凌真真 張雪竹

(天津中醫(yī)藥大學，天津300000)

1 小膠質細胞的生物學特性

1.1來源和形態(tài)、行為學特征 19世紀，德國精神病學家Nissl首次描述了小膠質細胞。多年來，人們對小膠質細胞的起源進行了大量的研究，但仍存在爭議。大多數(shù)的研究者認為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質細胞主要起源于中胚層的骨髓造血干細胞，它們首先分化為單核細胞，再以該形式通過血液循環(huán)系統(tǒng)進入大腦[1]。

小膠質細胞屬于單核巨噬細胞系的細胞，具有很強的形態(tài)可塑性，在腦內不同微環(huán)境下，其形態(tài)可發(fā)生明顯改變[2]。在正常大腦中，小膠質細胞呈高度分支狀，它們不吞噬細胞或組織，卻以非常高的頻率不斷伸縮細胞突起。小膠質細胞的這種行為特性為大腦提供了一個高度動態(tài)和高效的檢測系統(tǒng)，并通過調控大腦功能、神經(jīng)環(huán)路的重塑以及吞噬清除細胞碎片和有害物質，維持CNS穩(wěn)態(tài)[3]。當腦內發(fā)生感染、炎癥、創(chuàng)傷或其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病時，小膠質細胞迅速被激活。被激活的小膠質細胞胞體增大、突起變短或消失、細胞呈圓形或阿米巴狀，吞噬功能及遷移作用隨之增強[4]。

1.2生物學功能

1.2.1與神經(jīng)元間相互關系 小膠質細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元突觸的刪除和重建過程中起著相當重要的作用[5]。有研究表明，小膠質細胞可能通過其補體蛋白C3將無用的突觸清除；缺失補體蛋白C1q或其下游的補體蛋白C3的小鼠，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內的突觸發(fā)生清除缺陷[6]。小膠質細胞不僅參與突觸的刪減，小膠質細胞還可以通過釋放血小板反應素促進神經(jīng)突觸的形成[7]。

另外，Li等[8]利用在體雙光子實時成像技術，在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元活動增強會吸引小膠質細胞突起向其延伸，并對其進行負反饋調節(jié)作用。因此小膠質細胞對于維持神經(jīng)元正常生理功能具有非常重要的意義。

1.2.2參與血腦屏障形成 通過對大腦血管的電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，小膠質細胞突起可以與血管外星形膠質細胞以及血管內皮細胞共同參與血管屏障的形成，從而提示小膠質細胞還具有維持和檢測血腦屏障完整性的功能[9]。

1.3腦卒中與小膠質細胞

1.3.1小膠質細胞極化 小膠質細胞在正常情況下主要起免疫監(jiān)視的功能，但當腦缺血缺氧損傷時，小膠質細胞可被迅速激活。根據(jù)活化后小膠質細胞作用的不同，將其分為:M1型和M2型。M1型為經(jīng)典激活型，在降低細胞吞噬作用的同時，產(chǎn)生大量的細胞毒性物質，如分泌白介素-1β(IL-1β)、γ-干擾素(TNF-γ)、IL-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎因子，促進一氧化氮以及活性氧的合成，從而對神經(jīng)元及其他膠質細胞產(chǎn)生毒性作用。M2型被稱為替代激活型，特點為吞噬細胞碎片或壞死的神經(jīng)元，同時釋放IL-4、IL-10、IL-13、TNF-β等抗炎因子，減少炎癥的發(fā)生，促進神經(jīng)元的存活，進而起到神經(jīng)保護作用[10]。

1.3.2小膠質細胞極性的時間動態(tài)變化 近來研究發(fā)現(xiàn)，在腦缺血損傷中，腦內小膠質細胞的極性隨著時間的變化而變化。在缺血后1～3 d，M2型的各種標志物及細胞因子如Arg1、Ym1/2等大量分泌，小膠質細胞的M2型逐漸增多，第3天左右達到最大值。而M1表型的小膠質細胞則與M2表型正好相反：在缺血后初期1～3 d表型較少，在缺血后7 d左右開始大量表達，M1型的各種標志物及細胞因子如iNOS、CD86等大量表達[11]。因此可以看出小膠質細胞隨腦缺血損傷的表型變化：在損傷初期，M2型小膠質細胞表達較多，主要發(fā)揮組織修復和免疫抑制作用，隨著時間推移，由于腦內受損的各種細胞釋放的各種炎癥因子的堆積，M1型小膠質細胞分化增多，以對中樞炎癥更多做出反應。

1.3.3腦卒中后小膠質細胞與神經(jīng)元之間的關系 腦卒中后復雜的炎癥反應對神經(jīng)元產(chǎn)生一系列影響，其中小膠質細胞在其中所起的作用是不可忽視的。Hoehn等發(fā)現(xiàn)給予腦缺血后的大鼠非甾體抗炎藥物——吲哚美辛，其小膠質細胞激活被抑制，同時，其紋狀體神經(jīng)干細胞的數(shù)量及神經(jīng)前體細胞(NPCs)的存活增加[12]。Jin等[13]發(fā)現(xiàn)腦缺血后長期給予二甲雙胍可以促進小膠質細胞向M2型轉化，并激活小膠質細胞的AMPK信號，從而促進神經(jīng)發(fā)生，提高腦缺血后的功能恢復。另外 ，小膠質細胞參與腦缺血后神經(jīng)干細胞的遷移。如腦缺血后皮層和紋狀體激活的小膠質細胞MCP-1表達上調，同時其受體CCR2在新生神經(jīng)干細胞上表達也上調，MCP-1或CCR2基因敲除的小鼠腦缺血后神經(jīng)干細胞向紋狀體募集顯著減少[14]。小膠質細胞還與神經(jīng)元的發(fā)生有關，如小膠質細胞CX3CR1信號敲除的小鼠，其海馬神經(jīng)發(fā)生降低并且認知功能障礙[15]。

2 小膠質細胞相關炎癥信號通路

2.1Notch信號通路 Notch信號通路是通過與鄰近細胞的相互作用控制細胞命運的一種重要的信號轉導通路。哺乳動物中有4種Notch受體(Notch1-4)和5種Notch配體(Delta-like1/3/4、Jagged1和Jagged2)。

Notch信號通路的激活需要經(jīng)過3部酶切過程：首先，Notch受體在高爾基體內被furin分子切割為2個片段，轉運到細胞膜上形成異二聚體；當配體結合到胞外區(qū)，Notch蛋白發(fā)生2次酶切，酶切后釋放出具有核定位信號的胞內區(qū)(NICD)進入細胞核與CSL結合，形成NICD/CSL轉錄激活復合體，從而調節(jié)下游基因的表達。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內，靜息態(tài)和活化態(tài)小膠質細胞都表達Notch通路相關分子，且活化的小膠質細胞使Notch1及其配體Jagged1表達上調[16]。同時，激活Notch通路會加快小膠質細胞的活化及炎性細胞的浸潤。有研究發(fā)現(xiàn)，用LPS刺激小膠質細胞后Notch1表達增高；阻斷Notch1通路，IL-1β、IL-6及iNOS等促炎因子的表達降低[17]。另外，Grandbarbe等[18]發(fā)現(xiàn)，Notch通過其配體Jagged1激活小膠質細胞，并導致促炎細胞因子的分泌。

2.2Toll樣信號通路 Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)是一種Ⅰ型跨膜蛋白，有3個部分組成：能夠識別細胞外病原體及組織損傷信號的胞外區(qū)、跨膜區(qū)、參與下游信號傳導含有Toll/IL-1受體同源區(qū)(Toll/IL-1 receptor homologous region，TIR)胞內區(qū)[19]。TLR是一個受體家族，在人中已發(fā)現(xiàn)了10個成員，分別為TLR1-10，每種TLR能夠識別不同的刺激物。如TLR4可識別革蘭氏陰性菌細胞壁的成分LPS，TLR3能夠識別病毒復制產(chǎn)生的雙鏈RNA[20]。

TLR胞內區(qū)能夠與包含TIR結構域的接頭分子結合，進而激活信號通路。目前被發(fā)現(xiàn)的接頭分子有4種，即MyD88、TIRAP、TRIF和TRAM。其中MyD88和TIRAP介導MyD88依賴性通路，而TRIF和TRAM介導MyD88非依賴性通路[19]。TLR受體中除了TLR3其他均能利用MyD88依賴性通路，而MyD88非依賴性通路可被TLR3和TLR4利用。MyD88依賴性通路以TLR4為例，TLR4激活后，通過TIR-TIR相互作用來招募MyD88和TIRAP，MyD88通過其死亡結構域與IL-1 受體相關激酶4(IRAK-4)相互作用。反過來IRAK-4激活IRAK家族其他成員IRAK-1，這個過程導致TRAF6的激活，然后TRAF6與E2泛素蛋白連接酶一起激活包含TGF-β激活激酶1(TAK1)、TAK1集合蛋白1(TAB1)、TAB2、TAB3的復合體，該復合體可激活觸發(fā)MAPK和NF-κB通路[21]。另外，其中被激活的IRAK-1能夠降解I-κB(NF-κB的抑制劑)啟動炎性細胞因子如TNF、IL-6的轉錄。此外，TLR3與TLR4通過募集TRIF激活MyD88非依賴性通路，具體來講，TRIF能夠激活腫瘤壞死因子受體相關因子3(TRAF3)，活化的TRAF3可使干擾素調節(jié)因子3(IRF3)磷酸化，后者進入細胞核進而誘導抗病毒Ⅰ型干擾素相關分子α(IFN-α)、IFN-β的表達。并且TRIF能夠通過TRAF6和受體相互作用蛋白1的活化激活NF-κB[22，23]。

TLR4是小膠質細胞活化并發(fā)揮功能的重要受體之一，有研究顯示，健康人大腦白質的小膠質細胞廣泛表達TLR2、TLR3、TLR4，而TLR4的表達最為豐富[24]。在CNS中，小膠質細胞表達的TLR4參與了生理、病理情況下的各種免疫反應。應用氧、糖剝奪法體外培養(yǎng)小鼠小膠質細胞模擬腦缺血再灌注模型，結果TLR4和NF-κB的mRNA表達上調、下游炎性細胞因子分泌增加[25]。Caso等[26]發(fā)現(xiàn)TLR4基因缺失小鼠腦缺血再灌注后不僅炎性細胞因子表達顯著低于野生型小鼠，而且梗死范圍更小、神經(jīng)功能和行為學評分更優(yōu)。缺血性腦損傷后小膠質細胞活化，TLR4表達上調及TLR4信號途徑的激活，繼而引起腦的炎性損傷。相反，TLR4功能的缺失可以起到神經(jīng)保護效應。

2.3AMPK信號通路 單磷酸腺苷(AMP)激活的蛋白激酶(AMPK)是由催化亞基α、調節(jié)亞基β和γ組成的一個異源三聚體。α亞基為催化亞基，其第172位絲氨酸磷酸化位點可被AMPK上游激酶磷酸化。γ亞基含有 AMP 的結合位點，其與 AMP 結合后不僅能抑制蛋白磷酸化對α亞基的去磷酸化作用，以維持 AMPK 的活性，而且可使α亞基易被上游激酶激活。β亞基主要起連接作用。AMPK的上游激酶有三個：肝臟激酶B1(LKB)、Ca2+/鈣調節(jié)蛋白依賴性蛋白激酶(Ca2+/CaMkkβ)和轉化生長因子β活化激酶(TAK1)，其中卒中誘導的AMPK磷酸化被LKB1或CaMKKβ所引起[27]。

AMPK是細胞能量以及應激的主要感受器，在應激、缺氧缺血、劇烈運動、胞內AMP水平升高、ATP降低或AMP/ATP比例升高時都會引起AMPK的磷酸化，促進AMPK 的活化[28,29]。大量研究表明，AMPK與炎性信號通路密切相關[30,31]，且存在于嚙齒類、人類的包括神經(jīng)細胞、膠質細胞在內的所有腦組織細胞中[32]。

激活AMPK可通過多途徑抑制炎性信號的關鍵轉錄因子NF-κB的活化，進而抑制炎性因子的表達。如AMPK可以激活依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的組蛋白脫乙酰酶(SIRT1)[31]、叉頭蛋白O3(FOXO3)[33]抑制NF-κB信號通路，也可以通過氧化應激[34]進而抑制NF-κB信號通路[30]。由于AMPK在代謝及炎性通路中是一種核心的調控分子，其下游影響的信號通路較多且存在廣泛串化，因此，AMPK通過抑制NF-κB信號通路進而抑制炎癥反應的過程也是多途徑的，具體細節(jié)通路需要進一步的研究。

2.4NF-κB信號通路 NF-κB是一種多效性的轉錄因子，幾乎存在于所有類型的細胞中。在哺乳動物中，NF-κB/Rel家族包括五名成員：Rel(cRel)、p65(RelA/NF-κB3)、RelB、p50(NF-κB1)、p52(NF-κB2)，其共同特點是都擁有一個由300個氨基酸組成的高度保守的Rel同源結構域，該區(qū)為與DNA結合、二聚體化、IκB相互作用及核定位信號區(qū)域(NLS)。NF-κB/Rel家族成員間可以形成同源或異源二聚體，最常見的是與p65或p50組成的異二聚體。

KB抑制蛋白(IκB)是NF-κB抑制蛋白，由多種成員構成，其中IκBα通過結合NF-κB，屏蔽NF-κB的NLS，阻止NF-κB由細胞漿進入核中，使NF-κB無法與目的基因啟動子區(qū)域特定序列結合，抑制其調節(jié)基因轉錄的功能；IκBβ通過屏蔽NLS和核輸出信號(NES)抑制NF-κB活性[34]。

正常情況下，在未受刺激的細胞漿內IκB與NF-κB形成穩(wěn)定的復合物，但當膜上非特異免疫受體或細胞因子受體受到刺激時，IκB激酶(IKK)復合體被激活，從而導致IκB磷酸化，接著又在泛素連接酶的作用下，IκB被26s的蛋白酶體水解。IκB被降解后，p65-p50異二聚體進入細胞核與DNA上特定位點結合，導致相關炎癥因子的表達。

NF-κB作為炎癥反應的關鍵信號轉導因子，在炎癥細胞因子介導的炎癥反應中起中心作用[35]。Heyen等發(fā)現(xiàn)小膠質細胞用IL-10預處理之后再用LPS刺激能減少IL-6的數(shù)量，最終證明IL-10能夠促使NF-κB的核易位從而減少NF-κB對IL-6的轉錄起始作用，進而減弱炎癥反應[36]。另外NF-κB在擴大炎癥反應中也起著重要的調節(jié)作用。NF-κB可以高效誘導炎癥細胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6等)、趨化因子、黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)等的基因表達，使炎性反應級聯(lián)放大[37]。

3 小結與展望

綜上所述，小膠質細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的免疫細胞之一，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內大腦正常發(fā)育和炎癥反應方面發(fā)揮著重要作用。小膠質細胞受到刺激后，通過一系列信號轉導途徑，介導相關炎性因子的表達，進而調節(jié)炎癥反應。

另外，這些小膠質細胞參與的信號轉導途徑并不是孤立存在，而是一個相互級聯(lián)、交叉利用，共同調節(jié)炎癥反應的信號轉導網(wǎng)絡。例如，當TLR信號通路在接受刺激后，信號向下傳遞，在信號節(jié)點處，一部分信號經(jīng)由MAPK信號轉導途徑轉遞，而另一部分信號經(jīng)由NF-κB信號轉導途徑，引起NF-κB釋放入核，從而導致炎癥反應。

目前，小膠質細胞相關的炎癥信號通路受到了廣泛的關注，由于其在炎癥反應中的重要作用，導致很多節(jié)點可以成為一些抗炎藥物的靶點，為臨床干預提供了可能。