小膠質細胞在缺血性腦卒中中的作用研究進展

盛玲麗，騰興瓊，李寒梅，王穎，殷梅

腦卒中仍是全球人群殘疾和死亡的主要原因之一，其中缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）占75%～80%［1］。盡管藥物治療和血管內介入治療極大地改善了IS患者的預后，但臨床上IS后繼發性腦損傷的治療方法仍非常有限。研究表明，神經炎癥在缺血性腦損傷的發生和進展中起著關鍵作用，持續的神經炎癥可在腦梗死過程中損傷神經元和血腦屏障（blood-brain barrie，BBB），破壞腦組織，進而使神經功能結局惡化［2］。IS發生時，細胞內物質（如核酸、脂質和蛋白質）會逃逸到細胞外空間，并充當損傷相關分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP），從而觸發小膠質細胞上的模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR），導致炎癥細胞因子和趨化因子的產生，并激活各種炎癥信號通路［2-3］，而抑制炎癥反應可以減輕神經功能缺損程度［4］。由此可見，神經炎癥在IS誘導的腦損傷中起著至關重要的作用。

小膠質細胞是中樞神經系統（central nervous system，CNS）中的常駐巨噬細胞，在CNS發育、穩態和疾病中起著至關重要的作用，其參與大腦中的各種生理過程，包括神經元生成、突觸重塑、炎癥損傷和抗原呈遞等［5］。IS發生后，被激活的小膠質細胞會迅速向損傷部位遷移，通過產生炎癥細胞因子和細胞毒性物質來加劇組織損傷，而在缺血損傷的恢復期其通過清除碎片和產生抗炎細胞因子及生長因子來促進組織修復和神經重塑［6］。小膠質細胞介導的神經炎癥不是一個孤立的過程，其與BBB損傷、神經毒性、細胞凋亡、氧化應激、自噬、神經重塑和血管生成等其他病理生理過程具有復雜的關系［7］。近年來，研究者們對小膠質細胞的激活和極化進行了廣泛的研究，發現小膠質細胞激活是一個復雜的過程，其可能受到許多物質和周圍細胞的影響，如神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞和內皮細胞［8］。盡管越來越多的實驗證據表明，靶向小膠質細胞是一種潛在的治療IS的有效方法［9］，但臨床進展緩慢，目前還沒有臨床研究能夠提供令人信服的證據來證明任何生化或物理療法可以通過特異性靶向IS后激活的小膠質細胞而發揮神經保護作用。本文主要介紹了IS后小膠質細胞的激活和極化機制、小膠質細胞在IS中的作用以及潛在的基于小膠質細胞的IS治療措施，以期為IS患者提供新的治療靶點，為相關課題研究提供新思路。

1 IS后小膠質細胞的激活和極化機制

IS后大腦中復雜的炎癥反應主要包括小膠質細胞（巨噬細胞）激活、促炎細胞因子水平升高、外周免疫細胞侵襲和神經組織損傷，其中小膠質細胞激活是IS后發生炎癥反應的第一步。在缺血性腦損傷發生過程中，小膠質細胞會發生形態變化，即小膠質細胞激活［10］。局部腦缺血可導致腦血流量減少和能量剝奪，此時天然小膠質細胞會迅速遷移到損傷部位并發生形態學變化，通常表現為細胞體肥大、運動分支發育或軀體遷移［11］。小膠質細胞在IS發生前后至少經歷4種形態變化，分別命名為分支、中間型、變形型、圓形小膠質細胞，其中具有小細胞體的分支小膠質細胞是靜息小膠質細胞，其細胞體小，突起長，主要位于缺血核心遠端或對側半球；分支小膠質細胞接觸到損傷信號后被激活并轉變為中間型、變形型小膠質細胞，其以細胞體增大和突起變短為特征，會迅速遷移到損傷區域，吞噬細胞碎片或受損神經元，因而中間型、變形型小膠質細胞主要位于梗死周圍區域；圓形小膠質細胞是小膠質細胞最活躍的形式，呈巨噬細胞樣，主要位于梗死核心［10］。

根據小膠質細胞的生物學功能及其分泌的細胞因子和趨化因子，可將其分為“經典”型（M1型）小膠質細胞和“交替激活”型（M2型）小膠質細胞［12］。M1型小膠質細胞具有促炎作用，其在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、壞死細胞、微生物、細菌碎片和干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）的作用下，可產生促炎細胞因子〔如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）、白介素（interleukin，IL）-6、IL-12、IL-1β等〕及趨化因子（如單核細胞趨化蛋白1）等，其還可產生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS），從而誘導強烈的炎癥反應，最終通過N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）的毒性效應增強NMDA受體介導的神經毒性［13］。相反，M2型小膠質細胞在IL-4、IL-13和IL-10的作用下，不僅可產生抗炎細胞因子，還釋放生長因子〔如胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）、神經生長因子（nerve growth factor，NGF）、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）〕以及神經營養因子〔包括膠質細胞源性神經營養因子（glial cell derived neurotrophic factor，GDNF）和腦源性神經生長因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）〕等，從而通過清除細胞碎片、減輕局部炎癥反應以及釋放大量營養因子來促進腦組織修復［14］。

研究表明，核因子κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）、信號轉導子和轉錄激活子（signal transducer and activator of transcription，STAT）家族成員、核因子E2-相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARγ）是4個重要的轉錄因子，其與小膠質細胞表型極化的潛在機制有關，前兩個轉錄因子與小膠質細胞向M1表型極化密切相關，而后兩個轉錄因子與小膠質細胞向M2表型極化密切相關［15-16］。M1型小膠質細胞的激活涉及許多因子，包括細胞因子鞘氨醇1磷酸鹽（sphingosine 1 phosphate，S1P）、LPS、高遷移率族蛋白B1（high-mobility group box 1，HMGB1）、蛋白質S100-B、趨化因子樣因子（chemokine-like factor，CKLF1）、IL-4等，其與細胞膜受體〔如細胞因子受體S1P受體、晚期糖基化終產物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）、Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）4、IL-4受體和C-C趨化因子受體4（C-C chemokine receptor 4，CCR4）〕結合，從而觸發促炎細胞信號通路，如Janus激活激酶2（Janus activated kinase 2，JAK2）/STAT/NF-κB、髓系分化主要反應蛋白Myd88/NFκB信號通路等；M2型小膠質細胞可以被IL-4激活，從而促進PPARγ從細胞核轉移到細胞質，隨后抑制NF-κB，并促進Nrf2的激活以誘導抗炎基因的轉錄［17］。HU等［18］通過短暫局灶性缺血模型大鼠揭示了小膠質細胞激活的動態變化過程，其先經歷早期“健康”的M2表型，然后轉變為“病態”的M1表型。有研究者在大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型大鼠中觀察到，M1型小膠質細胞標志物從發病第3天開始表達，并在2周時達到峰值，之后下降，而M2型小膠質細胞標志物的表達水平從發病第1～3天開始增加，在第5～7天達到峰值，并維持至發病第42天［17］。因此，抑制M1型小膠質細胞釋放促炎細胞因子和促進小膠質細胞從M1表型向M2表型轉變可能是治療IS后繼發性腦損傷的潛在方法。研究顯示，MCAO模型小鼠缺血性腦組織中NF-κB表達水平明顯升高，激活的NF-κB可以促進M1型小膠質細胞分泌促炎細胞因子（如IL-18、IL-6和TNF-α），而NF-κB抑制劑可明顯抑制這些細胞因子的釋放［19］。干擾素調節因子（interferon regulatory factor，IRF）家族與腦卒中后小膠質細胞激活有重要關系，AL MAMUN等［20］通過慢病毒和條件敲除技術來調節小膠質細胞中IRF5或IRF4的表達，結果顯示，IRF5-IRF4信號通路可調控腦卒中后小膠質細胞的激活，且IRF5的過度表達與M1型小膠質細胞的激活有關，而IRF4可負向調節炎癥反應，促進小膠質細胞向M2表型極化。

除了經典分型外，隨著對小膠質細胞研究的深入，還出現了各種亞型，如M2型小膠質細胞可根據不同的刺激過程和功能進一步分為3種亞型，包括M2a、M2b和M2c［21］。

2 小膠質細胞在IS中的作用

2.1 M1型小膠質細胞參與BBB損傷 BBB由通過緊密連接而連接的內皮細胞組成，其與星形膠質細胞、周細胞、神經元和細胞外基質協同作用，可形成選擇性物理屏障，將血流與腦實質隔開，以維持腦穩態［22］。已有研究表明，在腦缺血和再灌注期間，BBB被高度破壞，其中神經炎癥（以內皮細胞和免疫細胞中炎癥遞質上調為特征）發揮了重要作用［23］。M1型小膠質細胞可產生多種促炎細胞因子，如TNF-α、ROS、iNOS、IL-1β、IL-6和IL-18［24］。CHEN等［25］研究發現，M1型小膠質細胞分泌的TNF-α可導致內皮細胞凋亡并加劇BBB損傷，而抗TNF-α治療可減少內皮細胞凋亡和減輕BBB損傷，從而改善腦卒中患者預后。研究表明，小膠質細胞分泌的IL-1β可通過抑制緊密連接蛋白的分泌而增加BBB通透性［26］。另外，促炎細胞因子可增加BBB中內皮細胞黏附分子的表達水平，如細胞間黏附分子1、P-選擇素和血管細胞黏附蛋白，這些黏附分子會促進循環中的中性粒細胞向腦缺血組織浸潤，從而導致腦缺血區域繼發炎癥損傷［27］。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）是鋅依賴性蛋白酶家族，其中MMP-2、MMP-9、MMP-3和MMP-12已被廣泛證明是導致BBB損傷的關鍵介質，其在激活的小膠質細胞、星形膠質細胞和浸潤的中性粒細胞中表達，可破壞BBB中的緊密連接蛋白，從而“壓縮”內皮細胞，導致腦缺血再灌注后2～3 h BBB功能障礙［28］。此外，小膠質細胞產生的趨化因子可上調內皮細胞黏附分子，并促進中性粒細胞浸潤，從而加劇BBB損傷［29］。NEUMANN等［30］使用活體雙光子顯微鏡記錄腦卒中模型小鼠大腦中的中性粒細胞和小膠質細胞動力學變化，證明中性粒細胞通過滾動、黏附的方式向缺血區域遷移，中性粒細胞侵襲與局部腦組織BBB破壞、梗死灶形成有關；其還發現，小膠質細胞的耗竭會影響缺血區域的BBB完整性，這可能是由于中性粒細胞侵襲到梗死區時小膠質細胞已耗竭，這些中性粒細胞并沒有被吞噬而損傷BBB。另外，XIE等［31］在MCAO模型小鼠中發現，激活的小膠質細胞分泌的外泌體——miR-424-5p的過度表達可加劇內皮細胞損傷及其通透性，而抑制miR-424-5p表達可明顯降低MCAO誘導的神經功能障礙和內皮細胞損傷。

綜上，M1型小膠質細胞通過削弱緊密連接、增加細胞旁通透性、促進白細胞侵襲等而參與BBB損傷，因此，抑制小膠質細胞向M1表型極化可維持IS后BBB的完整性。

2.2 M1型小膠質細胞可加劇IS后神經毒性損傷 小膠質細胞的激活可由受損神經元觸發，且興奮性氨基酸介導的神經毒性損傷可加劇M1型小膠質細胞的增殖和激活，增加促炎細胞因子的產生，進而加劇神經元損傷，形成惡性循環［14］。谷氨酸是大腦中最常見的興奮性神經遞質，可參與CNS的多種病理生理過程，其在神經元中合成并在神經元末端附近的突觸小泡中釋放和運輸，還可與小膠質細胞分泌的谷氨酸受體結合［7］。缺血性腦損傷發生后，突觸間隙的谷氨酸受體表達受損，導致谷氨酸在細胞間隙過度積累，引起細胞內鈣超載，從而加重神經元損傷或凋亡［32］。谷氨酸受體分為離子型和代謝型，其中離子型谷氨酸受體主要包括α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體（A-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR）、NMDA受體、紅藻氨酸受體等，代謝型谷氨酸受體（metabotropic glutamate receptors，mGluR）包括8個亞型，除mGluR7外，其他亞型mGluR和所有離子型谷氨酸受體在小膠質細胞上表達［33］。小膠質細胞上NMDA受體被受損神經元激活后可引起促炎細胞因子、抗炎細胞因子和趨化因子的大量釋放和積累，如IL-1β、IL-3、IL-4、IL-5、IL-9、IL-12、IL-13、IL-17、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子和IFN-γ，導致神經元凋亡，進一步加重神經毒性損傷［34］。M1型小膠質細胞還可產生ROS和iNOS，進而增強谷氨酸的毒性效應并介導NMDA受體產生神經毒性［14］。另外，研究顯示，NOD樣受體蛋白（NOD like receptor protein，NLRP）炎癥小體是炎癥反應的關鍵成分之一，腦缺血損傷后，缺血核心區小膠質細胞中NLRP3表達水平明顯升高，且其在再灌注后24 h達高峰，而NLRP3高表達可促進促炎遞質的產生，進而激活小膠質細胞介導的神經毒性損傷，導致神經元凋亡和BBB損傷［35］。

綜上，M1型小膠質細胞可通過產生炎癥細胞因子和細胞毒性物質而加劇神經毒性損傷和組織損傷，而IS后神經毒性損傷的發生機制復雜，涉及很多方面，未來需要更多研究進一步分析。

2.3 M2型小膠質細胞可提高IS后神經可塑性 神經可塑性指CNS損傷后重組其功能和結構的內在能力，對于補償或替代原發病引起的功能障礙至關重要，通常發生在腦缺血病變的對側、同側以及其他偏遠區域，M2型小膠質細胞在調節IS恢復期神經可塑性方面發揮著重要作用，涉及小膠質細胞抗炎細胞因子的釋放、神經發生、血管生成、軸突重排、突觸重塑、細胞外基質和微環境適應等方面［36］。研究表明，M2型小膠質細胞可促進神經前體細胞（neural progenitor cell，NPC）的增殖和分化［14］。THORED等［37］研究顯示，當從成年興奮性毒性紋狀體病變模型大鼠正常腦組織中分離出的NPC暴露于含有小膠質細胞的培養基時，其增殖水平升高，更容易分化為神經元和少突膠質細胞，第2、6、16周腦室下區表達IGF-1的小膠質細胞數量增加，其可能減少神經元凋亡并促進NPC的增殖和分化，進而促進神經發生。IL-4是M2型小膠質細胞釋放的主要抗炎細胞因子之一，其在MCAO模型小鼠體內明顯升高并保持至少2周，而補充外源性IL-4可明顯改善小鼠的神經功能并降低腦梗死發生率［38］。另外，M2型小膠質細胞釋放的BDNF可調節突觸重塑相關蛋白，敲除小膠質細胞中的BDNF，抑制突觸的形成［39］。研究表明，運動訓練［40］、豐富環境［41］和重復經顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）［42］等康復療法可以通過增強突觸重塑性來恢復感覺和運動功能、學習和記憶形成有關的認知功能。LUO等［43］研究表明，rTMS可抑制NF-κB信號轉導和STAT6的激活，促進小膠質細胞向M2表型極化，從而促進神經發生。此外，STAT3信號通路被認為是調節小膠質細胞表型并參與IS中小膠質細胞相關炎癥反應的重要通路，抑制其激活可促進小膠質細胞極化為M2表型，從而抑制神經元凋亡［44］。

綜上，M2型小膠質細胞可通過抑制炎癥反應、分泌神經營養因子和促進NPC增值、分化來發揮神經保護作用，這對提高IS后神經可塑性具有重要意義。

2.4 M2型小膠質細胞可促進IS后血管生成 血管生成是一個復雜的過程，指血管中的原始內皮細胞被分化、增殖、遷移，最終重塑為新的血管。在IS恢復期，新生血管從正常腦組織向缺血半暗帶和中央壞死區延伸，進而改善周圍缺血區的血流灌注，縮小腦梗死體積，為重塑神經結構及恢復CNS功能提供支持［45］。M2型小膠質細胞可產生多種抗炎細胞因子，包括IL-10、IL-4、IL-13等，其可減輕炎癥反應并減少中性粒細胞和其他淋巴細胞向損傷部位募集，從而延緩BBB損傷［24］。其中IL-10不僅可通過下調NF-κB的表達來發揮抗炎作用，還可通過激活抗氧化通路、抑制氧化反應來保護內皮細胞免受氧化應激損傷［46］。另外，M2型小膠質細胞產生的BDNF、VEGF和IL-8可促進腦損傷后血管的生成，從而促進BBB功能的恢復［28］。IS后血管生成可由缺氧組織中的VEGF誘導，并在腦卒中發作后第3天出現且持續至少90 d［39］。SHANG等［47］研究發現，芬戈莫德可減輕IS模型小鼠梗死周圍區域中的小膠質細胞相關神經炎癥，增強M2型小膠質細胞的促血管生成作用，從而在IS中發揮神經保護作用。

綜上，血管生成在IS患者的長期神經功能恢復中起著重要作用，而M2型小膠質細胞與IS后血管生成密切相關，但兩者之間的相互作用機制仍需要進一步研究。

3 潛在的基于小膠質細胞的IS治療措施

靜脈溶栓和血管內介入取栓術是治療IS的有效策略，但其治療時間窗窄，因而需要開發新的治療策略，而抑制小膠質細胞極化為M1表型，并促進其極化為M2表型，以維持抗炎和促炎反應的平衡，是IS的一種潛在的新的治療策略。隨著研究的深入，許多藥物被證明可以調節小膠質細胞的功能。他汀類藥物在IS中除了具有降脂、穩定斑塊的作用外，還具有抗炎作用。ZHANG等［48］研究發現，阿托伐他汀可降低IS后TNF-α、單核細胞趨化蛋白1和IL-6的表達水平，升高IL-4的表達水平，其可通過抑制梗死周圍區域小膠質細胞向M1表型極化來減輕神經炎癥，從而改善神經功能。米諾環素是一種廣譜抗生素，其在CNS中具有抗氧化和抗炎作用。LU等［49］研究發現，米諾環素可縮小MCAO模型小鼠發病第7天腦梗死體積，減輕神經元損傷，抑制反應性神經膠質增生，還可以通過STAT1/STAT6通路促進小膠質細胞向M2表型極化并抑制其向M1表型極化，從而促進神經元存活和神經功能恢復。納洛酮是一種阿片類藥物拮抗劑，研究發現，間歇性納洛酮治療可抑制腦卒中模型大鼠大腦紋狀體和丘腦中的小膠質細胞激活、減少皮質和丘腦中的神經元凋亡，從而促進其行為恢復［50］。部分中藥成分也被證實可以調節小膠質細胞功能，如黃芪甲苷具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的作用［51］。LI等［52］研究表明，黃芪甲苷可降低短暫性MCAO模型大鼠腦缺血/再灌注后14 d的M1型小膠質細胞標志物的表達水平，提高M2型小膠質細胞標志物的表達水平，指出黃芪甲苷可通過PPARγ通路促進小膠質細胞/巨噬細胞向M2表型極化，從而增加BDNF、IGF-1、VEGF表達水平，進而促進神經發生和血管生成，減輕腦損傷和促進神經功能的恢復。LIU等［53］研究顯示，姜黃素后處理可導致MCAO模型小鼠大腦中M2型小膠質細胞標志物升高、M1型小膠質細胞標志物降低，進而減輕IS引起的腦損傷并改善其預后。另外，rTMS在腦卒中患者的康復中得到了廣泛的應用，研究表明，rTMS可以抑制小膠質細胞向M1表型極化，誘導其向M2表型極化，從而起到促進神經發生、抑制神經元凋亡和減輕神經炎癥的作用［54］。

4 小結及展望

基于目前研究，小膠質細胞在IS發展中發揮著“雙刃劍”的作用，即免疫損傷和神經保護作用。M1型小膠質細胞可促進炎癥反應，并通過增加促炎細胞因子的釋放來破壞BBB和導致神經毒性損傷，從而加重對缺血性腦組織的損傷。相反，M2型小膠質細胞通過分泌抗炎細胞因子和神經營養因子來提高神經可塑性和促進血管生成。因此，可在IS的不同階段調節小膠質細胞極化，抑制其向M1表型極化，促進其向M2表型極化，從兩個方面達到抗炎作用，從而促進IS患者神經功能的恢復。未來應著重于小膠質細胞在IS中雙重作用調控靶點的研究，從而為臨床研究提供支持。

作者貢獻：盛玲麗進行文章的構思與設計，文獻搜集，并撰寫論文；盛玲麗、騰興瓊、李寒梅進行文獻整理；盛玲麗、王穎進行論文修訂；殷梅負責文章的質量控制及審校，并對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。