羅 興 方成志 曾紅蘭 張丙宏

(武漢大學人民醫(yī)院新生兒科，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：luoxing0618@hotmail.com)

【提要】 小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細胞，參與了新生兒大腦發(fā)育和功能穩(wěn)態(tài)的維持。目前認為小膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷中的作用是雙重的，既可以加劇神經(jīng)損傷，也可以通過分泌生長因子、吞噬清除細胞碎片等方式限制炎癥信號，促進神經(jīng)功能的恢復。本文就小膠質(zhì)細胞在新生兒腦發(fā)育及缺氧缺血性腦病中的作用進行綜述，旨在為未來靶向小膠質(zhì)細胞治療缺氧缺血性腦病提供新的觀點。

新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是圍生期因部分或完全缺氧、腦血流減少或暫停，而引起的一系列神經(jīng)異常表現(xiàn)綜合征，是新生兒死亡和致殘的重要原因。約有20% HIE患兒在新生兒期死亡，而有30%的患兒會遺留長期神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥，如腦癱、視力障礙、癲癇發(fā)作、智力低下和學習障礙等[1]。目前HIE的發(fā)病機制尚未完全闡明，涉及圍生期感染、早產(chǎn)兒、腦組織代謝改變、宮內(nèi)窘迫、遺傳缺陷等[2]，觸發(fā)了神經(jīng)炎癥、氧化應激、谷氨酸興奮毒性等一系列神經(jīng)毒性事件，導致神經(jīng)功能的不可逆損害[3]。

小膠質(zhì)細胞占神經(jīng)膠質(zhì)細胞總數(shù)的5%～20%，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常駐免疫和抗原提呈細胞，靜息狀態(tài)下胞體較小，呈梭狀或分支狀[4]。在發(fā)生感染、創(chuàng)傷、局部缺血和神經(jīng)退行性變的情況下，小膠質(zhì)細胞將轉(zhuǎn)變?yōu)榘⒚装突蚓奘杉毎麡樱⒀杆傧虿∽儾课贿w移。一方面，小膠質(zhì)細胞會釋放炎性細胞因子和細胞毒性物質(zhì)而加劇組織損傷；但另一方面，小膠質(zhì)細胞也可通過清除活性氧簇、吞噬細胞碎片、釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子等方式，來促進組織修復和重塑。小膠質(zhì)細胞生物學功能的廣泛性，決定其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的地位，無論在生理還是病理情況下均發(fā)揮著不可替代的作用。

1 小膠質(zhì)細胞參與新生兒正常腦發(fā)育

小膠質(zhì)細胞起源于卵黃囊衍生的原始髓樣祖細胞[5]，最早在妊娠4～5周即血腦屏障形成之前，就可通過腦膜、脈絡叢和腦室進入胚胎前腦和腦皮質(zhì)，這些原始的小膠質(zhì)細胞以特定模式增殖、成熟并開始在大腦中定植[6-7]。在發(fā)育中的大腦，小膠質(zhì)細胞的形態(tài)學表現(xiàn)具有相當大的異質(zhì)性，不僅在大腦中分布不均，而且具有從卵圓形、變形蟲樣到分枝狀的多種形態(tài)[8]。這與小膠質(zhì)細胞復雜的功能相關，其功能除了公認的免疫監(jiān)視和吞噬作用外，還參與神經(jīng)發(fā)生、髓鞘形成、血管生成調(diào)節(jié)、突觸重塑等過程[9]。

1.1 調(diào)節(jié)神經(jīng)元數(shù)量及營養(yǎng)支持神經(jīng)細胞 神經(jīng)元數(shù)量的調(diào)節(jié)對于神經(jīng)回路的正確構(gòu)建至關重要，小膠質(zhì)細胞通過平衡消除和存活機制參與神經(jīng)元數(shù)量的控制[10]。腦發(fā)育過程中生成的神經(jīng)元大多在未成熟階段死亡，小膠質(zhì)細胞可通過吞噬作用促使發(fā)育過程中的未成熟或缺陷神經(jīng)元發(fā)生程序性死亡，以消除腦早期發(fā)育過程中錯誤的神經(jīng)連接[11-12]。此外，小膠質(zhì)細胞分泌的神經(jīng)生長因子和堿性成纖維細胞生長因子等神經(jīng)營養(yǎng)因子，有助于神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞的發(fā)育存活。

1.2 調(diào)控突觸的形成與成熟 小膠質(zhì)細胞分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、白細胞介素(interleukin,IL)-10等細胞因子誘導早期突觸形成，并以神經(jīng)元活性依賴性的方式接觸突觸結(jié)構(gòu)，監(jiān)測突觸的功能狀態(tài)、參與調(diào)節(jié)突觸數(shù)量及功能可塑性[13]。小膠質(zhì)細胞以CXC趨化因子3受體1(chemokine 3 receptor 1,CXC3R1)或補體依賴性途徑，及時清除數(shù)量眾多的功能發(fā)育不全或無效的突觸連接。CXC3R1是表達于小膠質(zhì)細胞的特異性趨化因子受體，可與多余突觸結(jié)構(gòu)神經(jīng)元分泌的CXC趨化因子3配體1結(jié)合以清除非功能性突觸[14]；腦發(fā)育過程中CXC3R1的缺乏，已被證實會導致突觸修剪過程的延遲，進而引起認知功能障礙[15]。同時，小膠質(zhì)細胞表達的補體受體3與未成熟突觸結(jié)構(gòu)表達的經(jīng)典補體蛋白C1q、C3結(jié)合，導致補體介導的突觸清除[16]。此外，小膠質(zhì)細胞還參與突觸可塑性的調(diào)節(jié)，而突觸可塑性是指在外界環(huán)境作用下突觸的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生適應性變化的能力，這種持續(xù)的小膠質(zhì)細胞-突觸相互作用通常被認為是學習和記憶的基本細胞基礎。

1.3 引導脈管系統(tǒng)的發(fā)育 小膠質(zhì)細胞可充當血管萌芽階段的“巨噬細胞接頭”，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育提供營養(yǎng)和氧氣[17]。Checchin等[18]在小膠質(zhì)細胞減少的新生大鼠中觀察到視網(wǎng)膜血管面積和血管密度減少，提示小膠質(zhì)細胞在血管生成中的潛在作用。事實上，由于清除多余血管并參與血管吻合，因此小膠質(zhì)細胞對于腦發(fā)育過程中的脈管系統(tǒng)重塑必不可少[19]。此外，小膠質(zhì)細胞還可釋放促內(nèi)皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β等，參與血管再生和血腦屏障的修復過程。

綜上，小膠質(zhì)細胞主要通過吞噬作用以及釋放營養(yǎng)因子，參與正常大腦的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，但其在生理或病理環(huán)境下是有益還是有害取決于微環(huán)境、刺激類型、損傷時間、與其他細胞類型的相互作用等的綜合作用。

2 小膠質(zhì)細胞參與HIE發(fā)病的機制

2.1 神經(jīng)炎癥 小膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥是決定HIE預后的關鍵因素[20-21]。缺氧缺血信號刺激小膠質(zhì)細胞表面的模式識別受體[Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、核苷酸結(jié)合寡聚域樣受體、視黃酸誘導型基因-1樣受體]，誘導小膠質(zhì)細胞的形態(tài)、數(shù)量及表面蛋白均發(fā)生明顯改變，由靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)，即經(jīng)典的M1型激活[22]。相反，M2型激活是由抗炎細胞因子如IL-4或IL-13觸發(fā)的，可通過分泌生長因子、吞噬清除細胞碎片等方式來限制炎癥信號，促進神經(jīng)功能的恢復[23]。小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常駐免疫和抗原呈遞細胞，在HIE損傷后2 h即被激活并迅速遷移到損傷部位，釋放促炎細胞因子如IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α，并上調(diào)趨化因子如CCL-2、CCR3等的表達，導致繼發(fā)性神經(jīng)損傷。促炎因子還可破環(huán)未成熟的血腦屏障，使外周免疫細胞(中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞)滲入大腦，從而與活化的小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生協(xié)同作用以加劇免疫反應。

既往研究揭示了小膠質(zhì)細胞介導HIE后神經(jīng)炎癥的分子機制，其中關于TLR的研究最為廣泛[24]。TLR參與固有免疫應答的建立，與病原模式相關受體相互作用，刺激促炎細胞因子的產(chǎn)生和抗原提呈細胞的成熟。HIE損傷后小膠質(zhì)細胞表面TLR的表達增強，誘導下游炎癥轉(zhuǎn)導因子核因子κB和干擾素調(diào)節(jié)因子3的活化；降低TLR的表達有助于減少腦梗死的面積并改善神經(jīng)功能[25]。

2.2 氧化應激損傷 當活性氧、活性氮的產(chǎn)生與細胞抗氧化系統(tǒng)之間的平衡被破壞時，就會發(fā)生氧化應激。氧化應激損害腦組織的細胞結(jié)構(gòu)，引起分子水平上的脂質(zhì)過氧化、線粒體功能受損、細胞骨架破壞、酶失活等不可逆性改變，導致細胞死亡[26]。既往研究證實，氧化應激作為缺氧缺血性腦損傷后的重要神經(jīng)毒性事件，與神經(jīng)細胞的死亡密切相關。Lu等[27]發(fā)現(xiàn)缺氧缺血腦損傷后煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate oxidase,NOX)的激活刺激超氧化物的產(chǎn)生；Lu等[28]發(fā)現(xiàn)活性氧參與新生兒缺氧缺血性腦損傷中病理性自噬的激活，抑制氧化應激可減輕HIE導致的神經(jīng)元細胞死亡。雖然中樞神經(jīng)系統(tǒng)的所有細胞類型都能表達一種或多種NOX同工酶，但小膠質(zhì)細胞中的NOX表達水平是最高的，特別是NOX2和NOX4[29-30]。作為體內(nèi)氧化代謝反應的副產(chǎn)物，NOX調(diào)節(jié)活性氧的生成，是M1型小膠質(zhì)細胞促炎細胞因子表達的先決條件[31-32]。此外，活化的小膠質(zhì)細胞表達誘導型一氧化氮合酶，促進一氧化氮及細胞毒性代謝產(chǎn)物過氧亞硝酸鹽的生成[33]。

2.3 破壞谷氨酸穩(wěn)態(tài) 谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)[34]。生理條件下，小膠質(zhì)細胞釋放的谷氨酸被星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞中表達的谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白有效清除，谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白介導的谷氨酸清除對于維持適當?shù)墓劝彼嵝盘杺鲗Ъ胺乐蛊湓诎舛拘孕罘e至關重要[35]。在缺氧缺血損傷后，活化的小膠質(zhì)細胞不僅釋放過量的谷氨酸[36]，同時釋放活性氧、TNF-α和IL-1β等細胞毒性因子破壞谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白的功能[37]，干擾谷氨酸重攝取從而破壞突觸間隙谷氨酸穩(wěn)態(tài)，誘導神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞死亡。此外，過量的谷氨酸抑制小膠質(zhì)細胞釋放胰島素樣生長因子(insulin growth-like factor,IGF)，而IGF在組織損傷修復中起重要作用[38]。

3 小膠質(zhì)細胞的神經(jīng)保護作用

病理條件下，小膠質(zhì)細胞活化一直以來被認為在腦損傷中發(fā)揮神經(jīng)毒性作用，抑制小膠質(zhì)細胞活化可減輕缺血引起的腦損傷[39]。然而，越來越多的證據(jù)表明，小膠質(zhì)細胞也可通過釋放抗炎細胞因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子、吞噬細胞碎片、保護神經(jīng)血管完整性等方式，促進腦缺血損傷后神經(jīng)功能的恢復[40]。小膠質(zhì)細胞的雙重作用與腦損傷后不同細胞環(huán)境和病理階段下，小膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出不同激活狀態(tài)和作用方式有關[41-42]。小膠質(zhì)細胞活化分為經(jīng)典激活型(M1)和交替激活型(M2)。與促炎M1型小膠質(zhì)細胞不同，M2型小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生抗炎細胞因子IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β和IGF-1，并表達清道夫受體，有助于抑制炎癥和促進組織修復[43]。鑒于M2表型的保護功能，許多研究關注靶向小膠質(zhì)細胞治療腦缺血的潛力。例如Fernández-López等[44]發(fā)現(xiàn)活化的小膠質(zhì)細胞通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子β，維持腦毛細血管和血腦屏障的穩(wěn)定性，而且這種神經(jīng)保護作用不能被外源性細胞因子所替代；Chu等[45]用富含氫的鹽水促進小膠質(zhì)細胞的M2型極化，抑制HIE誘導的神經(jīng)炎癥。

4 總結(jié)與展望

小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細胞和抗原提呈細胞，根據(jù)腦損傷的性質(zhì)和嚴重程度，可獲得不同的功能狀態(tài)。小膠質(zhì)細胞的活化是HIE發(fā)生和發(fā)展的重要步驟。鑒于小膠質(zhì)細胞功能的多樣性和在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的重要地位，過去幾十年學者們進行了大量研究來了解小膠質(zhì)細胞如何被激活以及它們介導神經(jīng)損傷的作用機制。這些研究揭示了小膠質(zhì)細胞參與HIE的神經(jīng)炎癥、氧化應激損傷、谷氨酸穩(wěn)態(tài)的破壞等一系列神經(jīng)損傷級聯(lián)反應，同時其也通過釋放抗炎細胞因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子、吞噬細胞碎片、保護神經(jīng)血管完整性的方式來發(fā)揮神保護作用。

調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的行為顯然是一個重要的研究課題，其預示著未來靶向小膠質(zhì)細胞具有治療新生兒缺氧缺血性腦損傷的巨大潛力。且小膠質(zhì)細胞反應通常持續(xù)數(shù)小時至數(shù)天，因此相對于其他治療措施，靶向小膠質(zhì)細胞的治療時間窗更長。目前已有靶向小膠質(zhì)細胞的治療策略在HIE的體內(nèi)外模型中得到了驗證，例如Thomi等[46]發(fā)現(xiàn)臍帶間充質(zhì)干細胞分泌的外泌體可通過調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞TLR/CD14通路，抑制促炎細胞因子的分泌；Nemeth等[47]用納米樹枝狀大分子綴合N-乙酰半胱氨酸，使其能最大限度地選擇性定位在受損的小膠質(zhì)細胞中，從而減輕HIE后神經(jīng)炎癥并改善神經(jīng)行為學功能。但這些方法的臨床轉(zhuǎn)化應用往往受到限制，因為必須考慮到跨血腦屏障，以及藥物給藥劑量、方式、半衰期等的影響。特別因新生兒HIE是復雜的神經(jīng)元損傷級聯(lián)反應，很難在嚙齒類動物模型上充分模仿，單一的藥物或治療措施往往不能達到完全的神經(jīng)保護。因此，將靶向小膠質(zhì)細胞的治療策略和目前已被證實有效的亞低溫治療、干細胞移植等結(jié)合起來，是未來攻克HIE的重要方向。