周細胞在腦卒中發病機制中的作用*

馬蓉，王光明

（1.大理大學臨床醫學院，云南 大理 671000；2.大理大學第一附屬醫院 基因檢測中心，云南 大理 671000）

腦卒中是一種突發的腦血液循環障礙性疾病，全球每年約有1 500 萬腦卒中患者，其中20%是致死的，50%以上的患者失去生活自理能力[1-2]。根據血管堵塞或者破裂，從廣義上可以將腦卒中分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中。缺血性腦卒中約占腦卒中的85%以上，在中國所占比例逐年增加，且出現年輕化趨勢，并已成為第一位致殘和致死原因，由此造成了嚴重的經濟和社會負擔。因此，深入了解腦卒中的發病機制對腦卒中的有效預防和治療顯得尤為重要[3-4]。

腦卒中發生時，將導致包括腦血流紊亂、血腦屏障（blood-brain barrier,BBB）崩潰、炎癥、膠質細胞激活、血管結構改變及神經元死亡等一系列的分子和細胞事件的發生[5]。KIM[6]和BECERRA-CALIXTO[7]研究認為，星形膠質細胞、小膠質細胞及炎癥細胞參與了腦卒中的病理發生過程。近年來顯示，周細胞在腦卒中的進展和痊愈中也發揮了重要的作用。周細胞在腦卒的發病機制中將影響包括腦血流、BBB 完整性、血管發生、免疫反應、疤痕形成及纖維化等方面的作用，而上述功能的發生依賴于周細胞與星形膠質細胞和內皮細胞等其他細胞間精確的相互作用和信號傳導。本文對周細胞在缺血性和出血性腦卒中的發病機制中的作用，尤其是影響腦血流、BBB 完整性、血管發生、免疫反應、疤痕形成及纖維化等的生物學機制進行闡述。

1 周細胞的分布及生物學特性

1.1 周細胞的分布

周細胞是組成血管壁的多潛能細胞，位于毛細血管基膜側。中樞神經系統的周細胞來源于神經殼細胞，而非中樞神經系統的器官、系統中的周細胞來源于間充質[8]。周細胞的不同胚胎來源提示周細胞在中樞神經系統和非中樞神經系統中具有不同的生理功能。

1.2 周細胞的生物學特性

雖然周細胞與其他細胞被基膜分隔開，但是周細胞與內皮細胞間相互作用形成了緊密連接和縫隙連接等，另外，周細胞與內皮細胞間的相互作用參與了包括血小板源生長因子（platelet-derived growth factor,PDGF）、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）、轉化生長因子β（transforming growth factor-beta,TGF-β）等信號通路[9]。在人類中，周細胞與內皮細胞間的相互作用及信號通路的缺失將導致包括糖尿病腎病、腫瘤發生、腦卒中等多種病生理變化[8-9]。內皮細胞分泌的PDGF 能夠募集周細胞，介導內皮細胞與周細胞間的相互接觸，并覆蓋在新生血管上。募集的周細胞與新生血管的屏障功能密切相關。體外研究認為周細胞通過釋放促血管新生蛋白因子以誘導合成組成緊密連接的蛋白等，提示周細胞-內皮細胞間的相互作用可以維持BBB 的完整性，體內試驗發現周細胞募集減少后周細胞對緊密連接蛋白表達的影響消失[10]。

與周細胞相互作用的另外一種細胞是星形膠質細胞。在血管形成過程中，周細胞募集后，星形膠質細胞也募集在血管周圍。星形膠質細胞通過WNT 等信號通路調節緊密連接的完整性。另外，星形膠質細胞在血管-神經元接觸面通過離子通道和偽足上表達的水通道蛋白4（Aquaporin-4,AQP-4）等轉運分子起保護BBB 的特性，而位于星形膠質細胞和內皮細胞間的周細胞，可以調節星形膠質細胞的功能，周細胞通過與星形膠質細胞和內皮細胞的相互作用參與BBB完整性的形成和維持。

2 周細胞在腦卒中發生發展中的作用

2.1 腦卒中時周細胞與腦血流

周細胞是否調節腦血流還存在爭議。一方面，有研究顯示周細胞可以影響腦血流，電子顯微鏡研究發現周細胞的骨架分子結構與平滑肌細胞相似，并在大鼠大腦中的周細胞上得到證實；另外，在腦組織細胞培養研究發現，與收縮和舒張有關的蛋白在周細胞中均表達，提示周細胞具有收縮和舒張的功能；體外研究顯示大鼠腦組織中的周細胞能夠對鈣離子的刺激產生收縮和舒張的反應進一步支持上述觀點[11]。利用大腦腦片培養，PEPPIATT 等[12]發現化學刺激（三磷酸腺苷和去甲腎上腺素）和電刺激可以誘導周細胞介導的毛細血管收縮，同時谷氨酸鹽可以逆轉去甲腎上腺素誘導的血管收縮，說明在生理條件下周細胞可以參與調控腦血流。

另外，在諸如腦卒中等病生理條件下也觀察到周細胞的收縮。在腦卒中過程中，收縮的周細胞在毛細血管收縮部位包裹紅細胞，從而導致微循環障礙。HALL 等[13]利用體內缺血研究發現周細胞擠壓毛細血管并且快速死亡，進一步研究發現死亡的周細胞會導致毛細血管的長期持續收縮，使得即使動脈血流恢復后，腦血流缺血時間延長。雖然周細胞以收縮和死亡的方式調節腦血流，參與了腦卒中的病理變化，但是其精確的分子機制需要進一步研究。

另一方面，有部分研究認為周細胞不能夠收縮和調節腦血流。HILL 等[14]利用不同的轉基因小鼠研究時在周細胞上不能檢測到α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin,α-SMA）的表達，利用短暫大腦中動脈閉塞模型（transient middle cerebral artery occlusion,MCAO）研究發現平滑肌細胞收縮，而不是周細胞收縮導致微血管堵塞，指出是組成毛細血管的平滑肌細胞而不是周細胞在生理和病理生理條件下影響腦血流[14]。造成矛盾的原因可能是由于組成毛細血管的周細胞和平滑肌細胞在生化、結構和功能特性具有相似性，導致難于區分。

與缺血性腦卒中比較，出血性腦卒中的腦血流研究較少。周細胞在出血性腦卒中是否具有調節腦血流的功能還不清楚，該問題的研究將豐富相關研究者對出血性腦卒中周細胞生物特性及其功能的理解。

2.2 腦卒中時周細胞與BBB

BBB 是一個位于中樞神經系統和循環系統間的動態結構，中樞神經系統和循環系統間通過BBB 進行物質交換，以維持中樞神經系統內環境的動態平衡[15]。BBB 損壞是腦卒中一種結果，同時BBB 損壞還能夠進一步加強腦卒中的損傷[16]。腦卒中時，BBB 緊密連接遭到破壞，形成和維持BBB 的周細胞、星形膠質細胞等受到損傷，連接復合體上閉合蛋白減少，跨內皮細胞電阻減小，BBB 通透性增加[17]。作為組成BBB 主要成分的周細胞通過調節BBB 完整性以影響卒中的病理發生。周細胞對血管的包被的減少會影響血管完整性并導致出血性腦卒中。在出血性腦卒中發展和恢復過程中，周細胞經募集后通過PDGF B-PDGFR β 軸參與形成血管[18]。周細胞募集后將包被在血管內皮細胞上以減少血管的通透性和穩定血管的結構[8]。PDGF B 或PDGFRβ 發生突變后，周細胞的募集效應消失，結果導致BBB 嚴重紊亂和大量出血[18]，說明周細胞包被在血管上對維持血管的完整性具有重要作用，周細胞的喪失將導致出血性腦卒中。

周細胞的非正常分化與BBB 的功能紊亂和顱內出血相關。星形膠質細胞來源的層黏連蛋白缺失將誘導腦內周細胞的異常分化，導致BBB 的功能紊亂和顱內出血[19]。周細胞特異表達的叉頭轉錄因子基因FOXF2（forkhead transcription factor 2）與腦卒中高風險有關[20]。在小鼠胚胎及成年時期，FOXF2基因未激活將引起周細胞分化異常，導致BBB 故障[20]。

雖然沒有直接證據表明周細胞功能紊亂與缺血性腦卒中有關，但是周細胞將通過影響血管完整性以間接的參與缺血病理變化。例如，與周細胞存活密切相關的基因Notch3突變后，將出現遺傳性有關的腦卒中疾病；也有證據顯示周細胞可以調節BBB 完整性，通過VEGF、活性氧類（reactive oxygen species,ROS）或NADPH 氧化酶4（NADPH oxidase 4,NOX4）等途徑以影響缺血損傷[21]。

2.3 腦卒中時周細胞的血管生成特性

血管發生是正常和病理條件下的重要的過程[22]。對包括PDGF B-PDGFRβ 等信號通路研究證明，血管發生過程中產生的內皮細胞可以募集周細胞，而募集的周細胞可以穩定新生血管[8]。腦卒中是由于血管堵塞或者破裂引起的腦血管疾病，在損傷區域血管再生可以促進腦卒中的恢復。由于周細胞在血管發生過程中具有重要作用，因此可假設周細胞將通過調節血管發生以促進卒中的恢復。

在缺血性腦卒中中，有大量的數據支持周細胞通過調節血管發生以促進卒中恢復的假設。首先，與血管發生密切血管的因子VEGF，TGF-β 等在周細胞上表達[23]，并且在不同類型的嚙齒類缺血性腦卒中其表達是不同的。其次，移植血管來源的周細胞的前體細胞到心梗模型中發現，周細胞的前體細胞通過血管發生，存活以及抗纖維化等以產生有益的作用[24]。與之相似的是，骨髓來源的周細胞在缺血模型的血管再生中也具有重要作用。有研究發現，移植到小鼠缺血腦組織中的骨髓細胞可以分化為小膠質細胞和周細胞[25]，而分化形成的周細胞表達VEGF，TGF-β 等，說明周細胞參與缺血后的血管生成和血管穩定。進一步在小鼠腦MCAO 模型的研究發現利用重組的VEGF 可以使毛細血管密度和周細胞對血管的覆蓋度增加，改善腦組織的能量狀態和血流，減小腦壞死體積[26]，說明周細胞在缺血性腦卒中可以通過促進血管生成以產生有益的效應。

部分研究認為在缺血性腦卒中中，血管再生是有害的。在缺血時促進VEGF 的表達，會引起內皮細胞間連接的崩解，血管通透性增加，然后導致出血[27]。在小鼠腦MCAO 模型中應用VEGF 拮抗劑會較少出血和減輕組織損傷。因此，由于不同的動物模型、損傷類型等，周細胞在缺血性腦卒中中可能具有雙相作用。

與缺血性腦卒中不同的是，出血性腦卒中中周細胞的血管發生作用研究很少。周細胞的血管再生作用在對出血性腦卒中的益處還需要進一步研究。

2.4 腦卒中時周細胞的免疫特性

周細胞參與中樞神經系統（central nervous system,CNS）中的先天性免疫和獲得性免疫反應。針對嚙齒類和人類的大量研究證實，周細胞對促炎信號產生反應，并且可以釋放抗炎癥因子和細胞因子。在正常生理條件下，小鼠腦內的周細胞可以產生粒細胞集落刺激因子（granulocyte-colony stimulating factor,G-CSF）、粒細胞- 巨噬細胞集落刺激因子（granulocytemacrophage colony-stimulating factor,GM-CSF）、IL-1α、IL-6、單核細胞趨化蛋白（monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1）及一氧化氮NO等[28]。在脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）誘導的炎癥反應中，除上述細胞因子和趨化因子外，還表達其他許多因子[28]。最近有學者提出，根據CD90 的表達的不同，可以把周細胞分為兩種類型[29]。體外研究表明與CD90 陰性的周細胞比較，CD90 陽性的周細胞表達低水平的周細胞標志和細胞外基質蛋白，有較高的基礎增殖率，較弱的促炎反應[29]，說明周細胞是異質性的細胞群，不同的亞群其生物學功能明顯不同。

與諸如樹突狀細胞和巨噬細胞等抗原呈遞細胞相似的是，周細胞表面表達與獲得性免疫相關的識別抗原的細胞表面分子。原代培養的大鼠CNS 周細胞，組織性的表達主要組織相容性復合物（major histocompatibility complex,MHC）Ⅰ型和Ⅱ型分子，并能夠呈遞抗原到處女型T 淋巴細胞[30]，說明周細胞具有免疫細胞樣的特性及參與調節免疫反應。

腦卒中是在腦組織中的包括局部炎癥反應和增強的免疫反應的神經癥狀，在缺血引起CNS 受損時，周細胞可以轉化為小膠質細胞和巨噬細胞，并發揮小膠質細胞樣的功能，但是在出血性腦卒中，周細胞是否具有類似的功能還不清楚。

2.5 腦卒中時周細胞與疤痕形成及纖維化

在CNS 損傷時，膠質細胞激活并且參與損傷周圍膠質細胞樣疤痕形成。疤痕組織的功能是阻止有害物質進入CNS，但長期的疤痕會抑制軸突的再生和延緩恢復過程，導致纖維化[31]。

最近的研究顯示，周細胞參與了疤痕的形成和器官纖維化。在脊髓損傷模型以及缺血性腦卒中模型中，周細胞是形成膠質細胞樣疤痕的主要細胞類型[32]，但是在出血性腦卒中，周細胞是否參與其中及其如何參與疤痕形成和纖維化還不清楚。

3 展望

隨著對周細胞的生物學特性及其功能相關知識的增加，利用周細胞進行治療的策略在逐漸形成并進行驗證。例如在急性心梗模型中，移植微血管來源的周細胞可以減輕心室擴張、改善心臟收縮、減少心機纖維化，并在損傷區域減少免疫細胞浸潤，已證實周細胞比心肌細胞的前體細胞的治療效果更好[33]。

雖然周細胞如何調節腦卒中的病理發生取得重大進步，但是仍然有一些問題需要進一步研究。首先沒有非常特異的周細胞的生物標志可以獲得，其次周細胞的異質性，將來的研究工作應該是找到周細胞及周細胞亞群特異的生物標志來鑒定周細胞及其亞群，最后與缺血性腦卒中比較，出血性腦卒中方面的研究更少。對這些問題，將促使本科室去研究和發現細胞類型特異及亞型特異，以促進周細胞治療卒中的有效性和創新性。