小膠質細胞在焦慮癥發病過程中作用及其機制研究進展

陸登成, 石安華, 陳 帥, 韋姍姍

(云南中醫藥大學, 昆明 650500)

焦慮癥是以情緒體驗、自主神經功能失調及運動性不安為主要癥狀的精神障礙性疾病[1,2]。黃悅勤教授[3]團隊于2013～2015年對中國除港澳臺地區外的18歲以上人群進行調查發現，焦慮障礙是我國最常見的終身精神障礙性疾病，患病率高達7.6%。然而，目前對焦慮癥的發病機制不清、治療效果差等問題還沒有得到解決。近年的許多研究表明，小膠質細胞與焦慮癥的發病存在密切的聯系。

小膠質細胞(microglias, MG)作為中樞神經系統免疫防疫的第一道防線，缺血、感染或神經退行性病變等均可激活MG[4]。研究[5]表明，MG激活導致的神經免疫系統失調可能是精神健康障礙的神經生物學基礎。在患有精神疾病(如: 焦慮)的人體和動物模型的海馬、前額皮質、杏仁核和室旁核激活的MG呈現出相對較高的密度，且與焦慮程度成正相關[6-9]。Gonzalez-Perez 等[10]發現，經潑尼松誘導的焦慮大鼠前額葉皮質MG數量顯著高于正常對照組，用米諾環素(一種小膠質細胞調節劑)對圍產期patDp/ +小鼠(高焦慮的小鼠)治療后發現, 小鼠出生后第7日基底外側杏仁核中的離子化鈣結合銜接分子1(ionized calcium-binding adapter molecule, Iba1，在研究中常將其作為MG激活的標記物)的表達量有所減少，第37日時明顯減少，且焦慮相關行為也得到緩解。這些研究均表明MG可能與焦慮癥存在密切的聯系。因此，深入了解小膠質細胞在焦慮癥中的作用機制，對揭示焦慮癥的發病機制具有重要意義的。

1 MG概述

MG作為一種廣泛分布于中樞神經系統的固有免疫細胞，約占腦內細胞的10%，早期主要起源于中胚層的骨髓造血干細胞，之后以單核細胞的形式隨血液循環進入大腦。正常生理狀態下，MG處于靜息狀態，靜息狀態的MG胞體雖不運動，但具有高度的動態能動性(dynamic initiative)，它們有很多的細胞突起向周圍環境不斷伸縮探索，從而起到免疫監視的作用[11]。當中樞神經系統發生神經炎癥或腦損傷時，MG迅速被激活并向損傷部位募集，參與神經的免疫過程。人們根據激活的MG功能、表面抗原及所分泌的細胞因子的不同, 習慣將其分為經典激活型M1(classically activated microglia)和延遲型M2(alternatively activated microglia)兩種極化表型(polarized phenotype)[12,13]。M1型MG高表達組織相容性復合物Ⅱ(major histo compatibility complex-Ⅱ,MHCⅡ)、CD86和CD80，并分泌白細胞介素(interleukin, IL) -1β、IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)等促炎細胞因子促進炎癥的發展、產生神經毒性，與神經網絡功能障礙密切相關；而M2型MG則高表達殼多糖酶3樣蛋白1(chitinase-3-like protein1, YM1)、精氨酸酶-1(arginase-1, Arg1)、CD206、細胞血紅素氧合酶1(heme oxygenase 1，HO-1)和胰島素樣生長因子1 (insulin like growth factor 1, IGF-1)等，以及分泌IL-12、IL-10等炎癥抑制因子，其中CD206主要涉及抗原呈遞與處理，YM1和Arg1參與神經修復與再生[14]。

2 MG在焦慮癥發生發展中的作用

MG是中樞神經系統的重要組成部分，當機體處于應激狀態時，MG被極化為不同的細胞表型，并通過神經免疫、神經元及內分泌系統等多種途徑影響焦慮癥的發生發展。

2.1 不同極化表型的MG對焦慮癥的影響

MG不同的極化表型為我們揭示焦慮癥的疾病本質提供了新的思路。研究[15]表明, MG激活和極化可能是焦慮癥潛在分子機制。

2.1.1 M1型MG促進焦慮癥發展 MG極化表型M1可以通過多種途徑促進神經炎癥，改變神經元的功能，最終誘導焦慮的產生。相關[14]研究顯示，脂多糖(Lipopolysaccharide, LPS)或干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ) 誘導M1型小膠質細胞活化時，可產生大量的促炎因子如IL-4、干擾素α(interferon α, IFN-α)、IL-1β、MHCII、iNOS和活性氧(reactive oxygen species, ROS)等，促進炎癥反應、加重神經元損傷從而導致神經功能障礙。陸浩慧等[16,17]發現，經LPS腦內注射的實驗小鼠表現出明顯的焦慮樣行為，且觀察到模型組小鼠MG的M1型活化、神經元樹突棘密度改變，以及海馬DG、CA1、CA2區表現出了更多的M1型MG的激活。這可能是由于過度激活的M1型MG通過對神經元的修飾介導焦慮樣行為的產生。Li等[15]研究了不同焦慮特征的4種近交系小鼠的MG的炎癥譜，發現高焦慮小鼠具有明顯更多的M1型MG標志物MHCII(+)、CD206(-)的表達；此外，他們還發現在免疫激活(MIA)的妊娠期焦慮雌性小鼠后代的中樞神經系統中也出現較高的M1表型表面標志物CD11b的表達，及相對較少的M2型MG，與焦慮行為呈正相關。

2.1.2 M2型MG對焦慮癥的抑制作用 M2型MG分泌的抗炎細胞因子、神經營養因子和蛋白酶等具有吞噬病原體、增強免疫抑制的作用，甚至改善M1型MG帶來的炎癥反應，對神經再生、血管生成和髓鞘再生均有積極的作用[18]。研究[19]表明，選擇性的誘導MG的M2極化可緩解實驗動物的焦慮樣行為。陸浩慧等[20]用髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88, Myd88)抑制劑(MIP)增加實驗小鼠M2型MG的激活，改善了焦慮小鼠的焦慮樣行為。Zhang等[21]研究發現，應用LPS抑制劑(crocin)后BV-2 MG分泌的NO、TNF-α、IL-1β和ROS顯著減少減少，且crocin顯著下調iNOS、NF-κBp65和CD16 / 32及提高BV-2細胞系中CD206(M2標記物)的表達，降低了LPS誘導的實驗動物焦慮樣行為，其機制可能是由于NOD樣受體pyrin結合區域3(NOD-like receptor pyrin domaincontaining three，NLRP3)和核轉錄因子κB (nuclear transcription factor kappa B,NF-κB) 信號通路得到有效的抑制，從而促進MG表型M1向M2表型轉化。此外，極化的M2型MG分泌的IL-10可抑制前炎性因子如TNF-α的產生, 從而減輕神經炎癥[22]。研究[23]證實, IL-10還可以緩解經前期焦慮患者的焦慮體驗。Zhao等[24]通過激活母體過氧化酶增殖物激活受體γ(peroxisome proliferation-activated receptor-γ，PPARγ)的方式，誘導M2型MG促進神經前體細胞增殖和分化，改善免疫激活(MIA)焦慮小鼠后代的認知障礙以及焦慮行為。

總的來說，MG極化表型M1具有促進焦慮發生發展的作用(下文闡述的MG對焦慮癥的促進作用主要指MG極化表型M1)，而極化表型M2的表達可通過多種途徑緩解焦慮癥。因此，極化的MG表型M1向M2轉型可能是焦慮癥焦慮癥緩解的重要機制之一。

2.2 MG通過誘導免疫紊亂促進焦慮癥的發展

神經炎癥及細胞因子失衡可能是焦慮癥發病的重要機制。過度激活的MG釋放促炎性細胞因子可引起中樞神經系統的炎癥反應，最終導致神經元凋亡[25]。Meetu 等[9]研究發現，睡眠剝奪期間實驗大鼠的焦慮程度與促炎細胞因子和活化的MG計數呈正相關，且海馬中促炎細胞因子(TNF-α，IL-1β和IL-6)呈顯著倍數增加，而抗炎細胞因子(IL-4和IL-10)卻明顯減少。Yin等[26]在焦慮小鼠的海馬中觀察到神經炎癥，MG激活和神經元凋亡等現象。Wang等[27]對慢性輕度應激(chronic mildstress，CMS)所致的焦慮行為大鼠觀察發現，模型大鼠中樞神經系統存在NLRP3炎性體及MG激活、IL-1β、IL-6和IL-18等炎性介質上調及神經元凋亡等病理生理變化。此外，Hari等[28]研究表明，增加MG炎癥抑制因子干擾素調節因子2結合蛋白2(IRF2BP2)的表達可以緩解實驗小鼠的焦慮樣行為。因此，激活的MG釋放的中樞炎癥因子誘導神經免疫紊亂與焦慮癥的發病有密切的關系。

神經元是神經系統信息傳遞的重要途徑，過度激活的MG通過分泌促炎性因子進一步影響神經元的正常功能促進焦慮樣行為。如TNF-α可能通過調節紋狀體興奮性突觸后電流(EPSC)調節紋狀體興奮性突觸傳遞介導焦慮樣行為[29]; IL-1β可刺激腦內皮細胞上的IL-1β受體(IL-1R1)及抑制紋狀體中GABA突觸的大麻素受體1(CB1Rs)的敏感性, 誘導實驗小鼠的焦慮樣行為[30,31]。此外，集落刺激因子1(colony-stimulating factor 1, CSF-1)由單核吞噬細胞譜系的造血生長因子和巨噬細胞分化, 是巨噬細胞的主要調節因子[32]。MG的增值與存活依賴于CSF-1受體(CSF1R)信號的傳導[33]。實驗研究[34]表明，慢性不可預知性應激(chronic unpredictable stress，CUS)可誘導焦慮動物內側前額葉皮層(medial prefrontal cortex, mPFC)上的CSF1信使RNA及該區MG表達增加，使mPFC的神經元樹突棘密度降低，并出現神經元元件的吞噬作用，同時實驗動物表現出高焦慮的狀態，當敲除mPFC中神經元CSF1時減弱了MG介導的神經元重塑及由CUS引起的焦慮樣行為。

因此，當MG過度激活時產生大量的促炎性因子，這些促炎性因子通過中樞神經毒性、神經元重塑等途徑進一步促進焦樣行為的發展。

2.3 MG通過影響神經遞質釋放促進焦慮癥發展

除免疫受體外, MG還可通過影響神經遞質受體的釋放及獲取各種各樣的突觸信號，促進神經元-膠質細胞的交流，介導相關行為的變化[35,36]。

研究[14,37,38]表明, 激活的MG可影響單胺類神經遞質的合成，促進焦慮的發展。Couch 等[39]發現，長期慢性應激誘導的焦慮小鼠前額區域TNF-α和5-HT轉運蛋白(SERT)的表達升高，同時存在更多的激活神經膠質細胞。此外，激活的MG還可導致6-羥基多巴胺(6-OHDA)介導的多巴胺能黑質紋狀體通路的損傷，促進實驗大鼠的焦慮樣行為[40,41]。GABA是一種抑制性神經遞質, 焦慮時起到抑制焦慮樣情緒的作用。Ramirez等[42]用苯二氮卓類藥物勞拉西泮和氯硝西泮通過增強大腦中的GABA能活動，有效抑制了反復社交失敗誘導的焦慮小中樞神經炎癥信號傳導，并抑制了MG的表達及逆轉焦慮樣行為。

2.4 MG改變神經元信號傳導促進焦慮癥的發展

突觸可通過分泌神經遞質實現信號傳遞及信息交流, 當神經元的功能及結構發生變化時可使突觸傳導異常。近年來研究[43]表明, MG可通過多種途徑實現對突觸的修剪來維持神經元形態和功能的穩定性, 當神經元形態的穩定性和突觸可塑性異常時則可能導致行為的異常。CX3CL1-CX3CR1信號通路由神經元上的fractalkine(CX3CL1, C-X3-C基序配體1)和MG上fractalkine受體(CX3CR1)共同構成，CX3CL1-CX3CR1系統實現了神經元—MG信息的交流及MG對突觸的修飾，維持正常的信號傳導。目前認為該系統在神經系統疾病中可能發揮著重要的作用[44,45]。Rogers等[44]敲除小鼠海馬CX3CR1后，觀察到小鼠海馬中不成熟的樹突棘密度的增多，并表現出明顯的記憶減退和情緒焦慮。

MG被激活時可誘導星形膠質細胞釋放大量ATP[46]。大量的ATP積累可刺激位于中樞神經系統MG的ATP門控跨膜陽離子通道的嘌呤能2X7(purinergic 2X7 receptor, P2X7)受體(P2X7R)，進一步激活半胱天冬酶1(caspase-1)，并誘導NLRP3與銜接蛋白和caspase-1的低聚反應，導致IL-1β前體的成熟[47-49]。Yue等[50]應用CUS的方法對大鼠施加應激時發現，隨著應激積累，海馬中細胞外ATP、IL-1β和ASC顯著增強，NLRP3炎性體的組裝，caspase-1的裂解等炎性組分增加，當給實驗動物應用P2X7R的激動劑時，實驗動物表現出明顯的焦慮樣行為，但是當運用P2X7R拮抗劑或敲除P2X7后將無法誘導實驗動物的焦慮樣行為。此外，Furuyashiki等[51]實驗表明，P2X7受體的嘌呤能信號傳導也可引發MG中的前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)的產生從而介導實驗動物焦慮樣行為。

上述研究表明，MG通過CX3CL1、P2X7等途徑改變神經元之間的信號傳導，促進焦慮癥的發展。

2.5 MG通過激活內分泌系統促進焦慮癥發展

研究[52]表明, 激活的MG釋放ROS誘導神經元絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶2A (protein phosphatase 2A, PP2A)活化，而PP2A活性增加可導致海馬損傷、神經細胞丟失、神經樹突萎縮、突觸點減少、糖皮質激素受體(glucocorticoid recepter, GR)減少, 進一步損傷海馬對下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA)軸反饋抑制中的作用, 引起皮質酮分泌，進一步觸發氧化應激標記物的釋放, 引起各種神經功能的損害，表現為血清皮質酮水平顯著升高, 增加的皮質酮水平改變GABA能信號傳導, 促使焦慮行為的產生[53-55]。此外，有研究[56]表明，激活的MG還可能與下丘腦-垂體-性腺(hypothalamic-pituitary-gonadal,HPG)相互作用促進焦慮癥的發生。

綜上所述，MG是中樞神經系統常駐的免疫細胞，正常生理條件下主要發揮免疫監視的作用，隨著研究的不斷深入，其在焦慮癥中的作用逐漸受到人們的關注。首先，機體處于應激狀態時，MG表現為不同的極化表型M1、M2，以M1型占優勢的MG極化狀態具有促進焦慮癥發生發展的作用，而選擇性的誘導M2表型的表達可以緩解焦慮。然而，目前對MG與焦慮癥的關系多處于表型的探討，焦慮癥發病過程中MG激活后引起的病理生理變化錯綜復雜，對MG表型在焦慮癥發病中的機制研究可能是解釋焦慮癥發病機制的新視角；其次，過度激活的MG通過神經免疫、神經遞質、內分泌及神經元重塑等多種途徑促進焦慮癥的發展，這可能是MG促進焦慮癥發病的重要機制，因此，進一步探討MG與神經免疫、神經遞質、內分泌及神經元重塑及其各個機制之間的聯系，將有助于闡釋MG在焦慮癥發病中的作用機制；在抗焦慮治療及藥物研究中，鑒于MG表型M2表達時具有緩解焦慮的作用，有目的抑制MG表型M1過表達誘導MG向M2型轉化，可能是治療焦慮癥的新思路。總而言之，進一步探討MG及其表型在焦慮癥發生發展中的作用及機制，將為揭示焦慮癥的發病機制及治療靶點的選擇提供重要的理論依據。