鄒林輝 石亞軍 馬磊○☆

幾乎在所有中樞神經(jīng)系統(tǒng) （central nervous system，CNS）疾病中，均可觀察到星形膠質(zhì)細(xì)胞（astrocyte，AST）活化的現(xiàn)象，包括腦感染、脊髓損傷、腦卒中、癲癇等，AST活化在以上疾病進(jìn)程中具有重要作用[1]。在CNS病變中，AST經(jīng)歷增生、活化等過程，最終轉(zhuǎn)變成反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞（reactive astrocytes，RAS）[2,3]。 傳統(tǒng)觀念認(rèn)為 RAS 阻礙神經(jīng)修復(fù)，但新近研究表明RAS具有極大的異質(zhì)性，可劃分為不同的亞型。RAS對CNS病變進(jìn)程既可能有促進(jìn)作用，又可能有抑制作用[4]。在神經(jīng)變性疾?。╪eurodegenerative diseases，ND）中，RAS也被激活，并在疾病進(jìn)程中起重要作用。研究RAS在ND中的相對作用及其具體信號機(jī)制，將為其臨床治療提供重要藥物靶點(diǎn)。

1 RAS的異質(zhì)性及分型

1.1 RAS的異質(zhì)性AST活化不是一個全或無的應(yīng)答現(xiàn)象，不是由簡單的開關(guān)式的信號機(jī)制控制，而是一種非常精細(xì)、逐漸調(diào)節(jié)、連續(xù)的基因表達(dá)和細(xì)胞調(diào)控引起的改變；在基因表達(dá)、細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞信號和功能等方面，RAS表現(xiàn)出極大的異質(zhì)性[3]。

不同類型的CNS損傷或不同的體外條件刺激下，RAS基因表達(dá)可發(fā)生不同變化。膠質(zhì)纖維酸性蛋白 （glial fibrillary acidic protrotein，GFAP）在絕大部分RAS中上調(diào)表達(dá)[5]，有些分子（如 Lcn2）在多種類型的 RAS中也上調(diào)表達(dá)[6]，而其他分子只在特定誘導(dǎo)下特異性表達(dá)。例如，小鼠神經(jīng)炎癥模型和缺血性腦卒中模型中表達(dá)的數(shù)百個基因中，只有部分基因是共有的，如GFAP和波形蛋白；而巢蛋白和韌黏素-C只在缺血性腦卒中模型中表達(dá)[2]。以上研究提示誘導(dǎo)因素或細(xì)胞環(huán)境的不同，導(dǎo)致不同的AST基因轉(zhuǎn)錄。

根據(jù)胞突形狀和膠質(zhì)絲含量可以將AST分為兩種：纖維型星形膠質(zhì)細(xì)胞突起細(xì)長，分支較少，主要分布在腦皮質(zhì)和脊髓灰質(zhì)中；原漿型星形膠質(zhì)細(xì)胞突起粗短，分支多，多分布在神經(jīng)核團(tuán)中。胞體肥大是AST活化的典型特征。并且胞體肥大存在異質(zhì)性，其肥大程度與損傷的嚴(yán)重程度和距離病變部位的遠(yuǎn)近密切相關(guān)：輕中度RAS增生細(xì)胞基本上不重疊，但重度RAS增生（如局部缺血區(qū)域）則有明顯重疊[7]。特別是在組織病變周圍的瘢痕邊界，觀察到新增殖的RAS大量交織在一起[8]。

AST 活化的觸發(fā)分子包括 NF-κB、STAT3、EGF、FGF、內(nèi)皮素1和ATP等[3,9,10]，AST可以對不同的信號分子產(chǎn)生不同的反應(yīng)。NF-κB信號通路和JAK/STAT3信號通路的調(diào)節(jié)作用不同，NF-κB通路在RAS中總體表現(xiàn)促炎癥作用，JAK/STAT3通路則表現(xiàn)抗炎癥作用[3]。而EGFR活化后信號以Ca2+依賴的方式傳導(dǎo)，抑制髓鞘質(zhì)和CSPGs形成軸突[11]。

10%～30%的AST參與血腦屏障的構(gòu)成。RAS釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子，如堿性成纖維細(xì)胞生長因子、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)生長因子等，刺激神經(jīng)元及其突起的生長?？尚纬赡z質(zhì)瘢痕，包繞創(chuàng)傷、感染和缺血病灶，限制炎癥細(xì)胞向相鄰健康組織擴(kuò)散[8]。還可以響應(yīng)不同的炎癥介質(zhì)刺激，選擇性調(diào)節(jié)趨化因子、細(xì)胞因子和生長因子的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)CNS免疫和炎癥反應(yīng)[12]。細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)的刺激可以調(diào)節(jié)RAS的生理功能，影響睡眠和情緒等[13]。

1.2 RAS的分型2012年ZAMANIAN等[2]用全身注射LPS誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥模型，用大腦中動脈閉塞術(shù)誘導(dǎo)缺血性腦卒中模型，發(fā)現(xiàn)RAS的基因表達(dá)具有顯著差異，并將其稱為A1型（A1s）和 A2型（A2s）。A1s高度上調(diào)經(jīng)典補(bǔ)體途徑的基因表達(dá)，對突觸有損傷作用，可能是有害的；A2s上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)，可能具有神經(jīng)保護(hù)作用。這種分類與前文所述細(xì)胞形態(tài)學(xué)的分類方法不同，是以星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能為基礎(chǔ)的分型。

LIDDELOW等[14]于2017年報道了A1s激活的上游信號機(jī)制：①LPS通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞特異性受體TLR4，使小膠質(zhì)細(xì)胞活化；②活化后的小膠質(zhì)細(xì)胞再分泌炎癥因子IL-1α、TNF和 C1q；③這三種細(xì)胞因子同時作用，刺激靜息態(tài)AST轉(zhuǎn)變成A1s。目前，盡管很清楚A1s是由活化的小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的，但誘導(dǎo)A2s的細(xì)胞和分子機(jī)制尚不清楚。

2 RAS活化的信號機(jī)制

AST膜上存在許多受體（如模式識別受體），當(dāng)腦中穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化時，通過檢測細(xì)胞外異常信號，啟動細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)機(jī)制，對環(huán)境變化迅速作出反應(yīng)。細(xì)胞因子、生長因子、嘌呤等觸發(fā)因子與AST膜上同源受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)各種級聯(lián)信號，包括NF-κB通路、JAK/STAT3通路、CN/NFAT通路、MAPK通路和EGF通路等[10]。其中，NF-κB通路和JAK/STAT3通路可能是A1s和A2s活化的關(guān)鍵通路。

經(jīng)典的NF-κB通路在 AST中主要由 LPS、IL-1β、TNFα 等激活[15]。 IκB 激酶的激活導(dǎo)致 IκB 蛋白降解，NF-κB二聚體被釋放并進(jìn)一步修飾，最終進(jìn)入細(xì)胞核中參與目的基因轉(zhuǎn)錄過程。在脊髓損傷模型中，NF-κB缺陷小鼠AST活化減弱（如細(xì)胞肥大和GFAP表達(dá)減少），同時炎癥和損傷面積也減少[16]，提示NF-κB通路在 AST中有促炎癥作用。

JAK/STAT3通路是細(xì)胞因子激活的信號通路：白細(xì)胞介素家族細(xì)胞因子（如IL-6）通過與相關(guān)膜受體gp130特異性結(jié)合，整合后引發(fā)多聚體的組裝，導(dǎo)致JAK/STAT3的磷酸化和核易位，促進(jìn)靶基因的轉(zhuǎn)錄。JAK/STAT3通路可以控制腦發(fā)育過程中的AST發(fā)生，促進(jìn)AST成熟基因（如 gfap和 S100β）的表達(dá)[17]。 STAT3或 GP130的缺陷小鼠中，脊髓損傷后瘢痕形成減少，炎癥和感染的擴(kuò)散增加，提示AST活化過程中JAK/STAT3通路具有抗炎癥作用[18]。

3 RAS在神經(jīng)變性疾病中的作用

神經(jīng)變性疾病又稱神經(jīng)退行性病變，是一類緩慢起病、進(jìn)行性發(fā)展的疾病。包括阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）、亨廷頓?。℉untington diseases，HD）、帕金森病（Parkinson disease，PD）、肌萎縮性側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）和多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）等，主要表現(xiàn)為記憶障礙、認(rèn)知障礙和運(yùn)動障礙等，具有高發(fā)病率、高患病率和高致殘率的特點(diǎn)，對患者家庭及社會帶來沉重的負(fù)擔(dān)。研究表明，RAS可能通過改變谷氨酸穩(wěn)態(tài)、能量代謝、離子平衡、神經(jīng)活性物質(zhì)釋放和蛋白變性進(jìn)程等方式對ND產(chǎn)生影響[9]。在AD的小鼠模型中，RAS比靜息態(tài)AST釋放更多的神經(jīng)遞質(zhì)GABA，導(dǎo)致認(rèn)知障礙[19]；同時AST也在細(xì)胞外淀粉樣斑塊和Aβ肽的清除中發(fā)揮作用[20]。在HD中，AST攝取谷氨酸的改變導(dǎo)致神經(jīng)元毒性[21]，同時又能夠吞噬在神經(jīng)元中表達(dá)的CAG重復(fù)mHtt[22]。因而，RAS在ND中可能產(chǎn)生有利作用，也可能產(chǎn)生有害作用，甚至也可能沒有作用或者兩者兼而有之。現(xiàn)在清楚的是，RAS存在至少兩種不同的激活狀態(tài)，A1s和A2s。研究RAS在ND中的作用，有利于理解ND的發(fā)病機(jī)理，為ND的臨床治療提供靶點(diǎn)。

3.1 A1s在ND中的作用LIDDELOW等[14]根據(jù)基因轉(zhuǎn)錄組譜的不同，選用 S100β、C3與 GFAP共同標(biāo)記 A1s，研究A1s在ND中的作用。他們發(fā)現(xiàn)ND患者的病變腦組織尸檢標(biāo)本中存在大量 A1s，包括 AD、ALS、PD和 HD；與正常組比較有統(tǒng)計學(xué)意義，提示A1s在ND病變進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。A1s失去了許多靜息態(tài)AST的特性，如突觸修飾的能力；同時分泌可溶性毒素，對脊髓運(yùn)動神經(jīng)元、多巴胺能神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞等具有殺傷作用，與ALS和PD密切相關(guān)。A1s在ND中普遍存在，可能對疾病進(jìn)程有促進(jìn)作用。到底是何種毒素導(dǎo)致了這種殺傷作用，尚待進(jìn)一步研究。而抑制A1s的上游信號，如抑制小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的炎癥因子（IL-1α，TNF和 C1q），則是治療 ND的新靶點(diǎn)。目前已經(jīng)有FDA批準(zhǔn)的拮抗IL-1α和TNF的靶向藥物，用于治療各種急性CNS損傷和神經(jīng)變性疾病。

研究A1s在ND中的相對作用，另一途徑是確定星形膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)為A1s的關(guān)鍵信號通路，抑制這些誘導(dǎo)信號通路，阻止A1s的形成，可能延緩神經(jīng)變性疾病的進(jìn)程。有研究表明，NF-κB通路介導(dǎo)的RAS有促神經(jīng)炎癥的作用，可能為A1s激活的信號通路[23]。在多種ND中觀察到NF-κB通路被激活：大鼠腦皮質(zhì)顯微注射 Aβ1-42，部分 RAS中檢測到 NF-κB的活化，同時 COX2和 IL-1β（兩種 NF-κB靶基因）也活化[24]。在ALS病人脊髓AST核中，觀察到NF-κB積聚[25]。因而，抑制NF-κB通路的激活，阻斷其促炎癥作用，是臨床治療ND的潛在靶點(diǎn)，但是其治療藥物及療效仍需深入研究。

3.2 A2s在ND中的作用目前缺乏對A2s的深入研究，LIDDELOW 等[14]選用 S100a10與 GFAP雙標(biāo) A2s，在 MS患者的腦損傷病灶中發(fā)現(xiàn)了A2s的存在，但與正常組相比實(shí)驗(yàn)結(jié)果并無統(tǒng)計學(xué)差異。釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子的RAS刺激神經(jīng)元及突起生長，促進(jìn)瘢痕組織的形成，有利于血腦屏障修復(fù)，是有益的一類星形膠質(zhì)細(xì)胞[23]。而這種有益作用是否存在于ND中，仍需深入研究。也有研究表明，在體外培養(yǎng)條件下，NeuroD1的過表達(dá)可以介導(dǎo)體外培養(yǎng)脊髓轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元[26]，星形膠質(zhì)細(xì)胞在CNS中活化的機(jī)制極其復(fù)雜。RAS為再生軸突提供營養(yǎng)支持以及形成瘢痕組織的同時，也可以抑制軸突再生[27]，所以該類星形膠質(zhì)細(xì)胞也可能會促進(jìn)CNS疾病的進(jìn)程。

JAK/STAT3通路有抗炎癥作用，并介導(dǎo)RAS增殖并促進(jìn)脊髓損傷模型中的神經(jīng)元再生，可能為A2s激活的信號通路[23]。JAK/STAT3通路的激活是ND模型中的普遍特征：在ALS患者和小鼠模型脊髓中，可以在RAS核中檢測到pSTAT3[28]。在多種小鼠ND模型中，JAK/STAT3通路抑制劑SOCS3過表達(dá)，抑制STAT3的核內(nèi)積聚和GFAP的上調(diào)，AST呈靜息狀態(tài)[29]。在轉(zhuǎn)基因小鼠AD模型海馬及動物HD模型紋狀體中，也觀察到RAS核中STAT3積聚現(xiàn)象[29]；MPTP小鼠PD模型中，藥理性抑制JAK，pSTAT3和GFAP水平顯著降低[30]。上述研究表明JAK/STAT3通路與這些模型中的AST活化有重大關(guān)系。由于JAK/STAT3通路具有抗炎癥作用，可能誘導(dǎo)A2s，因而特異性促進(jìn)JAK/STAT3通路激活是ND治療的又一潛在靶點(diǎn)。

4 總結(jié)與展望

本文介紹了RAS多層次的異質(zhì)性、功能分型、活化的信號通路及其在ND中作用的研究進(jìn)展。目前仍有許多問題亟待解決，如RAS活化的多種信號通路以及通路間的交互作用仍然不明確。A1s是由小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)活化的，但誘導(dǎo)A2s活化的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)尚待進(jìn)一步研究。上述治療靶點(diǎn)仍需大量臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對這些問題的解決將有助于我們理解RAS在ND中的作用，為臨床上治療ND或延緩病情進(jìn)程提供依據(jù)。

[1]KANG W,BALORDI F,SU N,et al.Astrocyte activation is suppressed in both normal and injured brain by FGF signaling[J].Proc Natl Acad Sci USA,2014,111(29):E2987-E2995.

[2]ZAMANIAN JL,XU L,FOO L C,et al.Genomic analysis of reactive astrogliosis[J].J Neurosci,2012,32(18):6391-6410.

[3]ANDERSON MA,AO Y,SOFRONIEW MV.Heterogeneity of reactive astrocytes[J].Neurosci Lett,2014,565:23-29.

[4]SOFRONIEW M V,HARRY V.Astrocytes:biology and pathology[J].Acta Neuropathol,2010,119(1):7-35.

[5]BUFFO A,ROLANDO C,CERUTI SS,et al.Astrocytes in the damaged brain:Molecular and cellular insights into their reactive response and healing potential[J].Biochemical Pharmacology,2010,79(2):77-89.

[6]CAHOY J D,EMERY B,KAUSHAL A,et al.A transcriptome database for astrocytes,neurons,and oligodendrocytes:a new resource for understanding brain development and function[J].J Neurosci,2008,28(1):264-278.

[7]HALASSA MM,HAYDON P G.Integrated brain circuits:astrocytic networks modulate neuronal activity and behavior[J].Annu Rev Physiol,2010,72(1):335-355.

[8]WANNER IB,ANDERSON MA,SONG B,et al.Glial scar borders are formed by newly proliferated,elongated astrocytes that interact to corral inflammatory and fibrotic cells via STAT3-dependent mechanisms after spinal cord injury[J].J Neurosci,2013,33(31):12870-12886.

[9]BEN HL,CARRILLODE SM,CEYZERIAT K,et al.Elusive roles for reactive astrocytes in neurodegenerative diseases[J].Front Cell Neurosci,2015,9(278):1-27.

[10]KANG W,HEBERT JM.Signaling pathways in reactive astrocytes,a genetic perspective[J].Mol Neurobiol,2011,43(3):147-154.

[11]KOPRIVICA V,CHO K,PARK J,et al.EGFR activation mediates inhibition of axon regeneration by myelin and chondroitin sulfate proteoglycans.[J].Science,2005,310(5745):106-110.

[12]HAMBY M,COPPOLA G,AO Y,et al.Inflammatory mediators alter the astrocyte transcriptome and calcium signaling elicited by multiple g-protein-coupled receptors.[J].J Neurosci,2012,32(42):14489-14510.

[13]SOFRONIEW MV.Multiple roles for astrocytes as effectors of cytokines and inflammatory mediators [J].Neuroscientist,2014,20(2):160-172.

[14]LIDDELOW SA,GUTTENPLAN KA,CLARKE LE,et al.Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activated microglia[J].Nature,2017,541(7638):481-487.

[15]KALTSCHMIDT B,WIDERA D,KALTSCHMIDT C.Signaling via NF-kappaB in the nervous system[J].Biochim Biophys Acta,2005,1745(3):287-299.

[16]BRAMBILLA R,BRACCHIRICARD V,HU W H,et al.Inhibition of astroglial nuclear factor κB reduces inflammation and improves functional recovery after spinal cord injury[J].J Exp Med,2005,202(1):145-156.

[17]KANSKI R,VAN SME,VAN TP,et al.A star is born:new insights into the mechanism of astrogenesis[J].Cell Mol Life Sci,2014,71(3):433-447.

[18]DROGEMULLER K,HELMUTH U,BRUNN A,et al.Astrocyte gp130 expression is critical for the control of Toxoplasma encephalitis[J].J Immunol,2008,181(4):2683-2693.

[19]JO S,YARISHKIN O,HWANG YJ,et al.GABA from reactive astrocytes impairs memory in mouse models of Alzheimer's disease[J].Nat Med,2014,20(8):886-896.

[20]WYSS CT,LOIKE JD,BRIONNE TC,et al.Adult mouse astrocytes degrade amyloid-beta in vitro and in situ[J].Nat Med,2003,9(4):453-457.

[21]FAIDEAU M,KIM J,CORMIER K,et al.In vivo expression of polyglutamine-expanded huntingtin by mouse striatal astrocytes impairs glutamate transport:a correlation with Huntington's disease subjects[J].Hum Mol Genet,2010,19(15):3053-3067.

[22]PEARCE MM,SPARTZ EJ,HONG W,et al.Prion-like transmission of neuronal huntingtin aggregates to phagocytic glia in the Drosophila brain.[J].Nat Commun,2015,6(6768):1-11.

[23]LIDDELOW SA,BARRES BA.Reactive Astrocytes:Production,Function,and Therapeutic Potential.[J].Immunity,2017,46(6):957-967.

[24]CARRERO I,GONZALO MR,MARTIN B,et al.Oligomers of beta-amyloid protein(A beta 1-42)induce the activation of cyclooxygenase-2 in astrocytes via an interaction with interleukin-1beta,tumour necrosis factor-alpha,and a nuclear factor kappa-B mechanism in the rat brain[J].Exp Neurol,2012,236(2):215-227.

[25]MIGHELI A,PIVA R,ATZORI C,et al.c-Jun,JNK/SAPK kinases and transcription factor NF-kappa B are selectively activated in astrocytes,but not motor neurons,in amyotrophic lateral sclerosis[J].J Neuropathol Exp Neurol,1997,56(12):1314-1322.

[26]康文博,陳翀,李曉紅,等.過表達(dá)NeuroD1對脊髓反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元的影響 [J].中國神經(jīng)精神疾病雜志,2015,41(9):564-568.

[27]ANDERSON M J,SWANSON K A,WAXMAN S G,et al.Glial fibrillary acidic protein in regenerating teleost spinal cord[J].J Histochem Cytochem,1984,32(10):1099-1106.

[28]SHIBATA N,YAMAMOTO T,HIRO A,et al.Activation of STAT3 and inhibitory effects of pioglitazone on STAT3 activity in a mouse model of SOD1-mutated amyotrophic lateral sclerosis[J].Neuropathology,2010,30(4):353-360.

[29]BEN H L,CEYZERIAT K,CARRILLODE S M,et al.The JAK/STAT3 pathway is a common inducer of astrocyte reactivity in Alzheimer's and Huntington's diseases[J].J Neurosci,2015,35(6):2817-2829.

[30]SRIRAM K,BENKOVIC S A,HEBERT M A,et al.Induction of gp130-related cytokines and activation of JAK2/STAT3 pathway in astrocytes precedes up-regulation of glial fibrillary acidic protein in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine model of neurodegeneration:key signaling pathway for astrogliosis in vivo?[J].J Biol Chem,2004,279(19):21-9258.