小膠質細胞在缺血性腦卒中的作用及機制研究進展

郭琪琪，韓江全，劉婷

(遵義醫科大學第五附屬(珠海)醫院神經內科，廣東 珠海519100)

腦卒中已超過缺血性心臟病、肺癌、慢性阻塞性肺疾病和肝癌躍居我國疾病年齡標準化死亡率首位，且成為2017 年導致過早死亡的主要原因［1］。其中，急性缺血性腦卒中占我國腦卒中的69.6%～70.8%［2］。缺血性腦卒中發生后，梗死區域的神經細胞在幾分鐘內即可發生壞死，缺血半暗帶或梗死周圍區域由于血流減少導致神經功能沉默，但仍具有代謝活性，因此挽救腦梗死后缺血半暗帶對神經功能恢復及預后至關重要［3］。對于其治療，目前國內外指南均推薦重組組織型纖溶酶原激活劑靜脈溶栓和機械取栓［2，4］。但由于治療時間窗的限制和出血風險的增加，尋找和發現缺血性腦卒中的新靶標，以及具有長效腦保護作用的新藥物仍是缺血性腦卒中防治領域的研究重點和目標。小膠質細胞是腦內常駐免疫細胞，是中樞神經系統損傷的重要防線［5］。以往小膠質細胞激活被認為在缺血性腦卒中起有害作用。研究表明，小膠質細胞激活不僅發揮神經損害作用，還在減輕腦缺血后炎癥反應、神經細胞凋亡，促進神經發生和神經功能恢復方面起重要作用［6］?，F就小膠質細胞在缺血性腦卒中的作用及其潛在機制研究進展予以綜述。

1 小膠質細胞概述

1.1 起源 德爾·里奧·霍爾特加首次引入現代術語來描述神經膠質細胞，并區分了星形膠質細胞、小膠質細胞和少突膠質細胞［7］。小膠質細胞是源自卵黃囊原始祖細胞的腦駐留巨噬細胞，在小鼠胚胎8.5 d 可被檢測到。而在人類妊娠的第13 周可以檢測到小膠質細胞，在第21 周可以檢測到分支的小膠質細胞。參與小膠質細胞發育的重要因素包括集落刺激因子、白細胞介素(interleukin，IL)-34、集落刺激因子受體的銜接子蛋白和干擾素調節因子8。其中，集落刺激因子和IL-34 缺乏均會導致小膠質細胞密度降低，在干擾素調節因子8 和集落刺激因子受體的銜接子蛋白缺陷小鼠中，小膠質細胞密度明顯降低［8-9］。

1.2 生理功能 小膠質細胞是大腦的吞噬細胞，可吞噬整個細胞或細胞亞結構。在中樞神經系統發育過程中，產生的大約一半的神經元或神經膠質細胞(如少突膠質細胞)會被消除。而小膠質細胞可以識別程序性死亡的細胞，其常在細胞程序性死亡之前或之中遷移到中樞神經系統的不同區域，發揮吞噬作用。且小膠質細胞可以消除多余的突觸連接。研究表明，小膠質細胞具有神經可塑性，在穩態條件下，神經元活動可以調節小膠質細胞的吞噬，主要通過小膠質細胞與軸突末端和樹突棘相互作用來完成，從而在神經可塑性的范圍內清除健康腦組織的突觸［9］。此外，小膠質細胞還可通過促進神經前體細胞的增殖和存活，從而促進中樞神經系統的發育。1.3 表型 在生理條件下，小膠質細胞顯示出經典的分枝形態，被稱為“靜息小膠質細胞”。而神經退行性疾病、感染、局部缺血和腦內穩態的改變導致小膠質細胞形態、基因表達和功能行為的急劇變化。這個過程稱為“小膠質細胞激活”?；罨男∧z質細胞不僅能發揮神經損害作用，也能產生神經保護的效應物。神經保護及神經毒性依賴于小膠質細胞上的特異性激活信號［10］。極化是指小膠質細胞受到外源性物質的干擾達到特定的表型，并存在一種或多種分子標記和分子分布的明顯變化［8］。在外界因素刺激下，小膠質細胞分化為M1 和M2 表型。其中，經典激活的M1 型小膠質細胞通過脂多糖、γ 干擾素及粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子誘導［11-12］，釋放破壞性的促炎介質，如腫瘤壞死因子-α、IL-1β、IL-6、γ 干擾素、γ 干擾素誘導單核細胞因子9 和10等，進一步誘發廣泛的炎癥反應，導致神經損傷［13］;而選擇性激活的M2 型小膠質細胞分泌抗炎細胞因子和神經營養因子，如IL-10、轉化生長因子-β、腦源性神經營養因子和神經膠質細胞源性神經營養因子［14］，參與組織修復、清除細胞碎片、提供營養因子及維持感染或損傷后組織動力學［15-16］。根據特異性激活物的不同，M2 型小膠質細胞可分為M2a、M2b、M2c。M2a 由IL-4 和IL-13 刺激產生，抑制活化B 細胞的核因子κB 信號轉導和抗炎表型;M2b由免疫復合物和脂多糖刺激產生，分泌抗炎細胞因子(如IL-10);M2c 由IL-10 和轉化生長因子-β 刺激產生，與免疫抑制和組織重構有關［17］。

2 小膠質細胞在缺血性腦卒中的作用

2.1 表型極化 腦缺血后，包括血液巨噬細胞在內的周圍炎癥細胞被招募到大腦的缺血區域，小膠質細胞迅速激活并在第1 天迅速遷移到缺血區域。在腦缺血早期，小膠質細胞首先被極化為“健康”的M2 型，之后再過渡到“病態”的M1 型。體外實驗顯示，缺血腦組織內小膠質細胞主要向M1 型分化［18］。在腦缺血亞急性期，小膠質細胞由M2 型轉變為M1 型，不利于腦組織恢復［16］。因此，在腦缺血后通過抑制小膠質細胞M1 型極化，促進M2 型極化，可能是腦缺血的治療靶點。

2.2 自噬 自噬是先天免疫反應的重要調節器。在生理情況下，自噬通過溶酶體清除有毒物質和老化細胞器，在促進神經元健康和存活中起主要作用［19］。自噬是一個多步驟的過程，其在細胞或組織損傷后的動態變化具有時間依賴性。因此在特定的病理環境中，自噬可能在早期起細胞保護和促進生存的作用;相反，自噬的長期誘導可能導致有害的自噬通量(自噬體的產生和降解組成的均衡循環)失調，最終導致凋亡或壞死性細胞死亡［20-21］。研究發現，自噬通量障礙可能會導致缺血性神經元死亡［22］。如果自噬體的產生和降解平衡，則可以維持體內穩態，從而使神經元存活。但當自噬過程的后期階段(成熟或降解)有缺陷時，自噬降解會受到損害，這會導致自噬體的病理性蓄積和隨后的神經變性。間歇性禁食可以預防局灶性腦缺血中的神經元損傷，這種保護部分是通過最小化干擾自噬通量和抑制細胞凋亡實現［23］。自噬的上調在新生大鼠的腦缺氧缺血模型中具有神經保護作用［24］。小膠質細胞作為大腦中先天免疫系統的主要參與者，自噬調節可能對其吞噬和炎癥產生功能性影響。在嚙齒動物急性缺氧缺血性腦損傷模型的腦組織中，有學者持續觀察到自噬結構和標志物［19］。自噬可能調節缺血性腦損傷后的小膠質細胞炎癥反應，但尚不清楚自噬是正調控還是負調控［19］。因此，通過自噬通量調控小膠質細胞炎癥反應可能是腦缺血的有效治療策略。

2.3 凋亡 以往腦缺血后的細胞死亡在本質上被認為是完全壞死，但有研究表明，腦卒中后缺血半暗帶的許多神經元將發生凋亡［3］。側支血管缺血半暗帶中葡萄糖和氧氣的供應通常會導致一種緩慢的能量依賴性細胞死亡模式，稱為凋亡。腦缺血后誘導的凋亡不僅發生在神經元中，在非神經元細胞中也普遍存在。腦缺血引起細胞凋亡的一般途徑有兩條:①內源性途徑，源于線粒體釋放細胞色素C 和相關的胱天蛋白酶(caspase)3 刺激;②外源性途徑，源于激活細胞表面死亡受體，刺激caspase-8 產生［3］。腦缺血導致小膠質細胞死亡，與促凋亡蛋白(B 細胞淋巴瘤/白血病-2 相關X 蛋白)、死亡蛋白酶(caspase-3)的表達增加和B 細胞淋巴瘤/白血病-2基因的表達減少有關［25］。視黃酸/干擾素聯合應用誘導細胞凋亡相關基因-19 在整個大腦中廣泛分布，其高表達可促進細胞凋亡。在小鼠短暫的全腦缺血后，海馬中的反應性星形膠質細胞和小膠質細胞誘導視黃酸/干擾素聯合應用誘導細胞凋亡相關基因-19 發生免疫反應，促進細胞凋亡［25］。在長期缺血暴露后，σ 受體激動劑、黃芩素通過減少B 細胞淋巴瘤/白血病-2 相關X 蛋白和caspase-3 的表達及增加B 細胞淋巴瘤/白血病-2 的表達，降低小膠質細胞毒性和減少細胞死亡［26-27］。雖然缺血半暗帶受到腦梗死的威脅，但通過調控細胞凋亡來挽救缺血半暗帶的神經細胞可能是治療缺血性腦卒中的潛在方法。

3 小膠質細胞在缺血性腦卒中的潛在作用機制

3.1 激活1-磷酸鞘氨醇受體(sphingosine-1-phosphate receptors，S1PRs) S1PRs 家族是G 蛋白偶聯的受體，由5 個亞型(S1PR1 ～S1PR5)組成，與配體1-磷酸鞘氨醇相結合發揮生物學效應。其中，S1PR1、S1PR2、S1PR3 和S1PR5 在神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞上均有表達。研究表明，S1PR1、S1PR2、S1PR3 在缺血性腦卒中中參與了小膠質細胞的激活［28］。S1PR1 激活是短暫性局灶性腦缺血后腦損傷的致病因素，其能調節小膠質細胞激活、腦源性神經營養因子基因下調和血腦屏障功能障礙。選擇性的S1PR1 功能拮抗劑AUY954 通過抑制S1PR1 激活減輕腦缺血后腦損傷［29］。研究表明，在腦缺血再灌注損傷后，S1PR2 在破壞神經血管完整性中起關鍵作用，但S1PR2 基因缺失或S1PR2 藥理作用的抑制可促進腦血管完整性，從而導致神經元死亡減少和神經系統功能評分提高。同時，抑制S1PR2可以有效阻止實驗性腦卒中的腦水腫和自發性出血性轉化，S1PR2 拮抗劑JTE013 在腦卒中發作4.5 h內發揮腦保護作用［30］。在缺血性腦卒中中，S1PR3觸發了M1 型小膠質細胞極化后的促炎反應，從而激活核因子κB 信號轉導以及增加促炎細胞因子的表達［31］。芬戈莫德是美國食品藥品管理局批準的治療多發性硬化的一線藥物，作為S1PR1、S1PR3 潛在拮抗劑，其通過核內鞘氨醇激酶2-鞘氨醇-1-磷酸軸，促進小膠質細胞由M1 型向M2 型轉化，從而減輕缺血性腦卒中后的組織損傷，促進神經康復［32］。

3.2 激活Toll 樣受體(Toll-like receptor，TLR)TLR 是調節小膠質細胞激活的一類關鍵受體。TLR是模式識別受體，其對于識別病原體相關分子模式和內源性危險相關分子模式的免疫系統必不可少。其中，在人腦中表達的主要為TLR4 和TLR2。TLR4 和TLR2 定位于細胞表面并在識別脂多糖后被激活，其能觸發兩種細胞內信號級聯:髓系分化因子88 依賴性途徑和含Toll/IL-1 受體結構域的銜接子誘導β 干擾素依賴性途徑，兩者均會激活核因子κB，發揮促炎作用［33］。在小膠質細胞激活過程中，miR-203 對髓系分化因子88 的抑制減輕了氧糖剝奪誘導的小膠質細胞炎癥和神經元損傷［34］。研究發現，壞死性神經元可能通過髓系分化因子88 信號轉導調節缺血皮質中小膠質細胞/巨噬細胞的M1/M2 平衡［35］。氧糖剝奪可降低BV2 細胞活力，激活TLR2/4-核因子κB 信號通路，增加促炎因子的釋放［36］。

3.3 激活核苷酸結合寡聚化結構域樣受體(nucleotidebinding oligomerization domain-like receptor protein，NLRP) NLRP 是細胞內模式識別受體，包括NLRP1 ～NLRP14，其可檢測細胞微環境中的任何有害物質或不規則物質并形成炎癥小體，從而進一步導致炎癥反應［37］。研究證實，腦缺血后在神經元與神經膠質細胞中可檢測到NLRP1、NLRP3，且呈高表達狀態［38］。NLRP1、NLRP3 炎癥小體通過激活前caspase-1 裂解為caspase-1 而成為炎癥的關鍵介體，caspase-1 負責引發和放大促炎細胞因子(IL-1β 和IL-18)的產生，誘導細胞凋亡，并最終導致腦缺血后神經元和神經膠質細胞死亡［39］。在體內外缺血條件下，靜脈注射caspase-1 抑制劑和免疫球蛋白制劑可減弱原代皮質神經元中NLRP1 和NLRP3 炎癥小體的表達和活化，抑制caspase-1 活化及IL-1β 和IL-18 成熟，從而減小腦梗死面積，發揮細胞保護作用。其可能與抑制核因子κB 和促分裂原活化的蛋白激酶信號通路的激活、抑制caspase-3 體外激活，上調B 細胞淋巴瘤/白血病-2 的表達有關［38］。有研究證明，在缺氧缺血腦損傷后，NLRP3 炎癥小體參與了小膠質細胞的炎癥反應［40］。小膠質細胞在缺氧缺血腦損傷后24 h極化為主要的促炎表型。脂多糖或缺氧缺血導致的腦損傷依賴于IL-1β 和IL-18 的增多，而NLRP3 活化可以促進IL-1β 和IL-18 高表達，導致小膠質細胞活化并向炎癥表型轉化，發揮促炎作用［40］。NLRP2主要在人、小鼠的星形膠質細胞中表達，在神經元及小膠質細胞中基本沒有表達［37，41］。且NLRP2 在體內缺血性腦卒中小鼠模型中和氧糖剝奪后星形膠質細胞上的表達明顯增加，沉默NLRP2 基因可減少氧糖剝奪誘導的細胞凋亡［41］。因此，針對神經元中炎癥小體激活的治療性干預措施可能能為缺血性腦卒中的治療提供新思路。

3.4 激活過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs) PPARs 是核受體超家族中配體激活的核轉錄因子，其在葡萄糖吸收的調節、脂質代謝的穩態中起重要作用，在中樞神經系統疾病方面尤其是缺血性腦損傷中有重要的保護作用［42］，同時還參與了抗炎相關基因的表達［43］。PPARs 有三種亞型即PPARα、PPARβ 和PPARγ，研究表明，活化后的PPARs 三種亞型對缺血性腦卒中均有一定的神經保護作用［42］。PPARα 激動劑芳樟醇可誘導小膠質細胞由M1 型轉化為M2 型，保持“抗炎樣表型”，通過減少促炎標志物(IL-1β、環加氧酶-2 及核因子κB)表達和調節核因子E2 相關因子2 易位應對興奮毒性事件，發揮其抗炎作用［19］。雙重PPARα 和PPARγ 激動劑阿格列扎顯著減少了與小膠質細胞活化相關基因(IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α、誘導型一氧化氮合酶、核因子κB 和IL-18)的表達，并抑制一氧化氮的釋放［44］。而激活PPARγ可以減輕炎癥，發揮保護作用，XQ-1H(一種新穎的衍生物銀杏內酯B)通過激活缺血性腦卒中后的PPARγ 信號通路促進小膠質細胞抗炎表型的極化，從而發揮抗炎作用，減小腦梗死面積，減輕腦水腫，改善大鼠行為和記憶恢復［45］。

3.5 激活嘌呤能離子通道型受體7(purinergic ligandgated ion channel 7 receptor，P2X7R) P2X7R 是ATP激活的非選擇性陽離子通道型受體，在巨噬細胞、肥大細胞和小膠質細胞上大量表達，其活化后釋放促炎介質和加速細胞死亡［46］。在生理狀態下，P2X7R被認為是一種“沉默受體”，其在沒有ATP 的刺激下將凋亡細胞和細菌直接結合到細胞外，促進吞噬作用。但在病理情況下，P2X7R 過度表達，細胞損傷后大量的ATP 從細胞中釋放出來，P2X7R 通道轉變為開放狀態，允許小陽離子通過，如Na+、K+和Ca2+。P2X7R 的長時間持續激活和維持其開放狀態，最終導致膜起泡和細胞死亡［47-48］。壞死細胞提供了廣泛的細胞外ATP 來源，進一步加重P2X7R 通道持續激活，從而導致細胞嚴重損傷。此外，P2X7R 還介導人小膠質細胞的先天免疫。其通過激活炎癥小體，降低小膠質細胞吞噬能力并產生成熟的caspase-1，促進人中樞神經系統的炎癥［48］。P2X7R 拮抗劑亮藍G 不僅能減少促炎細胞因子的產生和分泌，減少局灶性腦缺血后DNA 片段化，抑制小膠質細胞過度活化，同時還增加了缺血后存活神經元的數量［49］。因此，P2X7R 特異性拮抗劑可能是治療缺血性腦卒中的新藥物。

4 小 結

小膠質細胞在缺血性腦卒中中起雙相調節作用。在腦缺血后，小膠質細胞被激活、遷移，通過M1、M2 表型極化分別起促炎、抗炎作用，同時通過抑制M1 表型極化或促進M2 表型極化發揮保護作用，但誘導細胞極化的研究只局限動物實驗和體外實驗，其潛在機制仍需進一步研究。腦缺血后細胞凋亡涉及許多復雜的信號通路。通過調控缺血半暗帶的神經元凋亡，可最大程度挽救瀕死的神經細胞，促進神經功能恢復。另外，激活S1PRs、TLR、NLRP 炎癥小體、PPARs、P2X7R 可能是缺血性腦卒中后調控小膠質細胞的潛在機制，其更多機制還需進一步研究。