小膠質細胞在中樞神經系統損傷作用機制的研究進展

安海勇 程 光 白俊清

1.河北聯合大學附屬醫院，河北唐山 063000；2.河北聯合大學，河北唐山 063000

中樞神經系統（CNS）損傷后，局部缺血及炎性刺激等使得小膠質細胞（microglial cells，MC）會做出迅速反應并被激活，呈現出形態學與基因表達等方面的序列變化，表現為增殖、向損傷部位定向遷移、吞噬細胞碎片及代謝產物并合成分泌具有神經元毒性和具有神經元營養作用的細胞因子，對中樞神經系統恢復發揮重要作用。適度的MC激活在損傷過程中對CNS 主要發揮保護性作用，但當損傷嚴重或損傷因素持續存在時，激活的MC分泌細胞因子、一氧化氮（nitric oxide，NO）等炎性分子產生損傷作用從而參與神經功能紊亂的病理發展過程[1]。然而在損傷因素消退，神經系統功能恢復過程中MC 起著清除組織細胞碎、代謝產物及抑制并下調炎癥反應的作用[2]。MC 對損傷因素造成的周圍微環境變化的迅速反應能力以及在炎癥反應和先天免疫和獲得性免疫中的重要作用，使其成為了治療多種CNS 損傷疾病的首要的調節靶細胞。現將近年來MC在中樞神經損傷中的作用機制研究進展綜述如下：

1 活化MC 合成與分泌功能

MC 可表達多種可擴散的可溶性因子和酶類轉錄本信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid，mRNA）及其產物，在應答反應中誘導或增加表達，通過旁分泌及自分泌等作用與其他細胞發生信號傳遞，在炎癥反應及免疫應答中發揮重要作用。這些可溶性分子包括細胞因子類、趨化因子類、營養因子類和小分子炎癥調節物質如前列腺素類等以及 NO 和活性氧（reactive oxygen species，ROS），在病理過程中發揮保護和損傷的雙重性作用。

活化MC 表達的細胞因子有白細胞介素類（IL）如IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、IL-15，腫瘤壞死因子（TNF）類如 TNF-α、TNF-β，趨化因子類如單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1/CCL2）、巨噬細胞炎性蛋白質1α （macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α/CCL3）、MIP-1β/CCL4、MIP-2α/CXCL2、RANTES/CCL5（regulated upon activation normal T cell expressed and secreted）、fractalkine/CX3CL1、干擾素誘導蛋白 10（interferon inducible protein-10，IP-10/CXCL10）、IL-8/CXCL8[3-5]，營養因子類如神經營養因子（neurotrophin，NT）-3、神經生長因子 （verve growth factor，NGF）、 腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF） 和神經膠質細胞源性神經生長因子 （glial-derived neurotrophic factor，GDNF）、胰島素樣生長因子Ⅰ （insulin-like growth factor-Ⅰ，IGF-Ⅰ）和堿性成纖維細胞生長因子 （basic fibroblast growth factor，bFGF）[6]，小分子脂質炎癥介質如前列腺素類（prostaglandins，PGs）如 PGD2、PGE2、PGF2α、血栓素 B2 和白三烯B4 等[2，7]。活化MC 在細胞因子和刺激因素作用下可誘導表達誘導型一氧化氮合酶 （inducible nitric oxide synthase，iNOS/NOS2），從而產生 NO，而 NO 可造成神經元和少突膠質細胞的損傷，但人類MC 是否表達iNOS 和產生NO 存在爭議，Kim 等[4]報道人類胚胎MC 在正常及活化條件下均不表達iNOS 和產生NO，而由星形膠質細胞表達，但Hill 等[8]證實在人類多發性硬化癥（multiple sclerosis，MS）患者NCS 損傷部位大部分MC 表達iNOS，而星形膠質細胞僅在損傷邊緣區偶爾表達iNOS。MC 在CNS 損傷和阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）等病理條件下，還增加表達NADPH 氧化酶gp91phox（NOX2）膜結合催化亞單位而增加NADPH 氧化酶活化，產生超氧陰離子（superoxide anion，O2－）從而增加超氧化物和 ROS 的產生[9-11]。MC同時還表達多種受體通過旁分泌和自分泌與相應配體因子作用調節自身活動，在CNS 疾病過程中發揮著重要作用[3-4]。

2 活化MC 吞噬作用

MC 作為CNS 主要的吞噬細胞，在清除組織代謝產物、凋亡細胞、受損壞死的組織和細胞碎片、異常表達的致病性蛋白產物如β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）以及CNS侵襲的病原微生物等物質中發揮著重要作用[3]。MC 表達多種吞噬性受體，包括清道夫受體CD36、CD47 和β1 整聯蛋白（β1integrin，Itgb1），巨噬細胞清道夫受體 A 類（macrophage scavenger receptor class A，SR-A）和 B 類（SR-B），高度聚糖化作用終產物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE），甲酰肽受體（formyl peptide receptor，FPR）和經典的吞噬性受體免疫球蛋白G Fc 段受體（Fc receptor for immunoglobulin G，FcγR）[11]。這些受體在 AD 患者 CNS小膠質細胞清除Aβ中發揮作用。Aβ1-42 纖維與MC 受體結合可增加 MC 表達 CD36、CD47、Itgb1 和MSR-A，促進MC 對Aβ纖維的吞噬作用，而寡聚化Aβ1-42（oligomeric Aβ，AβO）與受體結合后通過FPR2 和核因子kB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）與激活物蛋白-1（activator protein-1，AP-1）信號通路[12]誘導 MC 產生 IL-1β、TNF-α、NO、PGE2 和細 胞內 O2－生成，并干擾Aβ1-42 纖維的吞噬，對AD 病程發展發揮重要作用[11]。當CNS 損傷、卒中等導致神經元和神經膠質細胞壞死或凋亡時，死亡細胞碎片主要被MC 的吞噬作用清除。細胞凋亡誘導磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）生成并暴露于凋亡細胞表面，凋亡細胞通過PS 與MC 黏連蛋白受體和CD36 相互作用，從而被MC 吞噬[13]。發揮吞噬作用中的MC 還表達一種孤兒受體髓樣細胞觸發受體-2（the triggering receptor expressed on myeloid cells-2，TREM-2）[14]，TREM-2 的表達可促進MC 的吞噬功能并抑制MC促炎因子的表達。

3 抗原提呈及T 細胞分化作用

MC 是CNS 有效的抗原提呈細胞 （antigen presenting cells，APCs），通過表達的 TLRs（Toll-like receptors）識別病原體或非己成分即病原體相關性分子模式 （pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）并活化[15]，有效的誘導CNS 浸潤T 細胞增殖和分化，在CNS天然免疫和獲得性免疫中發揮重要作用[15]，也是神經變性疾病如自身免疫性疾病MS 的重要因素；在CNS 損傷發生時，MC 還能識別自身成分即損傷相關分子模式 （damage-associated molecular patterns，DAMPs）增加炎癥介質生成并導致CD4+Th 細胞的炎癥免疫反應而加重神經系統損傷[16]。

MC 表達的TLRs 包括TLR1-9[16]。小膠質細胞TLRs 與相應配體結合后，招募銜接子，通過MyD88（myeloid differ entiation factor 88）依賴或 TRIF（Toll/IL-1 receptor-like（TIR）-domain-containing adapter-inducing interferon-β）依賴的信號轉導通路進行信號轉導[17]。除TLR3 外，所有TLRs 均 可 通 過 招 募 My88， 其 中 TLR1、TLR2、TLR4 和TLR6 還需招募TIRAP/Mal（TIR domain-containing adaptor protein/MyD88 adaptor-like），通過 TIRAP 與 My88 銜接。TLR3 和TLR4 與各自配體結合后可招募TRIF，TLR4 需招募 TRAM（TRIF-related adaptor molecule）連接其 TIR 結構域和TRIF。這些銜接子的招募觸發信號通路的級聯反應并最終導致 NF-κB、AP-1、IRFs（interferon response factors）等轉錄因子的活化轉移到細胞核內，啟動炎性因子、Ⅰ型干擾素和趨化因子類等基因轉錄和表達[17]。其中細胞因子IL-12、IL-18 和TNF-α可誘導Th1分化和IFN-γ的產生；趨化因子CCL2、CCL3 和CCL5 可趨化外周T 細胞和巨噬細胞向病理情況下的CNS 浸潤，促進炎癥反應發生。MC在不同TLR 配體激活下增加表達MHC（major histocompatibility complex）Ⅱ和共刺激分子 CD80（B7-1）、CD86（B7-2）、CD40 和 細 胞 間 粘 附分 子 1 （intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1），在 MC 向CD4+Th1 細胞提呈抗原中發揮重要作用[15]。

在多種病理情況下，MC 增加TRLs 表達，特別是TLR2和TLR4，這些受體的活動及其調節的促炎性因子的釋放和CD4+T 細胞的免疫應答參與了這些疾病的病理過程，如CNS 創傷、局部缺血和神經退行性變MS 等[16-18]。

4 MC 功能活動的調節

MC 作為CNS 的防御損傷的第一防線，在CNS 疾病過程中其功能活動受多種因素的調節和影響。MC 通過TLRs、non-TLR 受體（包括 C-type lectin receptors （CLRs），retinoic-acid-inducible gene Ⅰ （RIG-I）-like helicase receptors （RLHs）， the receptor for advanced glycation end products，RAGE）和胞漿核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（nucleotide-binding oligomerization domain （NOD）-like receptors，NLRs）[19]等模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs） 識別 PAMPs 和 DAMPs，TLRs 通過招募并銜接MyD88、TRIF 啟動下游信號轉導最終導致轉錄因子活化，隨后誘導促炎癥因子基因表達產生TNF-α、IL-1β和IL-12 等細胞因子，以及趨化因子類、蛋白酶類、和氧化還原蛋白酶類等；NLRs 通過招募凋亡相關點樣蛋白ASC（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD）和 caspase-1 構成炎癥復合體 （inflammasome），裂解pro-IL-1β和pro-IL-18 使其轉變為有活性的IL-1β和IL-18[20-21]。MC迅速的應答反應以及周圍細胞包括局部浸潤的外周T 細胞等淋巴細胞釋放的細胞活性因子導致CNS 經典的防御反應。活化的浸潤Th1 細胞以分泌的IFN-γ誘導MC 轉變為具有較強吞噬和抗原提呈能力的殺傷性巨噬細胞樣MC，發揮清除感染或損傷的神經組織，替換損失和受損傷細胞以及重建受破壞的細胞外基質作用以保存并維持CNS 正常組織的穩態。然而MC 在發揮防御作用同時其釋放的促炎癥因子會對周圍正常組織細胞造成副損傷（bystander injury or secondary excitotoxic damage）[22]，CNS 損傷導致的MC 的過度活化以及AD 等慢性炎癥中過度延長的MC 活化是導致神經損傷的重要因素。因此調節MC 功能活動，抑制其過度活化和釋放促炎癥反應因子的經典活化，促進MC 組織保護和修復功能成為治療CNS 疾病中備受關注的治療靶點。

MC 的活化和功能活動中存在著多種調節機制調節其功能。MC 活化分泌促炎性分子的同時可表達IL 受體拮抗劑如IL-1Ra，IL-1Ra 為IL-1 受體家族的可溶性無功能配體，通過競爭IL-1 受體而降低其促炎癥信號[23]。MC 還表達無功能IL-1 受體Ⅱ型（IL-1RⅡ），可與IL-1α/β結合而不觸發信號轉導，同時MC 還能表達抗炎因子IL-10 及其受體IL-10R，通過自分泌負反饋作用抑制炎癥反應[4]。

IL-4、IL-13、IL-10 和TGF-β 等抗炎因子各自均可在CNS 內由MC 或其他神經膠質細胞或在某些情況下由神經元產生，這些抗炎因子可調節MC 的應答反應活動，誘導 MC“替代激活反應（alternative activation）”和“獲得性鈍化反應（acquired deactivation）”[24]，活化的 MC 吞噬凋亡細胞后也誘導自身功能的轉化[2]，抑制 iNOS、IL-1β、IL-12 和INF-α等炎性因子產生，增加TGF-β和IL-10 等抗炎因子的釋放，增加精氨酸酶1（arginase 1，AG1）、凝集素Ym1（Chi3-L3）等修復基因表達[9]，增加表達神經營養因子類如IGF-Ⅰ、NGF，增加MC 表面吞噬受體表達并抑制MHCⅡ和共刺激分子表達而抑制其抗原提呈能力，還能通過增加激活JNK 信號轉導通路增加COX-2 表達及其產物PGE2、15d-PGJ2 等的產生誘導活化MC 凋亡，從而抑制MC 促炎癥反應和過度激活，促進MC 組織修復功能。

5 MC 治療靶向及前景

MC 作為CNS 防御第一線的免疫細胞在防御損傷，介導天然免疫和調節獲得性免疫中發揮重要作用，而MC 的過度激活和功能失調造成的繼發損傷和參與病理過程也是導致CNS 疾病的重要機制，使得MC 成為研究CNS 疾病的重要靶點。鑒于近年來研究證據表明的MC 在CNS 疾病中的神經元保護和損傷的雙重作用，在CNS 疾病治療中MC 在其過度活化并參與病理損傷同時可能具有的在維持內環境穩定、組織修復和可能的保護作用不能忽視。因此，選擇最佳的治療窗口期，早期降低MC 過度應答反應使其限制在適度活化而不再產生有害作用，或抑制過度活化MC 的損害作用，增強CNS 保護作用，而非完全的消除MC應答反應將是CNS 疾病理想的治療手段。

根據MC 在疾病中作用機制，已有多個作用環節備受關 注，例如嘌 呤型 受體 P2X7 受體[5，25]、NADPH 氧化酶pg91phox[9]、過氧化物酶體增生物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ）[26]等在 CNS 損傷中發揮的關鍵性保護或損傷性作用成為今年研究的熱點。但在不同報道文獻中MC 受體表達的具體作用仍存在矛盾和爭議，例如P2X7 受體。MC 嘌呤型受體P2X7-Egr（early growth response，Egr）因子信號途徑抑制脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）活化的小膠質細胞 iNOS 表達和NO 產生，從而對神經元存在的保護作用[25]，并且病理條件下細胞外ATP 可通過P2X7R 刺激MC 產生的內源性大麻素2-花生四烯酸酰甘油酸酯 （2-arachidonoylglycerol，2-AG）而對CNS 產生保護作用[27]。相反，有研究報道高濃度ATP卻可以通過P2X7 誘導iNOS 增加NO 生成而產生神經元損傷作用[28]。低溫處理或預處理的應用在CNS 創傷和缺血性損傷中的神經元保護作用已得到廣泛證實[29]，從而受到越來越多的重視，體外實驗證實低溫處理后增加MC 吞噬功能和抑制MC 促炎癥因子如IL-1β、IL-6、TNF-α等的產生[30]。

今后更加深入研究和了解MC 的功能活動與變化過程的分子機制，對實現以小膠質細胞為靶向的CNS 疾病的治療具有重要指導價值。

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