周細胞在脊髓損傷中的作用

王思凱，王玉玞，閆景龍

哈爾濱醫科大學附屬第二醫院骨科，哈爾濱 150010

脊髓損傷（SCI）會導致患者自主神經功能、運動和感覺功能喪失，對患者的生活質量產生極大影響［1］。SCI的病理變化包括損傷部位缺血、缺氧、神經元受損、瘢痕組織形成和炎性反應等［2］。近年來，SCI的病理變化機制研究日趨深入，周細胞作為脊髓微環境的重要組成部位，在SCI的病理過程中發揮著重要作用。SCI發生后神經元軸突遭到破壞，這一過程伴隨著血-脊髓屏障的破壞，神經膠質細胞和神經元細胞活化，并分泌多種副產物（包括基質金屬蛋白酶、游離氧自由基、趨化因子和細胞因子）［3］。各種免疫細胞滲入損傷部位［4］，受損區域周圍還會產生星形膠質細胞，小膠質細胞同樣會被激活［5-6］。以往的實驗研究大多主要關注膠質細胞的作用。近期，周細胞作為新的研究熱點，其在中樞神經系統（CNS）病理生理狀態下的作用倍受重視。Dias等［7］和Magno等［8］的研究表明，SCI發生后周細胞與血管分離，增殖并遷移至纖維瘢痕中心，而阻斷周細胞參與的瘢痕形成過程可使軸突再生適度增加。另有研究［9］發現，SCI發生后受損區域的血管重建同樣需要周細胞的參與。周細胞或可作為治療SCI的潛在靶點，通過調節周細胞的功能，調控SCI的病變過程，促進神經軸突再生及神經功能恢復，改善患者預后。筆者通過查閱國內外SCI相關文獻，對周細胞在SCI中的作用機制相關進展作如下綜述。

1 周細胞生理特性

周細胞主要分布在毛細血管及其前后小動脈，并形成環狀、縱向及網狀突起［10］，通過物理接觸及旁分泌的方式與內皮細胞進行細胞通信。血管內皮細胞構成血管網絡的初始形態，并釋放血小板衍生生長因子-BB（PDGF-BB）等物質，吸引周細胞募集［11］，同時周細胞與信號分子相互作用激活PI3K、RasGAP、ERK等信號通路控制血管內皮細胞的增殖和遷移，參與血管生成。靠近微循環系統的周細胞突起呈環形，且高表達α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA），同時周細胞還參與控制內皮細胞的收縮，從而影響血管直徑的改變［12-13］。在毛細血管上，相鄰周細胞的終末突起會發生動態延伸和回縮，以平衡每個周細胞占據的面積。通過對毛細血管進行雙光子照射對單個周細胞進行消融后，相鄰的周細胞會發生延伸，以在受消融影響的區域重新建立周細胞覆蓋。一旦周細胞延伸過程完成，在消融區域觀察到的血管擴張即被逆轉，這為周細胞維持血管張力提供了證據［14-15］。且在不同組織器官中周細胞的含量也存在差異，值得注意的是，大腦中周細胞與內皮細胞的比例最高，這表明了它們在CNS中功能的重要性。

周細胞的分化來源存在差異，在大多數組織器官，如結腸中的周細胞來源于中胚層，而腦組織中的周細胞主要分化自胚胎的外胚層［16］。周細胞的分布和分子標志功能也不盡相同［17］。最常用的周細胞分子標志物是神經/膠質抗原2（NG2）、硫酸軟骨素蛋白聚糖4（CSPG4）、血小板衍生生長因子受體β（PDGFRβ）及肌球蛋白1B［18］。尚不存在單一的標志物能明確標記整個周細胞族群。可根據NG2-DsRed和Nestin-GFP的表達來標記脊髓周細胞的2個亞群。據報道，轉基因NG2-DsRed/Nestin-GFP小鼠脊髓血管周圍存在A型（NG2-DsRed+）和B型（Nestin-GFP+）亞群周細胞。SCI發生后只有A型周細胞（NG2-DsRed+）被募集到纖維瘢痕的中心［19］。

CNS中周細胞與內皮細胞、星形膠質細胞共同構成血-腦屏障（BBB）的基本結構。周細胞依靠N-鈣黏著蛋白等與內皮細胞相黏附，保證內皮細胞間的緊密連接［20］。同時，周細胞釋放的血管緊張素1（Ang-1）和轉化生長因子-β1（TGF-β1）具有維持BBB功能的作用［21］。周細胞的覆蓋率還會影響內皮細胞Mfsd2a（主要促進因子超級家族成員）的表達，進而影響BBB的通透性［22］。另有實驗研究［23］表明，周細胞缺乏的Sod1基因突變小鼠（肌萎縮側索硬化癥模型）會出現周細胞缺乏并伴血-脊髓屏障破壞，也證實了周細胞在維持BBB完整中的重要性。周細胞還會對損傷等因素引起的脫髓鞘過程產生反應，增殖并分泌層粘連蛋白α2（LAMα2），該物質能增強少突膠質前體細胞（OPC）活性，促進其分化為髓鞘少突膠質細胞［24］。

2 SCI中周細胞的作用

2.1 周細胞收縮毛細血管引起局部缺氧

CNS的血管受多因素調控，以確保其血液供應。正常的血液供應對CNS功能的維持具有重要意義。血流一旦受限，CNS極易受到損傷［25］。神經活性物質，如5-羥色胺（5-HT）、去甲腎上腺素（NA）和多巴胺，與小動脈平滑肌細胞（SMC）共同作用調節血管收縮和舒張，控制CNS血流量［25］。CNS的毛細血管周圍環繞有疏松分布的周細胞［26］，周細胞內含有的α-SMA具有收縮性，受單胺作用后會引起毛細血管收縮［27］。SCI發生后周細胞內的氨基酸脫羧酶（AADC）過表達，促進痕量胺（TA）的形成，TA可激活周細胞的收縮作用，導致血管收縮，減少CNS血流供應，從而導致組織缺氧。SCI大鼠的動物實驗發現，周細胞收縮導致局部毛細血管收縮，從而減少血流量并引起損傷部位下位脊髓持續數月處于慢性缺氧狀態，抑制單胺受體或抑制AADC的作用，均可改善缺氧狀態，從而改善受傷動物的運動功能［28］。另外值得注意的是，提高吸入氧濃度也能讓受損部位下位脊髓的氧含量在一段時間（20 min）內相對升高，原因可能是較高的氧濃度提高了神經元活性，引起血管舒張因子的釋放，進而提高了局部血流量［28］。因此，抑制TA生成或阻斷下游周細胞收縮似乎是促進SCI后部分功能恢復的有效方法。通過短暫呼吸高氧含量空氣來提高局部氧含量也具有反饋作用，由此局部血流量的增加起到進一步的正向作用，從而獲得較好的預后。

Yuan等［29］通過動物實驗證實，周細胞分泌的外泌體對SCI的缺血缺氧情況有一定的改善作用。經外泌體治療后，受損組織的缺血缺氧相關標志物——低氧誘導因子1α（HIF-1α）表達水平明顯降低，內皮細胞調節血流的能力有所提高。然而，目前尚不清楚SCI后血管收縮是由周細胞的哪一個亞群導致的。因此，是否只有特定周細胞亞群才能起到促進SCI后血管收縮的作用仍未可知。未來的研究應著重探討這種血管收縮作用是否普遍存在于不同亞型的周細胞之中，從而讓SCI發生后組織缺氧的臨床治療更加精準、有效。

2.2 周細胞與瘢痕形成

SCI發生后損傷部位會形成瘢痕組織，一方面，瘢痕組織的存在能恢復受損組織的連接；另一方面，瘢痕組織也限制了軸突再生和神經回路重建［30］。Dias等［7］的動物模型實驗表明，SCI發生后，周細胞與血管分離，增殖并遷移至纖維瘢痕的中心，在纖維瘢痕組織中發現了起源于A型周細胞的成纖維樣細胞；當A型周細胞功能被抑制后，表達PDGFR的基質細胞水平顯著降低，纖維瘢痕相關基因表達含量明顯減少，纖維組織瘢痕形成過程被抑制；同時可以發現受損部位下位脊髓軸突生成過程被促進，脊髓功能得到明顯改善，提示A型周細胞可作為新的SCI治療靶點。通過抑制A型周細胞的作用可以減少纖維組織瘢痕的形成，改善SCI后的軸突再生狀態，起到促進神經功能恢復的作用。

另外，SCI發生后周細胞可分泌一種細胞外基質—骨膜素，其在纖維瘢痕形成過程中起關鍵作用。實驗研究［31］證明，骨膜素的表達在SCI后第7天達到峰值，并主要存在于周細胞中。抑制骨膜素基因表達可抑制周細胞的增殖，從而減少瘢痕組織形成。因此，骨膜素可作為一個潛在的治療調節因素，通過遺傳學手段或靶向藥物抑制骨膜素功能可減少瘢痕形成，改善SCI預后［31］。鞘氨醇-1-磷脂（S1P）在膠質瘢痕的形成過程中具有重要作用。Tang等［32］的研究證實，SCI促進S1P 受體3（S1PR3）在周細胞的表達，且S1P/S1PR3能通過Ras/pERK途徑調節周細胞的增殖。S1PR3抑制劑——CAY10444能增強SCI后神經元存活、減輕膠質瘢痕形成、促進運動功能的恢復，提示S1P/S1PR3可能是SCI臨床治療的一個潛在靶點。

2.3 周細胞與炎性反應

SCI的發生還伴有炎性反應，而周細胞在炎性反應過程中也發揮重要作用［33］。周細胞對炎性信號有較高敏感度，在炎性環境下，周細胞會上調黏附分子表達，促進白細胞通過BBB向炎性反應部位轉移，而被中性粒細胞浸潤的部位組織內皮細胞和周細胞的間隙也會增大［34］。周細胞還會分泌大量促炎分子、細胞因子和趨化因子［35］，例如S1P、血管內皮生長因子（VEGF）等，通過上調血管內皮細胞的黏附分子和連接蛋白，增強血管的屏障功能。Smyth等［36］的實驗結果表明，經脂多糖（LPS）刺激的周細胞能促進血管內皮細胞分泌更多的趨化因子和黏附分子，如促血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）和細胞間黏附分子-1（ICAM-1）。而周細胞相關基因缺失會導致內皮細胞白細胞黏附分子和質膜囊泡相關蛋白（PLVAP）上調，PLVAP對血管內白細胞遷移起到調節作用［37］。周細胞遇LPS會分泌包括白細胞介素-10（IL-10）、IL-13在內的抗炎細胞因子［36］。腫瘤壞死因子（TNF）在炎性反應中也起到重要作用，對于炎性反應后的血管生成具有拮抗效能。周細胞的存在可以減輕TNF的拮抗作用，進而促進炎性反應部位的血管生成［38］。周細胞不僅能對炎性刺激作出反應，還可作為調節因子直接影響炎性反應過程。受TNF-α調節的周細胞能激活中性粒細胞和單核細胞［13］。周細胞自身釋放的趨化因子，如CCL2和CCL3，能起到募集單核細胞和T細胞的作用，從而促進炎性細胞向受損部位聚集［39］。周細胞還能調節淋巴細胞活化、參與血管內免疫細胞的運輸［40］，周細胞本身還具有吞噬細胞的作用，能有效清除有毒的細胞副產物［41］。

3 總結與展望

SCI發生后，周細胞會促進局部血管收縮進而導致脊髓組織缺血、缺氧，還作為重要因素參與SCI后纖維瘢痕組織的形成及炎性反應過程，從而對脊髓軸突再生及神經功能恢復產生重要影響。以上研究進展，對SCI發生后軸突再生及神經功能恢復有一定的治療指導意義，為SCI的治療提供了新的治療靶點。在未來的研究中，研究者應嘗試尋找特定的標志物對周細胞進行追蹤標記，明確不同亞型周細胞的具體作用，闡明周細胞與其他構成SCI微環境的細胞之間的相互作用機制，為SCI的治療提供更加精準的靶點，為改善SCI患者預后提供新的治療思路。