孫攀喜 張重陽 張景榮 魏麗麗

832061 石河子大學醫(yī)學院

目前，腦卒中已經(jīng)成為了繼心血管疾病和癌癥的第三大全球性健康問題，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率和高復發(fā)率的特點，主要分為缺血性腦卒中(ischemic stroke， IS)和出血性腦卒中兩種亞型，其中IS發(fā)生率占比超過80%[1]，且在世界各地的患病率居高不下。以往對IS的研究多以保護和挽救神經(jīng)元為重點，近年來已經(jīng)從以神經(jīng)元為中心的觀點轉移到神經(jīng)血管單元(neurovascular unit，NVU) 。周細胞(pericytes)作為NVU的重要組成部分，在腦血管疾病中的治療作用也逐漸受到關注。在缺血和缺氧條件下，周細胞參與腦血流(cerebral blood flow， CBF)調節(jié)、血腦屏障( blood -brain barrier， BBB) 破壞和血管生成等[2]，并為其他 NVU 成分提供支持。隨著研究不斷深入，越來越多的證據(jù)表明周細胞對IS治療的促進作用日益明顯。因此，本文就周細胞的生物學特性及其在IS治療中的相關作用進行探討，為IS的治療提出新的可能處理對策。

1 周細胞的來源和特性

1.1 周細胞的來源

周細胞在胚胎時期或出生后即可產(chǎn)生，全身各處分布廣泛，于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的密度最大。腦周細胞的胚胎起源具有異質性，根據(jù)鵪鶉-雞嵌合實驗研究證實，前腦周細胞源于神經(jīng)嵴細胞，而中腦、腦干和脊髓周細胞源于中胚層間充質干細胞[3]。這些發(fā)現(xiàn)也得到了神經(jīng)外胚層細胞向胚胎腦血管周細胞和血管平滑肌細胞分化的可能性支持。通過對斑馬魚活體成像和譜系追蹤發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)外胚層來源的祖細胞在大腦前部產(chǎn)生周細胞，而中胚層來源的周細胞存在于后腦血管進一步證實了這一觀點[4]。此外在大鼠卒中模型中，循環(huán)骨髓源性祖細胞和腦室下區(qū)源性祖細胞也已經(jīng)被證實與成年腦周細胞群有關[5-6]。盡管對大腦周細胞的胚胎起源已經(jīng)有了重要的認識，但在生理條件下對于其如何在大腦中發(fā)揮作用卻知之甚少。

1.2 周細胞的特性

近年來，腦周細胞的超微結構已被確定。腦周細胞成腎狀，胞核突出于管腔，含有少量的細胞質，可嵌入基底膜與內皮細胞相互作用。盡管使用超微結構方法分析鑒定周細胞可能代表“金標準”，但是該方法并不適用于所有實驗。因此，轉化生長因子β(transforming growth factor-β， TGF-β)、血小板衍生生長因子B(platelet derived growth factor B，PDGFB)、α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin， α-SMA) 、鉀通道復合物 kir6.1等潛在周細胞組織學標記物被提出。其中kir6.1 僅在周細胞中表達，可作為其特異性標記物。然而值得注意的是，大多數(shù)周細胞表面標記物可能對周細胞沒有特異性，它們在不同條件下的表達可能不同，但是這些標記物都能夠通過影響周細胞的功能間接影響IS。例如，在嚙齒動物腦動靜脈畸形模型中，TGF-β信號缺失使得血管激活素受體樣激酶1基因缺失，這表明腦周細胞減少與循環(huán)血源性纖維蛋白的泄漏相關，損傷BBB結構和功能的完整性，進而影響IS的預后。疾病中周細胞標記物表達譜的潛在變化可能導致其靶向治療復雜化，腦脊液中可溶解性PDGF受體(PDGF receptors，PDGF-R)的增加是早期認知功能障礙患者BBB破壞的生物標記物，提示周細胞損傷[7]。因此，進一步研究周細胞的生物學特性及其標記物在IS發(fā)生發(fā)展中的作用，對于治療IS意義重大。

2 周細胞在IS中的作用

2.1 周細胞對BBB的影響

周細胞是NVU和BBB的重要組成部分，通過調節(jié)緊密連接和跨內皮囊泡運輸維持 BBB 的完整性[8]，而 BBB 對腦組織周圍內環(huán)境穩(wěn)定以及防止血液中有害物質進入腦組織有重要意義。周細胞的覆蓋率決定了毛細血管的相對滲透性，覆蓋面積減少導致BBB功能障礙和神經(jīng)毒性分子的積累，毒性分子通過內吞作用進入腦實質。BBB功能障礙也會引發(fā)神經(jīng)炎癥和其他病理事件(表1)。除了損害微循環(huán)外，缺血區(qū)域還會出現(xiàn)腦水腫等。

表1 周細胞在IS中的作用

有研究表明，TJ蛋白復合物(TJs)的解體重組是腦卒中后BBB破裂的主要原因，而周細胞來源的基質金屬蛋白酶會導致TJs結構和功能的二次溶解[9]。周細胞的早期脫離也會導致 TJs 的丟失，引起B(yǎng)BB的滲漏。已有實驗證實，周細胞缺氧誘導因子1(hypoxia induced factor-1， HIF-1) 功能的喪失會減輕缺血性腦損傷和BBB的通透性，并且能顯著改善感覺運動功能，增加缺血后神經(jīng)元存活[10]。因此抑制周細胞 HIF-1 的活化有利于維持BBB的功能和完整性，從而改善IS后的結局。此外，衰老也與中樞神經(jīng)系統(tǒng)周細胞群本身的變化以及它們的功能與其他細胞類型的相互作用有關。即使生理狀態(tài)下衰老的周細胞水平也會隨著年齡的增長而降低，周細胞數(shù)量減少后引起B(yǎng)BB通透性增加，這將帶來大量的炎癥介質加重腦水腫并誘導更多的神經(jīng)元死亡，從而加重急性腦缺血性損傷?；谥芗毎麑τ贐BB作用的研究，有望為IS的治療帶來新的契機。

2.2 周細胞調節(jié)CBF

關于周細胞能否調節(jié)CBF的問題仍存在爭議。周細胞可表達收縮蛋白，從而使其具有潛在的可收縮性，而腦周細胞的收縮功能與CBF密切相關。Liu等[19]的研究證實，腦血管周細胞收縮能力的提高，可通過誘導由二羥基環(huán)二十六碳四烯酸酶促進的CBF進行自發(fā)調控。最近，Nelson等[11]在雙極光子顯微鏡照射下也檢測到人體內臍周細胞血管具有可收縮性，能夠調節(jié)大腦中的毛細血管血流。此外，Hartmann等[12]發(fā)現(xiàn)，周細胞可以調節(jié)毛細血管直徑并影響血流，腦周細胞光遺傳學刺激降低了血管管腔直徑和血流量。

然而，周細胞可能收縮和調節(jié) CBF 的觀點也得到了挑戰(zhàn)。Hill等[20]使用多種轉基因小鼠和雙光子顯微鏡并未檢測到小鼠和人周細胞中SMA的表達。此外，通過使用短期大腦中動脈閉塞模型發(fā)現(xiàn)，血流低灌注是由于SMC收縮而不是周細胞收縮導致，從而造成遠端微血管閉塞。Fernández-Klett等[21]也發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)活動引起的CBF增加由前毛細血管小動脈和穿透小動脈引起，而不是毛細血管中的周細胞。這種差異可能是由于周細胞和小動脈SMC的結構和功能特性相似，很難完全區(qū)分。

造成這兩種觀點分歧的原因主要在于對周細胞的定義不同，如果忽略定義的差異時，表明 SMA表達的周細胞是可以調節(jié)CBF的。因此有效調節(jié)周細胞的收縮將有利于微血管CBF的恢復，改善結局。

2.3 周細胞參與免疫炎癥反應

已經(jīng)有很多實驗證明，免疫炎癥反應與IS過程中的周細胞密切相關。周細胞可能通過產(chǎn)生免疫細胞樣特征調節(jié)免疫炎癥反應。例如，在脂多糖誘導的炎癥反應中，正常T細胞的表達和分泌因子的激活受白細胞介素1α 和一氧化氮等趨化因子調節(jié)[13]。卒中源性炎癥細胞因子也會誘導周細胞釋放腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α， TNF-α) 和TGF-β1 ， 從而增強促炎因子的表達，損傷NVU細胞并使BBB受到破壞，這表明周細胞在IS期間的腦炎癥過程中起級聯(lián)放大作用。通過譜系追蹤和免疫組織化學分析表明，SMAlow/undetectable的周細胞能夠分化為小膠質細胞和巨噬細胞樣細胞[14]，吞噬細胞碎片并參與炎癥反應以緩解對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害。

此外，周細胞在神經(jīng)功能受到傷害時會感受到相關危險信號，處理和吞噬異常釋放的抗原，并將處理過的抗原呈遞給其他免疫細胞，加重后續(xù)的炎癥反應。例如，Toll樣受體4(toll-like receptor 4， TLR4)、清潔劑受體(scavenger receptor， SR)和Fc受體等許多模式識別受體均在腦周細胞上表達，使這些細胞能夠識別入侵或異常的抗原。在溶酶體中酸性磷酸酶表達旺盛，周細胞能夠消化吸收這些抗原。因此進一步研究周細胞在腦缺血時所發(fā)揮的炎癥作用，可以為將來IS在抗炎方面的治療提供重要的新靶點。

2.4 周細胞參與血管生成

IS是由于腦內動脈狹窄、閉塞或破裂引起，在受損區(qū)域重建腦部血流有助于IS的恢復，而腦部血流的重建與新生血管的形成密切相關。毛細血管的形成涉及血管內組成細胞的生長、周細胞的募集等，對組織的保護與恢復具有關鍵作用?；谥芗毎谘苄纬芍械闹饕δ埽J為周細胞可能通過調節(jié)血管生成促進卒中的恢復。

有研究表明，周細胞和內皮細胞共同調節(jié)血管生成[22]。腦缺血發(fā)生后的12～24 h，內皮細胞即開始迅速增殖和分化，局灶性缺血持續(xù)28 d后，可在缺血周圍區(qū)域和瘢痕組織區(qū)域觀察到新血管，表明缺血后發(fā)生了新血管形成[15]。腦血管生成過程中，周細胞向新生內皮細胞的募集依賴于多種信號轉導的復雜相互作用，包括PDGFB、Notch、血管內皮生長因子和血管生成素細胞信號等。Renner等[16]發(fā)現(xiàn)，在永久性缺血48 h后，周細胞中的PDGFR-β增加，然后PDGF-β激活PDGFR-β，誘導周細胞中蛋白激酶B磷酸化，從而引起抗凋亡反應和細胞增殖。其次，PDGF-β/PDGFR-β信號通路誘導周細胞遷移到新生內皮血管，促進微血管的成熟。Stenzel等[17]還發(fā)現(xiàn)，周細胞釋放的促血管生成素1(angiotensin 1，Ang-1) 與胚胎干細胞中的促血管生成素受體(Tie2) 結合，促進肝素結合表皮生長因子的表達，這在血管穩(wěn)定中發(fā)揮了關鍵作用。Ang-2是 Ang1/Tie2信號通路的天然拮抗劑，Ang2影響內皮細胞的增殖和周細胞的補充，從而阻礙新生血管的成熟。因此，調節(jié)不同血管生成時期 Ang-1和Ang-2的平衡可以減輕腦組織的缺血性損傷。此外，G蛋白信號調節(jié)因子5(G-protein signaling 5，RGS5) 是周細胞的活化及血管生成的標志，其在周細胞中的表達以 HIF-1α依賴的方式升高，下調RGS5表達可抑制周細胞增殖，促進周細胞成熟[23]。目前，周細胞中RGS5信號轉導的機制仍在研究中，揭示其機制有助于我們進一步了解周細胞中血管生成介導過程，促進IS血管生成相關治療研究。

2.5 周細胞參與損傷后的神經(jīng)修復

大腦神經(jīng)的發(fā)生伴隨我們生命的始終，受生理因素和病理因素的共同刺激。有報道表明，腦周細胞可能是神經(jīng)干細胞(neural stem cells， NSCs) 的起源[24]。IS能夠誘導內源性 NSCs增殖，新生神經(jīng)元可遷移到缺血大腦表達成熟神經(jīng)元表型，在缺血半暗帶中也可以觀測到新生神經(jīng)元。此外，卒中誘導的代償性神經(jīng)發(fā)生可能取代壞死神經(jīng)元，表明它可能有助于IS后的神經(jīng)系統(tǒng)恢復并成為卒中治療的靶點。

從小鼠腦缺血區(qū)提取的周細胞可以表達多種干細胞標記物或重編程的必要因子，周細胞可以通過轉導神經(jīng)源性轉錄因子sox2和ascl1的重新編程促進神經(jīng)生成。Nakata等[25]也發(fā)現(xiàn)，小鼠短暫性腦缺血后，損傷區(qū)域的周細胞開始表達神經(jīng)干細胞標記物巢蛋白，未成熟神經(jīng)元標記物表達雙皮質蛋白。同時從成年動物缺血組織中獲得的周細胞或在缺血條件下培養(yǎng)的周細胞也顯示出向神經(jīng)和血管譜系細胞分化的能力。最新證據(jù)支持卒中誘導的神經(jīng)發(fā)生和血管生成是高度協(xié)調和耦合的這一觀點。例如，某些血管生成因子和信號通路能夠誘導成人缺血組織的神經(jīng)發(fā)生[18]。因此，腦周細胞不僅可以促進血管生成和神經(jīng)發(fā)生，還可以靶向修復卒中后受損的神經(jīng)系統(tǒng)。

3 IS后周細胞反應的治療策略

周細胞參與維持正常腦血管功能，在IS的生理和病理過程中起重要作用。因此，以周細胞為靶點治療IS越來越受到重視。

在永久性中腦閉塞模型中發(fā)現(xiàn)，敲除RGS5基因會增加周細胞的數(shù)量，BBB損傷明顯減少。因此，靶向RGS5可能是IS的一種潛在治療策略。周細胞HIF-1的誘導會對腦血管功能造成明顯的損害且不利于急性IS后的功能恢復，抑制其誘導功能可能是減少缺血性損傷的一種新方法[10]。已有研究證實，周細胞能夠介導阿托伐他汀促進IS后BBB的完整性，在恢復后期可增加腦血流量、降低BBB的通透性，從而減輕缺血性腦損傷并改善神經(jīng)功能的缺陷[26]。同時也有證據(jù)顯示，低溫可以延緩周細胞從微血管的遷移，從而保護BBB的完整性[27]。此外，周細胞的多能干細胞特性有望用于IS的治療。通過小鼠腦缺血區(qū)的周細胞和缺血缺氧條件下培養(yǎng)的人腦周細胞研究證實[28]，缺血區(qū)周細胞可能通過細胞重編程產(chǎn)生干細胞并獲得多能干細胞活性以產(chǎn)生BBB和NVU的重要成分，從而減少腦組織的損傷。在甘露醇作用下打開BBB，可以使動脈內轉移的周細胞祖細胞滲透到腦內缺血區(qū)。但是此研究并沒有對轉移周細胞的治療效果做出相應的評價，還需要進一步研究來評估該移植的可行性[29]。最新研究表明，顱神經(jīng)嵴衍生的周細胞樣細胞可能是治療BBB功能障礙相關疾病的理想細胞源，可以作為治療IS的新突破點[30]。sigma-1受體的激活可引起自噬抑制周細胞凋亡，從而減輕周細胞丟失和BBB的破壞，對于恢復IS患者BBB破裂的治療有促進作用[31]，有望成為治療IS的新靶點。所以獲得更多關于周細胞的信息，將有助于我們從新的角度研究其在IS中的治療潛力。

4 小結及展望

通過對NVU的相關理解，臨床研究重點將從單純以神經(jīng)元損傷為中心轉移至NVU內部復雜結構的神經(jīng)相互作用中去，NVU的周細胞在IS損傷中的作用也將會得到更深入細致的研究。不過后期仍需要進一步在病理生理狀態(tài)下對周細胞進行研究，期望為IS的治療提供新策略。

利益沖突：無