小膠質細胞介導多發性硬化發病的機制研究進展

梁湘輝，朱文浩，高 穎

(1. 山東省濟寧市中醫院，山東 濟寧 272013；2. 山東省淄博市中醫醫院，山東 淄博 255300；3. 北京中醫藥大學東直門醫院，北京 100700)

綜 述

小膠質細胞介導多發性硬化發病的機制研究進展

梁湘輝1，朱文浩2，高 穎3

(1. 山東省濟寧市中醫院，山東 濟寧 272013；2. 山東省淄博市中醫醫院，山東 淄博 255300；3. 北京中醫藥大學東直門醫院，北京 100700)

小膠質細胞；多發性硬化；實驗性自身免疫性腦脊髓炎；發病機制

多發性硬化(multiple sclerosis，MS)是一種自身免疫反應引起的中樞神經系統(central nervous system，CNS)慢性炎癥性脫髓鞘性疾病，以炎癥反應、髓鞘脫失、軸突損傷、髓鞘再生和膠質增生為主要病理特征[1]。MS的確切發病機制尚未完全闡明，但與自身免疫反應有關。小膠質細胞(microglial cell，MG)是CNS內常駐免疫細胞，占所有膠質細胞的10%～20%，靜息狀態下負責CNS的監視作用，在大多數CNS病理條件下被激活，激活的MG發生形態學和分子學變化，參與先天和自適應免疫反應[2-3]。MS及實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)中均存在MG的激活。研究表明，MG的激活發生在脫髓鞘改變的2～4周前[4]。在MS和EAE中，MG不僅參與免疫反應引起的CNS損傷，在疾病的恢復和神經再生中也起重要作用[5]。現對MG在MS和EAE中的作用進行綜述。

1 抗原呈遞作用

MG是腦內主要的抗原呈遞細胞(antigen-presenting cells，APCs)，參與了反應性T細胞浸潤[6]。研究發現，在MS的急性活躍病灶和慢性活躍病灶的邊緣部存在大量的CD163+MG/巨噬細胞，慢性不活躍病灶和慢性活躍病灶的中央部罕見CD163+MG/巨噬細胞[7]。雙標法顯示，在腦實質和血管周圍CD163+MG/巨噬細胞內堿性髓鞘蛋白(myelin basic protein，MBP)和人白細胞(位點)DR抗原[human leukocyte antigen(locus)DR，HLA-DR]陽性，說明CD163+MG/巨噬細胞可以攝取和呈遞抗原[7]。MG(HLA-DR+細胞)的呈遞作用與MS病灶內的軸突損傷密切相關，但軸突損傷部位的HLA-DR+細胞比髓鞘脫失處少[8]。在體外，原代人MG通過抗原呈遞作用可以降低人腦內髓鞘和神經元蛋白，引起髓鞘和神經元損傷[8]。許多研究表明，神經元抗原是自身免疫反應的觸點[9-11]，因此攝取和呈遞神經元抗原將加重病理性自身免疫反應。MG可以攝取神經元抗原，并將其呈遞給免疫反應性T細胞，使其聚集到CNS并轉化成細胞毒性表型細胞(如Th1、Th17)，引起神經損傷。

MG向T細胞進行有效的抗原呈遞，需要能對抗原進行識別、呈遞的主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)分子和APC中能與T細胞結合的協同刺激分子(co-stimulatory molecule)的共同參與。其中MHCⅡ吞噬呈遞抗原的作用受Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)和神經元表達的膜糖蛋白CD200的調節[12-13]。MS中重要的T細胞協同刺激分子有CD40、CD137、B7糖蛋白等，它們通過與T細胞上的配體結合協同APC完成抗原呈遞作用[14-15]。

2 分泌白細胞介素(IL)

激活的MG可以釋放IL-1α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、IL-12、IL-17、IL-18、IL-23、IL-27等[14，16]。IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23可以使Th0細胞向Th1細胞和Th17細胞分化，二者均參與MS/EAE的發病。其中IL-12使Th0分化為Th1，進而釋放IL-2、γ-干擾素(INF-γ)等，促進T細胞增殖，加重炎癥反應[17]。IL-1β、IL-6、IL-23可以使Th0分化為Th17，進而釋放IL-6、IL-17、IL-23、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等，參與了EAE的發病。研究表明，MS患者復發時IL-17A、IL-6和IL-23p19均升高[18]，而MS或EAE的病情進展與IL-23有密切關系。

IL-4主要由Th2細胞分泌，但激活的MG也可以釋放IL-4。IL-4是抗炎性細胞因子，能拮抗INF-γ產生的神經破壞作用。Butovsky等[19]研究發現，IL-4可拮抗高濃度IFN-γ誘導的MG對少突膠質細胞發生的阻礙作用。IL-4可以逆轉IFN-γ引起的抑制少突膠質細胞發生的作用，減少TNF-α的生成，增加胰島素樣生長因子-1(IGF-1)的產生。在嚙齒類EAE的腦脊液中注射IL-4活化的MG，可以使脊髓中的少突膠質細胞形成增加和臨床癥狀改善。IL-10可以與Th1效應細胞上的IL-10受體結合，抑制炎癥性T細胞的轉移和增殖，對EAE起保護作用[20]。

3 分泌INF-γ

INF-γ是一種促炎性細胞因子，主要由Th1細胞分泌，但激活的MG也可以分泌INF-γ。激活的Th1細胞通過上調MHCⅡ分子和協同刺激分子B7-1和B7-2，使MG被激活并成為APCs。活化的MG分泌IL-12、IL-18、IL-23和IL-27，使Th0細胞分化成Th1細胞，成熟的Th1 CD4+細胞又產生INF-γ，進一步激活MG。同時，激活的MG也分泌INF-γ，形成正反饋回路[14]。INF-γ參與了炎癥反應，促進MS/EAE的發病。

近年來研究表明，INF-γ對MS/EAE也有保護作用，與誘導MG的凋亡有關。Takeuchi等[21]研究發現，INF-γ可以誘導MG的凋亡和活化MG誘導的細胞死亡，這可能是通過自限性負反饋調節實現的。MG的凋亡與促凋亡蛋白，特別是Bax的表達上調有關，而抑制凋亡蛋白的表達下調。INF-γ誘導的MG活化和后續死亡在MS的復發和緩解中起重要作用。

4 分泌TNF-α

TNF-α是一種促炎性細胞因子，在CNS主要由激活的MG分泌，通過抑制MG產生的TNF-α可以抑制炎癥性脫髓鞘。TNF-α可以中和抗體或結合重組的TNF受體蛋白，導致MS復發[14]。研究表明，TNF-α可以誘導MG釋放谷氨酸，引起神經毒性損傷[22]。在體外，TNF-α可以下調少突膠質細胞上的谷氨酸轉運蛋白的表達、抑制谷氨酸的攝取和促進NO的合成，加重MS/EAE的病情[14]。

此外，TNF還有神經保護作用。在EAE中，TNF主要由T細胞和髓系細胞分泌，它可以協同抑制APCs產生IL-12p40和IL-6，進而抑制致腦炎性T細胞發育成Th1和Th17，減輕EAE的病情[23]。

5 分泌胰島素樣生長因子(IGFs)

IGFs是CNS正常發育不可或缺的肽類激素，它能促進少突膠質細胞的發育、生存和髓磷脂合成，具有保護中樞神經和生髓作用[24-25]。體內和體外實驗研究均表明，IGF-1能減少小鼠視網膜內感光細胞的死亡，對營養不良的視網膜有神經保護作用[26]。MG衍生的IGF-2能阻斷半乳糖腦苷脂(GalC)對少突膠質細胞的毒性[27]。在缺氧缺血性腦病的損傷部位，MG表達IGF-1 mRNA[28]。胰島素樣生長因子-2(IGF-2)存在于未激活的和INF-γ處理的MG[24]。MG對神經的保護作用是通過分泌IGF-1實現的[26]。其功能依賴于IGF結合蛋白高親和力調節因子(IGFBPs)，特別是IGFBP-2[24]。研究表明，MS的發病可能與IGF-1的生物利用度減少有關[29]，系統性注入IGF-1對EAE的臨床病程表現出多樣和瞬變的保護作用[30]。

6 分泌神經生長因子(NGF)

NGF是第一個被發現的神經營養因子，它能刺激外周和中樞神經系統神經元的分化、生存和生長，保護神經元和髓鞘免受炎癥的損傷，調節免疫系統，減輕急性炎癥反應過程中的興奮性毒性[31]。研究表明，激活的MG可以產生NGF，MG表達和釋放NGF受A2 a-腺苷受體的調節[32]。NGF與其高親和力的受體TrkA結合后發揮生物學作用。在EAE急性期，運動神經元中TrkA的免疫反應減少，而在少突膠質細胞中上調，并且主要集中在CNS白質[33]，說明在EAE急性期神經元損傷的同時，少突膠質細胞被激活，發揮修復神經元的作用。另有研究表明，在MS的損傷組織，神經營養因子缺乏可以通過外周血單核細胞合成補償。在復發-緩解型MS，β-NGF與認知表現密切相關，它在MS中可能起到神經保護作用，特別是在認知功能區[34]。

7 分泌趨化因子

在MS或EAE中，激活的MG高水平表達趨化因子(如CCL2～CCL5、CCL8、CCL19、CCL21、CXCL1和CXCL8～CXCL13等)及其受體(如CCR3、CXCR1和CXCR3等)[35]，募集白細胞、單核細胞、巨噬細胞、T細胞、B細胞和樹突狀細胞向CNS的病灶部位聚集，引起局部的神經炎癥，參與髓鞘的吞噬[36]。對多種趨化因子受體敲除模型進行研究表明，趨化因子對EAE的發病和進展非常重要。如CCR1敲除小鼠表現出較輕的EAE，CCR2敲除小鼠表現出部分或完全抵抗EAE，CCR8敲除小鼠的病情減弱和臨床癥狀出現的時間延遲[14]。趨化因子還可以趨化抗炎性細胞，如CCL11募集Th2細胞到達MS病灶處，起到保護神經的作用[37]。

8 分泌前列腺素(PGs)

PGs是花生四烯酸的衍生物，它可以調節多種生理系統，包括CNS、呼吸系統、心血管系統、胃腸系統、泌尿系統、內分泌系統和免疫系統[38]。PGs是花生四烯酸通過環氧合酶1/2(COX1/2)通路合成的強效氧化脂質分子，以自分泌和旁分泌的形式分泌[39-40]，與炎癥反應有關，可能是MS病理變化的有效調節因子[38]。研究表明，在髓鞘脫失過程中腦內的PGE2、PGD2和PGI2水平升高，在髓鞘再生過程中腦內的PGE2、PGD2和PGI2水平恢復正常[41]。Kihara等[42]指出，EAE的病變主要與PGE2通路有關，而與PGD2、PGI2和5-脂氧合酶(5-LO)通路的關系較弱[42]。激活的MG可以通過COX-1/2合成和釋放PGE2，同時COX-PGE2通路受p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)的調節[43]。PGE2合成和釋放受COX1/2的限制，因此調節MG內COX-1/2的活性，可以調節PGE2的合成和釋放，從而影響EAE的病理變化和病情進展。研究表明，阻斷COX1/2可以延遲EAE的發病，減輕EAE的病情，降低Th1型細胞因子的產生[40]。除促炎癥作用外，COX-2衍生的PGE2對先天免疫反應還顯示出抗炎作用[44]，介導神經保護。

9 分泌一氧化氮(NO)

NO是一種信號分子，也是一種神經遞質和自由基。正常條件下，它參與了血管擴張、神經功能和免疫反應。此外，它還參與了許多病理反應，如MS[45]。研究表明，NO及其衍生物在MS中發揮重要作用[46]；NO的代謝物增高與軸突變性和臨床殘疾相關[47]；在MS髓鞘脫失和髓鞘再生病變處表達誘導型一氧化氮合酶(iNOS)[48]。激活的MG可以表達iNOS mRNA及其蛋白，釋放NO。NO與超氧化物反應產生過氧亞硝基(ONOO-)，對成熟少突膠質細胞有毒性[49]。另有研究表明，內皮型一氧化氮合酶缺陷(eNOS-/-)小鼠EAE的發病延遲，與血腦屏障(BBB)的破壞延遲有關。說明eNOS產生的NO是T細胞滲透至CNS的基礎。然而，eNOS-/- EAE小鼠的最終臨床癥狀更重，并且恢復延遲，說明NO在MS/EAE中有雙重作用，即促炎性作用和神經保護作用[50]。

10 分泌谷氨酸

谷氨酸是哺乳動物大腦內主要的興奮性神經遞質。經谷氨酸突觸傳導的正常神經沖動是整個大腦所需要的，是學習和記憶的基礎。然而，異常高水平的細胞外谷氨酸會導致神經軸突細胞死亡[51]。研究表明，在MS脫髓鞘和軸突變性斑塊內存在過量的谷氨酸釋放，最有可能釋放谷氨酸的細胞是浸潤的白細胞和激活的MG[52]。激活的MG通過谷氨酰胺酶生成谷氨酸，并經縫隙連接的半通道釋放[53]。正常情況下，谷氨酸通過興奮性氨基酸轉運蛋白(EAAT)轉運。在MS中，激活的MG可以釋放ONOO-和氧自由基，下調EAAT的表達和功能，導致谷氨酸轉運障礙，引起髓鞘、神經元、突觸和少突膠質細胞損傷。

11 分泌基質金屬蛋白酶(MMPs)

MMPs屬于鋅依賴性肽鏈內切酶，存在于中樞和外周神經系統，參與了細胞外基質和細胞基質的重塑及相互反應，與多種神經病理性疾病有關，其中包括MS[54]。激活的MG可以分泌MMPs，MMPs在MS和EAE的MBP裂解和脫髓鞘中起重要作用[55]，并參與了神經炎癥、血腦屏障(BBB)破壞和免疫反應。

12 分泌活性氧(ROS)

研究表明，脂多糖(LPS)激活的BV-2小膠質細胞產生ROS增加[56]，而激活的BV-2小膠質細胞通過ROS通路使TNF-α和MCP-1增加[57]，參與MS和EAE的發病。

13 吞噬作用

在MS中，MG通過吞噬作用清除死亡細胞、誘導神經營養因子、抗炎性細胞因子和抗氧化酶而顯示出神經保護作用。

14 小結和展望

以上研究結果表明，MG在MS/EAE中的具體作用機制可能與以下幾方面作用有關：①抗原呈遞作用。MG可以將抗原呈遞給T細胞，使之分化成細胞毒性T細胞，參與免疫反應。②吞噬作用。MG可以吞噬死亡的細胞或神經元碎片，為神經的修復提供有利環境，促進神經再生。③分泌各種細胞毒性物質。如細胞因子、趨化因子、NO、谷氨酸、PGs、ROS等，在MS/EAE的過程中顯示出損害或保護兩方面的作用。

MG在MS/EAE的發病和修復中均起非常重要的作用，是治療MS的關鍵之一。因此，對MG在MS/EAE中的作用機制進行系統而深入的研究，明確MG介導MS發病的可能機制，有助于從調節MG功能的角度而不是單純抑制MG功能的角度研發治療MS的新藥。

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朱文浩，E-mail：doctorzwh@163.com

國家自然科學基金資助項目(81072770)

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.27.042

R364.32

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2015-01-15