李想，蔡樂，王勇,2(通信作者*)

（1.廣西腫瘤免疫與微環(huán)境調(diào)控重點實驗室，廣西 桂林 541199；2．桂林醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，廣西 桂林 541199）

0 引言

隨著我國人口老齡化以及人民生活水平提高，腦卒中的患病率顯著上升，其高致死率及致殘率給家庭和社會造成了嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，已成為威脅人類生命的最主要疾病之一。當(dāng)發(fā)生缺血性腦卒中時，首要治療方式就是及時恢復(fù)血流，但腦組織發(fā)生一段時間缺血缺氧后，恢復(fù)血流再灌注，其功能不但無法恢復(fù)，反而會加重其結(jié)構(gòu)和功能的破壞，即發(fā)生了腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI)，進(jìn)一步加重神經(jīng)細(xì)胞損傷。同時，這些反應(yīng)也會進(jìn)一步刺激小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生相關(guān)的免疫應(yīng)答，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)或神經(jīng)毒性作用。本文主要就小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)在腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮的作用展開綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞概述

神經(jīng)系統(tǒng)是人體最為復(fù)雜的一個系統(tǒng)，由神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞、腦膜組成細(xì)胞以及血管等所組成。1932年，Hortega用碳酸銀法清楚地識別出中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)具有吞噬，遷徙功能的細(xì)胞，他提出這些細(xì)胞這是由中胚層來源，將其描述為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的非神經(jīng)元，非星型膠質(zhì)細(xì)胞，且不同于中性粒細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，并命名為神經(jīng)小膠質(zhì)細(xì)胞[1]。也有其他研究者認(rèn)為，小膠質(zhì)細(xì)胞由卵黃囊原始的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的，并在成年后的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System，CNS)中持續(xù)存在[2]。經(jīng)過學(xué)者們多年的研究，小膠質(zhì)細(xì)胞的來源大致被分為幾個觀點：①神經(jīng)外胚層；②外周中胚層/間葉組織；③骨髓內(nèi)造血干細(xì)胞或單核細(xì)胞；④卵黃囊。即使小膠質(zhì)細(xì)胞起源還未被完全證實，但學(xué)者們廣泛認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞是具有不同發(fā)育起源的CNS常駐巨噬細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞位于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的附近，其形態(tài)呈高度分枝狀，具有三級和四級分枝結(jié)構(gòu)，且細(xì)胞間的分枝很少發(fā)生重疊[3]。作為大腦間質(zhì)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞可為神經(jīng)細(xì)胞提供營養(yǎng)，對神經(jīng)細(xì)胞的生長發(fā)育起到支持作用，作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)固有的免疫效應(yīng)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞可以敏銳地監(jiān)測大腦內(nèi)神經(jīng)元的狀態(tài)[4]，可修剪或清除神經(jīng)細(xì)胞正常發(fā)育過程中多余或受損突觸，吞噬壞死或凋亡的神經(jīng)細(xì)胞，可以說小膠質(zhì)細(xì)胞參與了神經(jīng)細(xì)胞從胚胎到成熟再到凋亡的整個過程。小膠質(zhì)細(xì)胞通常處于靜止?fàn)顟B(tài)，而受到刺激后極化狀態(tài)分為M1表型與M2表型[5]，M1表型主要分泌促炎因子，如白介素IL-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、腫瘤壞死因子-α(tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)等，誘導(dǎo)組織或細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷，加重炎癥反應(yīng)。M2表型主要分泌抗炎因子，如IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等，發(fā)揮其抗炎、修復(fù)、再生等作用。正常狀態(tài)下，二者處于動態(tài)平衡。不同刺激使小膠質(zhì)細(xì)胞從靜息狀態(tài)向不同表型的極化狀態(tài)激活，發(fā)揮神經(jīng)損傷或者神經(jīng)保護(hù)作用。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)與CIRI的關(guān)系

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)與CIRI炎性反應(yīng)的關(guān)系

炎性反應(yīng)在CIRI病理生理過程中發(fā)揮著重要作用，而小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的先天免疫細(xì)胞，介導(dǎo)CIRI的神經(jīng)炎性反應(yīng)。腦缺血后，可引起包括神經(jīng)元在內(nèi)的細(xì)胞壞死，產(chǎn)生活性氧，釋放細(xì)胞因子(如 TNF-α、IL-lβ、IL-6)等炎性介質(zhì)，將靜息狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活成M1型，釋放更多炎癥介質(zhì)，如基質(zhì)金屬蛋白酶、iNOS以及活性氧等，引起腦組織水腫，血管通透性增加，促使更多神經(jīng)細(xì)胞死亡[6]。因此，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞釋放促炎因子，增加抗炎因子釋放，可能是減輕腦缺血再灌注損傷的重要方式。張秀麗[7]等人建立脂多糖誘導(dǎo)的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞 HAPI 細(xì)胞炎癥模型，觀察到誘導(dǎo)后的HAPI細(xì)胞胞體變大，突觸變粗變短，呈阿米巴型，促炎性因子的表達(dá)水平顯著升高；抗炎性因子表達(dá)水平顯著降低，給予藥物治療后促炎因子表達(dá)水平降低，而抗炎因子表達(dá)水平升高，同時細(xì)胞胞體脹大部分恢復(fù)，突觸變長，且細(xì)胞數(shù)量增多。在腦缺血早期抑制小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型極化，并刺激其向M2型極化，維持腦內(nèi)M1與M2型的動態(tài)平衡，進(jìn)而就可減輕CIRI以及改善腦組織功能恢復(fù)。Shadamu等人[8]用大鼠進(jìn)行體內(nèi)大腦中動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO) 體內(nèi)模擬CIRI，同時用BV2細(xì)胞進(jìn)行氧糖剝奪(oxygenand glucose deprivation，OGD)模型實驗體外模擬CIRI，發(fā)現(xiàn)M1標(biāo)志物和M2標(biāo)志物表達(dá)顯著增加。此外，給予大鼠注射轉(zhuǎn)運蛋白(Translocator protein，TSPO)的配體 PK11195 抑制了M1極化標(biāo)志物，但促進(jìn)了M2極化標(biāo)志物的表達(dá)，顯著逆轉(zhuǎn)了大鼠 MCAO 后的神經(jīng)損傷。體外研究表明，敲低TSPO促進(jìn)了M1極化但抑制了M2極化，伴隨著細(xì)胞活力的顯著降低。相反，TSPO過表達(dá)抑制了M1極化，促進(jìn)了M2極化，并顯著提高了細(xì)胞活力。這些實驗，進(jìn)一步證實可通過改變小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)，發(fā)揮減輕炎性反應(yīng)，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的作用。

2.2 小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)與CIRI自噬的關(guān)系

自噬是一種細(xì)胞內(nèi)平衡機(jī)制，消化其自身成分的過程，通過該過程可消除細(xì)胞中多余或受損的細(xì)胞器，錯誤折疊的蛋白質(zhì)以及入侵的微生物[9]。研究證明，CIRI發(fā)生與自噬有關(guān)[10,11]，適當(dāng)?shù)淖允煽杀Ｗo(hù)神經(jīng)細(xì)胞，減輕CIRI引起的組織損傷，然而過度激活自噬引發(fā)自噬性死亡，造成不可逆損傷。小膠質(zhì)細(xì)胞主要介導(dǎo)了細(xì)胞炎性反應(yīng)，自噬本身是細(xì)胞內(nèi)炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)劑，自噬在小膠質(zhì)細(xì)胞促炎或抗炎表型轉(zhuǎn)化中起著至關(guān)重要的作用。Qin等人[12]為了探討自噬是否參與小膠質(zhì)細(xì)胞極化的調(diào)節(jié)，使用自噬抑制劑渥曼青霉素抑制了脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的自噬，同時小膠質(zhì)細(xì)胞中的促炎因子表達(dá)水平降低，抗炎因子的表達(dá)水平?jīng)]有改變，這些結(jié)果表明自噬參與了小膠質(zhì)細(xì)胞促炎狀態(tài)的激活。然而Jin等人[13]實驗發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)傷性腦損傷后大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，炎性因子分泌增加，而在使用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine，3-MA)后，細(xì)胞自噬被抑制的同時小膠質(zhì)細(xì)胞炎性極化狀態(tài)增強(qiáng)，神經(jīng)細(xì)胞凋亡增多。Bussi等人[14]使用雷帕霉素和海藻糖誘導(dǎo)了BV2小膠質(zhì)細(xì)胞的自噬后，明顯減少了LPS和α-突觸核蛋白刺激BV2細(xì)胞所產(chǎn)生的炎性因子以及降低了神經(jīng)元細(xì)胞死亡，使用3-MA抑制自噬后，炎性因子反而增加。Fu等人[15]研究發(fā)現(xiàn)，在OGD后通過藥物促進(jìn)BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中的自噬來抑制 NLRP3 炎性小體的活化，并且炎性因子IL-1β表達(dá)降低，說明小膠質(zhì)細(xì)胞炎性極化狀態(tài)減輕，起到神經(jīng)保護(hù)作用，對CIRI起到改善作用。相反的，Wang等人[16]通過轉(zhuǎn)染敲除C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(Complement C1q Tumor Necrosis Factor-Related Protein 1，CTRP1)顯著增強(qiáng)了 OGD誘導(dǎo)的自噬并增加了促炎因子TNF-α、IL-1β和 IL-6等釋放，而重組CTRP1或CTRP1過表達(dá)減弱了BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中OGD誘導(dǎo)的自噬和炎癥反應(yīng)，證明通過調(diào)控自噬可使小膠質(zhì)細(xì)胞向促炎或抗炎表型極化，對CIRI起到加重或保護(hù)的作用。大量研究證明，小膠質(zhì)細(xì)胞的極化與細(xì)胞自噬密切相關(guān)，可能通過不同途徑潛在調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞兩種極化狀態(tài)平衡，或許可以通過合理地調(diào)控自噬，進(jìn)一步調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞在促炎和抗炎之間平衡，對CIRI起到改善作用。

2.3 小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)與CIRI內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的關(guān)系

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成、運輸和維持細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)的主要細(xì)胞器。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)是機(jī)體發(fā)生炎癥、缺血、缺氧、氧化應(yīng)激等因素導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯誤折疊和未折疊蛋白的積累，導(dǎo)致細(xì)胞生理功能紊亂的狀態(tài)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)被啟動，UPR調(diào)控促炎因子釋放，然而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與炎癥反應(yīng)是相互作用的，IL-1β、TNF-α 等炎癥介質(zhì)的釋放也會加速UPR的活化，釋放更多的炎癥因子，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的惡性循環(huán)[17]。因此在發(fā)生CIRI時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激刺激小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生極化，釋放炎性因子，而釋放的炎性因子進(jìn)一步加重內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。Mo[18]等人發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白IRE1a的過表達(dá)，會增加炎性因子的分泌，加重小膠質(zhì)細(xì)胞OGD/R后的炎性反應(yīng)。Zhu[19]等人實驗證明通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，可減少OGD/R后原代小膠質(zhì)細(xì)胞以及BV2細(xì)胞的極化，并且減少MCAO模型大鼠的腦梗死面積，起到神經(jīng)保護(hù)作用?？梢?，小膠質(zhì)細(xì)胞的極化與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相互作用，共同影響CIRI，若能靶向調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，即可有效減少小膠質(zhì)細(xì)胞極化，更好地起到神經(jīng)保護(hù)作用。

2.4 小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)與CIRI相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)系

CIRI發(fā)生機(jī)制與自由基生成過多、白細(xì)胞大量聚集、興奮性氨基酸毒性以及胞內(nèi)鈣離子超載等因素有關(guān)。研究表明，CIRI的病理生理過程涉及到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡與自噬等[20-22]。同樣，有數(shù)個細(xì)胞信號通路調(diào)控著CIRI病理生理過程。核轉(zhuǎn)錄因子-κB(Nuclear factor kappa B，NF-κB)是細(xì)胞內(nèi)的一種重要核轉(zhuǎn)錄因子，通過對一系列基因的表達(dá)和調(diào)控，參與腦缺血后神經(jīng)元損傷、血腦屏障破壞和炎癥反應(yīng)等多種病理進(jìn)程[23]。有多項研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB信號通路激活與小膠質(zhì)細(xì)胞極化具有相關(guān)性，并且影響著CIRI。體內(nèi)OGD實驗以及體外MCAO實驗的小膠質(zhì)細(xì)胞被激活后通過TRAF2/NF-κB信號通路加重神經(jīng)元炎性損傷[24]。使用藥物通過下調(diào)TLR4/Myd88/TRAF6 信號通路抑制NF-κB磷酸化，可使小膠質(zhì)細(xì)胞從M1表型過渡到M2表型，減輕炎癥反應(yīng)，減少神經(jīng)元損傷[25]。迷走神經(jīng)刺激可以通過抑制缺血性腦卒中的TLR4/MyD88/NF-kB 通路，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞M2表型極化并抑制M1表型胞極化以減輕腦損傷[26]。Notch信號通路異常與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生有關(guān)。有研究證明[27,28]，通過藥物可抑制缺血缺氧后的小膠質(zhì)細(xì)胞中Notch信號通路相關(guān)蛋白的表達(dá)，同時減輕小膠質(zhì)細(xì)胞促炎表型極化，減少炎性因子釋放，起到神經(jīng)保護(hù)作用，證明小膠質(zhì)細(xì)胞極化可能與Notch信號通路有關(guān)。單腺苷酸活化蛋白激酶(AMP actived protein kinase，AMPK)是內(nèi)源性防御分子，在CIRI發(fā)病過程中，具有抗炎抗凋亡的作用，減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷[29,30]。Gan等人[31]使用領(lǐng)苯二甲內(nèi)酯衍生物CD21激活A(yù)MPK后，發(fā)現(xiàn)在MCAO模型小鼠腦組織中以及OGD后BV2細(xì)胞中的M1表型標(biāo)志物減少了，同時M2表型標(biāo)志物有所增加，這表明通過激活A(yù)MPK可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2表型極化來減輕缺血后神經(jīng)炎癥。AMPK/mTOR 信號通路是一個凋亡與自噬的重要調(diào)控途徑。Xu等人[32]實驗證明可通過激活A(yù)MPK/mTOR途徑使小膠質(zhì)細(xì)胞從M1表型向M2表型轉(zhuǎn)變，從而預(yù)防CIRI。上述多項研究證明，這些信號通路可通過調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的M1與M2極化狀態(tài)從而調(diào)控CIRI病理生理過程。

3 小結(jié)與展望

CIRI的發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，在臨床治療上仍未有顯著突破。小膠質(zhì)細(xì)胞在體內(nèi)平衡受到身體傷害或其他刺激后變得特別活躍，并且使它們進(jìn)入極化狀態(tài)，這很大程度上是取決于病變性質(zhì)和嚴(yán)重程度，同時也會影響疾病發(fā)展。但是，目前小膠質(zhì)細(xì)胞激活機(jī)制仍未完全明了，小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)有利有弊，深入了解小膠質(zhì)細(xì)胞激活的機(jī)制，調(diào)節(jié)好M1型與M2型的平衡關(guān)系，可能有助于為CIRI臨床治療提供新思路，成為治療突破的關(guān)鍵。