汪宏偉，劉松

(上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院呼吸科，上海 200092)

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)是臨床最常見的睡眠呼吸障礙疾病，持續(xù)氣道正壓通氣是其最有效的治療措施之一，但持續(xù)氣道正壓通氣治療并不能完全逆轉OSAHS的神經(jīng)認知功能障礙，因此需更加關注其發(fā)生機制，從源頭上阻止其發(fā)生。OSAHS的病理生理改變包括慢性間歇低氧(chronic intermittent hypoxia,CIH)、睡眠片段化、高碳酸血癥、自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能失衡、胸腔內(nèi)負壓劇烈變化、血流動力學改變及微循環(huán)異常等，其中CIH最為常見。CIH可導致氧化應激和炎癥反應，損傷大腦前額皮質(zhì)、海馬等缺氧敏感區(qū)。目前認為，CIH引起的慢性炎癥可能是導致神經(jīng)認知功能障礙的重要病理機制[1-2]。小膠質(zhì)細胞是維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定最主要的常駐“巨噬細胞”樣免疫監(jiān)視細胞[3]，CIH可激活小膠質(zhì)細胞，分泌促炎因子，產(chǎn)生慢性炎癥反應，導致神經(jīng)元細胞損傷或凋亡，進而引起神經(jīng)認知功能障礙[1,4]。

1 CIH條件下小膠質(zhì)細胞表型極化及參與CNS炎癥反應的機制

1.1CIH誘導M1型小膠質(zhì)細胞極化 小膠質(zhì)細胞是維持CNS內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的固有免疫細胞，對內(nèi)環(huán)境變化非常敏感，受缺血缺氧、創(chuàng)傷、感染等刺激，其可以從靜息態(tài)轉化為阿米巴狀的激活態(tài)，且活化后的小膠質(zhì)細胞可分別極化為經(jīng)典激活的促炎M1型和選擇激活的抗炎M2型。M1型能激活核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)，產(chǎn)生促炎因子、趨化因子及氧化代謝產(chǎn)物，對神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用，促進炎癥反應和組織損傷；M2型可通過分泌高水平的抗炎因子和轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)抑制過度的炎癥反應，促進組織修復和神經(jīng)元再生，避免繼發(fā)性炎癥損傷[5-6]。CIH可通過產(chǎn)生活性氧類(reactive oxygen species,ROS)、促進小膠質(zhì)細胞表面受體表達等途徑促使小膠質(zhì)細胞向M1型極化。目前，已知的ROS、受體等途徑是小膠質(zhì)細胞極化的一小部分還是有其他重要通路，以及M1型和M2型兩種狀態(tài)在CNS炎癥反應中相互轉化的機制尚不清楚。

1.2M1型小膠質(zhì)細胞促進CNS炎癥反應的可能機制 極化的小膠質(zhì)細胞可產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)和細胞有害物質(zhì)，也可表達許多細胞表面分子(補體、受體、ROS、前炎癥受體及組織相容性復合物)，參與CNS炎癥反應[7]。在CIH反復低氧-復氧周期性循環(huán)中產(chǎn)生的大量ROS可導致機體氧化與抗氧化失衡，分泌大量誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、白細胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等促炎因子，導致CNS炎癥反應[1]。CIH通過激活NF-κB/p38促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，不僅可上調(diào)小膠質(zhì)細胞內(nèi)促炎因子(TNF-α、IL-6)的水平[8]，還可促進小膠質(zhì)細胞Toll樣受體(Toll like receptor,TLR)4活化和NF-κB基因轉錄，引起iNOS、環(huán)加氧酶-2(cyclo-oxygenase-2,COX-2)、IL-6、IL-1β等炎癥因子的過表達[9]。長期CIH引起CNS產(chǎn)生過度的“惡性”炎癥反應，釋放促炎因子和神經(jīng)毒性分子，破壞CNS內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[10]。

1.3M1型與M2型小膠質(zhì)細胞相互轉化的可能機制 當CNS受到創(chuàng)傷、缺血缺氧、感染等刺激后，小膠質(zhì)細胞可從 M0型極化為經(jīng)典的M1型和非經(jīng)典的M2型，M1型小膠質(zhì)細胞發(fā)揮促炎和神經(jīng)毒性作用；M2型小膠質(zhì)細胞則抑制過度的炎癥反應，增強吞噬作用，避免繼發(fā)炎性損傷[11]；ROS、炎癥介質(zhì)等的變化可促使M0型小膠質(zhì)細胞向M1型和M2型極化，體外細胞培養(yǎng)中加入魚藤酮和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶(ROS生成的關鍵酶)，可增加細胞內(nèi)ROS的生成，促使大量M1型小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生，通過定制的氧化鈰納米顆?？勺钄郣OS的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞向M2型極化，發(fā)揮神經(jīng)保護作用(圖1A)。對缺血性腦卒中小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，IL-4/IL-13釋放增加可促使小膠質(zhì)細胞表面Ⅱ型髓樣細胞激發(fā)受體(triggering receptor expressed on myeloid cells 2,TREM2)表達上調(diào)，誘導小膠質(zhì)細胞向M2型極化，iNOS、IL-6、IL-1β、TNF-α等促炎介質(zhì)生成減少，IL-10、TGF-β等抗炎介質(zhì)生成增加，發(fā)揮抗炎作用[1]。而體外培養(yǎng)小膠質(zhì)細胞時加入內(nèi)毒素或γ干擾素可促使其向M1型極化，TREM2表達下調(diào)，iNOS、IL-6、IL-1β、TNF-α等促炎介質(zhì)生成增加，IL-10、TGF-β等抗炎介質(zhì)生成減少，產(chǎn)生炎癥反應(圖1B)[1]。CIH過程中產(chǎn)生的大量ROS和炎癥因子可通過上述途徑促進M1型小膠質(zhì)細胞極化，產(chǎn)生CNS炎癥反應。因此，深入了解CIH小膠質(zhì)細胞極化在神經(jīng)炎癥反應中的發(fā)生機制，通過定向調(diào)控小膠質(zhì)細胞極化，使其向M2型極化，有助于減輕神經(jīng)炎癥反應，這可能是抑制神經(jīng)元損傷或凋亡的重要研究思路。

2 M1型小膠質(zhì)細胞促使神經(jīng)元損傷或凋亡的機制

小膠質(zhì)細胞是CNS抵御包括缺血缺氧在內(nèi)的各種損傷的第一道防線。活化的小膠質(zhì)細胞一方面分泌炎癥因子和細胞毒性物質(zhì)加重組織損傷；另一方面吞噬細胞碎片，分泌抗炎因子和營養(yǎng)因子,促進神經(jīng)損傷的修復，發(fā)揮“雙刃劍”的效應[12]。而小膠質(zhì)細胞的亞型極化能很好地解釋其在CNS損傷中的雙重作用。其中M1型通過分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等多種趨化因子和炎癥因子，招募中性粒細胞、巨噬細胞/單核細胞等其他免疫細胞介導的炎癥級聯(lián)反應，通過各種炎癥小體及胱天蛋白酶家族蛋白導致神經(jīng)元細胞損傷或凋亡，同時炎癥介質(zhì)如一氧化氮(nitric oxide,NO)和ROS的釋放也會導致神經(jīng)毒性，加重神經(jīng)元損傷[11,13]。

Pro-inflammatory response：促炎反應；Sress stimuli：應激刺激；ROS：活性氧類；Neuroprotective response：神經(jīng)保護反應；microglia：小膠質(zhì)細胞；CeNP-PEG：納米鈰-聚乙二醇；iNOS:誘導型一氧化氮合酶;Arg-1:精氨酸酶-1;TREM2:Ⅱ型髓樣細胞激發(fā)受體;inflammatory：炎癥；LPS:脂多糖；IFN-γ:γ干擾素；Resting：靜息狀態(tài)；IL：白細胞介素；Anti-inflammatory：抗炎；BDNF：腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子；TNF-α:腫瘤壞死因子-α;TGF-β:轉化生長因子-β；OGD：缺氧缺糖

圖1應激(1A)和炎癥刺激(1B)導致的小膠質(zhì)細胞極化的可能示意圖

CIH反復缺氧/復氧類似于缺血再灌注的病理生理過程，神經(jīng)炎癥反應在腦缺血再灌注損傷中起重要作用。缺血缺氧可激活小膠質(zhì)細胞，并釋放大量的促炎細胞因子、炎癥蛋白及趨化因子，促使活化的小膠質(zhì)細胞向M1型極化，釋放炎癥介質(zhì)如NO和ROS，引起神經(jīng)元去極化和谷氨酸釋放，導致神經(jīng)元細胞興奮性毒性損傷[14]。有研究發(fā)現(xiàn)，低氧刺激可誘導大鼠海馬中前炎癥蛋白(如熱激蛋白60、70)產(chǎn)生增加，不僅可誘導小膠質(zhì)細胞過表達IL-1β、IL-6、TNF-α、TLR4等，還可產(chǎn)生大量ROS，調(diào)控促炎因子(iNOS、COX-2)過表達[15]；小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的iNOS和COX-2又可分別產(chǎn)生NO和大量脂源性炎癥介質(zhì)。CIH可同時促使神經(jīng)元細胞和小膠質(zhì)細胞釋放損傷相關分子模式，激活小膠質(zhì)細胞膜上的TLR2、TLR4，招募其接頭分子髓樣分化因子88和β干擾素TIR結構域銜接蛋白，激活NF-κB信號通路，促使TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、COX-2、iNOS等的合成進一步增加[16-17]；同時，NF-κB活化后異位到細胞核與DNA結合，促進NADPH氧化酶生成增加，促進ROS產(chǎn)生，引起核內(nèi)DNA損傷[18]。另外，CIH可激活小鼠海馬區(qū)小膠質(zhì)細胞表面的P2X7受體，經(jīng)過一系列信號轉導激活NADPH氧化酶，進而產(chǎn)生大量ROS，見圖2[19-20]。上述炎癥介質(zhì)和神經(jīng)毒性物質(zhì)可導致神經(jīng)元細胞毒性損傷或破壞神經(jīng)元細胞的結構而導致其凋亡，而這些物質(zhì)均可由M1型極化的小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生，但是否完全由M1型小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生有待進一步研究。

3 小類泛素相關修飾物化修飾及小類泛素相關修飾物特異性蛋白酶1在小膠質(zhì)細胞極化和CNS炎癥反應中的作用

3.1小類泛素相關修飾物(small ubiquitin-related modifier,SUMO)化修飾 SUMO化修飾是參與蛋白翻譯后修飾的一種重要形式，主要是改變靶蛋白的亞細胞定位、活性和穩(wěn)定性。SUMO化與去SUMO化修飾是一個動態(tài)、可逆的過程，由SUMO化酶和去SUMO化酶共同參與。動物研究發(fā)現(xiàn)，小鼠小膠質(zhì)細胞表面TREM2表達的上調(diào)和ROS生成的減少可促使活化的小膠質(zhì)細胞由M1型向M2型極化，減輕CNS炎癥反應[1，21]，TREM2作為一種膜受體蛋白，其降解可能受SUMO化和去SUMO化的調(diào)控。經(jīng)典的NF-κB炎癥反應通路調(diào)節(jié)多種凋亡基因、受體及炎癥介質(zhì)的表達，參與神經(jīng)元損傷或細胞凋亡，其中NF-κB蛋白的降解就被SUMO化修飾[22]。炎癥小體是細胞內(nèi)的一類多蛋白復合物，其被激活后釋放IL-1β和IL-18等促炎因子，誘導細胞凋亡，促進炎癥反應。NLRP3炎癥小體作為當前的研究熱點，可被多種病原體和危險信號活化，從而參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。體外研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化也參與了NLRP3炎癥小體的修飾，調(diào)控炎癥反應[23]；過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator activated receptor,PPAR)作為NF-κB、Janus激酶/信號轉導及轉錄激活因子、促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3-激酶等炎癥調(diào)控途徑的上游蛋白，主要表達于小膠質(zhì)細胞表面，參與啟動靶基因轉錄，調(diào)控炎癥反應、氧化應激、細胞增殖、分化和凋亡等環(huán)節(jié)。反復的缺氧/復氧能夠促使大鼠小膠質(zhì)細胞表面PPAR和NF-κB亞基c-Rel表達減少，抗凋亡因子Bcl-xL信使RNA轉錄減少。正向調(diào)控PPARγ通路對CNS各種急、慢性損傷(缺血性腦卒中、阿爾茨海默病等)有顯著的保護作用[24-25]。上述NF-κB蛋白、NLRP3炎癥小體和NADPH氧化酶[26]以及受體蛋白(TREM2、PPARγ)[27-28]均可被SUMO化修飾。故推斷，SUMO化修飾在CIH小膠質(zhì)細胞極化和神經(jīng)炎癥反應中具有一定的調(diào)控作用。

Direct difussion BBB breakdown vagal transmission：直接透過損傷的血腦屏障迷走神經(jīng)傳導；Perpheral inflammation：外周炎癥；Reactive oxygen species：活性氧類；Intermittent hypoxia：間歇性低氧；Microglial activation：小膠質(zhì)細胞激活；Inflammation：炎癥；DAMPs：損傷相關分子模式；Neuron death：神經(jīng)元死亡；BBG：P2X7 受體抑制劑;TLR：Toll樣受體；NADPH:還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸;TRIF:β干擾素TIR結構域銜接蛋白；MyD88:髓樣分化因子88；NF-κB:核因子κB;ROS:活性氧類；TNF-α：腫瘤壞死因子-α；IL-1β：白細胞介素-1β

圖2 CIH致CNS神經(jīng)炎癥(2A)及受體途徑致神經(jīng)元損傷(2B)的可能機制

3.2SUMO特異性蛋白酶(small ubiquitin-related modifier specific proteases,SENP)1 SENP1通過調(diào)控轉錄因子或共調(diào)節(jié)因子影響基因轉錄，調(diào)節(jié)SUMO1、SUMO2/3的成熟和去SUMO化。SENP1和SUMO1蛋白共同參與了SUMO化修飾的動態(tài)、可逆過程。對體外CIH小膠質(zhì)細胞(BV2)中6種SENPs信使RNA的轉錄水平進行檢測，只有SENP1差異性轉錄最為顯著，且抑制了iNOS、TNF-α、IL-6和IL-1的產(chǎn)生及BV2細胞凋亡[29]。這提示，SENP1在小膠質(zhì)細胞極化和CNS炎癥反應中扮演重要角色。低氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)是調(diào)節(jié)細胞對缺氧產(chǎn)生適應性反應的一種重要轉錄因子。SENP1可通過減弱HIF-1α的SUMO化修飾，抑制小鼠心臟缺血再灌注心肌細胞的壞死和凋亡[30]。SENP1基因敲除的小鼠經(jīng)夾閉大腦中動脈處理發(fā)現(xiàn)，大腦皮質(zhì)梗死體積較對照幼鼠明顯增加，神經(jīng)元細胞凋亡數(shù)量較多，且行為學測試表現(xiàn)也較差[31]，提示SENP1在CNS炎癥反應中發(fā)揮重要作用。SENP1除發(fā)揮促進SUMO1成熟和去SUMO化的功能外，也可能參與HIF-1α、iNOS、NADPH氧化酶、TREM2、PPARγ、NF-κB的功能調(diào)控。

4 小 結

小膠質(zhì)細胞的極化幾乎參與所有CNS疾病，有效調(diào)控小膠質(zhì)細胞的極化狀態(tài)，可準確把控CNS炎癥反應的水平，最大限度地保護神經(jīng)元免受損傷。目前有關SUMO1/SENP1與小膠質(zhì)細胞極化的研究較少，但已有關于其與CNS炎癥反應的研究，且小膠質(zhì)細胞作為維持CNS內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要免疫細胞，其極化狀態(tài)對CNS炎癥反應有一定的影響，推斷SUMO1/SENP1可能通過調(diào)控小膠質(zhì)細胞的極化參與CNS炎癥反應的發(fā)生發(fā)展，進而影響神經(jīng)元細胞的功能。雖然目前關于SENP1在CIH誘導的小膠質(zhì)細胞極化、CNS炎癥反應及神經(jīng)元損傷或凋亡中的去SUMO化的調(diào)控機制尚不清楚。但SENP1參與了多種CNS炎癥反應中多個蛋白分子位點的調(diào)控，這將為OSAHS神經(jīng)認知障礙的防治提供新思路。有關OSAHS神經(jīng)認知功能障礙發(fā)生機制，尤其是SUMO化和SENP1對CIH小膠質(zhì)細胞的極化、CNS炎癥反應及神經(jīng)元細胞損傷的影響及其上下游間的關系等有待進一步研究。