基于星形膠質細胞-小膠質細胞串擾探討針刺調控慢性偏頭痛的中樞炎癥機制

孫銘聲 周夢荻 劉 一 劉 路 倪夕秀 徐 韜 蔡定均 趙 凌

(成都中醫藥大學針灸推拿學院，成都，610075)

偏頭痛是一種以發作性、搏動樣頭痛為特征的慢性神經系統炎癥性疾病，是世界上最普遍和最易致殘的疾病之一[1]。每年約有2.5%的偏頭痛患者會發展為慢性偏頭痛，慢性偏頭痛患者約占全球總人口的2%[2]。慢性偏頭痛通常比發作性偏頭痛更易導致殘疾，為患者帶來更嚴重的負擔[3]。但目前慢性偏頭痛的發病機制尚未明確，導致對其有效的治療手段不足。現代醫學對于慢性偏頭痛多為對癥治療，對大多數患者在發作階段都會給予非甾體抗炎藥和對乙酰氨基酚等止痛藥物[1]，但止痛藥物的使用存在諸多不良反應，如胃腸道反應、心臟和腎臟毒性[4]，且在慢性偏頭痛患者中約有1/3到2/3存在過度用藥情況[2]，而這會更進一步增加頭痛的頻率[5]。針刺是慢性偏頭痛的有效治療方式之一，已被納入國內外診療指南[6]，臨床應用具有療效好、安全性高，遠期效應良好等特點，但受限于對慢性偏頭痛發病機制認識不足，針刺治療的效應機制仍不十分明確。

目前普遍認為偏頭痛的發生包含多種可能的機制(如血管學說、神經學說、三叉神經血管學說等)，而發作性偏頭痛和慢性偏頭痛之間可能存在著不同的病理機制[7]。其中，中樞炎癥在偏頭痛慢性化過程中起著至關重要的作用[1]。前期研究發現，中樞神經膠質細胞與中樞炎癥水平密切相關，小膠質細胞和星形膠質細胞之間的相互作用可顯著影響中樞神經炎癥介質水平[8]，且膠質細胞通過誘導中樞神經炎癥反應也參與了偏頭痛慢性化[8-9]。最新研究認為，小膠質細胞和星形膠質細胞之間可通過其分泌的炎癥介質進行雙向交流，構成了“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾。2020年末Trends in Immunology推出專欄探討“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾將對神經免疫學產生的潛在深遠影響[10]，引領了“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾的研究熱點。

因此，從“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾角度探討針刺治療慢性偏頭痛的作用機制具有極為重要的前瞻性價值，其研究結果將為探索針刺調控“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾中的關鍵作用提供新思路。現綜述如下。

1 星形膠質細胞與小膠質細胞在慢性偏頭痛的發生發展中的關鍵作用

1.1 星形膠質細胞 星形膠質細胞是中樞神經系統(Central Nervous System，CNS)中最豐富的細胞類型，具有廣泛的生物學功能，與CNS疾病密切相關，也是許多治療方式作用于CNS的主要靶點[11]。其可通過營養支持、重吸收神經遞質等作用協助維持神經元的功能和CNS穩定[12]，且星形膠質細胞還參與了髓鞘及突觸形成、血腦屏障調節及神經傳遞等[13]。在CNS疾病或外源性物質刺激時，星形膠質細胞還可發生活化[14]，形成反應性星形膠質細胞。反應性星形膠質細胞可表現出肥大、高表達中間絲蛋白以及細胞功能改變等特性[15]。同時星形膠質細胞在激活過程中還會分泌多種細胞因子、趨化因子、生長因子以及神經營養因子等[16]，與星形膠質細胞膜上特異性受體結合，激活細胞內多種信號通路，進而調節相應基因的轉錄與表達。因此，星形膠質細胞活化不是由簡單的“開-關”式通路所控制的，而是受許多細胞內外的信號共同精細調控[16]。活化的星形膠質細胞通常有2種類型：A1型星形膠質細胞，破壞突觸、殺傷神經元；A2型星形膠質細胞，對神經元具有保護作用[17]。星形膠質細胞的活化對機體有利有弊，對于減少損傷和炎癥擴散而言是必要的，但同時也抑制了突觸和細胞的再生[18]。

最新研究發現，中樞敏化是慢性偏頭痛(Chronic Migraine，CM)較為關鍵的潛在發病機制[19-20]。在炎癥湯誘導的小鼠模型中，星形膠質細胞發生異常激活并持續存在，并可能通過調節C-C趨化因子配體(C-C Motif Chemokine Ligand，CCL)7、CCL12和白細胞介素-10(Interleukin-10，IL-10)等炎癥介質的釋放而導致慢性偏頭痛的進一步進展。且星形膠質細胞功能受損會促進偏頭痛小鼠模型中偏頭痛樣的頭部疼痛狀態[21]。“星形膠質細胞-神經元”之間的異常相互作用也進一步在偏頭痛等神經系統疾病中發揮了重要作用[22]。因此，星形膠質細胞的異常激活及其與相關細胞的溝通聯系在慢性偏頭痛的中樞敏化中起到了重要作用。

1.2 小膠質細胞 小膠質細胞是中樞神經系統重要的免疫細胞[1]，能最先感知微環境的變化并快速做出反應。其作為“大腦的巨噬細胞”，可吞噬和清除病原體、壞死細胞及碎屑，對中樞神經系統的發育、維持和修復具有重要作用[23-24]。小膠質細胞也可分為2類表型：M1型小膠質細胞是一類以分泌炎癥介質為主的細胞，主要發揮促炎功能，可促進腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor α，TNF-α)、IL-1β、IL-6等炎癥介質及谷氨酸和一氧化氮(Nitric Oxide，NO)的合成，啟動炎癥反應，引起細胞凋亡及繼發損傷，具有較為明顯的神經毒性作用。M2型小膠質細胞可分泌大量血管內皮生長因子(Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF)、轉化生長因子-β(Transforming Growth Factor-β，TGF-β)、IL-10等細胞因子，在血管生成、抗炎細胞因子分泌、促進炎癥修復方面起重要作用。正常情況下M1型與M2型小膠質細胞保持動態平衡，一旦發生疾病時將打破這種動態平衡。同時M1型小膠質細胞在IL-13、IL-10、TGF-β等因子的作用下，向M2型極化，在炎癥后期發揮抗炎作用，促進損傷修復。

小膠質細胞在慢性偏頭痛發生發展中的作用也逐漸受到人們的關注。前期研究認為，活化的小膠質細胞通過釋放炎癥介質參與了慢性偏頭痛的生理病理過程[12]。針對慢性偏頭痛大鼠模型的研究發現，模型脊髓后角的小膠質細胞活化明顯，通過小膠質細胞抑制劑預處理能明顯抑制痛覺超敏現象及c-Fos的表達[25]。還有研究人員通過采用炎癥湯反復刺激硬腦膜，發現在三叉神經脊束尾側核中小膠質細胞被異常激活，血腦屏障通透性增加；且給予小膠質細胞抑制劑可以抑制大鼠眶周痛覺超敏的產生；同時，研究者發現小膠質細胞活化發生在多次炎癥湯刺激后，僅2次刺激不足以激活小膠質細胞，提示小膠質細胞與慢性偏頭痛的產生密切相關[26]。因此，小膠質細胞在慢性偏頭痛的發生發展過程中起到了較為重要的作用。

2 “星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾在中樞神經系統疾病中的作用

疾病狀態下，小膠質細胞可調控星形膠質細胞的激活，激活的星形膠質細胞可招募更多免疫細胞定向遷移到損傷部位，形成自身及相互的信息對話，促進初期炎癥效應的級聯放大；同時，激活的星形膠質細胞通過釋放多種細胞因子可阻止小膠質細胞的過度反應[27]。前期已有研究初步發現了“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾的可能性，小膠質細胞可分泌包含IL-1α、IL-1β、IL-18等多種細胞因子，刺激星形膠質細胞的增殖和分化[28-29]；星形膠質細胞分泌的IL-3等可以刺激小膠質細胞激活[30-31]。越來越多的證據表明，靶向調控由分泌因子介導的“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾在改善神經功能方面具有潛力[32-33]，許多中樞炎癥疾病的新療法可能依賴于識別參與小膠質細胞串擾的分子介質，以及那些促進恢復適當的神經膠質表型和功能穩態的因素。因此，對“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾的深入研究也可為探究中樞炎癥性疾病的病因病機提供新的證據。

2.1 星形膠質細胞和小膠質細胞二者不同的細胞亞型是其發生交互串擾的關鍵 小膠質細胞和星形膠質細胞之間的相互作用顯著影響神經炎癥，其主要依賴于小膠質細胞和星形膠質細胞不同的細胞表型及其功能，局部細胞外和細胞內信號決定了它們的特征和表型的轉換。目前較為公認的小膠質細胞和星形膠質細胞可被激活為2種極化狀態：促炎表型(小膠質細胞的M1型和星形膠質細胞的A1型)和抗炎表型(小膠質細胞的M2型和星形膠質細胞的A2型)。前期研究發現，在脂多糖誘導的神經炎癥過程中，小膠質細胞對病原體或損傷更加敏感，通過與損傷或病原體相關的分子模式被激活為M1型，促進TNF-α、IL-1等炎癥介質分泌，從而轉化為星形膠質細胞(A1型)，放大神經炎癥[34-35]。隨著損傷的限制和神經血管的重塑，局部環境因素發生改變，使得小膠質細胞和星形膠質細胞的表型轉變。活化的M2型小膠質細胞產生抗炎細胞因子IL-10，與主要在A2型星形膠質細胞中表達的IL-10受體相匹配，從而使星形膠質細胞分泌TGF-β，減少小膠質細胞的活化[36]。

M2型小膠質細胞和A2型星形膠質細胞之間的串擾則顯著減少了神經炎癥，促進了神經元的存活和修復。2021年最新發表于Nature的研究，通過使用高通量流式細胞術篩查及單細胞RNA測序技術，研究者在小鼠中鑒定出一類新的星形膠質細胞亞型，其主要表達溶酶體相關膜蛋白(Lysosomal-associated Membrane Protein 1，LAMP1)和腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(Tumor Necrosis Factor-related Apoptosis-inducing Ligand，TRAIL)。這類星形膠質細胞亞型可通過TRAIL-死亡受體5(Death Receptor 5，DR5)信號誘導效應T細胞凋亡，從而抑制中樞炎癥[37]。“星形膠質細胞-小膠質細胞”二者是否具有不同的細胞新亞型，二者之間的交互串擾，為研究中樞性炎癥疾病的發展過程及治療新靶標提供了新的思路。

2.2 “小膠質細胞-星形膠質細胞”途徑促進中樞炎性激活 IL-18是IL-1超家族的重要成員，主要由巨噬細胞(小膠質細胞)產生，廣泛參與免疫、腫瘤生長以及疼痛過程[13-16]。在嚙齒動物模型中，IL-18主要在小膠質細胞中表達并介導小膠質細胞和星形膠質細胞之間的相互作用，產生神經性疼痛等表現。在神經性疼痛中，IL-18信號的激活可促進星形膠質細胞中核因子κB的磷酸化，并激活星形膠質細胞[15]。偏頭痛動物模型研究證實，神經膠質細胞的激活以及隨后釋放的各種炎癥介質，如IL-1β和TNF-α，可引起偏頭痛的痛覺過度或異常性疼痛[18-19]。而一項最新的研究則發現，小膠質細胞衍生的IL-18可主要作用于在星形膠質細胞中表達的IL-18受體，增加核因子κB磷酸化，激活星形膠質細胞；阻斷IL-18可減弱炎性湯誘導的痛覺行為，抑制核因子κB磷酸化和星形膠質細胞的激活。因此，小膠質細胞來源的IL-18，可能介導了星形膠質細胞-小膠質細胞作用途徑，誘發中樞炎癥，產生偏頭痛痛覺過敏[20]。

2.3 “星形膠質細胞-小膠質細胞”途徑抑制中樞炎癥激活 IL-3主要來源于大腦星形膠質細胞的一個亞群，是在生理和病理狀態下中樞功能的重要免疫調節細胞因子，能夠促進免疫細胞的增殖、成熟和分化[38]。多發性硬化和阿爾茨海默病(Alzheimer′s Disease，AD)是臨床常見的中樞性炎癥疾病，有研究者前期發現來源于星形膠質細胞的IL-3有助于多發性硬化患者腦損傷中檢測到的巨噬細胞和小膠質細胞的積聚[31]。且有研究者提出，擁有IL-3 mRNA的星形膠質細胞可能參與了小膠質細胞的激活[38]。而最新一項來自Nature的研究則點明，IL-3是“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾的關鍵介質。在AD過程中，AD的病理和嚴重程度可驅動小膠質細胞IL-3受體的表達，并調控小膠質細胞的激活[39]。因此，由星形膠質細胞產生的IL-3可能是“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾中反向調控小膠質細胞中樞炎癥激活的關鍵介質。

3 針刺可通過調控星形膠質細胞和小膠質細胞發揮治療作用

偏頭痛屬于中醫學“頭痛”范疇，又稱“頭風”“偏正頭痛”和“偏頭風”等。偏頭痛患者常表現為頭部一側或兩側手、足少陽經循行部位疼痛，按針灸經絡辨證當屬少陽經病變，故常被稱為“少陽頭痛”。針刺治療本病當以通絡止痛、疏調少陽為治療原則。前期臨床研究發現，針刺在預防慢性偏頭痛發作，降低發作頻率和疼痛程度，提高患者生命質量等方面表現出了極大的優勢[40]。發表于國際頭痛協會會刊Headache的系統評價中納入了7項針刺治療偏頭痛的隨機對照臨床研究，結果顯示針刺與目前使用的諸多陽性藥物(例如：氟桂利嗪、托吡酯、美托洛爾等)比較，在預防偏頭痛發作方面療效相當，且不良反應更少[41]。

前期機制研究則表明，針刺可抑制小膠質細胞和星形膠質細胞活化，提高機械痛閾值，減輕機械痛敏化的發生[42-43]，提示針刺的鎮痛作用可能是通過抑制中樞神經膠質細胞活化和炎癥反應，但針刺對神經膠質細胞的調控機制尚未明確。

在炎癥條件下，小膠質細胞向M1型(促炎型)極化，并釋放炎癥介質，進而誘導星形膠質細胞活化；而在針刺治療后，針刺可促使小膠質細胞向M2型(抑炎型)極化，抑制星形膠質細胞激活，減少炎癥介質(IL-1β、TNF-α和IL-6)釋放，同時增加抗炎細胞因子(IL-4和IL-10)表達[44-45]。由此可見，針刺可通過調控星形膠質細胞-小膠質細胞，抑制炎癥反應發揮治療效應。前期也有其他研究表明，針刺可通過抑制小膠質細胞和星形膠質細胞活化，減少炎癥介質產生，從而緩解神經病理性疼痛[46-47]。由此可見，針刺可通過調控星形膠質細胞及小膠質細胞功能，抑制炎癥反應，發揮治療效應，但針刺對“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾的調控作用仍需要進一步研究。見圖1。

圖1 慢性偏頭痛與針刺治療慢性偏頭痛中“小膠質細胞-星形膠質細胞”串擾機制

4 討論

針灸是我國獨具特色的傳統治療方法，是我們最具原始創新價值的醫療資源和文化資源。但由于對其機制研究的不足導致其仍未獲得足夠的國際認可，隨著現代科學技術的發展，針刺機制研究也獲得了長足的進步，2022年4月美國TIME發表了題為《為什么針灸正在進入主流醫學》的文章，揭開中醫針灸走入主流醫學的序幕。而“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾是神經免疫學領域最新的研究熱點，對其深入研究將為針刺治療偏頭痛等中樞炎癥性疾病提供新的證據。

本文從“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾角度，從“IL-3/IL-18”途徑為針刺調控慢性偏頭痛的中樞炎癥機制研究提供了新的研究思路，并提出星形膠質細胞細胞與小膠質細胞不同細胞亞型可能是研究“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾的關鍵。而單細胞轉錄組和空間轉錄組是當前最新的細胞生物信息分析研究方法，單細胞組學技術讓我們在了解生物異質性和從更高分辨率較多解決生物學問題等方面提供了極大的方便。空間轉錄組能夠保留組織空間位置并同時解析組織切片轉錄組信息，在細胞間相互作用的研究中，從轉錄組數據和已知的配體-受體復合物推斷不同細胞類型相互作用[48]，能夠定位和區分功能基因在特定空間位置的表達，識別特定細胞亞群的空間異質性，以及在大腦中識別不同細胞亞型，同時能夠獲得這些亞型細胞的形態、活性或連接性等信息。近年來，單細胞轉錄組和空間轉錄組的聯合技術已被成熟應用于阿爾茨海默病等中樞炎癥性疾病的研究中[49-50]，不僅可以有效測量患者受炎癥影響的組織結構紊亂，同時還可以評估臨床干預治療后的療效，幫助闡釋干預手段的療效機制。2021年，美國科研人員在Nature Reviews Genetics發表綜述文章[51]，系統回顧了整合二者的熱門研究。目前已知小膠質細胞可分為促炎型和抗炎型(M1/M2)，星形膠質細胞也可分為促炎型和抗炎型(A1/A2)各2種表型。通過此2種最新技術的應用可深入進行區域-細胞-細胞相互作用分析，以構建驅動疾病發展及治療疾病的動態細胞圖譜[52]，可創新性發現在慢性偏頭痛疾病進程和針刺治療過程中對“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾產生關鍵作用的新細胞亞型及其功能特點，為針刺治療慢性偏頭痛等中樞炎癥性疾病是否通過調控了“星形膠質細胞-小膠質細胞”串擾提供新穎、直觀的科學證據。