白桂芹,張 雪

（1.川北醫(yī)學院基礎醫(yī)學與法醫(yī)學院解剖學教研室，四川 南充 637000；2.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院耳鼻喉科，四川 南充 637000）

小膠質細胞作為大腦的主要吞噬細胞，通過分泌細胞因子、趨化因子和生長因子，可以強烈地對應激源做出反應，在大腦穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用[1]。重度抑郁癥（major depressive disorder, MDD）前扣帶皮層區(qū)域存在較高的谷氨酸和谷氨酰胺代謝異質性，并且在患抑郁癥后自殺的患者腹側前額葉的白質中出現更多活化的小膠質細胞[2]。社交失敗等慢性壓力因素也會增加腦細胞因子并誘導小膠質細胞激活，從而加劇免疫應激對抑郁的影響[3]。活化的小膠質細胞可以對壓力引起的神經炎癥快速做出反應，并通過分泌促炎細胞因子以及代謝產物，調控神經元與星形膠質細胞的功能以改善抑郁癥狀；此外，補體因子或應激誘導的神經元集落刺激因子Csf1 激活小膠質細胞可直接影響與抑郁和癡呆相關的神經元完整性[4]。因此，小膠質細胞激活與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展密切相關，從某種程度上講，抑郁癥就是小膠質細胞疾病。

1 小膠質細胞M1/M2極化對神經炎癥的影響

小膠質細胞可根據刺激、環(huán)境和周期呈現不同的表型，稱為小膠質細胞激活或極化，根據極化表型表現出神經毒性或神經保護功能[5]。M1 型小膠質細胞呈變形蟲形狀，具有高流動性，可分泌導致組織損傷的促炎細胞因子；M2型小膠質細胞通過產生抗炎細胞因子，抑制神經損傷和促進組織修復，從而發(fā)揮神經保護作用[6]，M1 型和M2 型小膠質細胞可以根據其激活途徑相互轉化。在1 型輔助性T 細胞（T helper type 1 cell,Th1）衍生的IFN-γ 細胞因子的作用下，靜息的小膠質細胞可能通過經典的激活途徑轉化為由IFN-γ 誘導的M1 型[7]；或由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）及損傷相關分子模式（damage-associated molecular pattern,DAMP）刺激激活，從而產生多種促炎細胞因子，如白細胞介素（interleukin，IL）-23、IL-18、IL-12、IL-1β、IL-6、TNF-α、CCL2、CXCL10、TLR4、ROS、NO、蛋白水解酶基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-3 和MMP-9[8]。相反，源自Th2 的細胞因子IL-4和IL-13 可以通過替代激活途徑誘導小膠質細胞轉化為M2 型[9]，激活的M2 型小膠質細胞由三種具有獨特標記和生物學功能的亞型組成：M2a、M2b 和M2c[10]。在IL-4、IL-13、M2a 小膠質細胞的刺激下，精氨酸酶1（arginase-1,Arg-1）、Ym1、胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor-1,IGF-1）、CD206和幾丁質酶3（chitinase 3,CHI3）的表達在炎癥組織中增加[11]。在免疫復合物和TLRs 激動劑的誘導下，M2b 表型出現IL-1β、CD86、細胞因子信號傳導抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3,SOCS3）、IL-1β、IL-6、IL-10 的表達增加，參與吞噬和組織碎片的清除過程[12]。當炎癥反應減弱時，TGF-β、IL-10 和糖皮質激素誘導小膠質細胞M2c表型，幫助組織再生[13]。

大量證據表明，小膠質細胞的M1/M2 極化對中樞神經系統中神經炎癥的產生有顯著影響。在一些慢性神經系統疾病中，小膠質細胞被激活并逐漸改變形態(tài)和功能。小膠質細胞可以通過激活一些先天性免疫信號通路，如NOD、LRR 和NLRP3炎癥小體等，促使炎癥介質的持續(xù)釋放，導致多種神經退行性疾病的發(fā)生與發(fā)展[14]；在具有抑郁癥狀的患者或小鼠大腦中同樣發(fā)現了不同激活程度的小膠質細胞表型[15]。與抑郁癥相關的小膠質細胞的激活機制值得深入探討。

2 小膠質細胞激活誘發(fā)神經炎癥在抑郁癥中的作用

在臨床抑郁癥中，小膠質細胞激活如何發(fā)生是一個廣受爭議的話題，其包括以下幾種可能的機制。

2.1 小膠質細胞通過血腦屏障與外周免疫相互作用

小膠質細胞激活與抑郁癥密切相關，通過產生神經炎癥促進抑郁的發(fā)生，外周免疫細胞和小膠質細胞之間的相互作用由脈絡叢和血腦屏障調節(jié)，在病毒感染、中風和外傷等病理條件下，血腦屏障功能減弱，免疫細胞從外部滲入大腦。一些損傷信號通過與特定受體的結合直接刺激小膠質細胞的激活，使其分泌更多的炎癥因子，從而加劇抑郁癥狀[16]。研究顯示，在血漿和腦脊液中的促炎細胞因子水平升高會影響不同人群MDD 的進展和嚴重程度[17]。保守的病原體和風險相關的分子模式分別負責感染性或非感染性炎癥小膠質細胞反應，炎癥因子通過體液和神經通路激活小膠質細胞。在經過治療后，小鼠內源性海馬小膠質細胞數量和海馬小膠質細胞活化減少[18]。此外，小膠質細胞產生色氨酸2,3-二加氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO），將色氨酸轉化為犬尿氨酸，而犬尿氨酸途徑則是從壓力應激的影響發(fā)展到抑郁癥的重要轉變因素[19]。小膠質細胞中IL-6和COX-1誘導的前列腺素合成對于炎癥誘導的小鼠抑郁行為至關重要[20]。因此，中樞和外周免疫改變導致的促炎細胞因子水平增加與MDD的發(fā)展和復發(fā)密切相關。

2.2 腸腦軸參與小膠質細胞的激活

腸道微生物可能在應激相關的小膠質細胞激活中發(fā)揮重要作用。在人體和實驗模型中，微生物種系與抑郁癥密切相關。抑郁癥患者的微生物種類組成發(fā)生了很大的改變。腸道微生物菌群在正常生理條件下受到調控可以影響免疫細胞的結構、功能和遷移。腸道微生物菌群失調會導致HPA 軸功能障礙，抗抑郁藥物可以調節(jié)HPA 軸的功能失調[21]。抑郁癥狀與更高的皮質醇水平和更長時間的HPA 軸激活及社會心理壓力應激有關[22]。長期暴露于壓力會誘導胃腸道中的微生物菌群易位以及循環(huán)骨髓細胞和大腦駐留神經膠質細胞中產生細胞因子的炎癥小體的激活[23]。微生物菌群誘導的免疫炎癥變化在抑郁癥患者中增強，促炎細胞因子可以直接增加血腦屏障通透性，部分是通過上調內皮細胞黏附分子以促進淋巴細胞侵襲，還有一些腸道微生物菌群可在體外有效抑制LPS 處理的小膠質細胞中NF-κB 的活化；在經過糞便微生物菌移植后，受體小鼠和供體小鼠均出現小膠質細胞由M1 型向M2 型轉換[24]。在一些情況下，壓力會提高腸道的通透性，使腸道微生物菌群或其代謝物穿過腸黏膜，刺激免疫-大腦系統，最終導致免疫細胞激活，從而誘導小膠質細胞的激活并伴有抑郁樣行為[25]。

2.3 NLRP3炎癥小體激活小膠質細胞

NLRP3 炎癥小體是一種多蛋白復合物，由NLRP3、Pro-caspase-1 和凋亡相關結構域CARD、ASC組成，其被過度激活后，釋放IL-1β 和IL-18 驅動炎癥反應，導致神經元呈病理性改變[26]。小膠質細胞是大腦中負責IL-1β 和IL-18 分泌的主要細胞類型，響應經典炎癥小體的刺激[27]。小膠質細胞在維持腦穩(wěn)態(tài)和調控NLRP3 炎癥小體介導的神經炎癥中起重要作用[28]，阻斷NLRP3 炎癥小體可以降低可卡因誘導的小膠質細胞激活和神經炎癥，抑制NLRP3 表達可以防止LPS誘導小膠質細胞發(fā)生M1型極化[29]。因此，依賴小膠質細胞的NLRP3 炎癥小體激活在神經炎癥狀態(tài)中起著重要作用。

2.4 糖皮質激素誘導小膠質細胞活化

糖皮質激素受體是預防抑郁癥的重要治療靶點，其通過HPA 軸維持神經元的分子、細胞和系統穩(wěn)態(tài)，在應激系統中發(fā)揮關鍵作用。糖皮質激素一般具有抗炎作用，但其在某些情況下會加重炎癥，特別是當大腦穩(wěn)態(tài)被破壞時，糖皮質激素激活的小膠質細胞會對一系列免疫刺激做出反應，包括損傷、創(chuàng)傷或炎癥[30]。糖皮質激素可刺激小膠質細胞表達亮氨酸拉鏈與FK506，并與其蛋白基因結合；而亮氨酸拉鏈與FK506會加重應激反應和抑郁癥狀。皮質酮也被廣泛用于誘導小鼠的類似抑郁行為。周圍系統和中樞的免疫細胞作用于大腦，影響應激相關的神經內分泌反應，特別是小膠質細胞激活和HPA 軸過度活躍。糖皮質激素水平的升高能夠激活小膠質細胞，并在中樞神經系統內誘發(fā)炎癥反應[31]。這些結果證實糖皮質激素可引起小膠質細胞的活化。

2.5 集落刺激因子1 受體（colony-stimulating factor 1receptor，Csf1r）對小膠質細胞的維持作用

Csf1r是一種關鍵的酪氨酸激酶跨膜受體，對大腦中小膠質細胞的發(fā)育和生存至關重要[32]，可以被蛋白水解裂解成可溶性的外域和細胞內的蛋白片段，在兩個配體Csf1 和IL-34 的激活下維持髓系干細胞的生存[33]。Csf1 和IL-34 以腦區(qū)域特異性方式調控小膠質細胞種群；在成年小鼠中，阻斷Csf1 和IL-34 分別能顯著減少腦白質區(qū)和灰質區(qū)小膠質細胞的數量[34]。Csf1r激酶抑制劑PLX3397 對Csf1r 信號傳導的阻斷可以消除大約99%的全腦小膠質細胞[35]。研究表明，中藥復方交泰丸通過抑制Csf1r 介導的小膠質細胞激活和炎癥反應來改善皮質酮誘導的抑郁小鼠的神經元病理性改變，從而起到治療抑郁癥的作用[36]。

2.6 小膠質細胞通過神經炎癥對壓力做出反應

暴露在壓力源下會導致大腦形成炎癥環(huán)境，從而導致抑郁。應激源可以誘導特定的損傷分子模式，包括病原體相關的分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），如來自細菌的LPS、來自病毒的RNA；和DAMP，如ATP、熱休克蛋白、高遷移率族框1蛋白（high mobility group box-1，HMGB1）等介導信號傳導激活小膠質細胞并放大神經炎癥反應[37]。此外，慢性應激可誘導小膠質細胞上PAMP 受體TLR 的表達，從而增強PAMP 誘導的促炎作用[38]。這些研究表明，應激暴露后刺激PAMP 或DAMP 信號通路會增強炎癥反應，直接觸發(fā)小膠質細胞的激活，并導致類似抑郁的行為。

2.7 神經元的活動增加引起小膠質細胞的活化

小膠質細胞在發(fā)育和成熟的中樞神經系統中都參與突觸修剪。在某些條件下，小膠質細胞可刺激原代神經元表達，這涉及神經營養(yǎng)因子和抗炎細胞因子的表達，如BDNF、IGF-1和IL-4[39]。小膠質細胞生理功能及其作用對于維護大腦神經元的完整性、神經發(fā)生和網絡功能很重要。壓力通常會導致神經元活動增加。小膠質細胞在監(jiān)測環(huán)境變化的同時，可能會被強烈的神經元信號所激活。小膠質細胞表面有多種受體，可以和許多與壓力相關的神經遞質相結合，包括去甲腎上腺素、谷氨酸鹽和血清素。當面臨壓力、威脅、焦慮或疼痛時，許多小膠質細胞被激活并靠近大腦灰質區(qū)域的神經元[40]。因此，神經元活動與小膠質細胞激活存在相互作用。

2.8 趨化因子影響小膠質細胞的激活

在慢性不可預知性應激抑郁模型中，Fractalkine信號通路是重要的神經元-小膠質細胞調節(jié)通路。Fractalkine（也稱為CXC3 配體1 或CX3CL1）是一種主要由神經元表達的趨化因子，其受體CX3CR1 僅在大腦的小膠質細胞中表達[41]。CX3CL1 主要在神經元和小膠質細胞中互補表達，并在這些細胞之間建立獨特的通信系統，其中CX3CL1-CX3CR1 信號傳導負責控制小膠質細胞的激活[42]。CX3CL1 可以通過與小膠質細胞上的CX3CR1結合，促使小膠質細胞向M2型極化來減弱輻射性腦損傷[43]。在反復的社交失敗后，小鼠大腦中CX3CL1 和CX3CR1 表達降低；當小鼠面臨不同的抑郁相關壓力時，小鼠CX3CR1 基因消融會導致混亂的后果：在注射LPS 激活海馬和前額皮質的小膠質細胞后，CX3CR1 缺陷小鼠在尾懸試驗中表現出絕望行為[44]。然而，有研究表明，CX3CR1 信號丟失具有保護作用，CX3CR1 缺乏減少了M1 型小膠質細胞的激活，從而減少了炎癥細胞因子的釋放，緩解抑郁樣癥狀[45]；過表達CX3CL1-CX3CR1可以促進小鼠前扣帶皮層谷氨酸神經元棘突周圍小膠質細胞的激活和吞噬，從而導致抑郁[46]。雖然以上研究結論相互矛盾，其原因并不清楚；但這些研究有力地證明了CX3CL1-CX3CR1 信號通路在小膠質細胞激活介導的抑郁癥中發(fā)揮重要的作用。

3 小膠質細胞M1/M2表型轉換與抗抑郁治療有關

不同的內外部觸發(fā)因素促使激活的小膠質細胞發(fā)揮神經毒性或神經保護作用。目前，尚不清楚哪些分子協同相互作用會引起小膠質細胞狀態(tài)的改變，以及哪些是以基因特異性方式起作用以改變相反表型的后期發(fā)展。在體外，M2 型小膠質細胞通過最初用LPS、IL-4或IL-10處理，隨后改變刺激物的順序來影響M1型的轉換，一方面，在給予LPS 之前應用IL-10預處理阻止了TNF-α、IL-6 和COX2 的表達[47]；另一方面，在給予IL-10 之前用LPS 治療會導致炎癥的產生[48]。這些有助于小膠質細胞在不同激活劑下顯示形態(tài)轉換的證據。

PPARγ 可以抑制小膠質細胞的激活，促進M1 型向M2 型轉換并減少相關炎癥因子的表達。根據受到的刺激，小膠質細胞的激活特征從經典激活M1 型細胞轉換成替代激活的M2 型細胞[49]。靶向抑制NLRP3炎癥小體的過度激活促進了小膠質細胞由M1 型轉換為M2 型；在慢性不可預測的應激小鼠中，藥物誘導的小膠質細胞從促炎M1 型向抗炎M2 型的轉換而表現出抗抑郁作用[50]。

綜上所述，神經炎癥參與了抑郁癥的病理和生理過程。小膠質細胞作為中樞神經系統的組織特異性巨噬細胞，在神經炎癥中發(fā)揮重要作用。在神經炎癥過程中，常駐小膠質細胞向促炎M1 型或抗炎M2 型激活。小膠質細胞M1/M2 表型轉換與抗抑郁治療有關。了解炎癥、小膠質細胞活化和抑郁癥之間的相關性可能對開發(fā)新一代抗抑郁藥物具有重要價值。