小膠質細胞極化與壞死性凋亡在中樞神經系統疾病中的研究進展#

鄭明睿 韓一瑋 周燕萍 江紅 萬莉紅

（1. 四川大學華西基礎醫學與法醫學院，四川 成都 610041； 2. 四川大學華西臨床醫學院，四川 成都610041）

1 小膠質細胞極化

小膠質細胞是中樞神經系統（Central nervous system，CNS）的常駐吞噬細胞，它在周圍環境的影響下，可以極化形成M1、M2兩種不同表型維持中樞神經系統內環境的穩定[1]。M1型是促炎型，可在IFN-γ、LPS的誘導下形成，能夠分泌TNF-α、IL-1β、IL-12等促炎因子，參與炎癥反應。M2型則在IL-4、IL-13誘導下形成，主要發揮減輕損傷和組織修復的作用，還能明顯改善CNS疾病造成的認知功能障礙[2]。活化以后的小膠質細胞仍能在炎性分子和代謝鐵的影響下轉換表型[3]，比如在脊髓損傷中，增加鐵離子和TNF的濃度可以使小膠質細胞由M1表型轉變為M2表型[4]。此外，CNS的其他細胞也可通過影響極化類型來保護自身，比如在腦卒中發生后，神經元分泌IL-4促進M2型極化，從而幫助壞死組織修復[5]；星型膠質細胞分泌抗炎蛋白抑制小膠質細胞M1表型產生促炎因子[6]。

除了特定的外界刺激和損傷條件，小膠質細胞極化類型還受到年齡、性別等多種因素的影響[7, 8]。

2 壞死性凋亡

壞死性凋亡（Necroptosis）是近年發現的一種新型細胞死亡方式，兼具凋亡的可調控性和細胞發生壞死時表現出的形態學特征。壞死性凋亡的發生過程涉及大量受體的表達和激活，其中起主要作用的是受體相互作用蛋白1（Receptor-interacting protein 1，RIP1）、受體相互作用蛋白3（Receptor-interacting protein 3，RIP3）和腫瘤壞死因子α（Tumor necrosis factor，TNF-α）。

壞死性凋亡發生過程主要包括：（1）ComplexⅠ的形成：TNF-α與細胞膜表面的TNF-R1結合，誘導并招募TNF相關蛋白死亡結構域蛋白（TNF receptor-associated death domain，TRADD），RIP1等相關分子，在細胞膜上形成復合體Ⅰ（Complex Ⅰ）；（2）Complex Ⅱ的形成：當Complex Ⅰ中各組分的泛素化過程受到抑制時，RIP1從Complex Ⅰ上解離，與FADD、caspase-8及RIP3等相互作用并結合形成Complex Ⅱ；Complex Ⅱ根據受體相互作用絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1（Receptor-interacting serine/threonine protein kinase 1，RIPK1）激活狀態分為TRADD依賴性（Ⅱa）和RIPK1依賴性（Ⅱb）。如果形成Complex Ⅱb，則進一步發展為壞死性凋亡。（3）抑制caspase-8活性，壞死性凋亡發生：當Complex Ⅱb中caspase-8的活性受到抑制時，RIP1和RIP3會相互作用形成壞死復合體，受體相互作用絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶3（Receptor-interacting serine/threonine protein kinase 3，RIPK3）磷酸化混合酶系激酶結構域（Mixed lineage Kinase Domain，MLKL）使其構象改變，破壞胞膜，最終導致壞死性凋亡的發生[9]。

發生壞死性凋亡的細胞釋放胞內容物，導致周圍組織發生炎癥，進一步募集小膠質細胞，對其活化和轉變產生一定的影響[10]。

3 壞死性凋亡與小膠質細胞活化的相互作用

小膠質細胞的活化主要受到損傷相關分子模式DAMP（Damage associated molecular pattern，DAMP）的影響。DAMP與小膠質細胞表面的髓樣分化因子88（Myeloid differentiation factor，Myd88）結合，經由NF-κB通路，啟動IL-1、TNF-α等靶基因的表達[11]。在缺血大腦皮層和脊髓損傷組織中，發生壞死性凋亡的神經元通過激活MyD88信號通路改變小膠質細胞的極化狀態來保護受損的神經組織[12]。同時，研究發現使用蘿卜硫烷阻斷小膠質細胞活化的MAPK/NF-κB通路，則可抑制IL-1β、TNF-α等炎性因子的產生，從而阻止壞死性凋亡的發生[13]。

4 壞死性凋亡與小膠質細胞活化的相互作用對中樞系統疾病的影響

4.1 缺血性腦卒中

缺血性腦卒中是腦卒中中最為常見的類型，其發病和預后主要與缺血缺氧引起的神經元損傷、死亡相關。

當缺血性腦卒中發生時，DAMP在缺氧和有害代謝物質的刺激下釋放到細胞外，激活小膠質細胞上的模式識別受體并極化為M1型，表達促炎介質，誘發神經炎癥使神經元細胞損傷、死亡[14]。在此過程中，激活的小膠質細胞和受損的神經細胞能夠通過表達腫瘤壞死因子受體相關因子（Tumor necrosis factor receptor associated factor 2，TRAF2）來抑制自身的壞死性凋亡，進而減少缺血性腦卒中引起的腦損傷[15]。另外，在缺血性腦卒中發生過程中，炎癥刺激（LPS、脂壁酸或TNF-α）可以引起神經元死亡，如果抑制caspase 8的活性，能夠使小膠質細胞發生壞死性凋亡而被清除，從而避免神經元的損失[16]。缺血性腦卒中發生后，壞死性凋亡過程中斷的神經元能夠誘導M2極化，減少M1極化；而完成壞死性凋亡過程的神經元則誘導M1極化[12]。此外，血管周圍極化的M1型小膠質細胞分泌TNF-α，促進內皮細胞發生壞死性凋亡，破壞血腦屏障[17,18]。

4.2 多發性硬化癥

多發性硬化癥（Multiple sclerosis，MS）是一種嚴重的自身免疫疾病，具有較高的致殘率，發病主要與炎性脫髓鞘及神經元損傷、死亡有關[19]。

炎性脫髓鞘的發生與小膠質細胞極化表型的切換失衡密切相關[20]。在疾病早期，外周免疫細胞被激活，穿過血腦屏障進入中樞，釋放IFN-γ等炎性因子使小膠質細胞發生M1型極化。M1型細胞通過分泌TNF-α殺傷少突膠質細胞，引起脫髓鞘損傷；而將M1型轉化為M2型則能促進少突膠質細胞的分化，幫助髓鞘再生[21]。

在MS動物疾病模型和患者腦組織中均存在少突膠質細胞發生壞死性凋亡。研究發現，無活性的caspase-8水平升高，是壞死性凋亡順利進行的關鍵；而功能正常的caspase-8主要在小膠質細胞中表達，少突膠質細胞中少見[22]。并且，研究發現無活性caspase-8的激活可能繼發于炎癥。因此，無活性的caspase-8在少突膠質細胞中升高引發壞死性凋亡，很可能是小膠質細胞活化的結果。這同時也說明了，活性caspase-8是維持正常CNS功能下所必須的[23]。

4.3 脊髓挫傷

脊髓挫傷（Spinal contusion）是臨床上常見的脊髓損傷類型，其不良預后主要與傷后持續存在的慢性炎癥以及逐漸擴大的病灶有關。這種慢性炎癥的持續被認為與M1型小膠質細胞的持續存在密切相關[24]。因此清除脊髓損傷后活化的小膠質細胞是治療及改善預后的關鍵。此外，反應性星型膠質細胞的存在可以隔離病灶和正常脊髓組織，而持續性存在的M1會促進星型膠質細胞經TLR/MyD88 信號通路的壞死性凋亡[25]，這也從另一個角度印證了消除M1細胞的重要性。

Fan等[26]在動物實驗中發現，發生壞死性凋亡的小膠質細胞內質網上存在MLKL，RIP3及內質網應激感受器（Glucose-regulated protein，GRP78）的表達上調；經氧糖剝奪處理后小膠質細胞采用4-苯基丁酸酯抑制內質網應激，則可明顯阻止壞死性凋亡的發生，說明內質網應激很可能是小膠質細胞發生壞死性凋亡過程中重要的一環。

5 總結與展望

目前對于小膠質細胞活化和壞死性凋亡各自都有較多的研究和報道，但將二者聯系在一起進行的研究尚且有限。根據目前的報道，我們可以將二者確定存在的聯系主要總結為兩個方向：（1）壞死性凋亡可以調控小膠質細胞極化類型（2）壞死性凋亡是消除M1型細胞的重要方式。盡管進一步的具體分子機制仍待明確，但已有聯系已經為我們提供了極有價值的治療思路。我們期待未來的研究能夠為小膠質細胞極化和壞死性凋亡之間有更清楚、全面的詮釋，為中樞神經系統疾病的治療提過新的靶點和思路。