宗委峰，喻志源，駱翔

據(jù)統(tǒng)計，全世界有超過2 700萬人因脊髓損傷而遭受永久性殘疾，其中90%是由外傷造成的[1]。嚴重創(chuàng)傷性脊髓損傷后，脊髓神經(jīng)元死亡，導致?lián)p傷水平及以下肌肉組織癱瘓，同時上行感覺傳輸中斷，這導致全身多個器官的功能失調(diào)甚至喪失[2]。創(chuàng)傷性脊髓損傷會使病灶區(qū)域形成瘢痕組織，膠質(zhì)瘢痕的形成通常被稱為反應性星形膠質(zhì)細胞增生，包括星形膠質(zhì)細胞肥大、增殖、遷移以及星形膠質(zhì)細胞表達的膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)、波形蛋白（vimentin）和巢蛋白（nestin）等成分增加[3]。膠質(zhì)瘢痕作為損傷后的代償性反應產(chǎn)物，既有利又有弊。在損傷后早期，膠質(zhì)瘢痕可限制炎癥擴散[4]；然而隨著病程的進展，瘢痕內(nèi)和周圍的組織功能仍處于失調(diào)狀態(tài)[5]。膠質(zhì)瘢痕可形成一種物理屏障，并分泌多種軸突再生抑制性因子，會阻礙神經(jīng)功能的恢復[6]。如果能有效調(diào)控這種變化，可能使瘢痕形成轉(zhuǎn)化為一個既能隔離損傷，又能促進修復的過程。本文回顧了脊髓損傷膠質(zhì)瘢痕的生物學和病理學最新研究進展，包括膠質(zhì)瘢痕形成過程、生物分子學基礎和雙重作用，以及以膠質(zhì)瘢痕為治療靶點的治療方案。

1 脊髓膠質(zhì)瘢痕

脊髓膠質(zhì)瘢痕按損傷部位可分為病變核心區(qū)和病變周邊區(qū)。瘢痕病變核心區(qū)主要由成纖維樣細胞、周細胞、少突細胞前體細胞、髓系來源炎癥細胞和免疫細胞組成；病變周邊區(qū)，是指圍繞著病變核心區(qū)的結(jié)構，主要由反應性星形膠質(zhì)細胞組成[7]。膠質(zhì)瘢痕是由炎癥發(fā)展和細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）重塑而逐漸形成的[8]，是一個動態(tài)變化的結(jié)果。以下是膠質(zhì)瘢痕的主要成分及其特點。

1.1 星形膠質(zhì)細胞

脊髓損傷后星形膠質(zhì)細胞活化變?yōu)榉磻孕切文z質(zhì)細胞[9]。反應性膠質(zhì)細胞中的GFAP、nestin 和vimentin等中間絲蛋白表達明顯增加，細胞體顯著肥大，細胞突起粗壯并相互交叉重疊，另外反應性星形膠質(zhì)細胞數(shù)量明顯增多，并不斷擴散遷移到損傷周邊區(qū)，最終參與形成致密的物理屏障，即形成膠質(zhì)瘢痕[10]。星形膠質(zhì)細胞對中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的反應，包括基因表達改變、細胞增殖、遷移以及細胞形態(tài)和生理改變等，這種反應是多層次、立體性的變化，是一個復雜的病理過程。另外，反應性膠質(zhì)細胞自身還具有明顯的異質(zhì)性，包括基因表達差異性、細胞起源差異性和區(qū)域特異性等[11-13]。

最近研究表明根據(jù)不同疾病模型中反應性膠質(zhì)細胞的基因表達差異，可將反應性星形膠質(zhì)細胞分為A1 型和A2 型兩種亞型[11]，這個術語與小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞的“M1”和“M2”型命名法相似[14]，在功能上分別表現(xiàn)為神經(jīng)損害作用和神經(jīng)保護作用?；蚍治霰砻鳎珹1神經(jīng)炎性反應性星形膠質(zhì)細胞上調(diào)了許多補體級聯(lián)基因，部分補體如C1q 對突觸具有破壞性，另外還對神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞具有抑制或殺傷作用[15-18]，這表明A1 型是“有害”的亞型。相比之下，缺血誘導的A2型反應性星形膠質(zhì)細胞上調(diào)了許多神經(jīng)營養(yǎng)因子和抗炎因子的基因水平[12]，他們可以促進神經(jīng)元的存活和生長。這表明A2 型可能具有神經(jīng)“保護”功能。根據(jù)克隆分析, 反應性星形膠質(zhì)細胞來自不同的祖細胞，提示具有不同的細胞起源[3]。脊髓損傷中星形膠質(zhì)細胞增生的程度與損傷的距離密切相關，在損傷周邊區(qū)反應性星形膠質(zhì)細胞彌漫性增生，在損傷遠端僅發(fā)現(xiàn)輕度增生[3,19]。

1.2 成纖維樣細胞

遺傳譜系追蹤技術研究發(fā)現(xiàn)，A 型周細胞是脊髓損傷后PDGFRβ表達成纖維細胞的主要來源。PDGFRβ+Glast+血管周細胞群形成成纖維樣細胞，對損傷區(qū)的纖維化作出貢獻，如果阻止Glast1+細胞增殖會減少傷口基質(zhì)沉積從而導致傷口不愈合[20]。成纖維樣細胞分泌的ECM是纖維形成、細胞遷移和抑制神經(jīng)元生長的重要因素，在神經(jīng)損傷中發(fā)揮重要作用。另外，研究表明減少周細胞來源的瘢痕可促進脊髓損傷后的神經(jīng)功能恢復[21]。

1.3 少突細胞前體細胞

NG2+少突細胞前體細胞在脊髓損傷后顯著增殖，其分布局限于損傷核心區(qū)[22]。少突細胞前體細胞可分化為少突膠質(zhì)細胞或施萬細胞，促進髓鞘再生[23]。使用胸苷激酶/更昔洛韋消除NG2+細胞，NG2+細胞依賴性血管生成和瘢痕形成受損，從而影響軸突生長和脊髓損傷后的功能恢復[24]。但NG2這種蛋白聚糖被認為抑制神經(jīng)細胞生長[25]，所以NG2+少突細胞前體細胞在脊髓損傷中的作用仍有爭議。

1.4 小膠質(zhì)細胞

損傷刺激下，小膠質(zhì)細胞活化并迅速進入損傷部位，脊髓損傷24 h 后，損傷相關模式分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）如ATP、細胞因子等誘導血源性單核/巨噬細胞的浸潤[26,27]。從形態(tài)學上看，小膠質(zhì)細胞與單核細胞來源的巨噬細胞差異很小，所以小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞通常通過CD45的相對表達量(巨噬細胞被定義為CD11b++CD45high，小膠質(zhì)細胞被定義為CD11b++CD45low)或嵌合模型來區(qū)分[28]。小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞具有不同的亞型，即M1型和M2型。M1型表現(xiàn)出促炎作用，主要分泌TNFα、IL-1β、IL-6、IL-12，相反，M2型表達抗炎作用，主要分泌IL-10、IL-13。脊髓損傷后，M1/M2型混合表達，隨著疾病進展，M2型逐漸減少，最終M1型占據(jù)絕對地位[29]。單核細胞或小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞長期停留在損傷核心區(qū)，這可能與脊髓損傷的亞急性期和慢性期疾病發(fā)展變化有內(nèi)在聯(lián)系[30]。

1.5 適應性免疫細胞

脊髓損傷后參與病理過程的適應性免疫細胞主要有T 細胞、B細胞及漿細胞等。脊髓損傷24 h內(nèi)，γδT細胞中Vγ4亞型開始產(chǎn)生促炎因子IFNγ[31]，其他適應性免疫細胞也在7 d 內(nèi)出現(xiàn)。T 細胞和B 細胞識別中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的抗原，比如MBP、神經(jīng)碎片，另外，B細胞也能向T細胞提供抗原，從而引發(fā)T 細胞的擴增。此外，B 細胞分化為漿細胞，分泌IgM、IgG 抗體，通過前饋反應進一步促進免疫應答。IL4I1通過調(diào)節(jié)T細胞驅(qū)動的炎癥可以增強軸突保護和中樞神經(jīng)再髓鞘化[32]。

1.6 膠質(zhì)瘢痕細胞間的相互聯(lián)系

膠質(zhì)瘢痕是一個復雜的結(jié)構，其各種成分間不是孤立的存在。細胞與細胞以及細胞與其微環(huán)境間相互影響。小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞受損傷刺激分化成M1/M2亞型，并分泌細胞因子、趨化因子等不斷促進血液來源單核/巨噬細胞募集和浸潤，同時刺激星形膠質(zhì)細胞形成反應性星形膠質(zhì)細胞，反應性星形膠質(zhì)細胞經(jīng)歷細胞肥大、遷移和功能改變，逐漸形成膠質(zhì)瘢痕的主要結(jié)構[26]。先天性和適應性免疫細胞在24 h 后也開始參與其中。在損傷區(qū)域，成纖維樣細胞也增殖肥大，分泌ECM包括CSPGs等細胞外基質(zhì)成分，從而可以促進纖維生成，局限炎癥擴散，但也抑制神經(jīng)元的生長。另外，反應性星形膠質(zhì)細胞可以通過釋放IL1β、TNFα等，增強小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞M1型極化。幾乎所有的實質(zhì)細胞都受到存在于外傷性微環(huán)境的信號分子影響。在少突細胞前體細胞中通過抑制Wnt信號可以減少單核細胞聚集和星形膠質(zhì)細胞增生[33]。CD68+巨噬細胞在接觸NG2+少突細胞前體細胞后將介導神經(jīng)元軸突死亡[21]。

1.7 膠質(zhì)瘢痕細胞外成分

膠質(zhì)瘢痕細胞外成分包括ECM、細胞碎片及髓鞘碎片等。ECM 是重要的細胞外基質(zhì)成分，其富含糖蛋白和蛋白多糖。ECM可彌散地分布于間質(zhì)空間，也可聚集于郎氏結(jié)或突觸結(jié)的軸突周圍。這些結(jié)構賦予了神經(jīng)結(jié)構的穩(wěn)定性，為CSPGs分子提供附著點，起到限制炎癥擴散的作用[34]。ECM是傳統(tǒng)的神經(jīng)元生長所依賴的分子，在脊髓損傷的情況下，這些ECM 分子會促進炎癥發(fā)展。例如，纖連蛋白、基質(zhì)糖蛋白肌腱蛋白C 和透明質(zhì)酸片段可作為內(nèi)源性TLR 配體，激活DAMPs，促進炎性進展[35]。脊髓損傷后大量的細胞和髓磷脂碎片，持續(xù)激活泡沫細胞樣巨噬細胞，并被呈遞給適應性免疫細胞，這促進了對損傷的非溶解性自身免疫反應?；|(zhì)中髓鞘相關分子對神經(jīng)元具有抑制作用，這些蛋白包括CSPGs、Nogo-A、髓鞘相關糖蛋白（myelin-associated glycoprotein，MAG）和少突膠質(zhì)細胞髓鞘糖蛋白（oligodendrocyte myelin glyco-protein，OMgp）[36]。

2 膠質(zhì)瘢痕的生物分子學基礎

許多不同類型的細胞間信號分子能觸發(fā)或調(diào)節(jié)反應膠質(zhì)增生，包括：多肽生長因子和細胞因子如IL-6、TNFα、INFγ、IL10、TGFβ、FGF2等[37]；固有免疫介質(zhì)，如脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和其他toll 樣受體配體[38]；ATP 等；活性氧（reactive oxygen species，ROS），包括一氧化氮（nitric oxide，NO）。反應性星形膠質(zhì)細胞的活化、增殖、肥大、促炎或抗炎作用等由細胞內(nèi)和細胞間的信號機制調(diào)控，例如STAT3、NF-κB、SOCS3等信號通路。

3 膠質(zhì)瘢痕雙重作用

3.1 膠質(zhì)瘢痕的有益性

膠質(zhì)瘢痕有隔離健康組織和病變組織的有益作用：第一，膠質(zhì)瘢痕可防止病變擴散到脊髓周圍區(qū)域，如果將GFAP 和vimentin雙敲除，小鼠膠質(zhì)瘢痕減輕，但出現(xiàn)更大面積的出血和組織損傷；第二，膠質(zhì)瘢痕能維護血脊屏障完整性和阻止血液來源巨噬細胞浸潤，條件性消融反應性星形膠質(zhì)細胞或通過敲除STAT3通路選擇性減少星形膠質(zhì)細胞也會增加水腫、炎癥、少突膠質(zhì)細胞死亡、脫髓鞘和功能損傷加重[39]。另外，膠質(zhì)瘢痕中的星形膠質(zhì)細胞可分泌相關物質(zhì)影響軸突生長，如軸突生長支持因子laminin，為軸突再生提供重要的微環(huán)境[40]。

3.2 膠質(zhì)瘢痕的有害性

膠質(zhì)瘢痕也可產(chǎn)生有害的影響，一方面，膠質(zhì)瘢痕可以形成物理屏障，阻礙軸突延伸，從而阻礙神經(jīng)修復[7]。另一方面，膠質(zhì)瘢痕還可形成化學屏障，反應性星形膠質(zhì)細胞可以通過特定的刺激信號級聯(lián)產(chǎn)生不利影響，如加劇炎癥細胞因子產(chǎn)生、產(chǎn)生神經(jīng)毒性的活性氧和釋放細胞毒性的細胞外興奮性谷氨酸等。脊髓損傷后，星形膠質(zhì)細胞表達CSPGs、Slit2 和NG2 等因子抑制軸突再生，CSPGs還可直接阻止少突膠質(zhì)細胞的成熟和再髓鞘化[41,42]。通過軟骨肽酶ABC 降解CSPG 或調(diào)節(jié)CSPG 受體蛋白酪氨酸phosphatase-σ（PTPσ）可以促進軸突生長，改善運動功能[43]。除反應性星形膠質(zhì)細胞外，膠質(zhì)瘢痕中的NG2神經(jīng)膠質(zhì)細胞可表達高水平的CSPG，已被證明可以抑制神經(jīng)突的生長[44]。脊髓損傷后使用NG2 蛋白聚糖抗體注射脊髓可促進軸突生長和功能修復。

4 治療方案

目前主要是綜合運用手術、藥物和遺傳學手段治療脊髓損傷，康復理療只起到輔助作用[45]。在針對膠質(zhì)瘢痕的治療研究中，主要圍繞減輕膠質(zhì)瘢痕形成、調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)和細胞移植這幾方面。

4.1 減輕膠質(zhì)瘢痕形成

研究發(fā)現(xiàn)在臨床前動物模型中填充間充質(zhì)或纖維，可以減少瘢痕形成并限制組織損傷[46]。系統(tǒng)應用微管穩(wěn)定抗分裂藥物紫杉醇或環(huán)氧酮B可減少瘢痕形成的成纖維細胞的遷移，抑制廣泛的瘢痕形成，促進軸突再生和功能恢復[47]。利用鐵螯合劑BPY-DCA，抑制Ⅳ型膠原合成，減少纖維瘢痕形成，促進神經(jīng)保護和遠距離軸突再生[48]。改變星形膠質(zhì)細胞表型也可能是調(diào)節(jié)瘢痕形成的潛在治療靶點。TGFβ可以逆轉(zhuǎn)A1型星形膠質(zhì)細胞為未激活型星形膠質(zhì)細胞，從而減少星形膠質(zhì)細胞的毒性[12]。

4.2 調(diào)節(jié)ECM

調(diào)節(jié)ECM 是比較有價值的治療手段。骨膜蛋白Periostin是近年來發(fā)現(xiàn)的一種分泌型ECM蛋白，參與疤痕形成纖維化和炎癥信號。腹腔注射小鼠單克隆抗體被證明可以減少組織病理和瘢痕的程度，從而導致小鼠挫傷后感覺運動功能改善[49]。另外，神經(jīng)型鈣粘蛋白中和抗體治療小鼠脊髓損傷，該抗體抑制膠原和星形膠質(zhì)細胞相互作用，明顯減弱膠質(zhì)瘢痕形成[50]。CSPGs是神經(jīng)修復和再生的重要抑制因子，針對CSPGs的研究取得了重要進展，主要在以下三個方面：①移除CS-GAG 合成酶，減少CSPG 合成，如木糖基轉(zhuǎn)移酶-1 mRNA 的下調(diào)、條件性sox9 消融和N-乙酰氨基內(nèi)酯轉(zhuǎn)移酶-1 基因的敲除。②酶降解CSPG，軟骨肽酶ABC 酶去除CS-GAGs 已被廣泛證實對實驗性脊髓損傷后的軸突再生、神經(jīng)可塑性和功能恢復有促進作用[34]。芳香基硫酸酯酶B（arylisulfatase B，ARSB）特異性地從CS-GAGs中去除C4S基團，促進軸突再生和功能恢復[51]。③調(diào)節(jié)CSPG受體信號通路，如對CSPG的信號受體PTPσ調(diào)控，也被證明是一個有前途的治療方法，如抑制CSPG受體PTPσ改善大鼠膀胱功能和運動功能[42]。

4.3 細胞移植

移植技術已使一些成年中樞軸突的長距離再生成為可能，自體脛骨神經(jīng)移植可用于成人脊髓的C2側(cè)半切，允許5-羥色胺能和其它脊髓軸突繞過病變，在脊髓的C3-5/6水平上支配膈肌運動神經(jīng)元[52]。神經(jīng)干細胞移植到橫斷的脊髓已被證明可促進運動功能的恢復，包括感覺、運動和膀胱功能等。

5 未來展望

脊髓損傷膠質(zhì)瘢痕具有復雜性。它是一個復雜的整體，多種不同的細胞之間存在著復雜的相互作用，細胞內(nèi)信號的變化和細胞外的環(huán)境相互調(diào)節(jié)和反饋。對反應性星形膠質(zhì)細胞的調(diào)控是一個重要的靶點。但從整體上來看，調(diào)控其他細胞成分和細胞外成分對治療脊髓損傷同樣必不可少。治療策略需要針對有害的方面，同時保留有益特性。在脊髓損傷領域，對膠質(zhì)瘢痕不能簡單地判定為是好是壞，通過綜述最新研究進展和觀點，我們不斷深入而全面地理解膠質(zhì)瘢痕在脊髓損傷后的形成過程、結(jié)構與作用，從而為我們提供新的治療靶點和提出組合治療策略提供理論依據(jù)。