小胶质细胞极化在神经系统疾病中的研究进展*

徐 陶 综述,黄杜娟,曾俊伟 审校

(遵义医学院生理学教研室/贵州省麻醉与器官功能保护重点实验室，贵州遵义 563000)

小胶质细胞极化在神经系统疾病中的研究进展*

徐 陶 综述,黄杜娟,曾俊伟△审校

(遵义医学院生理学教研室/贵州省麻醉与器官功能保护重点实验室，贵州遵义 563000)

小胶质细胞；极化；神经系统疾病

神经炎性反应是许多神经系统病变的重要病理基础。在病变进程的不同阶段，小胶质细胞内的一些炎症因子、趋化因子和蛋白激酶的表达呈动态变化。病变部位的小胶质细胞往往具有双重作用，小胶质细胞病态活化可释放高水平的促炎因子及细胞毒性物质，作用于神经元，促进其凋亡坏死；另一方面，小胶质细胞吞噬清除细胞碎片，并释放神经生长因子及抗炎因子而减轻神经损伤，促进组织修复。近年的研究表明，在神经系统疾病发展的不同阶段，可见小胶质细胞多重活化表型转换，这可能与局部微环境变化有关。本文对小胶质细胞表型转化在神经系统疾病发展中的作用方面近年的研究进展进行综述，为寻找更加有效的神经疾病治疗靶点提供理论依据。

1 小胶质细胞表型分类

小胶质细胞作为中枢神经系统的固有免疫细胞，对细胞外环境变化非常敏感，当中枢神经系统受到损伤，例如感染、脑创伤、缺血性损伤时，小胶质细胞从静息态转化为阿米巴状的激活态。活化的小胶质细胞分为经典活化状态(M1型)和选择活化状态(M2型)[1]。M1型小胶质细胞Toll样受体活化，胞体变大，突起回缩变粗、变短，Toll样受体4(TLR4) 和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶复合体表达上调，转录因子核因子-κB(NF-κB)活化，并产生促炎因子白细胞介素(IL)-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、趋化因子(CCL2、CXCL9和CXCL10等)及氧化代谢产物，对神经元产生毒性作用，促进炎症和组织损伤。该表型的常见标记物有一氧化氮合酶(iNOS)、环氧化酶-2(COX-2)及一些膜表面分子如CD16、CD32、CD86和MHCⅡ等。小胶质细胞M1表型标记物往往在损伤减轻或病原体清除后下调，但失控或过度的M1活化可以释放多种神经活性物质，造成神经元损伤，引发神经系统退行性病变。

M2型小胶质细胞分为M2a、M2b和M2c 3类表型。M2a表型由IL-4和IL-13诱导，形态较小，突起变少、变长，可分泌高水平的抗炎因子如IL-4、IL-13及转化生长因子-β(TGF-β)，并伴有IL-12低表达而IL-10高表达，通过清道夫受体和基质降解酶作用吞噬损伤的神经细胞碎片，抑制过度炎性反应，促进组织修复和神经元的再生，避免继发炎症损伤。M2a表型常见标记物包括精氨酸酶-1(agrinase-1)、甘露醇受体(Mrc1)、CD206、Ym1和Fizz1等。当IL-1β与LPS同时作用于小胶质细胞，或暴露于IgA免疫复合体时可以形成具有免疫调节表型的M2b亚型，表型标记物兼具M1(iNOS、IL-1ra、TLR4、CD74、CD86、MHCⅡ、NADPH氧化酶复合体)和M2(Il-4rα、IL-10、Socs3)细胞的特点，同时STAT1、NF-κB1、NF-κB2等表达上调，具有促炎/抗炎的双重作用。小胶质在吞噬凋亡细胞后，在IL-10诱导下呈现“去活化”的M2c抗炎表型，富含肌动蛋白的吞噬体SLP-76，M2c细胞在炎性反应下调后可帮助组织重塑和基质沉积，其表型标志物包括CD163、CD206、Sphk-1及TGF-β等。

2 小胶质细胞表型变化与神经系统疾病

2.1脑出血(intracerebral hemorrhage，ICH) ICH是指非创伤性脑实质内血管破裂引起的出血，病灶局部水肿和炎症对周边脑组织造成进一步损伤。ICH早期血管破裂时，血液成分中的凝血酶、亚铁血红素、白细胞及血小板等可刺激小胶质细胞激活，释放炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α及趋化因子CXCL2，促进神经元炎症损伤。ICH的严重程度及血肿的大小影响M1和M2极化程度，反复的脑创伤会造成严重的皮质病变，M1表型持续可达数月至数年[2]。ICH大鼠小胶质细胞激活最早在出血1 h后即可观察到。在ICH小鼠M1表型标记物明显上调，4 h后到达顶峰并维持3 d，7 d后逐渐减少；M2表型标记物表达上升达峰值较M1晚，但也在7 d后表达下降[3]。在蛋白酶活化受体-1(PAR-1)基因敲除的ICH小鼠，M1型小胶质细胞数量及炎症因子表达同步下降，提示PAR-1参与了ICH诱导的小胶质细胞M1极化。调节性T细胞可以通过IL-10/GSK3β/PTEN axis途径,促进小胶质细胞从M1型向M2型转变。在脑出血损伤的最后阶段，小胶质细胞M2b表型多见，具有促炎和抗炎的双重功能。

目前研究表明，药物治疗诱导小胶质细胞表型从M1向M2型转变对于缓解后续脑实质损伤具有重要意义。去铁胺抑制小胶质细胞激活，抑制TNF-α表达，明显改善ICH大鼠神经元损伤。miR-124和青藤碱可以促进ICH小鼠小胶质细胞从M1型向M2型转变，M2型小胶质细胞增多有助于抑制MMP3/9和 C/EBP-α表达，从而保护损伤神经元功能[4-5]。但5，7-二羟基双氢黄酮虽然可以降低ICH小鼠病灶周围M1细胞数量，抑制TLR4激活，炎症因子表达下降，但并不影响M2型细胞数量及功能。在ICH大鼠脑缺血早期，局部给予IL-4或自由基清除药依达拉奉明显促进小胶质细胞M1型向M2型转换[6]，促进神经功能恢复。

2.2帕金森病(Parkinson′s disease，PD) PD是一种中枢神经系统的慢性退行性疾病，其特征是由遗传和环境因素引起的多巴胺能神经元的丢失。在PD患者尸检标本观察到，α-突触核蛋白在脑内聚集程度与M1型标记物MHCⅡ表达增加程度密切相关。在PD动物模型，MHCⅡ敲除可以明显减轻α-突触核蛋白高表达后的小胶质细胞M1型极化，并减轻多巴胺能神经元坏死。Pisanu等[7]进一步观察到，在慢性PD小鼠，多巴胺能变性的过程与小胶质细胞M1极化数量逐渐超过M2极化数量相关联。在正常及PD 小鼠，M1与M2极化表型均存在，但PD小鼠脑内小胶质细胞 M1表型较多而 M2 表型较少。JAK/STAT途径激活可能是造成M1小胶质细胞活化的机制之一。Chen等[8]研究证明MPP可通过抑制Arg-1、 Fizz1和Ym1的表达从而抑制小胶质细胞M2极化，多奈哌齐预处理后可通过抑制IL-6、IL-1β和TNF-α表达，进而抑制MPP诱导M1极化。Tang等[9]研究发现组蛋白H3K27me3去甲基化酶Jumonji域包含3(JMJD3)能通过修饰组蛋白H3K27me3增强小胶质细胞M2极化，对炎症后期组织损伤进行修复和重塑。由此可见，小胶质细胞激活及M1/M2表型转换可能参与了PD的病变过程，干预小胶质细胞M1 型极化有望阻断或延缓帕金森病的进展。

在PD患者血清中维生素D水平往往较低，补充维生素D可以缓解患者症状。在PD小鼠，补充维生素D可以减轻脑小胶质细胞激活，M1 型标记物如iNOS和TLR-4表达下调，而M2型标记物如IL-4、IL-10和TGF-β、CD163、CD206、CD204等上调，同时减轻多巴胺能神经元坏死凋亡[10]。补充硫辛酸也可以减轻多巴胺能神经元损伤，其机制是抑制了M1小胶质细胞NF-κB活化和炎性分子表达。另外，扩血管药法舒地尔可以通过ROCK/NF-κB/Nrf2信号途径促进PD小鼠脑小胶质细胞由M1表型向M2型转换，炎症因子及氧化应激产物的表达下降同时提高抗氧化因子Nrf2 和Hmox表达[11]。

2.3阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD) AD是老年人群中最常见的神经退行性疾病，神经炎症引起的β淀粉样蛋白聚集是AD病变的关键因素，β-淀粉样蛋白(Aβ) 通过PI3K-Akt与NF-κB途径参与了Aβ刺激小胶质细胞 M1极化的过程。患者脑脊液中miR-9、miR-125b、miR-146a 和 miR-155表达上调，这些miRNA可以促进小胶质细胞M1极化，并抑制M2极化，这提示M1/M2表型极化参与了AD病变进展。在散发病例AD病变早期，脑内小胶质细胞以M1/M2a为主，在AD后期M1,M2a 和M2c数量均有增加；先天愚型患者40岁后往往出现老年性痴呆症状，尸检发现早期(40岁前)大脑M1和M2b细胞数量较多而M2a和M2c细胞数量较少；后期(40岁后)M2b细胞占多数。在APPswe/PS1dE9小鼠，小胶质细胞M1标记物表达增多与TNF-α表达上调同时出现；在离体小胶质细胞也同样发现Aβ刺激小胶质细胞SOCS3和TNF-α表达上调，而降低SOCS3表达可以抑制IL-6表达，减轻M1极化[12]。

Latta等[13]证实IL-4作用于在体和离体AD模型，造成小胶质细胞M2a表型增多， Aβ沉积物减少，提示调节小胶质细胞表型转化，有可能是未来AD治疗的一个研究方向。绞股蓝皂甙和尼古丁可以减轻Aβ诱发的小胶质细胞M1表型iNOS、IL-1β、TNF-α表达和IL-6的释放，同时促进M2表型Arg-1、IL-10、脑源性神经营养因子(BDNF)和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)释放，细胞因子信号抑制因子1(SOCS1)是绞股蓝皂甙作用于小胶质细胞的下游靶点；尼古丁的效应则通过激活大麻素CB2受体产生[14]。M2巨噬细胞移植后可以显著逆转Aβ1-42诱导的AD大鼠脑IRF5/IRF4比例上调，促进M1向M2表型转化，改善认知功能障碍[15]。TLR2基因沉默也可以通过促进M1向M2表型转化，进而缓解Aβ造成的神经炎症。

2.4多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化(multiple sclerosis,MS) MS是一种中枢神经系统慢性炎症性脱髓鞘疾病。在大鼠变态反应性脑脊髓炎模型，M1 极化小胶质细胞比例在疾病发病期和高峰期明显上调，至恢复期，M1 细胞比例下调，而 M2 细胞比例上调。在趋化因子受体2(CCRL2)基因缺陷小鼠，也可以观察到神经纤维脱髓鞘病变伴随有小胶质细胞M1/M2表型平衡被打破[16]。T淋巴细胞和M1/M2表型小胶质细胞彼此接近并相互作用，可能参与了MS病变发展。IL-13可诱导脑小胶质细胞由M1型向M2型转化，促进MS疾病转归[17]。同源异型盒基因Msx3及Neuropilin-1(Nrp1)可能是调节M2极化的重要原因。Msx3过表达可以促进小胶质细胞M2极化并抑制M1极化，降低Msx3表达则加重炎症诱发的神经元脱髓鞘病变；而降低Nrp1也会导致类似的变化[18]。新近一项研究表明，提取自植物中的黄酮类复合物flavocoxid用于变态反应性脑脊髓炎小鼠的治疗，下调环氧合酶COX和5-脂氧合酶(5-LO)活性，明显降低脊髓MHC Ⅱ及炎症因子表达，促进M2型极化并合成释放IL-10，促进MS疾病转归，有可能用于MS的治疗[19]。

肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是一种成人发病的破坏性神经退行性疾病，因运动神经元死亡导致渐进性肌肉萎缩和瘫痪。在ALS患者的运动皮层、皮层脊髓束及脊髓前角均可见到小胶质细胞长期激活。与普通ALS小鼠相比，过表达超氧化物歧化酶1的ALS小鼠发病早期M2极化标记物Ym1、CD163和BDNF表达较高；在发病后期M1激化标记物Nox2表达较低。鞘内注射AAV9病毒发现scAAV9-VEGF-165可激活PI3K/Akt通路，增加Bcl-2蛋白表达，促进M1型小胶质细胞向M2型转换，促进运动神经元功能恢复[20]。如选择性抑制脊髓星形胶质细胞NF-κB不足以减轻运动神经元死亡，但选择性抑制脊髓小胶质细胞NF-κB可减少M1型小胶质细胞的表达，减轻小胶质细胞介导的运动神经元死亡，由此可见，小胶质细胞病态激活与M1极化促进运动神经元死亡可能是ALS病变机制之一。

2.5疼痛 疼痛是一种令人不快的感觉和情绪上的感受，伴有实质上的或潜在的组织损伤。在诸多疼痛动物模型均观察到小胶质细胞激活，表型向M1方向发展。在大鼠坐骨神经结扎1 d后，脊髓背角M1/M2小胶质细胞均被激活，但小胶质细胞更倾向于向M1表型转化。银胶菊内酯可减轻坐骨神经结扎造成的痛觉过敏，抑制M1极化标记物IL-1β,IL-18和iNOS的表达，促进M2标记物IL-10和TIMP1表达。Piotrowska等[21]观察到，CCR5拮抗剂MVC(maraviroc)可有效下调CCI大鼠脊髓小胶质细胞p38 MAPK磷酸化水平，ERK1/2和NF-κB蛋白的表达，同时M1活化标记物表达均下降。鞘内注射miR-124或小胶质细胞活性抑制剂米诺环素可以抑制注射角叉菜胶或脊神经结扎的疼痛小鼠脊髓背角小胶质细胞M1极化。在脊髓损伤大鼠的皮层及海马等部位，小胶质细胞极化均以M1型为主，系统给予细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂CR8可以下调这些部位的cyclins A1,A2,D1,E2F1及CDK4、PCNA表达，说明小胶质细胞极化往往伴随有细胞周期蛋白的激活。Ketz等[22]通过对脊神经结扎大鼠的后爪、背根神经节和脊髓区域，分别使用低功率光疗，发现光疗有可能通过调制小胶质细胞向M2表型转化，从而有效地减少机械性痛觉过敏。

2.6抑郁 抑郁症以显著而持久的心境低落为主要临床特征。有研究显示，小胶质细胞激活后，M1极化释放出的炎性因子和神经毒性物质介导的炎性反应与抑郁的持续发展密切相关。抑郁患者的心境低落的复发与缓解往往与M1/M2极化的失衡处于动态变化有关。在临床接受促干扰素α(IFN-α)长期治疗的患者可出现抑郁样行为；在BALB/c小鼠给予IFN-α之后部分小鼠出现抑郁样行为，其小胶质细胞表达大量MHC Ⅱ和CD86，这提示M1极化[23]。氟西汀和氢溴酸西酞普兰片均是临床常用的5-羟色胺再摄取抑制剂，二者抗抑郁的机制之一就是抑制小胶质细胞M1极化，促进M2极化[24]。Zhao等[25]研究显示PPARγ(氧化物酶体增殖物激活受体γ)激动剂吡格列酮可改善慢性轻度应激造成的C57BL/6小鼠的抑郁样行为，减少小胶质细胞M1标志物表达，增加小胶质细胞M2标志物的表达；体外实验也证实吡格列酮通过抑制NF-κB活化逆转M1/M2极化及炎性细胞因子表达失衡。体育锻炼可以改善抑郁，其机制可能也与纠正M1/M2极化失衡有关，经体育锻炼后，IL-6、IL-10及巨噬细胞移动抑制因子表达增加，C-反应蛋白减少，M2极化细胞数目增加而M1极化细胞数目减少。

3 展 望

小胶质细胞极化在神经系统疾病的发生和发展过程中扮演着重要的作用。小胶质细胞表型的动态变化，对于神经炎症的炎性反应的调节具有重要作用。目前，关于M1/M2极化失衡的研究日渐增多。但仍有很多需要进一步研究的问题。如大量不同类型的受体是如何有效干预小胶质细胞活化，其活化机制是怎样的，M1/M2的最佳平衡状态如何，最佳平衡状态的潜在调节机制如何？相信随着神经系统疾病发生与发展过程中小胶质细胞极化调节机制的不断阐明，基于调控小胶质细胞极化的策略，设计相关治疗靶点，将成为治疗神经系统疾病的新的研究方向。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2017.27.040

R741

A

1671-8348(2017)27-3866-04

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2017-04-11)

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徐陶(1992-)，在读硕士，助理实验师，主要从事疼痛的神经化学机制方面的研究。△

，E-mail:junweizeng@sohu.com。