脑微血管周细胞在神经炎症中的作用机制研究进展

袁桧 邢修忠 孙道凡 卢波 孟波 陈骏萍

神经炎症通常是指中枢神经系统（central nervous system，CNS）内的炎症反应，被认为是许多脑部疾病发生、发展的基础[1]。脑微血管周细胞（简称周细胞）是调节毛细血管功能的血管周围细胞，它与内皮细胞、血管平滑肌细胞、星形胶质细胞、神经元以及小胶质细胞和少突胶质细胞共同形成CNS 中的神经血管单元（neurovascular unit，NVU），这种定位使它处于调节CNS 炎症反应的关键位置[2]。既往研究表明周细胞可以整合、协调和处理来自邻近细胞的信号，以产生多种对CNS 至关重要的功能反应，包括调节血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）通透性、促进血管生成、清除毒性代谢物、维持毛细血管血流动力学和具有间充质干细胞样功能[2]。而最近的研究表明周细胞也具有免疫调节细胞的许多特性，这使得它在调节神经炎症中起关键作用[3]。根据炎症的不同程度和性质，周细胞的反应不同，它既可以通过释放炎症介质和细胞黏附分子的过度表达来增强炎症，也可以通过分泌神经营养因子来促进细胞存活和再生[4-5]。本文根据周细胞的功能和特点，就周细胞在神经炎症中的作用机制作一综述。

1 周细胞的功能和特点

周细胞是一种可收缩细胞群，包裹全身微血管的内皮。周细胞首先由Eberth 在1871 年和Rouget 在1873 年描述，最初被命名为“壁细胞”或“Rouget 细胞”[6]。1923 年Zimmermann 将它们重新描述为一种在微血管周围表现出特定形态的细胞，并重新命名为“周细胞（pericyte）”（peri 为周围，cyte 为细胞）[6]。与外周血管相比，CNS 的周细胞密度最高，覆盖率约为80%[7]。在CNS 中，周细胞嵌入基底膜内，独特地位于内皮细胞、星形胶质细胞和神经元之间的NVU 内[2]。周细胞是NVU 功能的核心，因为它们位于脑实质和血管之间的界面，通过整合、协调和处理来自相邻细胞的信号，以维持CNS 的稳态[2，8]。周细胞功能障碍会导致多种认知障碍的疾病，如脑小血管病、急性卒中、阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）等[6，8]。

大脑中的周细胞是高度异质的，并且具有不同的形态和功能，具体取决于它们所在脉管系统中的位置[6]。即使在今天，由于周细胞的异质性，正确鉴定周细胞仍具有挑战性，虽然通过超微结构分析被认为是鉴定周细胞的金标准，但这种超微结构分析技术对实验条件要求很高。因此，已经提出了多种潜在的周细胞特异性组织学标志物，如血小板衍生生长因子受体（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）β、α-平滑肌肌动蛋白、神经胶质抗原-2、细胞黏附分子CD146和结蛋白等，这些标志物的表达在生长和发育过程中都会发生变化，并且在病理条件下可能会上调或下调[5-6]。目前周细胞的特异性鉴定需要结合至少两种标志物以及对形态和血管位置的考虑。

2 周细胞在神经炎症中的促炎作用

2.1 分泌炎症介质 周细胞庞大且异质的分泌特性赋予它们以组织和环境依赖性方式主动调节炎症反应的能力。目前已在脑周细胞中检测到各种模式识别受体的表达，包括Toll 样受体和NOD 样受体家族[3]。鉴于丰富的表面受体，周细胞可识别革兰阴性细菌膜成分、真菌、细菌肽聚糖和某些病毒诱导的炎 症反应，也可以对IL-1β、TNF-α 和IFN-γ 在内的炎症介质作出反应[4]，继而分泌CC 趋化因子配体2（C-C motif chemokine ligand 2，CCL2）、一氧化氮和促炎细胞因子[3,5,9]。周细胞可以作为CNS 炎症反应的传感器，因为与构成CNS 的其他细胞类型相比，周细胞对促炎细胞因子反应更加敏感和强烈，并且炎症因子诱导的反应性周细胞也可以激活小胶质细胞[9-12]。例如，脂多糖诱导的系统性炎症刺激时，脑内周细胞能最先感知并能在2 h 内分泌最多的CCL2 和其他炎症细胞因子[9]，说明周细胞可能是大脑应对炎症的第一反应者[10]；当用TNF-α 刺激周细胞时，可以诱导周细胞分泌高水平的一氧化氮合酶和IL-1β，并增强小胶质细胞的活化[13]，这可能与周细胞中Janus 激酶/信号转导子和转录激活因子3 信号通路以及NF-κB 激活有关[12]。这些研究表明周细胞可以对多种形式的炎症损伤作出反应，包括循环中促炎细胞因子以及存在于外周的无菌炎症、细菌或病毒感染以增强炎症反应。

2.2 招募白细胞 白细胞穿过BBB，迁移到脑实质是许多炎症和神经系统疾病发生、发展的重要步骤，而周细胞在这过程中发挥了重要作用，周细胞可以通过控制白细胞渗出参与炎症反应。在炎症刺激状态，周细胞可以分泌大量趋化因子，使它们能够募集单核细胞、T 细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞[4-5]。同时，周细胞有助于趋化因子在小静脉壁上的时间和空间分布机制，这确保了通过浓度导向梯度将白细胞单方向的从循环中吸引到大脑[14]。趋化识别还能刺激白细胞整合素的构象变化，使它们能够适当地结合内皮黏附分子。在正常状态下，周细胞可以表达细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1），而在受到炎症刺激后，周细胞的表达水平更高[15]。这些黏附分子促使白细胞通过滚动黏附、紧密黏附并引导它们沿着周细胞爬行到内皮覆盖的间隙[15]。阻断ICAM-1/VCAM-1 相互作用可在体外抑制中性粒细胞、单核细胞和T 细胞黏附，而阻断ICAM-1可减少周细胞介导的白细胞迁移和体内爬行[16]。周细胞还显示黑色素瘤细胞黏附分子的显著表达，该分子与内皮白细胞黏附有关，这可能是周细胞介导白细胞黏附的另一种机制[17]。

使用电子显微镜观察到周细胞通过表达ICAM-1与中性粒细胞接触和相互作用后，中性粒细胞可以延伸生长到与周细胞几乎相同的高度和宽度，这表明周细胞可能提供支持中性粒细胞迁移的结构[18]。另一项研究显示，中性粒细胞和周细胞共培养会导致周细胞间的骨架松弛和间隙扩大，从而增加中性粒细胞的迁移，而使用针对ICAM-1 的中和抗体，可以阻止小鼠模型中中性粒细胞与周细胞的接触[19]，这可能与Ras 同源基因家族蛋白A/Rho 相关卷曲螺旋蛋白激酶信号通路传导减少有关[19]。这些研究表明在促炎状态下，周细胞有助于增强白细胞输送和进入大脑，导致神经炎症的进一步加重。

2.3 介导BBB 破坏 BBB 通过调节物质和细胞在血液和大脑之间运动，从而保护CNS 的关键作用已得到充分证实[20]。周细胞在BBB 的成熟和维持中起着关键作用，在胚胎发育过程中，周细胞首先被招募到血管周围，以履行它们在建立BBB 功能完整性中的必要作用[21]。出生后，周细胞可以通过维持内皮细胞紧密连接的数量、指导星形胶质细胞末端的极化以及确保特定的内皮囊泡运输以继续调节BBB 的功能，且周细胞数量和覆盖率决定了BBB 的通透性[20，22]。周细胞可调节星形胶质细胞末端的水通道蛋白4，进而影响BBB的完整性[23]。周细胞数量减少会导致内皮细胞之间的紧密连接丧失，从而导致BBB 通透性增加[20]。周细胞缺陷小鼠表现出年龄依赖性BBB 分解、脑微循环减少、Fib 毒性沉积、生长因子分泌丧失，最终导致神经变性和认知障碍[24-25]。在多种病理状态下，周细胞都会从血管壁脱离从而导致内皮细胞特征的丧失，继而致使紧密连接表达减少和BBB渗漏增加[7，21，26]。在 轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）患者的海马中也观察到了年龄依赖性BBB 降解，这与周细胞的损伤有关[27]。且对脑脊液生物标志物的分析显示，与对照组相比，MCI 患者的可溶性PDGFRβ 水平更高[27]，这进一步说明了脑周细胞对BBB 调节功能的重要性。

此外，周细胞还可通过分泌基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）2/9 对脑损伤和炎症刺激作出反应[28-29]。在病理条件下，MMP 上调会损害神经血管系统，异常MMP 激活会导致微血管基底膜蛋白降解，从而导致内皮细胞和周细胞之间连接的不稳定，最终致使脑内皮细胞稳定性丧失并增加BBB 通透性[30]。体内和体外研究报道，脑周细胞是暴露于脑内MMP-9 的主要来源[11，29，31]，MMP-9 的分泌受丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）和NF-κB 途径的高度调节[32-33]。使用MMP-9 特异性抑制剂可以减少周细胞附近毛细血管渗漏部位的数量，表明周细胞可能是MMP-9 的分泌位点[31]。携带载脂蛋白E4（apolipoprotein E4, APOE4）等位基因患者的脑脊液中MMP-9 表达升高，并与BBB分解相关[24，28]。同样，在携带APOE4 的AD 患者中，脑周细胞MMP-9表达升高、BBB 分解增强[34]，这表明APOE4 可能有助于周细胞分泌MMP-9，并进一步导致BBB 破坏。

3 周细胞在神经炎症中的神经保护作用

周细胞同样具有抗炎功能，这表明它们在神经炎症过程中发挥着重要的保护作用[35-37]。重要的是，作为NVU 的一部分，周细胞通过产生神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、脑源性神经营养因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）、多效素（pleiotrophin，PTN）和神经营养因子-3（neurotrophin-3，NT-3）等来帮助介导神经元发育[5，25，38]。在缺氧状态下，周细胞可以通过上调NT-3 的表达来作出反应，这会导致星形胶质细胞中NGF 产生增加，从而保护神经元[38]。神经生长因子NGF、BDNF 和NT-3 可以分别与内皮细胞上的原肌球蛋白相关激酶受体A/B/C（tropomyosin receptor kinase A/B/C，TrkA/B/C）结合，通过酪氨酸残基磷酸化导致受体二聚化和活化[39-40]。NGF/TrkA、BDNF/TrkB和NT-3/TrkC 的特异性相互作用分别激活磷脂酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶、MAPK 和磷脂酶C-γ 通路，以刺激内皮细胞的存活和增殖[5]。体内实验还表明，周细胞在缺血期间分泌PTN，PTN 通过与蛋白聚糖、整合素和受体型酪氨酸磷酸酶等多种表面受体结合，在刺激神经生长和促进神经元存活方面发挥关键作用[25,41]。周细胞分泌的营养因子也会影响邻近细胞，从而产生最佳的微环境以促进组织恢复和细胞存活[2]。促红细胞生成素在减轻炎症和支持神经保护方面具有公认的作用[42]，虽然已知神经元和星形胶质细胞是CNS 中产生促红细胞生成素的主要细胞，但最近一项研究表明大脑中约1/3 的促红细胞生成素是周细胞分泌的[43]，这些研究都表明在病理条件下周细胞也具有神经保护功能。

研究表明周细胞在CNS 疾病中不是单纯扮演一种角色，而更多的是具有双向调节功能。例如，周细胞产生降解蛋白酶MMP-2 和MMP-9，不仅会导致BBB 破坏，同时也可使周细胞从基底层脱离并迁移到新形成的血管，有助于修复受损的BBB[44-45]。而在血管稳定过程中，周细胞会表达MMP 抑制剂，以抑制BBB 基底膜的降解，促进血管成熟和BBB 修复[46-47]。因此，抑制急性期周细胞分泌MMP，促进血管稳定过程中周细胞分泌MMP 抑制剂的表达，可能成为BBB 相关疾病的治疗策略。脑缺血急性期，周细胞结构和功能的改变会加重局部组织损伤[47-48]，但缺血72 h 后脑毛细血管的周细胞覆盖率又会逐渐增加[49]，说明周细胞极有可能参与了梗死后脑组织的修复及血管重建。且在卒中恢复期，周细胞可通过转化生长因子-β1促进星形胶质细胞中层粘连蛋白α2 的表达，层粘连蛋白α2 通过增加少突胶质前体细胞向少突胶质细胞的分化和髓鞘相关蛋白的表达，从而参与梗死区脑组织的修复[50]。此外，周细胞还促进了多发性硬化的修复过程，在溶血卵磷脂脱髓鞘模型中，周细胞已被证明通过调节少突胶质细胞分化和髓磷脂形成在CNS 再生中发挥作用[51]，在髓鞘再生阶段，在大脑白质中发现周细胞衍生的Lama2 层粘连蛋白会介导周细胞和少突胶质祖细胞彼此靠近，这再次证明周细胞参与了少突胶质细胞的分化[51]。

研究表明周细胞还可以通过血小板源性生长因子B/PDGFRβ 信号通路与内皮细胞相互作用发挥其神经保护功能[52]。在脑梗死周围区域，周细胞中的PDGFRβ 被特异性诱导和上调，从而诱导细胞生长和抗凋亡反应[53]。且周细胞还可以通过PDGFRβ 来增强脑卒中后梗死周围少突胶质细胞形成和星形胶质细胞增殖，继而介导纤维化修复和促进功能恢复[54]。此外，周细胞在小鼠实验性缺血后会发展出多能性，而这些缺血诱导的多能干细胞可促进神经发生，周细胞的这种特性在治疗神经血管疾病方面显示出巨大的潜力[55]。来自多能干细胞诱导的周细胞也有望用于CNS 疾病的自体移植治疗，因为它具有BBB 特征并可与星形胶质细胞、内皮细胞和神经元相结合[56-57]。周细胞已被证明在脑缺血后可以获得类似干细胞和小胶质细胞的特性，为很多CNS 疾病提供了另一种潜在的治疗策略[57]。最近研究发现颅神经嵴衍生的周细胞样细胞表达了典型的周细胞标志物并表现出明显的周细胞特性[58]。此外，当移植到具有BBB 损伤的短暂大脑中动脉闭塞小鼠模型中时，这些周细胞样细胞促进了小鼠的神经功能恢复，说明这种周细胞样细胞可能是治疗BBB 功能障碍相关疾病的理想细胞来源[58]。这些研究都突出了周细胞的多样化和依赖于环境的功能，同时证明了周细胞在神经系统的神经保护和修复中具有巨大的潜力。

4 结论和展望

本文总结了周细胞在神经炎症中重要作用的研究进展。作为NVU 的一部分，周细胞通过维持BBB 完整性、调节血管生成和维护血管稳定性等功能，在CNS稳态方面发挥着重要作用。周细胞具有环境依赖性功能，它既能通过产生炎症分泌物、招募白细胞和介导BBB 破坏从而在神经炎症中发挥积极作用，也能够发挥抗炎功能有助于脑功能修复和重建。因此，有必要在神经炎症的背景进一步了解周细胞功能与疾病特异性反应的相关程度。

神经炎症几乎存在于所有神经系统疾病中，脑周细胞作为神经炎症的关键介质，使其成为了预防和治疗神经炎症相关疾病的重要靶点。然而，仍需要大量研究来了解周细胞在神经炎症和神经系统疾病中的作用。例如，尽管有大量研究表明周细胞可以分泌过多的炎症介质，但这些主要来自体外研究。因此，仍然需要体内实验证明周细胞分泌炎症介质导致神经炎症、BBB 渗漏和神经退行性变的证据。这些研究对于将基础研究转化为临床结果至关重要。同时，由于周细胞在BBB 和微血管系统中占据了重要的生态位，使其成为了理想的药物靶点。周细胞并不是大脑特有的，而是存在于所有外周脉管系统中。与脑周细胞一样，外周周细胞也可以对促炎细胞因子和损伤相关分子模式作出反应以启动功能性免疫反应，但目前尚不清楚这是否与大脑不同。这些问题使选择性靶向脑周细胞治疗神经系统疾病变得更加复杂。总的来说，尽管有很多问题没有解决，但周细胞仍是未来预防和治疗神经系统性疾病非常有希望的靶标。