缺血性腦卒中后小膠質細胞極化調節機制的研究進展

李小玉 駱 嵩 羅文平 劉成玉 劉曉林

蚌埠醫學院第一附屬醫院，安徽 蚌埠 233004

腦卒中后神經炎癥反應對神經元能否繼續存活起重要的調節作用，炎癥調節是治療腦卒中的關鍵［1-2］。神經炎癥反應與腦中的小膠質細胞的激活與極化關系密切［3-4］。小膠質細胞作為中樞神經系統中的固有免疫細胞［5-6］，是神經系統的“哨兵”。腦缺血缺氧后，小膠質細胞迅速被激活，激活后的小膠質細胞分化成不同的表型，并各自以不同的方式調節中樞神經系統穩態［7］。M1表型又稱經典激活型小膠質細胞，通過釋放不同的促炎介質進一步加劇腦缺血損傷［8］；M2表型即交替激活型，可改善局部炎癥，對于組織保存和大腦修復至關重要。進一步闡明卒中后調節小膠質細胞極化的因素可能會加速識別新的治療靶點以改善卒中預后。然而，缺血后小膠質細胞如何改變表型的潛在機制在很大程度上是未知的。本文就小膠質細胞極化為M1 型或M2 型的部分機制做一綜述。

1 小膠質細胞的功能

小膠質細胞在中樞神經系統中占5%～12%［9］，是中樞神經系統重要的免疫細胞，在調節免疫反應和神經元穩態方面起著關鍵作用。在安靜的情況下，小膠質細胞具有吞噬作用且保持靜止，對神經細胞生長的特殊環境發揮免疫監視的作用。但小膠質細胞對能量缺乏特別敏感，大腦受到缺血刺激反應后，靜止的小膠質細胞迅速被激活和活化，也稱為小膠質細胞的極化［10］，接著啟動炎癥級聯反應，一方面，分泌多種炎性細胞因子和神經毒性介質，導致血腦屏障的破壞和細胞外基質的降解，增加神經變性和神經元死亡；另一方面，可分泌抗炎因子保護神經功能［11-12］。

小膠質細胞同時還參與神經元突觸的形成和消除，并可以通過分泌相應的細胞分子調節突觸的發育、成熟和功能［13］。

2 小膠質細胞的極化

小膠質細胞的形態和功能可以在致病因子的作用下發生改變，現在研究公認將其分為經典激活型（M1）和替代激活型（M2）。體外實驗證實，小膠質細胞受脂多糖及γ-干擾素刺激后轉變為M1型，表達IL-1β、IL-6、TNF-α、誘導型一氧化氮合成酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）和CXC 趨化因子配體10（CXC chemokine ligand 10，CXCL10）等促炎介質［14］以及細胞表面標記CD40、CD80 和CD86。此外，M1 表型的細胞毒性效應會加劇組織損傷［15-18］，相反，M2 小膠質細胞通過上調IL-10、精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）和甘露糖受體CD206 等來發揮抗炎反應，調節組織修復、再生和重塑［17-19］。

IL-4 是一種多功能細胞因子，由Th2 細胞分泌。眾所周知，IL-4 調節多種免疫反應，同時也是小膠質細胞和巨噬細胞中M2型極化的最佳特征啟動子。IL-4 作為細胞因子抗炎因子可誘導小膠質細胞M2 型極化，包括增加IL-10、TGF-β、Arg-1和類胰島素一號增長因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）的分泌。這種作用可能通過谷胱甘肽和神經生長因子的上調和凋亡抑制來促進神經元的改造和再生。可見IL-4 免疫調節是促進腦卒中后長期功能恢復的有效途徑［20］。

腦缺血發生后，細胞凋亡信號調節激酶1（apoptosis signal regulated kinase-1，ASK-1）表達水平增加。當ASK-1 被抑制后，M1 型相關促炎因子的表達和釋放降低，M2 型相關因子上調增加，提示ASK1 在持續炎癥條件下參與M1/M2極化。ASK1通過M1/M2極化調節持續性炎癥是缺血性卒中后修復的新方法［21］。

胱硫醚β 合酶（cystathionine β synthase，CBS）是一種內源性H2S 合酶，負責腦H2S 的產生，并優先在膠質細胞中表達。內源性硫化氫是一種氣體遞質，據報道可以調節炎癥，其合成依賴CBS。有研究發現，腦缺血抑制了小膠質細胞的CBS-H2S通路，這導致小膠質細胞產生的CBS 衍生的H2S 減少，小膠質細胞向M1型極化，此外，通過給予外源性H2S供體提高H2S 水平使小膠質細胞M1 極化向M2 極化轉移，表明靶向CBS-H2S途徑是調節腦缺血后神經炎癥的新治療方法［22］。

T-LAK 細胞源蛋白激酶（T-LAK-celloriginated protein kinase，TOPK）是有絲分裂激活蛋白激酶家族中一員。體外研究表明，TOPK 在小鼠小膠質細胞中的過表達上調CD206 和Arg-1，磷酸化組蛋白去乙酰化酶1（histone deacetylase 1，HDAC1）和組蛋白去乙酰化酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）。HDAC1和HDAC2在小膠質細胞中表達豐富，參與小膠質胞M1/M2 極化［23］。TOPK 通過抑制HDAC1/HDAC2 活性而積極調節小膠質細胞向M2極化。TOPK的過表達可通過減少M1表型炎癥因子的釋放，增加TGF-β的釋放和TGF-β和細胞因子信號轉導負調控因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）、M2表型細胞因子及其調節因子的mRNA水平，抑制M1 轉化，促進M2 轉化，而TOPK 沉默具有相反的作用。這些發現表明TOPK 可通過調節HDAC1/HDAC2 和組蛋白乙酰化來影響小膠質細胞極化，從而對腦缺血-再灌注損傷提供神經保護［24］。

免疫相關分子在小膠質細胞極化過程中發揮重要作用。多項證據表明Fas-FasL 信號在凋亡無關的過程中起作用，如增殖、血管生成、纖維化，特別是炎癥［25］。Fas配體（FasL）是腫瘤壞死因子蛋白家族的一員，分為膜結合形式（mFasL）和可溶性形式（sFasL）。有證據表明sFasL 是趨化性的，其特征是促炎作用，缺血狀態神經元會釋放sFasL，可能通過激活JAK2/STAT3和NF-κB信號通路，使其磷酸化，從而促進小膠質細胞極化為M1型［26］。這與先前研究FasL突變體和用FasL中和抗體可抑制小膠質細胞向M1型極化，同時發揮抗炎、保護神經功能的結果相一致。

骨橋蛋白（osteopontin，OPN）參與了體內多種生理和病理過程，在腦梗死后的亞急性期表達，對小膠質細胞具有重要的趨化作用，是一種磷酸化糖蛋白。OPN 被小膠質細胞分泌到細胞外基質中，通過旁分泌和自分泌信號作用，激活小膠質細胞并與其他影響再生的細胞相互作用。眾多研究表明，OPN 可以通過抗炎、促血管新生、促神經干細胞遷移等多種方式保護缺血腦組織，減輕腦損傷。在調節神經炎癥方面，OPN可調節原代培養的小膠質細胞的存活，抑制小膠質細胞分泌TNF-α、IL-6、iNOS等促炎細胞因子［27］，從而抑制M1型極化，促進M2 型極化［28］，減少缺血性梗死面積并減輕其缺血性損傷，這可能與其有效參與炎性小體和小膠質細胞炎癥激活的抑制調控有關［29］。

越來越多的證據表明，MicroRNA 在中樞神經系統疾病的病理生理中發揮重要作用，現已發現幾種MicroRNA與中樞神經系統疾病中的小膠質細胞活化或小膠質細胞極化有關。MicroRNA 是小的非編碼RNA 分子，參與基因表達的調節，可作為神經炎癥的有效微調劑。miR-155 和miR-146a 與小膠質細胞極化成M1有關，增強了促炎反應，相反，miR-124，miR-21和miR-145 抑制小膠質細胞向M1 表型極化，對于制止過度的炎癥至關重要。研究發現，miR-155 的靶點是細胞因子信號轉導抑制因子1（SOCS1）、CCAAT 增強子結合蛋白α（CCAAT enhancer binding protein α，C/EBPα）和Smad2，其在抗炎反應中起重要作用。因此，miR-155 的表達增加會加劇炎癥，維持小膠質細胞的活化并導致神經毒性。腦缺血后，小膠質細胞miR-146a 上調，這種效應可能源于TLR2/TLR4活化，TLR2和TLR4為Toll樣受體家族成員。也有其他研究表明，miR146a通過調節NF-κB信號通路，促進小膠質細胞極化為M1 型。生理條件下，小膠質細胞在未激活狀態下表達高水平的miR-124，主要表達M2型標記物。miR-124 可以促進小膠質細胞的靜止，在單核細胞和小膠質細胞的不同亞群中，miR-124 可以將細胞極化從M1 表型轉換為M2 表型。可見MicroRNA 通過調控小膠質細胞極化，在缺血性腦卒中發生發展中發揮著重要作用。

NLR類受體是一類胞質傳感器或受體，其對各種病原體相關分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）作出反應，這一反應與微生物和損傷相關分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）有關。而其中炎性小體NLRP3（NOD-like receptor pyrin-containing 3，NLRP3）目前研究最多。NLRP3 是免疫炎癥反應的重要組成部分，其通過激活炎性通路，促進炎癥反應的級聯放大，在缺血性腦卒中炎癥發展中起重要作用［30］，可介導小膠質細胞由靜息態轉向激活態［31-32］，通過誘導神經元凋亡、促進炎性因子釋放加重小鼠腦缺血-再灌注損傷。NLRP3 是產生IL-1β的必需調節劑，白介素-1β的分泌增加炎癥和神經毒性，促進小膠質細胞的M1型極化，同時導致神經退化和神經元死亡。最新研究發現，NLRP3 3’-UTR包含miR-34c的保守結合位點，證實NLRP3 是miR-34c 的靶基因，miR-34c 抑制NLRP3 的表達，隨后抑制炎癥體活性和細胞因子成熟，從而也抑制了小膠質細胞焦亡帶來的腦炎性損傷［33］。有研究證實，外周血NLRP3 炎性小體還可直接促進脂質過氧化，增加氧自由基生成，激活體內血小板，加速血小板的黏附與聚集，導致血栓形成等促進卒中發生［34-35］。因此，抑制NLRP3炎癥體被認為是神經退行性疾病的治療靶點。

小膠質細胞髓樣細胞觸發性受體-1（triggering receptor expressed on myeloid cells-1，TREM-1）是一種已知的調節腦免疫反應的受體［36］，是炎癥的關鍵調節因子。研究證實，腦缺血損傷發生后小膠質細胞TREM-1表達上調，抑制TREM-1 表達后，缺血誘導的梗死和神經元損傷得到顯著減輕。此外，阻斷TREM-1，小膠質細胞M1極化和中性粒細胞募集顯著減少，可以增強海馬體中的細胞增殖和突觸可塑性，從而導致長期的神經功能改善。其作用機制可能是小膠質細胞TREM-1 通過與脾酪氨酸激酶相互作用激活了CARD9/NF-κB信號通路和NLRP3炎癥體，隨后導致炎癥細胞因子和趨化因子的產生。阻斷TREM-1可以抑制TREM-1/SYK 通路的激活和隨后的炎癥反應，從而挽救卒中的預后［37］。

集落刺激因子1 受體（colony stimulating factor 1 receptor，CSF1R）是一類酪氨酸/絲氨酸激酶，特別在小膠質細胞/巨噬細胞中表達，主要負責調節小膠質細胞/巨噬細胞的增殖和分化［38］。研究表明，抑制CSF1R 可以通過抑制小膠質細胞的活化來調節神經功能，發揮對腦損傷的神經保護作用［39］。全腦缺血中，Ki20227 作為CSF1R 的特異性抑制劑，有效保護神經元的樹突棘密度和樹突結構免受腦損傷。Ki20227 能抑制CSF1R 的磷酸化，在小膠質細胞活化中起重要作用［40］。給予Ki20227 可改善小鼠缺血誘導的行為缺陷并減輕小膠質細胞相關的炎癥，這通過小膠質細胞M1表型因子和鈣結合蛋白表達中的基因表達下調，同時小膠質細胞M2 表型表達的增加得到驗證［41］。

3 目前針對小膠質細胞極化的治療

米諾環素一方面選擇性抑制小膠質細胞向M1 型極化，另一方面可改善局部腦缺血后血腦屏障通透性，在缺血性腦卒中中發揮長期保護作用。垂體腺苷酸環化酶激活多肽可以促進小膠質細胞向M2 型極化，減少腦梗死面積，改善神經功能。二甲雙胍可以抑制NF-κB介導的炎癥信號，利于小膠質細胞轉化成M2型。α-硫辛酸（α-lipoic acid，LA）是一種抗氧化劑，容易侵入血腦屏障，是治療糖尿病的一種藥物，最新研究發現，α-硫辛酸可明顯減輕小膠質細胞的多種炎癥反應，可以降低NF-κB信號轉導相關的免疫應答，降低NLRP3 炎癥小體的活化、降低M1 表型標記物（IL-1β和ICAM1 基因），而增加了M2 表型標記物（MRC1 和ARG1 基因），使小膠質細胞表型由M1向M2轉變［42］。

研究［43］發現，經腦室移植間充質干細胞作為一種新方法可以促進小膠質細胞趨于M2型。人類神經干細胞，在腦內移植時，也可以減弱小膠質細胞的活化，并有利于這些細胞向M2 抗炎表型的轉變。與間充質干細胞相比，神經干細胞的吸引力在于其致力于神經細胞譜系分化的獨特性質［44］。有研究者對腦缺血患者注射自體來源M2 型細胞，發現其神經癥狀改善明顯，未見嚴重不良反應，說明M2 型細胞移植具有一定的安全性和有效性［45］。

Malibatol A是一種白藜蘆醇低聚體，通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體和抑制Ste20 樣激酶1 磷酸化減輕炎癥反應，促進M2型小膠質細胞極化［46-47］。銀杏內酯B 可以通過抑制血小板激活受體激活來誘導產生M2型小膠質細胞［48］。姜黃素通過TREM2/TLR4/NF-κB 途徑促進小鼠小膠質細胞M2 極化，抑制神經炎癥［49］。

4 結論與展望

腦缺血后的炎性反應是一把雙刃劍，損傷部位的微環境變化決定炎性反應發揮保護或者損傷神經的作用。這個“角色選擇”取決于病變微環境中的多種分子信號［50］，小膠質細胞因其在炎癥方面作用的雙面性在腦缺血后炎癥反應治療中起著非常關鍵的作用［51］，可通過干預炎癥通路上的不同靶點使小膠質細胞的極化趨向于抗炎表型M2 型，達到減少腦梗死面積、保護神經功能等積極作用。但小膠質細胞炎癥調節通路極其復雜，涉及多種信號分子，因此，在今后的研究中，需要研究者更加深入地探究小膠質細胞在腦缺血引起炎癥反應中的作用及變化過程的分子機制，對于實現以小膠質細胞為靶向的中樞神經系統疾病的診斷、治療、療效評估、改善預后均有重要指導意義。