小膠質細胞在癲癇中的作用

李琦軍，吳永波，常軍英

(1. 河北省石家莊市第三醫院，河北 石家莊 050011；2. 河北省石家莊市公安局法醫損傷檢驗鑒定室，河北 石家莊 050011)

小膠質細胞在癲癇中的作用

李琦軍1，吳永波2，常軍英1

(1. 河北省石家莊市第三醫院，河北 石家莊 050011；2. 河北省石家莊市公安局法醫損傷檢驗鑒定室，河北 石家莊 050011)

小膠質細胞；癲癇；激活

癲癇是一種慢性、反復發作的以顱內神經元異常同步放電為基礎的中樞神經系統疾病，癲癇發作時，患者意識突然喪失會導致跌倒，發生外傷性損害，長期癲癇也會導致精神障礙、智力衰退等嚴重威脅著人們的健康。持續的癲癇發作還會導致患者死亡。過去人們研究癲癇的重點在神經元，現在發現膠質細胞在癲癇發生中也扮演著重要角色[1]。中樞神經系統中有3種膠質細胞：星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞。小膠質細胞是中樞神經系統內的巨噬細胞，與免疫有著密切關系，是把神經系統疾病與免疫反應聯系起來的重要媒介。探討小膠質細胞在癲癇發作中的作用機制，可以幫助尋找以小膠質細胞為靶點的治療癲癇的新途徑。

1 小膠質細胞的結構和功能

小膠質細胞在中樞神經系統內分布很廣，是三種膠質細胞中體積最小的一種，數量占膠質細胞總數的15%左右，未激活時小膠質細胞胞體呈細長或分支狀，細長的分支上會有小的突起。在各種刺激因素下，小膠質細胞會被激活而產生形態變化，活化的小膠質細胞體積增大，突起明顯變短，胞體變成圓形或桿形，繼續激活的話，小膠質細胞會變為阿米巴狀，并具有吞噬能力。

對小膠質細胞的起源現在還存在爭議，一種意見認為小膠質細胞起源于中胚層，包括腦膜中胚層、毛細血管壁周細胞和血液循環中的單核細胞；另一種意見是小膠質細胞起源于外胚層。 Ling于1981年通過實驗證明，小膠質細胞起源于血液循環中的單核細胞，單核細胞進入發育中的中樞神經系統后轉變成具有吞噬能力的阿米巴樣小膠質細胞。

小膠質細胞是中樞神經系統內的巨噬細胞,活化的小膠質細胞與免疫關系密切。活化的小膠質細胞可以通過直接作用和間接作用產生免疫效應。直接作用是：①可以吞噬細胞碎片，起到巨噬細胞作用;②可以對刺激產生抗原，并能起到抗原遞呈作用；③可以激活T淋巴細胞，并產生一系列免疫反應。間接作用是：產生各種神經生長因子、細胞因子、趨化因子等，通過它們對中樞系統其他細胞起作用。不同功能狀態的小膠質細胞免疫功能有很大差別。當小膠質細胞未被激活時，可以分泌少量生長因子類物質，對維持神經元的正常功能和存活有重要作用。活化的小膠質細胞除了分泌各種生長因子外,早期釋放的轉移生長因子β(TGF-β)、白細胞介素(IL)-10,可以起到抗炎、促進神經恢復的作用；隨著炎癥反應加重，小膠質細胞還會分泌前炎癥因子IL-1、干擾素-α、(TNF-α)IL-12、IL-18和氧化亞氮(NO)等細胞毒性物質，會對神經元產生毒性作用。

2 小膠質細胞的激活與癲癇的關系

小膠質細胞的反應性激活以及隨后發生的各種變化對癲癇的發生有重要意義。小膠質細胞在中樞神經系統起著免疫監視功能，對內環境變化非常敏感。癲癇模型中，在癲癇傳播區域的神經元還未見明顯損傷時，此區域內小膠質細胞已經被激活。在小膠質細胞激活的初期，會釋放一些對神經元有保護作用的物質，如TGF-β和IL-10等抗炎因子。TGF-β具有抗凋亡和神經保護作用，IL-10也具細胞保護作用，說明在癲癇初期受到刺激的小膠質細胞會通過分泌一些有修復損傷能力的生長因子以保護神經元。在癲癇患者切除的標本中可以看到在癲癇病灶區域小膠質細胞增生明顯。小膠質細胞活化后，會產生變形，變成阿米巴樣，并具有吞噬功能，能吞噬變性壞死的神經細胞碎片。活化后的小膠質細胞遷移能力和抗原提呈能力都明顯增強，通過一系列功能變化介導神經系統的免疫應答，參與各種生理病理變化，這可能是膠質細胞參與癲癇發病的免疫學機制。另一方面，癲癇的反復發作使激活的小膠質細胞不斷分泌多種免疫效應分子，如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α)、TGF-β、趨化因子、前列腺素、氧自由基(ROS)、蛋白酶、一氧化碳和興奮性氨基酸等，大量釋放的細胞因子和NO、興奮性氨基酸等毒性物質相互影響，通過不同途徑作用于神經元、其他膠質細胞和血腦屏障，引起神經元損傷，星形膠質細胞激活，血腦屏障功能受損，進而引起局部或廣泛中樞神經系統的損傷，加重癲癇，并造成癲癇反復發作。由于癲癇的反復發作，受到刺激的小膠質細胞會聚集、增生在一起，形成膠質結節，并參與癲癇灶局部瘢痕組織的形成。活化的小膠質細胞釋放的生物活性物質可以通過影響NMDA受體信號通路來抑制神經元的呼吸鏈，導致神經元ATP生成障礙。而這種能量代謝障礙會導致神經元損傷和癲癇發作，癲癇發作的時間也與小膠質細胞釋放的生物活性物質有關[1]。

3 小膠質細胞介導細胞因子與癲癇

免疫系統和神經系統之間有著密切關系，可以相互調節。神經細胞分泌神經遞質可以作用于免疫系統，調節免疫功能。免疫系統可以產生各種有活性細胞因子，這些細胞因子作用于神經細胞，使其合成和分泌某些神經遞質，神經遞質和受體結合后，改變細胞膜上離子通道的通透性和離子電流，改變突觸電位，影響細胞興奮性，參與癲癇形成。目前的資料表明，癲癇也是一種中樞神經系統炎癥性疾病，很多細胞因子參與其中[2]。

小膠質細胞是中樞神經內的巨噬細胞，與癲癇有關的細胞因子很多都是由小膠質細胞產生。小膠質細胞是把免疫和癲癇聯系起來的重要橋梁，它分泌的細胞因子在癲癇中起著重要作用。靜止小膠質細胞只產生少量的神經生長因子。在受到刺激時，小膠質細胞能夠快速激活，分泌各種細胞因子及神經毒性物質，影響癲癇發生、發展。癲癇灶周圍的小膠質細胞較其他部位的敏感，處于待活化狀態，當癲癇發作時，能迅速活化，產生免疫效應。研究表明，具有癲癇家族史的患者，癲癇灶周圍MCP-1、IL-6等炎性因子高表達，小膠質細胞和星形膠質細胞也處于活化狀態[3]。

研究比較多的與小膠質細胞有關的細胞因子包括白介素、腫瘤壞死因子等。白介素作為一種重要的細胞因子，參與神經-免疫-內分泌系統調控，對神經系統的多種生理和病理機制起著重要調節作用。IL-1由星形膠質細胞和小膠質細胞分泌,有IL-1α和IL-1β 2種亞類。目前研究比較多的是IL-1β。癲癇發生后患者IL-1β水平升高，其可能通過參與炎癥反應，對癲癇的發生起著促進作用[4]。在高溫誘導大鼠驚厥的試驗中，給予IL-1β可促進驚厥發作[5]。當體內缺乏IL-10時易發生抗熱性驚厥；腦內注射IL-10有明顯的抗驚厥作用及神經元保護作用[6]。上述數據充分說明IL-1β對癲癇發生起到促進作用。但Oprica等[7]研究認為，IL-1β通過刺激神經生長因子和睫狀神經營養因子產生,減輕海人藻酸(kainic acid,KA)所致神經毒性。這說明IL-1β對癲癇的影響具有雙面性，其具體作用機制可能不同，但其在加重癲癇的嚴重程度、促進癲癇的反復發作方面的影響是非常明顯的。

IL-6主要由單核巨噬細胞產生。癲癇患者IL-6水平較正常升高，但IL-6是作為神經保護因素還是致癲因素出現，現在還不太清楚，大部分觀點認為IL-6在癲癇中主要起保護作用。研究表明IL-6在高溫誘導的驚厥大鼠中發揮抗驚厥的作用[8]。經戊四氮、4-氨基吡啶、紅藻酸(kainic acid,KA)等致癇劑處理后，IL-6 基因缺失小鼠驚厥出現率及死亡率明顯高于野生型小鼠，海馬神經元凋亡增加[9]。但Zhu等[10]的研究顯示腦室內注射IL-6后，大腦皮質和海馬組織谷氨酸顯著升高而γ-氨基丁酸則降低，提示IL-6有可能通過增加興奮性神經遞質同時降低抑制性神經遞質合成和分泌而促進癲癇的發生。

TNF-α由小膠質細胞、星形膠質細胞分泌。TNF-α有促進癲癇發生、發展的作用。Shantra等[11]的實驗表明在大鼠癲癇模型中使用TNF-α后癲癇發作持續時間延長。TNF-α過度表達時會出現癲癇樣表現[12]。在杏仁核點燃模型大鼠腹腔給予TNF-α后癲癇性放電及癲癇行為發作時程延長[11]。但也有人研究認為TNF-α具有抗癲癇作用。Balosso等[13]通過將TNF-α注射到小鼠海馬組織內及對能夠過度表達TNF-α的轉基因小鼠研究提示TNF-α可抑制癲癇發作，認為TNF-α對癲癇不同的作用結果，可能與其作用時間、作用濃度以及作用機制不同有關。

4 小膠質細胞激活機制

在非活化狀態下，小膠質細胞分泌的活性物質很少，當處于激活狀態時才會大量分泌細胞因子等生物活性物質。研究表明無論是藥物致癲模型(匹羅卡品、戊四氮、海人酸、馬桑內酯、紅藻酸等)，還是物理致癲模型以及顳葉癲癇患者，在癲癇發作后均出現膠質細胞的活化、生長、增殖，數量增多、胞體增大。小膠質細胞活化后體積增大，呈分枝桿狀或阿米巴形態，數目增多，排列紊亂，產生很多活性細胞因子及神經毒性物質，作用于神經元與其他膠質細胞及血腦屏障，參與癲癇的反復發作。

癲癇造成小膠質細胞活化的機制現在還不清楚，ATP可以激活小膠質細胞，可能由于ATP或者興奮性神經遞質等影響其細胞膜上的K+通道，再通過細胞內的PTK、PLA2等傳導通路將信號傳遞給細胞核內轉錄因子，產生各種生物活性物質。用加入ATP的培養液孵育小膠質細胞后，細胞膜上的Ca2+通道開放，跨膜Ca2+內流增加，胞漿內Ca2+濃度升高。小膠質細胞膜上存在嘌呤受體，ATP通過嘌呤受體可調節 LPS誘導小膠質細胞IL-1的釋放。LPS是一種氨基甙組成的磷脂，是構成革蘭陰性桿菌細胞壁的成分，它對神經元無明顯影響，但對小膠質細胞有很強的激活作用，常用來做小膠質細胞激活的研究。LPS誘導小膠質細胞激活后，可產生IL-1、IL-6、TNF-α等炎性細胞因子， PTK信號轉導途徑可能在小膠質細胞的激活中起著重要作用。應用PLA2信號傳遞途徑(PLA2/MAPK/AA/COX-2)各環節的阻滯劑可以抑制LPS誘導的小膠質細胞激活，說明PLA2信號轉導途徑參與了小膠質細胞的激活。在皮質內應用脂多糖后可產生局部癲癇樣放電，這種放電可被IL-1受體阻滯劑阻斷，脂多糖通過IL-1影響神經元興奮性，導致癲癇發生。脂多糖多可以使體外培養的N9小膠質細胞活化，此作用是通過釋放IL-1β，激活p38MAPK信號通路實現的。小膠質細胞激活是對神經元損傷作出的反應，當神經元損傷初期會發出一個信號，誘導周圍小膠質細胞激活，后者接受神經元信號后發生變化，產生神經營養因子促進神經元的恢復。當神經元損傷加重，難以恢復時，就會發出另一信號，引發小膠質細胞產生和釋放毒性物質，加速神經元死亡。上述相互作用只有在神經元和小膠質細胞之間密切接觸時才能實現。當受到刺激后，小膠質細胞增生活躍，常包繞神經元，神經元與膠質細胞之間接觸緊密，為二者之間信號交換提供了條件。小膠質細胞活化后可以產生NO[14]，NO 反過來也可以調節小膠質細胞的激活， NO可以通過激活鳥苷酸環化酶誘導MAPK磷酸酯合成酶1的表達，通過抑制MAPK阻斷了PLA 2級聯反應，阻止小膠質細胞的激活。PLA 2和cGMP的信號傳導途徑在小膠質細胞的激活過程中起著重要作用。

小膠質細胞的激活可能與細胞核內的轉錄因子有關，包括核轉錄因子-κβ(NF-κβ)和GREB。各種細胞內信號傳導通路，最終由核內的轉錄因子激活相關基因的表達來產生各種效應。 NF-κβ是一種多功能的核轉錄因子，平時在胞質內，當其被激活后，進入核內，啟動相關基因表達，促使 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、及 IFN-γ等物質合成與釋放，激活免疫細胞并產生炎癥反應。NF-κβ的亞單位RelA(p65)的活躍形式定位于核內，小膠質細胞的活化與此亞單位密切相關。致癇劑馬桑內酯可快速激活小膠質細胞,其激活小膠質細胞的細胞內機制可能與核轉錄因子NF-κβ的活化有關。

脂多糖通過Toll樣受體4(TLR4)介導炎癥反應，其具體作用機制還不清楚。TLR4的功能與癲癇有關，Kleen等[15]研究發現組織損傷可以激活TLR4，激活TLR4可以使癲癇發作加重。TLR4缺陷的C3H/HJ型小鼠具有抵抗癲癇發作的功能[16]。

TLR4是通過MyD88依賴和非依賴兩條信號轉導通路最終激活核轉錄因子，啟動IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及 IFN-γ相關基因表達，發揮生物學效應[17-20]。在腦組織中，星型膠質細胞和小膠質細胞都表達TLR4，激活后的TLR4可以介導炎性損傷，并參與癲癇的產生和發展。癲癇發作可激活 TLR4 和炎性因子，二者相互作用，共同促進癲癇的發作。激活TLR4信號通路也是產生炎癥因子的途徑，三者之間相互作用，形成一個循環通路。

小膠質細胞在癲癇發作中具有兩方面作用。在癲癇初期，活化的小膠質細胞分泌的一些炎性遞質對神經元有一定的保護作用，但隨著病情發展，炎癥反應的加重，大量細胞毒性物質的釋放，加重神經元的損傷，改變了病灶的微環境，造成癲癇的反復發作。以小膠質細胞為靶點，通過阻斷相關信號傳導通路，降低小膠質細胞的活化水平，減少具有神經損傷作用的炎性因子及細胞毒性物質的釋放，從而減輕神經元的損傷，可能為治療頑固性癲癇提供一條新的途徑。

[1] Takeuchi H,Mizuno T,Zhang G,et al. Neuritic beading induced by activated microglia ia an early feature of neuronal dysfunction toward neuronal death by inhibition of mitochondrial respiration and axonal transport[J]. Biol Chem,2005,280(11):1044-1060

[2] Friedman A，Dingleding R. Molecular cascades that mediate the influence of inflammation on epilepsy[J]. Epilepsia，2011，52(3)：33-39

[3] 賀顯君，索愛琴，許預明，等. Aβ1-42誘導小膠質細胞的炎性上清液對大鼠神經細胞凋亡及Caspase-3、PARP蛋白表達的影響[J]. 鄭州大學學報：醫學版，2009，44(6):1191-1139

[4] Rao RS，Prakash A,Medhi B. Role of different cytokines and seizure susceptibility:a new dimension towards epilepsy research[J]. Indian J Exp Biol,2009,47(8):625-634

[5] Fukuda M，Suzuki Y,Ishizaki Y,et al. Interleukin-1 beta enhances susceptibility to hyperthermia-induced seizures in developing rats[J]. Seizure,2009,18(3):211-214

[6] Dube C，Vezzani A,Behrens M,et al. Interleukin-1 beta contributes to the generation of experimental febrile seizures[J]. Ann Neurol,2005,57(1):152-155

[7] Oprica M,Eriksson C,Schultzberg M. Inflammatory mecha-nisms associated with brain damage induced by kainic acid with special reference to the interleukin-1 system[J]. J Cell Mol Med,2003,7(2):127-140

[8] Fukuda M，Morimoto T,Suzuki Y,et al. Interleukin-6 attenuates hyperthermia-induced seizures in developing rats[J]. Brain Dev,2007,29(10):644-648

[9] De-Sarro G，Russo E,Ferreri G,et al. Seizure susceptibility to various convulsant stimuli of knockout interleukin-6 mice[J]. Pharmacol Biochem Behav,2004,77(4):761-766

[10] Zhu XQ，Li ZL,Zhu CG,et al. Changes in behavior and amino acid neurotransmitters in the brain of rats with seizure induced by IL-1β or IL-6[J]. J Huazhong Univ Sci Technol[Med Sci],2005,25(3):236-239

[11] Shantra AA，Godlevsky IS，Vastyanov RS，et al. The role of TNF-alpha inamygdala kindled rats[J]. Neurosci Res，2002，42(2)：147-153

[12] Savin C，Trieseh J，Meyer-Hermann M. Epileptogenesis due to gila-mediated synaptic scaling[J]. J R Soc Interface，2009，6(37):665-668

[13] Balosso S,Ravizza T,Perego C,et al. Tumor necrosis factor-alpha inhibits seizures in mice via p75 receptors[J]. Ann Neurol,2005,57(6):804-812

[14] Ferreira R,Xapelli S,Santos T,et al. Neuropeptide Y modulation of interleukin-1b (IL-1b)-induced nitric oxide production in microglia[J]. J Biol Chem,2010,285：41921-41934

[15] Kleen JK，Holmes GL. Taming TLR4 may ease seizures[J]. NatMed，2010,16(4):369-370

[16] Maroso M，Balosso S，Ravizza T，et al. Toll-like receptor 4 and highmobility group box-1 are involved in ictogenesis and can be targeted to reduce seizures[J]. Nat Med，2010,16(4):413-419

[17] Mc-Gettrick AF，O’Neill L A. Regulators of TLR4 signaling by endotoxins[J]. Subcell Biochem，2010,53:153-171

[18] An H，Qian C，Cao X. Regulation of Toll-like receptor signaling in the innateimmunity[J]. Sci China Life Sci，2010,53(1):34-43

[19] Buchanan MM，Hutchinson M，Watkins LR，et al. Toll-like receptor 4 in CNS pathologies[J]. J Neurochem，2010,114(1):13-27

[20] Yang QW，Xiang J，Zhou Y，et al. Targeting HMGB1 / TLR4 signaling as a novel approach to treatment of cerebral ischemia[J]. Front Biosci(Schol Ed)，2010,2:1081-1091

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.24.044

R742.1

A

1008-8849(2015)24-2731-03

2014-10-25