损伤和促进神经功能的恢复。LIU等［53］研究显示，姜黄素后处理可导致MCAO模型小鼠大脑中M2型小胶质细胞标志物升高、M1型小胶质细胞标志物降低，进而减轻IS引起的脑损伤并改善其预后。另外，rTMS在脑卒中患者的康复中得到了广泛的应用，研究表明，rTMS可以抑制小胶质细胞向M1表型极化，诱导其向M2表型极化，从而起到促进神经发生、抑制神经元凋亡和减轻神经炎症的作用［54］。

4 小结及展望

基于目前研究，小胶质细胞在IS发展中发挥着“双刃剑”的作用，即免疫损伤和神经保护作用。M1型小胶质细胞可促进炎症反应，并通过增加促炎细胞因子的释放来破坏BBB和导致神经毒性损伤，从而加重对缺血性脑组织的损伤。相反，M2型小胶质细胞通过分泌抗炎细胞因子和神经营养因子来提高神经可塑性和促进血管生成。因此，可在IS的不同阶段调节小胶质细胞极化，抑制其向M1表型极化，促进其向M2表型极化，从两个方面达到抗炎作用，从而促进IS患者神经功能的恢复。未来应着重于小胶质细胞在IS中双重作用调控靶点的研究，从而为临床研究提供支持。

作者贡献：盛玲丽进行文章的构思与设计，文献搜集，并撰写论文；盛玲丽、腾兴琼、李寒梅进行文献整理；盛玲丽、王颖进行论文修订；殷梅负责文章的质量控制及审校，并对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。