韓光遠 宋麗娟 丁智斌 安 俊 柴 智 王 青 黃建軍 馬存根

（山西中醫(yī)藥大學神經(jīng)生物學研究中心，國家中醫(yī)藥管理局多發(fā)性硬化益氣活血重點研究室，晉中 030619）

腦血管疾病具有高發(fā)病率、高致殘率和高病死率等特點，已成為目前導致人類死亡的第二大原因，其中缺血性腦血管病約占70%［1］。研究表明，炎癥反應(yīng)在腦缺血損傷中發(fā)揮重要作用，卒中后急性期炎癥反應(yīng)可引發(fā)腦水腫，擠壓缺血灶周圍正常腦組織，繼而加重腦損傷。相反，卒中后恢復期炎癥反應(yīng)對組織修復又有重要保護作用［2］。缺血后炎癥反應(yīng)是一個復雜的動態(tài)過程，涉及多種炎癥細胞和炎癥因子［2］。除小膠質(zhì)細胞（microglia，MG）、白細胞外，近年研究發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞（astrocyte，Ast）也參與腦缺血后炎癥反應(yīng)。事實上，Ast 在其他神經(jīng)損傷中的角色也越來越被重視［3］。

Ast 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中分布最廣、數(shù)量最多的細胞，是神經(jīng)元細胞數(shù)的5倍，占腦內(nèi)膠質(zhì)細胞數(shù)的50%，是構(gòu)成神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）的重要細胞，在生理及病理狀態(tài)下對神經(jīng)元保護和大腦結(jié)構(gòu)與功能的維持均發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用［4-5］。腦缺血早期，Ast被激活，通過攝取興奮性氨基酸、釋放抗炎因子、清除氧自由基等作用維持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，從而保護神經(jīng)元。但缺血嚴重時，Ast 不僅無法保護神經(jīng)元，還會釋放促炎因子，加重腦缺血性損傷程度，促進缺血性炎癥反應(yīng)。研究顯示，腦缺血炎癥反應(yīng)中，Ast 的作用不是孤立的，與MG 的交互作用具有重要意義［6］。因此，探尋腦缺血炎癥反應(yīng)中Ast發(fā)揮雙重作用的機制，可能對腦缺血疾病防治具有重要意義。臨床實踐中，如果能有效調(diào)節(jié)Ast 在缺血性腦血管疾病中的作用，尤其是對炎癥反應(yīng)的作用，可能成為腦缺血性損傷的潛在治療靶點。

1 腦缺血后Ast激活

腦缺血可誘導產(chǎn)生A1 型和A2 型2 種不同反應(yīng)性Ast（reactive astrocytes，RAs）。腦缺血發(fā)生后，MG首先被激活，活化的MG 釋放TNF-α、IL-β 和C1q，進而激活靜息狀態(tài)的 Ast 使之成為 A1 型 Ast［7］。A1 型Ast 不僅喪失了吞噬突觸和髓鞘碎片的功能，還可釋放神經(jīng)毒性物質(zhì)，表明A1 可能是“有害”的［8］。相反，缺血誘導的A2 型Ast 上調(diào)多種神經(jīng)營養(yǎng)因子表達，促進神經(jīng)元存活和生長，促進突觸修復，表明A2型可能具有“保護”作用［9］。Ast 被激活，RAs 增殖并發(fā)生形態(tài)改變，包括胞體腫脹肥大、突起延長增多等［10］。RAs的一個眾所周知的特征是膠原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）等表達增加［11］。RAs 產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì)和細胞毒性分子，參與腦缺血后炎癥反應(yīng)。隨著時間增加，RAs 大量聚集于損傷區(qū)域形成膠質(zhì)瘢痕，隔離缺血中心區(qū)與周圍正常組織，起神經(jīng)保護作用。Ast激活成為RAs后主要有下列標志蛋白。

1.1 GFAP GFAP 參與細胞骨架構(gòu)成，是一種僅見于Ast 的Ⅲ型中間絲狀蛋白，是成熟Ast 和RAs 的特征性標志物［12］。腦缺血后，Ast 被激活，其形態(tài)發(fā)生改變，GFAP 含量也隨之增加，且表達水平與Ast激活程度密切相關(guān)［13］。RAs有較強的清除興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸、H+、K+的能力，對神經(jīng)元損傷修復起重要作用［14］。

1.2 表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR） 研究發(fā)現(xiàn)，在顱腦損傷、腦卒中等CNS 損傷患者腦組織中，EGFR 表達顯著增加，且多數(shù)在 RAs 中［15］。沉默 EGFR 基因可有效抑制 Ast 活化，可能與阻礙STAT3 磷酸化有關(guān)。因此EGFR 有望成為抑制Ast活化的潛在靶點［16］。

1.3 巢蛋白（Nestin） Nestin 是RAs 中間絲的動態(tài)成分，屬于第Ⅵ類中間絲蛋白，是反映Ast 激活的敏感指標［17］。研究報道，CNS 損傷時，Ast 呈強烈的Nestin陽性反應(yīng)［18］。相較于正常腦組織，Nestin陽性的Ast 在形態(tài)和數(shù)量方面均有較大改變。Nestin 陽性細胞在受損區(qū)周邊密集排列，胞體肥大呈星形，突觸粗長，交織成網(wǎng)，進而可減少受損區(qū)進一步擴大，有助于損傷修復。

1.4 波形蛋白（vimentin） vimentin 是一種重要的Ⅲ型中間絲蛋白，是構(gòu)成細胞骨架的成分之一。正常時多存在于胚胎期和出生后2周的Ast中，隨后逐漸被GFAP 表達所取代。成熟的正常Ast 一般不表達vimentin。但研究顯示，腦缺血后第3天就開始在缺血周圍區(qū)表達vimentin 陽性細胞，且表達逐漸增多，直至第7 天，導致細胞胞漿膠質(zhì)絲增生，胞體肥大［19］。大鼠大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型研究發(fā)現(xiàn)，vimentin 在腦缺血區(qū)表達主要發(fā)生于急性期（腦缺血后1 h～3 d），而其在缺血周圍區(qū)表達于缺血后1 h～7 d逐漸增加，表達量在第7天達到高峰［20］。

2 Ast在腦缺血炎癥反應(yīng)中的雙重作用

腦缺血后，RAs 一邊通過攝取興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸、抗氧化、釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子及產(chǎn)生抗炎細胞因子和形成膠質(zhì)瘢痕等發(fā)揮保護作用，另一方面通過主動釋放谷氨酸、釋放促炎因子和形成膠質(zhì)限制等進一步損傷腦組織［21］。Ast 在腦缺血炎癥反應(yīng)中的雙重作用主要包括以下方面。

2.1 保護作用

2.1.1 產(chǎn)生抑炎細胞因子 Ast 在腦缺血誘導的炎癥反應(yīng)不同時期起不同作用。炎癥反應(yīng)初期，Ast作為抗原遞呈細胞參與炎癥反應(yīng)，分泌促炎抗原遞呈細胞因子防止組織損傷。而在炎癥高峰期，Ast作為調(diào)控細胞，又可分泌抑炎細胞因子，如TGF-β、IL-10 等抑制炎癥反應(yīng)，通過清除細胞碎片、重塑腦組織等保護腦組織［22］。

2.1.2 腦缺血亞急性期Ast 形成膠質(zhì)瘢痕對神經(jīng)元的保護作用 研究發(fā)現(xiàn)，Ast 在缺血刺激數(shù)小時后被激活，由靜息態(tài)變?yōu)榛罨瘧B(tài)，數(shù)目增多、胞體變大，并向損傷區(qū)遷移，3～5 d 后在損傷區(qū)周圍數(shù)量明顯增加，而在缺血中心區(qū)并未增加［23］。隨著時間推移，損傷區(qū)域內(nèi)Ast 大量集聚，細胞間交互疊加和覆蓋于缺血7 d 后即可在缺血中心區(qū)周圍形成膠質(zhì)瘢痕［24-25］。研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘢痕一方面能夠維持體內(nèi)免疫炎癥反應(yīng)平衡，另一方面可以限制炎癥細胞向周圍組織擴散［26］。如果消除或減弱 RAs 或限制RAs遷移，可加劇炎癥細胞擴散，導致炎癥細胞大量浸潤，從而加重損傷［27-28］。

2.2 損傷作用

2.2.1 產(chǎn)生促炎細胞因子 腦缺血誘導Ast 產(chǎn)生大量炎癥因子，包括TNF-α、IL-1 等，參與腦缺氧后炎癥反應(yīng)發(fā)生發(fā)展。IL-1在腦缺血發(fā)生后缺血區(qū)表達上調(diào)，其中IL-1β 表達最高。IL-1β 是參與炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵因子，可激活MG 和Ast 并引起增殖，導致Ast 膠質(zhì)化，是腦損傷的典型反應(yīng)［29］。研究表明，給予MCAO 模型小鼠腦室注射IL-1β 可加重損傷，明顯增大梗死體積，加劇腦水腫程度，增多缺血區(qū)白細胞滲出，加重腦缺血炎癥反應(yīng)，從另一個角度證明了 IL-1β 的作用［30］。TNF-α 是炎癥反應(yīng)的主要致炎因子，可促進Ast增殖，加速Ast膠質(zhì)化，同時可促進炎癥介質(zhì)合成，加重腦缺血炎癥反應(yīng)［31-32］。研究表明，TNF-α 可促進 Ast 中 IL 等炎癥因子 mRNA 轉(zhuǎn)錄及表達，產(chǎn)生協(xié)同致炎作用，進一步加重腦損傷［33］。最近研究發(fā)現(xiàn)，多種藥物可降低Ast 中炎癥因子表達，如紅景天苷可減少缺氧復氧Ast中TNF-α、IL-1β、IL-6釋放，表明紅景天苷在缺氧復氧Ast損傷中具有抗炎作用［34］。褪黑素可通過減少A1型Ast C3、Gbp2 和Serping1 表達抑制神經(jīng)毒素誘導產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)［35］。

2.2.2 腦缺血恢復期Ast 形成膠質(zhì)限制對神經(jīng)再生的損傷作用 卒中后恢復期，炎癥反應(yīng)在組織修復中發(fā)揮重要作用，此時Ast 對其有何作用需要闡明。研究表明，缺血14 d 時，成熟瘢痕組織損傷神經(jīng)元與Ast連接［36-37］。同時，由膠質(zhì)瘢痕分泌的硫酸軟骨素糖蛋白（chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG）抑制神經(jīng)元軸突生長，導致生長錐萎縮，嚴重阻礙神經(jīng)元損傷后修復［38］。RAs與入侵的成纖維細胞共同作用在外圍Ast 表層形成連續(xù)的基底膜并重建膠質(zhì)軟膜屏障，形成膠質(zhì)限制［39］。具體而言，纖維瘢痕處于缺血中心區(qū)，膠質(zhì)瘢痕位于纖維瘢痕外圍，共同形成物理屏障阻礙軸突再生，進而妨礙恢復期神經(jīng)功能恢復。

總之，Ast 在腦缺血炎癥反應(yīng)中同時有保護和損傷雙重作用。保護作用由產(chǎn)生抑炎因子和形成膠質(zhì)瘢痕實現(xiàn)，損傷作用通過產(chǎn)生促炎因子及形成膠質(zhì)限制實現(xiàn)。如何促進保護作用并抑制其損傷作用將是今后靶向Ast 治療腦缺血炎癥反應(yīng)的重要方向。

3 Ast在腦缺血炎癥反應(yīng)中的作用機制

Ast 可通過多種途徑影響受損腦組織。目前，Ast 在腦缺血炎癥反應(yīng)中的作用機制相對復雜且尚未明確，其主要作用機制有以下通路參與。

3.1 p38MAPK 信號通路 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路，尤其是p38MAPK 途徑是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)最主要的信號通路之一。p38MAPK 在各種細胞外刺激如缺血、細胞因子、滲透壓變化等作用下被激活，繼而激活NF-κB、STAT 等多種轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)節(jié)IL-6、TNF-α等炎癥細胞因子基因表達促進炎癥反應(yīng)。相反，抑制p38MAPK 信號通路可抑制炎癥反應(yīng)，提示該通路在CNS 炎癥病變中可能發(fā)揮重要作用。最新研究表明，p38MAPK激活是導致Ast損傷，進而形成膠質(zhì)瘢痕的主要原因。糖氧剝奪6 h，Ast 發(fā)生腫脹變形、細胞活力下降、乳酸脫氫酶漏出率顯著增高，p38MAPK 表達明顯上調(diào)，而細胞p38MAPK 抑制劑SB203580 可明顯抑制糖氧剝奪所致的Ast 腫脹、活力下降和乳酸脫氫酶漏出率提高，證明p38MAPK通路可能是導致Ast損傷的重要機制之一［40］。

3.2 TLR4/NF-κB 信號通路 Toll 樣受體（TLR）是參與非特異性免疫的一類重要蛋白分子家族，是連接特異性免疫和非特異性免疫的橋梁，在免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)中起重要作用。TLR4 是最早被發(fā)現(xiàn)的Toll 樣蛋白，在腦組織中主要表達于Ast、神經(jīng)元及MG，腦缺血后首先被激活，是檢測心腦血管風險的標志物之一［41］。NF-κB 作為 TLR4 重要的下游信號核轉(zhuǎn)錄因子之一，在細胞內(nèi)受多種物質(zhì)如IL-2、IL-1β、TNF-α 等作用后活化，反過來增強這些細胞因子基因轉(zhuǎn)錄，使其表達增多，從而刺激炎癥信號級聯(lián)放大［42］。

3.3 Notch-1 信號通路 Notch 信號通路是鄰近細胞間經(jīng)彼此聯(lián)系而調(diào)控細胞發(fā)育的重要通路。研究發(fā)現(xiàn)，Notch-1信號通路在缺氧后Ast中被激活，一方面可通過抑制血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）或 NF-κB/p65 信號通路調(diào)節(jié)Ast 增殖和激活，參與腦組織缺血炎癥反應(yīng)［43］。另一方面可直接參與Ast 增殖，加重缺血半暗帶的炎癥細胞浸潤，加重腦缺血誘導的炎癥反應(yīng)［44］。

3.4 HIF-1α 信號通路 多種轉(zhuǎn)錄因子具有氧依賴性，并在缺氧過程中激活轉(zhuǎn)錄因子基因表達，缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）是其中最主要的一種，可激活一系列炎癥因子導致炎癥損傷。HIF-1由α和β 2個亞基構(gòu)成，其中HIF-1α是唯一的氧調(diào)節(jié)元件，直接決定HIF-1 活性。與多種具有氧依賴性的轉(zhuǎn)錄因子一樣，缺氧后HIF-1α在胞質(zhì)積聚并進入胞核與缺氧反應(yīng)元件（hypoxia response element，HRE）結(jié)合，激活下游分子，其中VEGF 是其激活后的主要下游分子。VEGF 轉(zhuǎn)錄表達后，可作用于血管內(nèi)皮細胞的特異性有絲分裂原，進而促進血管發(fā)生和增加血管通透性。研究表明，糖氧剝奪可誘發(fā)Ast 核內(nèi)HIF-1α 生成和迅速累積。麥冬皂苷D 可通過調(diào)控HIF-1α-VEGF 信號通路，經(jīng)旁分泌和自分泌形式促進缺氧損傷下Ast 存活和增生［45］。目前研究表明，在缺血和缺氧不同時間點，HIF-1α 對神經(jīng)細胞具有保護和誘導凋亡雙重調(diào)節(jié)作用［46］。

3.5 STAT3信號通路 信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（singal transducer and activator of transcription 3，STAT3）是JAK-STAT 家族成員，是經(jīng)由多肽激活的下游主要信號通路，其作用主要體現(xiàn)在細胞信號交流和基因轉(zhuǎn)錄等方面［47］。研究表明，STAT3 可調(diào)控下游基因 HIF-1α 信號傳遞［48］。Ast 標志物 GFAP 是STAT3的調(diào)節(jié)靶標，STAT3是Ast增生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一。紅景天苷可顯著改善腦缺血再灌注大鼠神經(jīng)功能損傷，降低腦組織內(nèi)神經(jīng)細胞凋亡，該作用可能通過調(diào)控JAK2/STAT3信號通路活性實現(xiàn)［49］。

4 Ast與MG相互作用

MG 作為腦內(nèi)常駐免疫細胞，是CNS 內(nèi)的首道免疫防線。正常生理狀態(tài)下處于靜息狀態(tài)，經(jīng)由突觸持續(xù)擺動監(jiān)視腦內(nèi)微環(huán)境變化，維持CNS 動態(tài)平衡［50］。病理條件下，MG 在數(shù)分鐘內(nèi)即可迅速激活，由分支狀轉(zhuǎn)換為“阿米巴樣”。MG 對不同刺激可表現(xiàn)不同的激活形式，細胞表面出現(xiàn)不同表型，分為經(jīng)典激活M1 型和替代激活M2 型。其中M1 型發(fā)揮促炎作用，M2型發(fā)揮抗炎作用［51］。

腦缺血后，Ast 和MG 均被激活，共同參與相關(guān)炎癥反應(yīng)調(diào)控，兩者間作用機制復雜。腦缺血后MG 激活早于Ast，并促進Ast 活化，同時活化的Ast反過來作用于MG，也可促進遠距離MG 活化，或抑制 MG 過度激活［52］。MG 自身表達部分細胞因子受體，而Ast 在相同細胞因子刺激下也會表達部分細胞因子，促進MG 增生，所以MG 和Ast 通過細胞因子相互對話形成一種膠質(zhì)細胞旁分泌的調(diào)節(jié)模式，可能通過TGF-β、IL-1、ATP等細胞因子相互調(diào)節(jié)［53］。

體外研究也證實，MG 經(jīng)由旁分泌方式釋放TNF-α，誘導周圍Ast增生，且Ast培養(yǎng)基可顯著降低MG 對氧化應(yīng)激的反應(yīng)，其機制是Ast 培養(yǎng)基通過活化MG 內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子Nrf2 促進抗氧化應(yīng)激基因表達，進而減少氧化自由基產(chǎn)生。此調(diào)節(jié)途徑作為一種負反饋調(diào)節(jié)方式，抑制MG 產(chǎn)生過多氧自由基，進而減少對神經(jīng)元的非特異性損傷［54］。NORDEN等［55］研究顯示，被激活的 MG 釋放 IL-10 作用于 Ast的 IL-10 受體，誘導 Ast 釋放 TGF-β，反過來抑制 MG激活，減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)。CNS炎癥反應(yīng)時，尿嘧啶核苷酸向細胞外基質(zhì)釋放，激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞嘧啶受體，促進其反應(yīng)性表型表達，如在共培養(yǎng)的MG 和Ast培養(yǎng)液中加入LPS和尿嘧啶核苷酸培養(yǎng)48h后，MG 激活出現(xiàn) P2Y6 受體，促進 NO 釋放和 Ast 凋亡，從而控制Ast 增殖速度，阻止過度膠質(zhì)化，說明MG、Ast 可能通過嘧啶受體通路影響神經(jīng)慢性炎癥反應(yīng)性膠質(zhì)化［56］。韓宏等［52］通過激光共聚焦顯微鏡觀察MCAO 大鼠腦梗死后的“半暗區(qū)”，激活的MG 和增生肥大的Ast 伸出的突起相互交錯，關(guān)系密切。Ast 活化后不僅接受MG 突起，還發(fā)出突起延伸至MG 胞體，說明Ast 和MG 在應(yīng)對外界和內(nèi)環(huán)境刺激時是相互協(xié)同作用的，進而共同維護CNS 內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

總之，Ast 和 MG 在 CNS 中互相作用，對腦缺血炎癥反應(yīng)發(fā)生發(fā)展起重要作用（圖1）。激活的MG既可促進Ast活化，也可抑制Ast活化；同樣，活化的Ast 既可促進MG 激活，也可抑制MG 活性。如何調(diào)節(jié)兩者間平衡將為腦缺血炎癥反應(yīng)治療提供新方向。

圖1 Ast與MG在腦缺血炎癥反應(yīng)中的相互作用Fig.1 Interaction of Ast and MG in inflammation induced by cerebral ischemia

5 結(jié)語及展望

綜上所述，腦缺血后Ast 被激活，在其誘導的炎癥反應(yīng)中起重要作用。一方面通過釋放抗炎因子及Ast 膠質(zhì)化對腦組織起保護作用；另一方面通過釋放促炎介質(zhì)損傷腦組織，具體作用機制與p38MAPK 信號通路、TLR4/NF-κB信號通路、Notch-1信號通路、HIF-1α 信號通路和STAT3 信號通路等密切相關(guān)。另外，Ast 與MG 相互作用也對腦缺血后炎癥反應(yīng)有重要意義，進一步為Ast 經(jīng)抗炎治療缺血性腦卒中提供了干預靶點，為臨床防治缺血性腦卒中提供了新思路。

目前，Ast 與腦缺血的具體時空關(guān)系尚不明確，尚有一系列問題亟待解決。Ast 在腦缺血后發(fā)揮保護或損傷作用的時間及潛在的統(tǒng)一機制尚未闡明。缺血性腦卒中后到底是減弱Ast 活性和功能，還是加強其活化及增殖，時機上如何掌控，也有待進一步研究?？傊捎谀X缺血后炎癥反應(yīng)中Ast 呈雙向特征，因此在缺血過程中如何設(shè)法促進其保護功能，抑制其不利影響，將是今后研究重點。