小膠質細胞極化在多發性硬化發病中的作用機制研究進展

張 明，劉江紅，洪 浩，尹琳琳

（1.中國藥科大學藥理學教研室，南京 210009；2.首都醫科大學宣武醫院，北京 100053）

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標準專欄

小膠質細胞極化在多發性硬化發病中的作用機制研究進展

張 明1，2，劉江紅2，洪 浩1，尹琳琳2

（1.中國藥科大學藥理學教研室，南京 210009；2.首都醫科大學宣武醫院，北京 100053）

【摘要】多發性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種以中樞神經系統（central nervous system，CNS）炎癥反應和髓鞘脫失為主要病理特征的自身免疫性疾病，具有青壯年高發、致殘率高等特點，具體發病機制尚不明確。研究發現，MS發病時CNS固有的免疫細胞—小膠質細胞向促炎態M1型極化，導致體內小膠質細胞M1/M2比率失衡，形成CNS促炎態的微環境，損害神經組織。受損神經組織進一步促進小膠質細胞極化，構成惡性循環，最終加重病情。小膠質細胞極化狀態失衡是啟動MS的關鍵病因，為此，本文將綜述近年來國內外小膠質細胞在MS發病中作用機制的研究進展，旨在為進一步闡明MS發病機制及尋找潛在的治療靶點提供借鑒。

【關鍵詞】小膠質細胞極化；多發性硬化；中樞炎癥反應

近年研究發現，小膠質細胞幾乎參與所有神經退行性疾病的病理過程，如多發性硬化（multiple sclerosis，MS）、阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）、腦缺血等［1，2］，并已成為新的研究熱點和藥物作用靶標。小膠質細胞是中樞神經系統中主要的免疫監視細胞，疾病發生時活化的小膠質細胞顯著增多，且活化態的小膠質細胞可分泌大量促炎因子及神經毒物，如IL-1β、TNF-α、IL-6、ROS、NO等［3］。多發性硬化（MS）是一種主要累及中樞白質的慢性自身免疫性疾病，炎性浸潤和髓鞘脫失是其主要病理特征，具體發病機制尚不明確，是目前導致青壯年肢體殘疾的第二大誘因（僅次于腦外傷）。該病所致的認知、運動、感覺等功能障礙，給病人身體、心理造成極大的傷害，同時也給家庭、社會帶來沉重的經濟壓力和心理負擔。因此，深入探索MS的發病機制，發掘有效的藥物作用靶點，緩解MS患者病情，減輕患者家庭和社會負擔，具有廣闊的應用前景。本文通過分析、歸納近年來國內外小膠質細胞在MS或者擬MS的實驗動物模型—實驗性自身免 疫 性 腦 脊 髓 炎 （experimentalautoimmune encephalomyelitis，EAE）中作用機制的報道，旨在為進一步闡明MS的發病機制及尋找潛在治療靶點提供借鑒。

1　小膠質細胞的特征及其極化

Del Rio Hortega在1932年首次報道CNS中小膠質細胞的存在，進一步研究發現，小膠質細胞相當于哺乳動物CNS中的巨噬細胞，約占CNS細胞總數的12%，與外周巨噬細胞極其相似，但由于CNS獨特的生理環境，使得小膠質細胞在形態和某些功能上與外周巨噬細胞之間存在明顯差異［4］。

1.1小膠質細胞的特征

小膠質細胞屬CNS中固有的免疫細胞，也是中樞神經炎癥反應的主要參與細胞，能夠維持CNS內環境穩態，包括免疫調節、碎屑清除，損傷修復等過程，其在MS的發生、發展中扮演重要角色［5］。最新研究發現，CNS的硬腦膜竇存在與外周淋巴管相通的運輸淋巴細胞和腦脊液的淋巴管［6］，否定了國際上一直公認的CNS獨立于外周免疫系統而具有免疫豁免權的認識，這一發現提示外周淋巴細胞參與CNS的免疫反應。但在維持CNS免疫平衡的過程中，特別是在炎癥反應早期，小膠質細胞仍占主導作用。

在生理狀態下，小膠質細胞是 CNS的“巡查員”，時刻監測CNS環境變化，以應對體內外各種應激刺激［1］。一旦識別異物或有害刺激（如感染、創傷、毒性刺激等），小膠質細胞迅速活化。一方面，活化的小膠質細胞通過增殖、抗原呈遞、分泌促炎因子等募集更多小膠質細胞或者外周巨噬細胞“抵達”病灶，引發炎癥反應，并釋放大量的炎癥因子如IL-1β、IL-6、IL-12、TNF-α以及ROS、NO、超氧化物、谷氨酸鹽等神經物質，殺死病原微生物等異物［7］。此外，活化態的小膠質細胞吞噬能力大大增強，能夠及時吞噬并清除體內外異物、碎屑等。另一方面，小膠質細胞還可通過自分泌或旁分泌途徑［8］，分泌抗炎產物IL-4、IL-10等，抑制促炎因子和神經物質的過度生成，分泌營養因子促進機體的自我修復，維持CNS正常的微環境［9］。隨著研究的深入，人類對小膠質細胞的形態結構與相應功能的研究取得了實質性進展，將活化態的小膠質細胞主要分為兩大亞型。

1.2小膠質細胞的極化

1.2.1經典活化態（classical activation，M1型）：誘導小膠質細胞呈M1型的信號分子很多［5］，最經典的誘導劑是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）［10］，其次，外周血液中的活性成分如免疫球蛋白、補體等也可透過血腦屏障，刺激小膠質細胞向M1型極化。該極化過程主要通過 TLR家族的 TLR4受體介導［11，12］，且小膠質細胞表達TLR1-TLR9，這些受體幾乎能夠識別所有的細胞和病毒刺激。活化后的小膠質細胞由靜息態的分枝狀轉變為胞體變大、突起變少的阿米巴狀活化態，且細胞表面的MHCII、清道夫受體、輔助刺激蛋白 （CD40）的表達上調，增強其抗原呈遞能力，激活輔助Th1細胞介導的免疫反應；其特異性的分子標志物CD86、CD16/32、iNOS等表達上調［5，16］。此外，M1型小膠質細胞還釋放一系列的促炎因子（IL-1α，IL-1β，IL-6，IL-12，IL-23，TNF-α）、趨化因子、氧化還原分子（NADPH氧化酶，吞噬作用氧化酶，誘導型一氧化氮合酶）、NO等參與機體的炎癥反應［13-14］，對神經系統造成一定程度損害的同時，還能及時殺死外周入侵的異物，或者清理機體自身的異常蛋白、碎屑，維持CNS相對穩定［5］。

1.2.2可替代活化態（alternative activation，M2型）：Arg1、CD206、FIZZ-1、YM-1是M2型小膠質細胞的標志物［15，16］。M2型小膠質細胞在免疫調節、炎癥抑制、組織重構、血管再生中發揮重要作用。M2型可分為若干亞型，當IL-4、IL-13聯合使用，可以誘導具有長時程修復功能的M2a亞型，該亞型通過IL-4受體抑制M1型活化后的NF-kB信號通路。Fcγ受體、TLRs和免疫復合物誘導的M2b亞型高表達IL-10，低表達IL-12，同時，MHC-II、CD86表達也會上調，說明M2b保留了刺激T細胞活化的能力，可能是小膠質細胞活化的中間態。糖皮質激素以及特定的抗炎因子IL-10、TGF-β誘導M2c亞型主要參與炎癥反應下調后組織的修復與重構。其他細胞因子 IL-3、IL-21、IL-33，趨化因子 CCL2、CXCL4等也能誘導小膠質細胞向M2型極化。M2型小膠質細胞分泌抗炎因子 （IL-10、IL-13、TGF-β）、神經營養因子（IGF-1、BDNF、VEGF、EGF）等減輕炎癥反應，鈍化促炎態細胞，促進損傷修復，保護神經元，從而維持中樞內環境的穩定［17］。M1、M2是小膠質細胞活化的兩個極端，在復雜的體內環境中，不排除活化中間態小膠質細胞的存在。值得一提的是，小膠質細胞是可塑性極強的多功能細胞，其活化態并不是始終固定在某一種極化態，而是處于不斷的動態變化中。研究顯示，在一些靜息態或者分支桿菌感染的巨噬細胞中可以檢測到M2型的主要標志物之一-Arg1的表達［18］。也有研究發現，M2b亞型可以轉化為M1和M2a/b的過渡態［19］。這些研究提示，小膠質細胞M1和M2型之間存在相互轉化的可能性，在M1型小膠質細胞過度活化的CNS退行性疾病中，促進M1型小膠質細胞向M2型的轉化，或者促進小膠質細胞向抗炎態M2型的極化，維持M1/M2相對平衡，是一個潛在的藥物作用靶點。

2　小膠質細胞極化與MS病變

MS是一種主要累及中樞白質的自身免疫性疾病［20］。MS患者尸檢發現：中樞白質病灶周圍有大量淋巴細胞和活化的巨噬細胞浸潤，提示MS病變與中樞炎癥反應密切相關。

2.1MS病變與中樞炎癥反應

生理狀態下，炎癥是機體及時應對體內外異物的侵襲、維持內環境動態平衡的一種重要自我保護機制。而病理狀態下，長期、慢性炎癥反應誘導大量小膠質細胞向促炎態M1型極化，并抑制小膠質細胞向M2型極化，破壞M1/M2的相對平衡［21］，生成大量的神經毒物，損傷神經組織，破壞血腦屏障，使外周的免疫細胞、蛋白、補體等大量涌入中樞，加劇CNS炎癥反應，使病情惡化，這一現象可能是復發緩解型多發性硬化（relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS）患者病情呈緩解-復發且逐漸加重的主要病理機制。M2型小膠質細胞缺失導致損傷的組織不能及時被修復或者清除，從而誘發更大面積的次發損傷，且不利于神經營養因子 IGF-1、BDNF等的生成。因此，調節小膠質細胞的極化狀態，有助于緩解MS患者的病情。

2.2MS病變與小膠質細胞極化

MS患者尸檢樣本CNS病灶可見大量活化的小膠質細胞，細胞內iNOS、COX2的表達顯著增高，進而釋放大量的神經毒物NO、ROS等；實驗性自身免疫 性 腦 脊 髓 炎（experimentalautoimmune encephalomyelitis，EAE）動物模型研究發現，CNS病變周圍的小膠質細胞增殖及其溶酶體活性均增強［22］。中樞浸潤的活化Th1細胞分泌的IFN-γ是M1型細胞的強效誘導劑，在MS炎癥反應的初始階段，小膠質細胞傾向于向M1型極化，并抑制其向M2型極化。在MS病人外周血中，可以檢測到相應炎癥因子表達的上調。此外，M1型小膠質細胞分泌的神經毒性因子可抑制少突膠質細胞前體細胞增殖和向成熟少突膠質細胞的分化，引發髓鞘脫失［23］。在MS病人，促進形成M2型極化的腦內微環境有助于緩解病情。例如，用于治療RRMS的藥物-格拉替雷通過誘導Th1向Th2轉變，促進抗炎相關因子的表達，從而治療疾病。因此，抑制小膠質細胞向M1型極化，促進其向抗炎態M2型極化，是干預MS病變的一個有效的靶標。

3　小結與展望

MS是一種極其復雜的神經退行性疾病［24］，現有的研究尚不能確定MS病變與炎癥反應的因果關系。但能夠肯定的是，適度的抑制小膠質細胞向M1型極化，并促進其向M2型極化，維持腦內M1/M2比率的相對平衡，能夠減輕MS病人的臨床癥狀，延緩病情的發展。其可能的作用機制如下：（1）鈍化促炎態M1型小膠質細胞，減少NO、ROS等神經毒物以及促炎因子生成，減輕神經損傷；（2）促進M2型小膠質細胞活化，釋放大量的抗炎因子，對抗炎癥因子的神經毒性作用，減少CNS損傷；再者，增強小膠質細胞/巨噬細胞的吞噬能力，及時清除死亡的細胞或者碎屑［25］；（3）M2型小膠質細胞釋放的IGF1、PDGF-α、BDNF等營養因子以及TGF-β、IL10，能夠促進損傷修復、再生，保持神經細胞功能的完整性［26］。值得一提的是，M2型小膠質細胞/巨噬細胞同樣也是一把雙刃劍，過度活化將引起組織纖維化、促進瘢痕形成［11］；Arg1催化的代謝產物—聚胺生成過多時，將募集大量巨噬細胞、誘發炎癥反應。因此，小膠質細胞向M2型極化并不是在任何環境下都是有益的，如何適度調節其極化程度，尚需對活化態小膠質細胞的功能特征進行更深入的研究。

參考文獻：

［1］ Wyss-Coray T，Mucke L.Inflammation in neurodegenerative disease—a double-edged sword［J］.Neuron，2002，35（3）：419-432.

［2］ Centonze D，Muzio L，Rossi S，et al.The link between inflammation and neurodegeneration in MS［J］.Cell Death Differenti，2010，17（7）：1083-1089.

［3］ Chhor V，Le Charpentier T，LebonS，et al.Characterization of phenotype markers and neuronotoxic potential of polarised primary microglia in vitro［J］.Brain Behav Immun，2013，32：73-81.

［4］ Michael W.Salter，Beggs S.Sublime microglia：expanding roles for the guardians of the CNS［J］.Cell，2014，158（1）：15 -17.

［5］ Garden GA，M?ller T.Microglia biology in health and disease ［J］.Neuroimmune Pharmacol，2006，1（2）：127-137.

［6］ Louveau A，Smirnov I，Keyes TJ，et al.Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels ［J］.Nature，2015，523（7560）：337-341.

［7］ Block ML，Zecca L，Hong JS.Microglia-mediated neurotoxicity：uncovering the molecular mechanisms［J］.Nat Rev Neurosci，2007，8（1）：57-69.

［8］ Shin WH，Lee DY，Park KW，et al.Microglia expressing interleukin-13 undergo cell death and contribute to neuronal survival in vivo［J］.Glia，2004，46（2）：142-152.

［9］ Xin J，Wainwright DA，Mesnard NA，et al.IL-10 within the CNS is necessary for CD4+T cells to mediate neuroprotection ［J］.Brain Behav Immun，2011，25（5）：820-829.

［10］ Rivest S.Molecular insights on the cerebral innate immune system［J］.Brain Behav Immun，2003，17（1）：13-19.

［11］ Orihuela R，McPherson CA，Harry GJ.Microglial M1/M2 polarization and metabolic states［J］.Br J Pharmacol，2015：2 -16.

［12］ Burguillos MA，Svensson M，Schulte T，et al.Microglia-secreted galectin-3 acts as a Toll-like receptor 4 ligand and contributes to microglial activation［J］.Cell Rep，2015，2（12）：1626 -1638.

［13］ von BernhardiR，Eugenín-vonBernhardiL，EugenínJ. Microglial cell dysregulation in brain aging and neurodegeneration ［J］.Front Aging Neurosci，2015，7：124.

［14］ Li Cao，Cheng He.Polarization of macrophages and microglia in inflammatory demyelination［J］.Neurosci Bull，2013，29（2）：192-194.

［15］ David S，Kroner A.Repertoire of microglial and macrophage responses after spinal cord injury［J］.Nature Rev Neurosci，2011，12（7）：391-395.

［16］ 方雪，譚衛星，何成，等.MicroRNA調控小膠質細胞極化在神經系統疾病中的作用和機制研究進展 ［J］.生理學報，2015， 67（1）：33-37.

［17］ Ajami B，Bennett JL，Krieger C，et al.Local self-renewal can sustain CNS microglia maintenance and function throughout adult life［J］.Nat Neurosci，2007，10（12）：538-1543.

［18］ Paolicelli RC，Bolasco G，Pagani F，et al.Synaptic pruning by microglia is necessary for normal brain development［J］. Science，2011，333（6048）：1456-1458.

［19］ Lisi L，Stigliano E，Lauriola L，et al.Proinflammatory-activated glioma cells induce a switch in microglial polarization and activation status，from a predominant M2b phenotype to a mixture of M1 and M2a/B polarized cells［J］.ASN Neuro，2014，6 （3）：171-183.

［20］ Breij EC，Brink BP，Veerhuis R，et al.Homogeneity of active demyelinating lesions in established multiple sclerosis［J］.Ann Neurol，2008，63（1）：421-427.

［21］ Mills CD.M1 and M2 Macrophages：oracles of health and disease［J］.Crit Rev Immunol，2012，32（6）：476-477.

［22］ Block ML，Hong JS.Microglia andinflammation-mediated neurodegeneration：multiple triggers with a common mechanism ［J］.Progress Neurobiol，2005，76（2）：79-81.

［23］ RawjiKS，YongVW.Thebenefitsanddetrimentsof macrophages/microglia in models of multiple sclerosis［J］.Clin Dev Immunol，2013，2013：948976.

［24］ Compston A，Coles A.Multiple sclerosis［J］.Lancet，2008，372：1502-1517.

［25］ Neumann H，Kotter MR，Franklin RJM.Debris clearance by microglia：anessentiallinkbetweendegenerationand regeneration［J］.Brain，2009，132（Pt 2）：288-295.

［26］ Miron VE，Boyd A，Zhao JW，et al.M2 microglia and macrophages drive oligodendrocyte differentiation during CNS remyelination［J］.Nat Neurosci，2013，16（9）：1211-1218.

〔修回日期〕2015-12-29

Advances in research of the role of microglia polarization in the mechanisms of pathogenesis of multiple sclerosis

ZHANG Ming1，2，LIU Jiang-hong2，HONG Hao1，YIN Lin-lin2
（1.Department of Pharmacology，China Pharmaceutical University，Nanjing 210009，China；2.Department of Pharmacology，Xuan Wu Hospital of Capital Medical University，Beijing，100053）

【Abstract】Multiple sclerosis（MS）is an autoimmune disease of the central nervous system（CNS）characterized by demyelination and inflammation lesions.MS predominantly affects young adults with a high incidence of disability. However，the exact pathogenesis of MS is still not clear.Studies found that microglia polarization tending to proinflammatory M1-like state during the onset of MS，causing the M1/M2 ratio imbalance，forming pro-inflammatory microenvironment state，and which further leading to nervous tissue damage ultimately.Microglia polarization may be considered as the initiator of pathologic alterations by releasing pro-inflammatory cytokines and secondarily trigger the initial microglia response.Given the pivotal role of imbalanced microglia polarization in MS initiation，a critical review of microglia polarization is presented here，in order to elucidate the pathogenesis of MS and highlight the noteworthy candidate therapeutic targets for clinic treatment.

【Key words】Microglia polarization；Multiple sclerosis；Central inflammatory reaction；Pathogenesis；Treatment

【中圖分類號】R-33

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-7856（2016）04-0079-04

doi：10.3969.j.issn.1671-7856.2016.04.015

［基金項目］國家自然科學基金項目（81273497，81301208），北京市衛生系統高層次衛生技術人才-學科骨干（2014-3-052）。

［作者簡介］張明（1989-），女，碩士研究生，研究方向：神經藥理學研究。電話：（010）83198881，E-mail：mingzhangmingzhang@126.com。

［通訊作者］尹琳琳（1977-），女，博士，副研究員，研究方向：中樞神經炎癥的藥物干預策略。電話：（010）83198881，E-mail：yinll913@ 126.com；洪浩（1962-），男，博士，教授，研究方向：神經與內分泌藥理學。電話：（025）86185227，E-mail：haohongchina@hotmail.com。