周細(xì)胞在缺血性腦卒中的作用機(jī)制進(jìn)展

彭擁軍 李文倩 呂鶴群

[摘要] 腦周細(xì)胞是神經(jīng)血管單元的重要組成部分，近年來關(guān)于腦缺血的研究重點(diǎn)逐漸從神經(jīng)元轉(zhuǎn)移到神經(jīng)血管單元。周細(xì)胞位于神經(jīng)血管單元的中心，近年來成為新興研究領(lǐng)域中的焦點(diǎn)。腦周細(xì)胞通過整合、處理鄰近細(xì)胞的信號產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)揮多種功能，包括調(diào)節(jié)血腦屏障、調(diào)節(jié)腦血流、調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)、參與血管生成、調(diào)控干細(xì)胞活性以及表觀遺傳調(diào)控等。本文通過檢索近年來國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，探討周細(xì)胞在缺血性腦卒中的功能和作用機(jī)制，為缺血性腦卒中機(jī)制研究提供參考，為發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)提供思路。

[關(guān)鍵詞] 缺血性腦卒中;周細(xì)胞;神經(jīng)血管單元;血腦屏障

[中圖分類號] R743.3? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）10（b）-0029-04

[Abstract] Cerebral pericytes are an important part of neurovascular units. In recent years， the focus of research on cerebral ischemia has gradually shifted from neurons to neurovascular units. Pericytes are located in the center of neurovascular units and have become the focus of new research fields in recent years. Pericerebral cells perform a variety of functions by integrating and processing the signals of neighboring cells， including regulating the blood-brain barrier， regulating cerebral blood flow， regulating immune inflammatory response， participating in angiogenesis， regulating stem cell activity and epigenetic regulation. By reviewing the relevant literature at home and abroad in recent years， this paper discusses the function and mechanism of pericytes in ischemic stroke， so as to provide reference for the study of the mechanism of ischemic stroke and provide ideas for the discovery of new therapeutic targets.

[Key words] Ischemic stroke; Pericytes; Neurovascular units; Blood-brain barrier

腦卒中是當(dāng)今世界上發(fā)病率、死亡率、致殘率最高的疾病之一，是60歲以上人群致殘及死亡的第二大因素，缺血性腦卒中（ischemia stroke，IS）占其中的80%[1]。腦缺血發(fā)生后隨著一系列分子細(xì)胞事件的發(fā)生，進(jìn)而引發(fā)免疫炎癥反應(yīng)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化、血腦屏障（brain blood barrier，BBB）破壞、神經(jīng)元死亡等。既往以挽救及保護(hù)神經(jīng)元為主要治療目標(biāo)，而近年來提出的神經(jīng)血管單元（neurovascular units，NVU）成為新的治療保護(hù)策略。NVU由內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)周細(xì)胞在IS的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，參與腦血流調(diào)節(jié)、BBB的破壞、免疫炎癥反應(yīng)、血管生成等過程，并具有表觀遺傳學(xué)調(diào)控作用，有望成為IS的新的治療靶標(biāo)。本文通過檢索近年國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，探討周細(xì)胞在缺血性腦卒中的功能和作用機(jī)制，為缺血性腦卒中機(jī)制研究提供參考，為發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)提供思路。

1 周細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）的生理功能

19世紀(jì)70年代Eberth和Rouget最早對周細(xì)胞進(jìn)行描述，1923年Zimmermann根據(jù)其獨(dú)特的位置形態(tài)將其命名為“周細(xì)胞”[2]。周細(xì)胞廣泛分布于微血管系統(tǒng)，嵌于內(nèi)皮細(xì)胞的基底膜內(nèi)，是微血管壁組成之一，又稱為壁細(xì)胞。周細(xì)胞在組織器官中的分布密度具有較大差異，在CNS中密度最高，內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的比例為1∶1～3∶1[3-4]。腦周細(xì)胞位于NVU的中心，通過接受、整合及處理鄰近細(xì)胞發(fā)出的信號產(chǎn)生反應(yīng)，對維持CNS正常功能具有重要作用，參與BBB的形成和維持、腦血流（cerebral blood flow，CBF）調(diào)節(jié)、免疫炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)、血管生成及穩(wěn)定等過程;同時，在缺血/缺氧情況下，周細(xì)胞可表現(xiàn)出多能干細(xì)胞特性。越來越多的研究顯示周細(xì)胞功能異常及缺失在多種腦血管疾病的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。

2 周細(xì)胞在IS中的作用機(jī)制

2.1 周細(xì)胞對BBB的影響

BBB是CNS和循環(huán)系統(tǒng)之間的主要物理屏障，可防止有害物質(zhì)，如神經(jīng)毒素、微生物等進(jìn)入腦內(nèi)，保護(hù)CNS內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，其形成及成熟維持依賴于周細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的緊密聯(lián)系和相互作用。周細(xì)胞作為BBB的重要組成之一，可調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，抑制囊泡運(yùn)輸和免疫細(xì)胞滲入CNS[5]，同時其數(shù)量及在毛細(xì)血管的覆蓋率與血管通透性相關(guān)，故周細(xì)胞對維持BBB的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能正常具有重要作用。

腦周細(xì)胞在腦缺血環(huán)境中極易出現(xiàn)功能異常及死亡[6]，導(dǎo)致BBB完整性破壞，進(jìn)而引起缺血腦組織損傷加重，繼發(fā)神經(jīng)炎癥、腦水腫、腦出血等，影響IS的結(jié)局。研究發(fā)現(xiàn)[7]，缺血發(fā)生后周細(xì)胞開始從腦微血管脫離，使周細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用及細(xì)胞間緊密連接破壞，周細(xì)胞在毛細(xì)血管上覆蓋面積減少，導(dǎo)致BBB結(jié)構(gòu)破壞及滲漏?；|(zhì)金屬蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs），尤其是MMP -9是參與BBB分解的關(guān)鍵分子。缺血可誘導(dǎo)周細(xì)胞快速激活并釋放MMP-9，降解細(xì)胞外基質(zhì)、緊密連接蛋白，增加BBB的通透性，而使用MMP-9抑制劑可減輕滲漏[8]。研究發(fā)現(xiàn)[9]，MCAO小鼠梗死周圍區(qū)的周細(xì)胞中NADPH氧化酶4（NADPH oxidase 4，NOX4）表達(dá)顯著上調(diào)，并通過增強(qiáng)MMP-9的活性進(jìn)一步破壞BBB，增加梗死體積。此外，周細(xì)胞表達(dá)的層黏連蛋白-α5在正常情況下參與維持BBB，抑制層黏連蛋白-α5表達(dá)可減輕緊密連接蛋白的丟失和周細(xì)胞覆蓋率的下降，緩解BBB損傷[10]，而在IS時產(chǎn)生不利影響。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）也與BBB的破壞有關(guān)，缺血腦組織周細(xì)胞表達(dá)VEGF水平上調(diào)，BBB通透性降低，而這一效應(yīng)可被VEGF中和抗體顯著抑制[11]。

2.2 周細(xì)胞調(diào)節(jié)腦血流

周細(xì)胞上表達(dá)一種調(diào)節(jié)血管直徑變化的收縮蛋白，即α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）可舒縮血管，參與神經(jīng)血管耦合，調(diào)節(jié)腦血流。但關(guān)于這一功能尚存爭議，部分研究未檢測出周細(xì)胞上的α-SMA，而近期有研究指出其失敗的原因是α-SMA在組織固定過程中快速解聚[12]。周細(xì)胞的收縮性得到多項(xiàng)證據(jù)支持。研究發(fā)現(xiàn)[13]，周細(xì)胞缺乏小鼠的CBF對神經(jīng)刺激的反應(yīng)性降低，導(dǎo)致神經(jīng)血管解耦，大腦供氧受限，強(qiáng)調(diào)了周細(xì)胞在調(diào)節(jié)血流中的重要性。

盡早實(shí)現(xiàn)血管再通并恢復(fù)腦血流是治療急性IS公認(rèn)的最有效的方法，然而即使實(shí)現(xiàn)血管再通，缺血腦組織微循環(huán)仍得不到充分灌注，這種“無復(fù)流”現(xiàn)象對缺血組織的恢復(fù)不利，影響IS結(jié)局，而這一現(xiàn)象可能與缺血后周細(xì)胞的收縮與死亡有關(guān)[14]。周細(xì)胞的收縮受細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)節(jié)。腦缺血時大量Ca2+內(nèi)流引發(fā)鈣超載，周細(xì)胞收縮引起腦微血管收縮，繼而周細(xì)胞的死亡使微血管處于持續(xù)收縮狀態(tài)，引起微循環(huán)衰竭。再灌注時細(xì)胞內(nèi)線粒體及周細(xì)胞中的NOX4產(chǎn)生大量活性氧又進(jìn)一步加重鈣超載，而抑制活性氧的產(chǎn)生可促進(jìn)微循環(huán)再灌注[15]。因此盡早防止周細(xì)胞收縮及死亡將有利于微血管CBF的恢復(fù)，促進(jìn)微循環(huán)再灌注，改善IS結(jié)局。

2.3 周細(xì)胞調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)

周細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種特性，包括白細(xì)胞募集，響應(yīng)并分泌炎癥因子，抗原遞呈及吞噬能力等，參與CNS免疫炎癥反應(yīng)的多個方面。

腦缺血發(fā)生后垂死的神經(jīng)元會釋放損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）引發(fā)免疫炎癥反應(yīng)。腦周細(xì)胞上表達(dá)DAMPs受體，如toll樣受體4（TLR4）[16]，與相關(guān)分子結(jié)合后釋放多種放炎癥因子、趨化因子，擴(kuò)散炎癥反應(yīng)。同時，炎癥刺激下[如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）]，周細(xì)胞可分泌多種趨化因子募集白細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)。促炎因子IL-17可靶向周細(xì)胞，調(diào)節(jié)血管周圍組織中性粒細(xì)胞功能，促進(jìn)TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-8等促炎因子的釋放[17]。此外，腦周細(xì)胞在缺血時干細(xì)胞特性被激活，增殖并遷移至缺血腦組織附近獲取小膠質(zhì)細(xì)胞表型，分化為具有吞噬能力的小膠質(zhì)細(xì)胞，參與免疫炎癥反應(yīng)[18]。最近一項(xiàng)研究[19]發(fā)現(xiàn)，TNF-α可通過激活I(lǐng)κB-NF-κB和JAK-STAT3途徑促進(jìn)周細(xì)胞釋放IL-6，后者可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。

2.4 周細(xì)胞參與IS后血管生成

血管生成即在原有血管基礎(chǔ)上，內(nèi)皮細(xì)胞出現(xiàn)增殖、遷移和重塑，以出芽的方式生成新血管以滿足局部組織生物學(xué)功能需要[20]，在腦缺血中具有重要意義。周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞通過多種信號通路相互作用調(diào)節(jié)血管生成，包括血小板衍生的生長因子-β/血小板衍生的生長因子受體β（platelet-derived growth factor-β/platelet-derived growth factor receptor β，PDGFβ/PDGFRβ），轉(zhuǎn)化生長因子-β/轉(zhuǎn)化生長因子-β受體2（transforming growth factor-β/transforming growth factor receptor-β，TGFβ/TGFβR2），血管生成素/Tie2（angiopoietin/Tie2，Ang/Tie2）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）/血管內(nèi)皮生長因子受體（VEGFR）、Notch信號通路等。

腦缺血12～24 h內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生增殖和芽生，3 d后梗死周圍微血管密度增加。腦缺血后周細(xì)胞表面的PDGF-Rβ表達(dá)上調(diào)，而內(nèi)皮細(xì)胞分泌的PDGF-B與該受體結(jié)合可促進(jìn)周細(xì)胞向新生血管的募集和遷移，以促進(jìn)新生血管成熟[21]。同時周細(xì)胞在IS發(fā)生后24 h內(nèi)開始分泌VEGF[22]，VEGF-A作為VEGF家族中的主要一員，已被多項(xiàng)研究證實(shí)了其在血管生成中的作用。VEGF-A通過激活內(nèi)皮細(xì)胞中的VEGFR2，引發(fā)多條下游信號，參與促進(jìn)梗死周圍區(qū)域的新血管生成。在MCAO模型小鼠中，腦室注射重組人VEGF可增加毛細(xì)血管密度和周細(xì)胞覆蓋率，促進(jìn)血管生成并減少腦梗死面積[23]。近期一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)[24]，缺氧后腦周細(xì)胞VEGFR-1表達(dá)顯著上調(diào)，VEGF-B與之特異性結(jié)合可加強(qiáng)周細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)合力，提高周細(xì)胞的存活率，促進(jìn)腦缺血區(qū)域血管生成并增強(qiáng)微血管系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.5 周細(xì)胞與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制

表觀遺傳學(xué)是在不改變DNA序列的前提下改變基因的表達(dá)或細(xì)胞的表型，包括DNA甲基化、組蛋白修飾、microRNAs（miRNAs）轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)、非編碼RNA的干擾等。miRNAs是一種數(shù)量豐富而小的（20～25個核苷酸）非編碼RNA，廣泛參與IS發(fā)生后細(xì)胞凋亡、免疫炎癥、血腦屏障調(diào)節(jié)、神經(jīng)血管發(fā)生等病理生理過程。近年關(guān)于腦卒中后miRNAs與NVU組成細(xì)胞之間的關(guān)系及作用機(jī)制的研究越來越多。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)缺血缺氧時腦周細(xì)胞內(nèi)miR-149-5p水平降低，鞘氨醇-1-磷酸受體2（sphingosine-1-phosphate receptor 2，S1PR2）增多，上調(diào)miR-149-5p的表達(dá)可通過靶向S1PR2，抑制周細(xì)胞的遷移，增加N-鈣黏蛋白表達(dá)，降低BBB通透性[25]。此外，miR-532-5p過表達(dá)通過抑制轉(zhuǎn)錄因子BACH1而促進(jìn)周細(xì)胞分泌Ang-1，后者介導(dǎo)血管成熟，增加微血管上周細(xì)胞覆蓋率[26]。此外，IS也會影響長鏈非編碼RNA（lncRNA）表達(dá)譜的改變，但lncRNA與周細(xì)胞關(guān)系的研究尚處于探索階段。目前研究發(fā)現(xiàn)，缺氧可上調(diào)周細(xì)胞內(nèi)缺氧誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)長鏈非編碼RNA（hypoxia-induced endoplasmic reticulum stress regulating lncRNA，HypERlnc）的表達(dá)，調(diào)節(jié)周細(xì)胞的分化、增殖及向內(nèi)皮細(xì)胞的募集[27]。周細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制研究尚處于初期階段，隨著在該領(lǐng)域研究的進(jìn)一步深入，或有望為IS的治療提供新的靶點(diǎn)。

3 小結(jié)及展望

隨著對NVU這一概念的強(qiáng)調(diào)，IS的研究重點(diǎn)從神經(jīng)元保護(hù)轉(zhuǎn)向NVU組成內(nèi)部的復(fù)雜作用關(guān)系上。周細(xì)胞位于NVU的中心，近年來成為新興研究領(lǐng)域中的焦點(diǎn)。周細(xì)胞廣泛參與IS中多種病理生理過程，包括BBB破壞、免疫炎癥反應(yīng)、CBF調(diào)節(jié)、血管生成等，同時，周細(xì)胞表觀遺傳機(jī)制的研究也取得了一定的進(jìn)展。此外，周細(xì)胞在IS中的作用具有雙向性，如腦缺血時周細(xì)胞的脫離可破壞BBB完整性，但其向缺血腦組織新生血管處募集可促進(jìn)血管生成作用，有利于神經(jīng)保護(hù)，因而周細(xì)胞有望成為IS新的治療靶標(biāo)。但時至今日，周細(xì)胞在大腦生理病理情況下的功能及作用機(jī)制仍未完全清楚，故進(jìn)一步揭示周細(xì)胞與NVU中其他細(xì)胞的關(guān)系和相互作用，以及通過何種通路調(diào)節(jié)彼此的功能，將有助于研究及制訂針對性強(qiáng)而有效的治療策略。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? Benjamin EJ，Virani SS，Callaway CW，et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2018 Update：A Report From the American Heart Association [J]. Circulation，2018，137（12）：e67-e492.

[2]? Krueger M，Bechmann I. CNS pericytes：concepts，misconceptions，and a way out [J]. Glia，2010，58：1-10.

[3]? Shepro D，Morel NM. Pericyte physiology [J]. FASEB J，1993，7（11）：1031-1038.

[4]? Daneman R，Prat A. The blood-brain barrier [J]. Cold Spring Harb Perspect Biol，2015，7（1）：a020412.

[5]? Sweeney MD，Ayyadurai S，Zlokovic BV. Pericytes of the neurovascular unit：key functions and signaling pathways [J]. Nat Neurosci，2016，19：771-783.

[6]? Hall CN，Reynell C，Gesslein B，et al. Capillary pericytes regulate cerebral blood flow in health and disease [J]. Nature，2014，508（7494）：55-60.

[7]? Dalkara T，Alarcon-Martinez L，Yemisci M. Pericytes in Ischemic Stroke [J]. Adv Exp Med Biol，2019，1147：189-213.

[8]? Underly RG，Levy M，Hartmann DA，et al. Pericytes as inducers of rapid，matrix metalloproteinase 9-dependent capillary damage during ischemia [J]. J Neurosci，2017， 37：129-140.

[9]? Nishimura A，Ago T，Kuroda J，et al. Detrimental role of pericyte Nox4 in the acute phase of brain ischemia [J]. J Cerebr Blood F Met，2015，36（6）：1143-1154.

[10]? Nirwane A，Johnson J，Nguyen B，et al. Mural cell-derived laminin-α5 plays a detrimental role in ischemic stroke [J]. Acta Neuropathol Commun，2019，7（1）：23.