A1型星形膠質細胞：治療神經退行性和神經炎性疾病的新靶點

許威 彭濤 曾夢柳

1華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院胰腺外科（武漢 430022）；2武漢大學中南醫院醫學科學研究中心（武漢 430071）；3武漢大學模式動物研究所（武漢 430071）

歷史上研究者一直認為神經元本身的變化是導致神經退行性、發作性等疾病的主要原因。然而，這種以神經元為中心的觀點正逐漸受到質疑，研究者認為大腦中的非神經元細胞（如星形膠質細胞）在健康或疾病狀態下都不是旁觀者。星形膠質細胞是成人中樞神經系統（central nervous system，CNS）中最豐富的細胞類型，在維持CNS 的正常功能中發揮著重要作用。為了應對CNS 損傷、神經退行性變和感染等，星形膠質細胞會發生反應性增生。在損傷早期，包括脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）和實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）中，星形膠質細胞的缺陷與更壞的臨床結果、神經炎癥、血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的破壞和神經元死亡有關［1］；另一方面，在慢性CNS 炎癥期間，星形膠質細胞促進炎癥和神經退行性變［2］。因此，反應性星形膠質細胞可能是有益的，也可能是有害的。

為了闡明星形膠質細胞的多樣性，研究者采用定量基因組分析來描述各種CNS 疾病中星形膠質細胞的基因表達譜。ZAMANIAN 等［3］發現全身脂多糖注射和大腦中動脈閉塞誘導了兩種不同類型的反應性星形膠質細胞，現在分別被稱為A1 和A2 型星形膠質細胞［4］。A1 型星形膠質細胞失去了許多正常功能，如維持突觸，并上調了許多已被證明對突觸有害的基因；相反，A2 型星形膠質細胞上調神經營養因子或抗炎基因，促進神經元的生存和生長［4］。因此，A1 型星形膠質細胞可能是一種潛在的有害表型，而A2 型星形膠質細胞可能具有保護作用。

近年來，在動物及人類樣本中，研究者們發現在正常衰老［5］、SCI［6］、創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）［7］、癲癇［8-9］、卒中［10］和神經退行性疾病（如阿爾茲海默病（alzheimer′s disease，AD）［11-12］、帕金森氏病（parkinson′s disease，PD）［13］、亨廷頓氏病（huntington′s disease，HD）［14］、EAE［15］）等疾病過程中都伴隨著星形膠質細胞的A1 型極化。趙靜等［16］的研究表明，A1 型星形膠質細胞的線粒體呼吸功能并未發生顯著變化，但其糖酵解功能顯著降低。星形膠質細胞糖酵解活性的降低會減少乳酸釋放，而乳酸作為神經元的主要能量來源，是維持神經元活動所必須的［17］。因此，星形膠質細胞的這種轉化可能是各種CNS 疾病中神經元損傷的重要機制。此外，星形膠質細胞在疾病的不同階段可能表現出不同的細胞亞型。劉太聰等［18］認為通過各種手段抑制A1 型星形膠質細胞的產生、星形膠質細胞移植或星形膠質細胞的基因療法可以為CNS 疾病提供新的治療思路。本文基于反應性星形膠質細胞的雙重作用，著重討論星形膠質細胞A1 型極化的分子機制以及其在CNS 疾病的發生發展和疾病修復過程中的作用。

1 星形膠質細胞A1 型極化的分子機制

LIDDELOW 等［4］在2017 年首次揭示了反應性星形膠質細胞可以分為具有神經毒性的A1 型和神經保護作用的A2 型，A1 型是由活化的小膠質細胞釋放的IL-1α、TNF-α 和C1q 誘導的。近年來，研究人員陸續發現其它刺激也可誘導星形膠質細胞向A1 型極化，而這些刺激因素多數是通過激活小膠質細胞及其核轉錄因子（nuclear factor kappa B，NFκB）和NOD 樣受體蛋白3（nod-like receptor protein 3，NLRP3）信號通路，產生ROS，并分泌促炎介質，從而導致星形膠質細胞向A1 型極化。例如，過表達血小板CD40 配體激活NFκB 信號通路并促進小膠質細胞向M1 型轉化、星形膠質細胞向A1 型極化［19］。膽紅素通過激活NFκB 和caspase-1信號通路促進炎性細胞因子IL-1β 和IL-18 的釋放，增加補體3（complement 3，C3）的表達，從而誘導星形膠質細胞向A1 型極化［20］。在抑郁癥和EAE 小鼠中，小膠質細胞的NF-κB 通路和NLRP3炎性小體激活，促進A1 誘導因子IL-1α、TNF-α、C1q［21］和IL-18［15］的分泌，導致星形膠質細胞的A1型極化。

其他非小膠質細胞相關的因素也能誘導星形膠質細胞的A1 型極化。激活的內皮細胞能夠誘導A1 型星形膠質細胞，這種細胞表現出獨特的細胞外基質重塑特征，并具有吞噬功能［22］。三甲基錫通過誘導星形膠質細胞Ca2+內流增加，導致線粒體膜去極化，并增加ROS 和NOS 的產生，導致星形膠質細胞的A1 型極化［23］。此外，環狀RNA cir?cIgf1r 通過抑制自噬促進星形膠質細胞向A1 型極化［8］。

因此，星形膠質細胞A1 型極化是一個復雜的過程，其分子機制包括小膠質細胞和非小膠質細胞相關的因素。

2 A1 型星形膠質細胞促進癲癇的發生和發展

研究表明［8-9，24］，在癲癇患者和多種癲癇模型小鼠腦內均存在A1 型星形膠質細胞。在癲癇持續狀態小鼠中，circIgf1r 上調，星形膠質細胞A1 型極化；體內抑制星形膠質細胞向A1 型極化能夠減輕癲癇的嚴重程度以及神經元損傷［8］。A1 型星形膠質細胞通過分泌細胞因子從而導致神經元的毒性損傷［8，24-25］，其中以C3 為主［25］。A1 型星形膠質細胞釋放的C3 通過激活其在神經元上的受體C3aR 來直接調節神經元的活動、破壞樹突形態和膠質細胞-神經元信號網絡功能［26］，加重癲癇后的神經元損傷［25］。此外，在癲癇小鼠腦內，A1 型星形膠質細胞還可以分泌大量CXCL10，并通過CXCL10/CXCR3 軸促進癲癇中的神經元鐵死亡［9］。通過各種手段減少星形膠質細胞的A1 型極化可以改善癲癇的嚴重程度以及癲癇后的神經元損傷。因此，A1 型星形膠質細胞有望成為癲癇治療的靶點。

3 A1 型星形膠質細胞促進卒中損傷

A1 型星形膠質細胞促進了卒中的病理進程，抑制星形膠質細胞的A1 型極化可以改善卒中后的神經功能［27-29］。小鼠腦缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷促進了海馬組織中A1 和A2型星形膠質細胞的增殖；而使用藥物促進星形膠質細胞由A1 型向A2 型轉化，改善I/R 損傷及氧-葡萄糖剝奪/再氧（oxygen glucose deprivation/reoxy?genation，OGD/R）誘導的星形膠質細胞損傷［27］。在短暫性大腦中動脈閉塞（transient middle cere?bral artery occlusion，tMCAO）小鼠模型中，抑制A1型星形膠質細胞極化能夠減少梗死體積，改善小鼠的神經功能［28］。在小鼠MACO/R 和星形膠質細胞OGD/R 模型中，抑制星形膠質細胞向A1 型極化，能夠發揮神經保護作用［29］。

卒中后BBB 被破壞，從而導致腦損傷和隨后的神經功能損害。在腦卒中期間，A1 型星形膠質細胞通過擴大炎癥損傷和可溶性因子的分泌來加速BBB 的破壞。一方面，A1 型星形膠質細胞通過增加VEGF、細胞因子、趨化因子、MMP 和LCN-2直接對BBB 產生有害影響；另一方面，A1 型星形膠質細胞還產生可溶性因子來激活小膠質細胞并招募外周免疫細胞，間接增強炎癥誘導的BBB 破壞［30］。卒中后，星形膠質細胞發生A1 型極化，從而促進卒中后BBB 的損傷；而阻斷A1 型星形膠質細胞極化減輕了BBB 的破壞［31］。因此，A1 型星形膠質細胞促進了卒中過程中的腦損傷，包括增加梗死體積、擴大炎癥損傷、增加BBB 的破壞等；而抑制星形膠質細胞的A1 型極化可以減少炎癥損傷和BBB 的破壞，從而改善神經功能。

4 A1 型星形膠質細胞與抑郁癥

A1 型星形膠質細胞與LPS 和急性應激誘導的抑郁樣行為及認知功能障礙有關［32-33］，通過抑制星形膠質細胞的A1 型極化，可以緩解抑郁樣行為［32］。A1 型星形膠質細胞可以降低神經元活性；而富含槲皮素的飲食顯著增強了內側前額皮質（medial prefrontal cortical，mPFC）和海馬的神經元活性，并通過抑制A1 型星形膠質細胞來改善小鼠的抑郁樣行為［33］。在慢性社會失敗應激（chronic social defeat stress，CSDS）小鼠的mPFC 和海馬中，星形膠質細胞表現為A1 型，且mPFC 和海馬中神經元的活動被顯著抑制；抑制A1 型星形膠質細胞可以改善CSDS 小鼠的抑郁樣行為［34］。在慢性輕度應激抑郁癥小鼠模型中，小膠質細胞的NF-kB通路激活NLRP3 炎性小體，誘導A1 型星形膠質細胞的產生，最終導致神經元功能障礙［21］。以上研究表明，通過靶向A1 型星形膠質細胞有望成為治療抑郁癥的潛在治療策略。

5 A1 型星形膠質細胞與TBI 和SCI

CLARKD 等［7］發現在TBI 后的成年大鼠的腦與異體移植物中，A1 型星形膠質細胞在損傷皮層中顯著增加，并表現出更復雜的樹突模式。17β-雌二醇通過抑制小膠質細胞的激活，減少星形膠質細胞的A1 型極化，從而緩解TBI 后的損傷［35］。利拉魯肽在TBI 后調控小膠質細胞炎癥，抑制A1型星形膠質細胞生成，從而改善TBI 后的神經功能恢復［36］。

在SCI 后，A1 型星形膠質細胞主要在損傷部位和顱骨深度表達［6］。miR-21a-5p 通過促進星形膠質細胞A1 型極化，從而導致SCI 后的炎癥［37］。外泌體通過抑制SCI 誘導的A1 型星形膠質細胞激活，發揮抗炎和神經保護作用［38-39］，緩解SCI 引起的神經元凋亡和軸突損傷［6］，促進SCI 后的功能恢復。通過納米凝膠結構將抗炎藥物注入SCI 部位可抑制A1 型星形膠質細胞的激活，恢復神經功能［40］。此外，將未成熟的星形膠質細胞移植到大鼠SCI 部位也可以改善神經功能［41］。盡管到目前為止關于A1 型星形膠質細胞與TBI 和SCI 的研究還較少，但已有的研究提示A1 型星形膠質細胞與TBI 和SCI 后的損傷密切相關，因此A1 型星形膠質細胞是TBI 和SCI 的一個新的研究方向，有望成為其治療靶點。

6 A1 型星形膠質細胞促進神經退行性疾病的發生和發展

A1 型星形膠質細胞在AD、HD、PD、MS 和ALS等患者的病變組織中被證實［4］。在神經退行性疾病中，小膠質細胞釋放的線粒體碎片可以激活A1型星形膠質細胞并將神經炎癥傳播下去，最終導致神經退行性變。

6.1 A1 型星形膠質細胞與AD GRIMALDI［11］表明，A1 型星形膠質細胞圍繞淀粉樣斑塊并分泌炎性細胞因子，從而導致AD 的發病和進展。AD 患者的視網膜中星形膠質細胞增多，且AD 患者視網膜中的A1 型星形膠質細胞激活和蛋白質聚集有望作為AD 早期診斷的生物標志物。A1 型星形膠質細胞釋放的D-絲氨酸與含GluN2B 的突觸外N-甲基-D-天冬氨酸受體結合，從而驅動AD 后的興奮性毒性信號傳導和神經元損傷及死亡。減少A1 型星形膠質細胞釋放神經毒性D-絲氨酸可能對輕度至晚期AD 具有治療作用［12］。XU 等［42］的研究表明，通過抑制神經毒性A1 型星形膠質細胞的激活，具有治療AD 的巨大潛力。

6.2 A1 型星形膠質細胞與PD 在過表達α-突觸核蛋白的小鼠中，α-突觸核蛋白的積累誘導星形膠質細胞釋放趨化因子和炎性細胞因子，表明α-突觸核蛋白誘導的反應性星形膠質細胞在PD中是有害的［43］。在黑質中單次給藥LPS 可觸發局部急性神經炎癥，包括神經毒性A1 型星形膠質細胞的激活，并最終導致黑質紋狀體系統的神經退行性變和感覺運動缺陷［44］。NLY01 是一種有效的GLP1R 激動劑，YUN 等［13］的研究表明，NLY01 是通過抑制A1 型星形膠質細胞的激活，從而在PD 中發揮神經保護作用。

6.3 A1 型星形膠質細胞與HD 研究表明，A1 型星形膠質細胞在HD 中可以引起神經元死亡［4］，且在HD 患者死后組織中存在大量A1 型星形膠質細胞［4］。嚙齒動物服用3-硝基丙酸（3-Nitropropionic acid，NPA）會導致紋狀體退化，并伴有HD 運動神經功能障礙。在NPA 誘導的HD 相關神經功能障礙和神經元死亡出現之前，NPA 可顯著增加紋狀體、海馬和小腦中C3α 以及細胞因子IL-1α、TNFα和C1q 的水平，且NPA 主要誘導大鼠小腦最近系統發育區A1 型星形膠質細胞的生成［45］。然而，DIAZ-CASTRO 等［14］認為幾乎沒有證據證明A1 型星形膠質細胞是HD 中神經元死亡的原因，因為星形膠質細胞中發生的反應性相關變化僅存在于晚期，不太可能導致早期HD。因此，在HD 中，早期星形膠質細胞的變化是否會導致突觸損失仍有待進一步研究。

6.4 A1 型星形膠質細胞與ALS IZRAEL 等［46］認為，在ALS 疾病的早期階段，星形膠質細胞向具有神經保護特性的A2 型轉化；在疾病發作和運動缺陷癥狀出現時，星形膠質細胞獲得具有神經毒性的A1 型。在ALS 患者及ALS 小鼠模型中，疾病進展晚期的星形膠質細胞獲得A1 反應性星形膠質細胞表型［4］。在G93A-SOD1 小鼠模型中抑制A1 型星形膠質細胞可減緩ALS 的疾病進展［47］。

6.5 A1 型星形膠質細胞與MS 在MS 患者及EAE 小鼠中，星形膠質細胞表現為A1 型［4，15］。在EAE 小鼠中，NLRP3 炎性小體激活，并通過其下游的IL-18 激活NF-κB 信號通路，誘導星形膠質細胞向A1 型極化，從而導致認知功能缺陷；MCC950 通過抑制A1 型星形膠質細胞的激活，減少海馬神經元損傷并改善認知功能［15］。抑制A1 型星形膠質細胞的激活，能夠改善BBB 的功能，抑制炎性細胞浸潤，從而防止MS 后的脫髓鞘和軸突丟失，改善EAE 的疾病嚴重程度［48-49］。綜上所述，A1 型星形膠質細胞促進神經退行性疾病的發生和進展，因此，靶向A1 型星形膠質細胞有望成為治療神經退行性疾病的新策略。

7 總結和展望

本文闡述了A1型星形膠質細胞在多種CNS 疾病中的作用和機制，并表明通過各種技術手段來抑制A1 型星形膠質細胞的生成、干預其增殖及活性可能是未來治療CNS 疾病的方向之一。A1/A2型星形膠質細胞及其特異性標志物的發現可以很好地解釋反應性星形膠質細胞的異質性以及它與CNS 疾病的關系。但膠質細胞在CNS 疾病中的關鍵作用以前一直未得到充分認識，隨著A1 型星形膠質細胞在CNS 疾病中的研究大量出現，針對這種表型的研究正成為一個新興的領域，以往在各種CNS 疾病中以神經元為中心的觀點受到了挑戰，同時神經元-神經膠質細胞、神經膠質-神經膠質細胞之間的相互作用也逐漸受到重視。靶向或阻斷星形膠質細胞極化可能成為治療多種神經退行性或神經炎性疾病的有效策略，因此如何開發不妨礙膠質細胞在CNS 中發揮基本生理功能的膠質靶向療法是未來的一個重要研究方向。但目前為止，關于A1/A2 型星形膠質細胞的研究都是基于細胞和動物實驗，缺乏臨床實驗證據。此外，反應性星形膠質細胞表型及其在CNS 疾病損傷與修復過程中的功能與意義還未完全闡明，需要進一步研究探索。

【Author contributions】XU Wei and PENG Tao wrote the article.ZENG Mengliu revised the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted.