A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞：治療神經(jīng)退行性和神經(jīng)炎性疾病的新靶點

許威 彭濤 曾夢柳

1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院胰腺外科（武漢 430022）；2武漢大學(xué)中南醫(yī)院醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中心（武漢 430071）；3武漢大學(xué)模式動物研究所（武漢 430071）

歷史上研究者一直認(rèn)為神經(jīng)元本身的變化是導(dǎo)致神經(jīng)退行性、發(fā)作性等疾病的主要原因。然而，這種以神經(jīng)元為中心的觀點正逐漸受到質(zhì)疑，研究者認(rèn)為大腦中的非神經(jīng)元細(xì)胞（如星形膠質(zhì)細(xì)胞）在健康或疾病狀態(tài)下都不是旁觀者。星形膠質(zhì)細(xì)胞是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中最豐富的細(xì)胞類型，在維持CNS 的正常功能中發(fā)揮著重要作用。為了應(yīng)對CNS 損傷、神經(jīng)退行性變和感染等，星形膠質(zhì)細(xì)胞會發(fā)生反應(yīng)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(zhì)細(xì)胞的缺陷與更壞的臨床結(jié)果、神經(jīng)炎癥、血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的破壞和神經(jīng)元死亡有關(guān)［1］；另一方面，在慢性CNS 炎癥期間，星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)炎癥和神經(jīng)退行性變［2］。因此，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可能是有益的，也可能是有害的。

為了闡明星形膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞的基因表達(dá)譜。ZAMANIAN 等［3］發(fā)現(xiàn)全身脂多糖注射和大腦中動脈閉塞誘導(dǎo)了兩種不同類型的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，現(xiàn)在分別被稱為A1 和A2 型星形膠質(zhì)細(xì)胞［4］。A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞失去了許多正常功能，如維持突觸，并上調(diào)了許多已被證明對突觸有害的基因；相反，A2 型星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子或抗炎基因，促進(jìn)神經(jīng)元的生存和生長［4］。因此，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞可能是一種潛在的有害表型，而A2 型星形膠質(zhì)細(xì)胞可能具有保護(hù)作用。

近年來，在動物及人類樣本中，研究者們發(fā)現(xiàn)在正常衰老［5］、SCI［6］、創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）［7］、癲癇［8-9］、卒中［10］和神經(jīng)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(zhì)細(xì)胞的A1 型極化。趙靜等［16］的研究表明，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的線粒體呼吸功能并未發(fā)生顯著變化，但其糖酵解功能顯著降低。星形膠質(zhì)細(xì)胞糖酵解活性的降低會減少乳酸釋放，而乳酸作為神經(jīng)元的主要能量來源，是維持神經(jīng)元活動所必須的［17］。因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞的這種轉(zhuǎn)化可能是各種CNS 疾病中神經(jīng)元損傷的重要機(jī)制。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞在疾病的不同階段可能表現(xiàn)出不同的細(xì)胞亞型。劉太聰?shù)龋?8］認(rèn)為通過各種手段抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生、星形膠質(zhì)細(xì)胞移植或星形膠質(zhì)細(xì)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(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的雙重作用，著重討論星形膠質(zhì)細(xì)胞A1 型極化的分子機(jī)制以及其在CNS 疾病的發(fā)生發(fā)展和疾病修復(fù)過程中的作用。

1 星形膠質(zhì)細(xì)胞A1 型極化的分子機(jī)制

LIDDELOW 等［4］在2017 年首次揭示了反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可以分為具有神經(jīng)毒性的A1 型和神經(jīng)保護(hù)作用的A2 型，A1 型是由活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的IL-1α、TNF-α 和C1q 誘導(dǎo)的。近年來，研究人員陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其它刺激也可誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化，而這些刺激因素多數(shù)是通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞及其核轉(zhuǎn)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(chǎn)生ROS，并分泌促炎介質(zhì)，從而導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化。例如，過表達(dá)血小板CD40 配體激活NFκB 信號通路并促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M1 型轉(zhuǎn)化、星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化［19］。膽紅素通過激活NFκB 和caspase-1信號通路促進(jìn)炎性細(xì)胞因子IL-1β 和IL-18 的釋放，增加補(bǔ)體3（complement 3，C3）的表達(dá)，從而誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化［20］。在抑郁癥和EAE 小鼠中，小膠質(zhì)細(xì)胞的NF-κB 通路和NLRP3炎性小體激活，促進(jìn)A1 誘導(dǎo)因子IL-1α、TNF-α、C1q［21］和IL-18［15］的分泌，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞的A1型極化。

其他非小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的因素也能誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞的A1 型極化。激活的內(nèi)皮細(xì)胞能夠誘導(dǎo)A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞，這種細(xì)胞表現(xiàn)出獨特的細(xì)胞外基質(zhì)重塑特征，并具有吞噬功能［22］。三甲基錫通過誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞Ca2+內(nèi)流增加，導(dǎo)致線粒體膜去極化，并增加ROS 和NOS 的產(chǎn)生，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞的A1 型極化［23］。此外，環(huán)狀RNA cir?cIgf1r 通過抑制自噬促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化［8］。

因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞A1 型極化是一個復(fù)雜的過程，其分子機(jī)制包括小膠質(zhì)細(xì)胞和非小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的因素。

2 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)癲癇的發(fā)生和發(fā)展

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

3 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)卒中損傷

A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)了卒中的病理進(jìn)程，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的A1 型極化可以改善卒中后的神經(jīng)功能［27-29］。小鼠腦缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷促進(jìn)了海馬組織中A1 和A2型星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖；而使用藥物促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞由A1 型向A2 型轉(zhuǎn)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(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞極化能夠減少梗死體積，改善小鼠的神經(jīng)功能［28］。在小鼠MACO/R 和星形膠質(zhì)細(xì)胞OGD/R 模型中，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化，能夠發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［29］。

卒中后BBB 被破壞，從而導(dǎo)致腦損傷和隨后的神經(jīng)功能損害。在腦卒中期間，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞通過擴(kuò)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(zhì)細(xì)胞通過增加VEGF、細(xì)胞因子、趨化因子、MMP 和LCN-2直接對BBB 產(chǎn)生有害影響；另一方面，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞還產(chǎn)生可溶性因子來激活小膠質(zhì)細(xì)胞并招募外周免疫細(xì)胞，間接增強(qiáng)炎癥誘導(dǎo)的BBB 破壞［30］。卒中后，星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生A1 型極化，從而促進(jìn)卒中后BBB 的損傷；而阻斷A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞極化減輕了BBB 的破壞［31］。因此，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)了卒中過程中的腦損傷，包括增加梗死體積、擴(kuò)大炎癥損傷、增加BBB 的破壞等；而抑制星形膠質(zhì)細(xì)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(jīng)功能。

4 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞與抑郁癥

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

5 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞與TBI 和SCI

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

在SCI 后，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞主要在損傷部位和顱骨深度表達(dá)［6］。miR-21a-5p 通過促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞A1 型極化，從而導(dǎo)致SCI 后的炎癥［37］。外泌體通過抑制SCI 誘導(dǎo)的A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞激活，發(fā)揮抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用［38-39］，緩解SCI 引起的神經(jīng)元凋亡和軸突損傷［6］，促進(jìn)SCI 后的功能恢復(fù)。通過納米凝膠結(jié)構(gòu)將抗炎藥物注入SCI 部位可抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，恢復(fù)神經(jīng)功能［40］。此外，將未成熟的星形膠質(zhì)細(xì)胞移植到大鼠SCI 部位也可以改善神經(jīng)功能［41］。盡管到目前為止關(guān)于A1 型星形膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞與TBI 和SCI 后的損傷密切相關(guān)，因此A1 型星形膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞促進(jìn)神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展

A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞在AD、HD、PD、MS 和ALS等患者的病變組織中被證實［4］。在神經(jīng)退行性疾病中，小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的線粒體碎片可以激活A(yù)1型星形膠質(zhì)細(xì)胞并將神經(jīng)炎癥傳播下去，最終導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。

6.1 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞與AD GRIMALDI［11］表明，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞圍繞淀粉樣斑塊并分泌炎性細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致AD 的發(fā)病和進(jìn)展。AD 患者的視網(wǎng)膜中星形膠質(zhì)細(xì)胞增多，且AD 患者視網(wǎng)膜中的A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞激活和蛋白質(zhì)聚集有望作為AD 早期診斷的生物標(biāo)志物。A1 型星形膠質(zhì)細(xì)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(jié)合，從而驅(qū)動AD 后的興奮性毒性信號傳導(dǎo)和神經(jīng)元損傷及死亡。減少A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)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(jīng)毒性A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，具有治療AD 的巨大潛力。

6.2 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞與PD 在過表達(dá)α-突觸核蛋白的小鼠中，α-突觸核蛋白的積累誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放趨化因子和炎性細(xì)胞因子，表明α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞在PD中是有害的［43］。在黑質(zhì)中單次給藥LPS 可觸發(fā)局部急性神經(jīng)炎癥，包括神經(jīng)毒性A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，并最終導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體系統(tǒng)的神經(jīng)退行性變和感覺運(yùn)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(zhì)細(xì)胞的激活，從而在PD 中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

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

6.4 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞與ALS IZRAEL 等［46］認(rèn)為，在ALS 疾病的早期階段，星形膠質(zhì)細(xì)胞向具有神經(jīng)保護(hù)特性的A2 型轉(zhuǎn)化；在疾病發(fā)作和運(yùn)動缺陷癥狀出現(xiàn)時，星形膠質(zhì)細(xì)胞獲得具有神經(jīng)毒性的A1 型。在ALS 患者及ALS 小鼠模型中，疾病進(jìn)展晚期的星形膠質(zhì)細(xì)胞獲得A1 反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞表型［4］。在G93A-SOD1 小鼠模型中抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞可減緩ALS 的疾病進(jìn)展［47］。

6.5 A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞與MS 在MS 患者及EAE 小鼠中，星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)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(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1 型極化，從而導(dǎo)致認(rèn)知功能缺陷；MCC950 通過抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，減少海馬神經(jīng)元損傷并改善認(rèn)知功能［15］。抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，能夠改善BBB 的功能，抑制炎性細(xì)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(yán)重程度［48-49］。綜上所述，A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和進(jìn)展，因此，靶向A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞有望成為治療神經(jīng)退行性疾病的新策略。

7 總結(jié)和展望

本文闡述了A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞在多種CNS 疾病中的作用和機(jī)制，并表明通過各種技術(shù)手段來抑制A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的生成、干預(yù)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(zhì)細(xì)胞及其特異性標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)可以很好地解釋反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性以及它與CNS 疾病的關(guān)系。但膠質(zhì)細(xì)胞在CNS 疾病中的關(guān)鍵作用以前一直未得到充分認(rèn)識，隨著A1 型星形膠質(zhì)細(xì)胞在CNS 疾病中的研究大量出現(xiàn)，針對這種表型的研究正成為一個新興的領(lǐng)域，以往在各種CNS 疾病中以神經(jīng)元為中心的觀點受到了挑戰(zhàn)，同時神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用也逐漸受到重視。靶向或阻斷星形膠質(zhì)細(xì)胞極化可能成為治療多種神經(jīng)退行性或神經(jīng)炎性疾病的有效策略，因此如何開發(fā)不妨礙膠質(zhì)細(xì)胞在CNS 中發(fā)揮基本生理功能的膠質(zhì)靶向療法是未來的一個重要研究方向。但目前為止，關(guān)于A1/A2 型星形膠質(zhì)細(xì)胞的研究都是基于細(xì)胞和動物實驗，缺乏臨床實驗證據(jù)。此外，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞表型及其在CNS 疾病損傷與修復(fù)過程中的功能與意義還未完全闡明，需要進(jìn)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.