小胶质细胞极化在脑缺血中的研究进展

杨程显 包新杰 王任直

中国医学科学院 北京协和医院神经外科，北京 100730

脑缺血是血栓形成或外源性栓子导致颅内动脉梗塞，造成脑灌注不足，从而引起神经功能障碍的一类疾病。急性期脑缺血治疗包括静脉溶栓和机械取栓，但治疗时间窗短，大部分患者在发病后无法及时接受治疗。大量研究探寻亚急性期和慢性期脑缺血的有效治疗方法，希望改善甚至恢复患者的神经功能。小胶质细胞是脑内最重要的天然免疫细胞，在脑缺血发病后率先被激活。受微环境调控影响，小胶质细胞极化形成不同的表型，兼有损伤和修复的潜能。这一独特的生物学现象对阐明脑缺血发病机制和发现新药物靶点具有重要意义。

1 小胶质细胞的发育和分布

脑内小胶质细胞发育和分布的研究较为清楚。在胚胎发育第8 天，卵黄囊中原始髓系祖细胞开始迁移至脑实质组织，逐渐发育形成小胶质细胞[1]。Stremmel等[2]发现卵黄囊来源的巨噬细胞前体，在胚胎发育形成血管的有限时间窗内随血流迁移至胎儿体内，这一细胞迁移过程在胚胎发育第10.5 天达到最高峰。在不同脑区之间，小胶质细胞的比例差异较大，波动在0.3%～16.9%。在大鼠脑内，小胶质细胞主要分布在黑质、皮层等脑灰质中，而人的小胶质细胞主要分布在脑白质[3]。

2 小胶质细胞的生理功能

小胶质细胞通过快速伸缩“分枝”结构，监测脑内微环境，吞噬病原微生物和坏死细胞。此外，小胶质细胞在突触发育、功能和可塑性方面可发挥重要调节作用。在正常大鼠脑组织中，Wake 等[4]利用双光子活体成像技术发现小胶质细胞在迁移过程中可与神经元突触结构接触。神经元越活跃，小胶质细胞与之接触的频率越高。在脑发育过程中，小胶质细胞会吞噬和清除突触结构，这一生理现象被称为“突触修剪”，对突触结构的成熟和维持具有重要意义[5]。此外，Weinhard等[6]发现小胶质细胞对突触前结构具有胞啃作用，同时诱导形成突触后树突棘的丝状伪足，促进神经环路的重构和成熟。除了与突触结构直接接触，小胶质细胞还可以分泌细胞分子调节突触的发育、成熟和功能[7]。

3 小胶质细胞的极化现象

在内源性或外源性致病因子的作用下，小胶质细胞的形态和功能发生改变，分为经典激活型（M1）和替代激活型（M2），分别发挥促进和抑制炎性反应的作用。体外实验证实，小胶质细胞受脂多糖（LPS）和γ-干扰素（IFN-γ）刺激后转变为M1 型，分泌多种促炎因子，例如肿瘤坏死因子（TNF）-α、白介素（IL）-12、IL-1β、IL-6 等，促进生成一氧化氮，加重炎性反应，造成组织损伤[8]。而在IL-4 和IL-13 的诱导作用下，M2 型小胶质细胞分泌抗炎因子[IL-10、IL-4、转录生长因子（TGF）-β、IL-13、精氨酸酶（Arg）-1 等]和分泌生长因子（血管内皮生长因子、脑源性神经营养因子、血小板源性生长因子等），抑制炎性反应，促进组织恢复[9]。

4 脑缺血与小胶质细胞极化

脑缺血会引起小胶质细胞极化。Wake 等[4]在缺血脑组织中观察到小胶质细胞与神经元接触的时间延长，导致部分突触结构消失，提示小胶质细胞可能参与脑缺血后的脑环路重建。在脑缺血发病早期，梗死灶周围的小胶质细胞主要极化为M2 型，随着缺血缺氧加重则主要极化为M1 型[10]。

脑缺血后生物酶的表达水平改变促进小胶质细胞极化为M1 型。脑缺血发生后，活性氧自由基过度累积、钙超载等细胞内病理改变提高细胞凋亡信号调节激酶（ASK）-1 表达水平，诱导细胞凋亡。Cheon 等[11]发现抑制ASK-1 可以减少M1 型细胞相关促炎因子的表达和释放，促进M2 型细胞相关因子上调，提示缺血环境下M1 型细胞增多和M2 型细胞减少的原因可能是ASK-1 表达上调。内源性硫化氢（H2S）是一种气体递质，合成依赖胱硫醚β 合酶（CBS）。脑缺血发生后CBS 表达增加，导致H2S 合成增加，促进小胶质细胞极化为M1 型，加重炎性反应[12]。T-LAK 细胞来源的蛋白激酶（TOPK）可以通过抑制组蛋白去乙酰化酶活性促进小胶质细胞极化为M2 型，而在缺血脑组织中TOPK 的表达量下调[13]。

免疫相关分子在小胶质细胞极化过程中也发挥重要作用。Meng 等[14]发现缺血状态神经元会释放可溶性凋亡相关因子配体，可能通过激活JAK2/信号转导与转录激活因子（STAT3）和NF-κB 信号通路促进小胶质细胞极化为M1 型。Boddaert 等[15]发现在发病后第4 天，病灶周围组织CD8 和SYK 分子表达上调，促进小胶质细胞由M2 型转化为M1 型。海马区神经元在缺血损伤后会释放锌离子，通过激活P2X7 受体，促进小胶质细胞M1 型极化和释放促炎因子[16]。多种白介素也可以诱导M2 型细胞极化，例如IL-4 和IL-33[17-18]。

在M1 型细胞主导的炎性反应中，机体会产生代偿反应，避免过度炎性反应。脑缺血后，外周单核巨噬细胞会迁移至受损部位。多项研究证实，外周单核巨噬细胞浸润在缺血早期具有避免M1 型小胶质细胞过度炎性反应，以及促进小胶质细胞向M2 型极化的作用[19-20]。骨桥蛋白（OPN）在正常脑组织中几乎不表达，但是在缺血脑组织中表达明显上调，具有使病变部位局限的作用。OPN 缺乏可加重脑缺血后的神经退行变[21]。Ladwig 等[22]研究发现OPN 可能通过促进小胶质细胞M2 型极化抑制炎性反应。

5 以小胶质细胞极化为靶点的治疗

促进M2 型极化在脑缺血治疗方面具有重要研究价值和广阔应用前景。研究人员尝试逆转失衡的M1 和M2 型细胞比例，发挥M2 型细胞的神经保护功能，从而减少梗死灶体积，促进神经功能恢复。在动物实验中，以促进小胶质细胞M2 型极化为靶点的药物取得一定的治疗效果。此外，有研究指出间充质干细胞移植可以促进M2 型极化，并探索细胞移植在这一领域的应用。

5.1 多不饱和脂肪酸

消退素属于内源性多不饱和脂肪酸衍生物。消退素D1 具有很强的抗炎作用，可以通过激活STAT-6 磷酸化、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）-γ 核转位以及增强DNA 与STAT6、PPAR-γ 的结合力，促进IL-4 诱导小胶质细胞M2 型极化[23]。Jiang 等[24]研究发现n-3 多不饱和脂肪酸可以促进脑白质结构完整和小胶质细胞M2 型极化，从而减轻脑缺血后感觉运动障碍。

5.2 细胞移植

研究发现，经脑室移植间充质干细胞（MSCs）可以在早期并持续诱导产生M2 型小胶质细胞。Somayyeh等[25]对MSCs 进行修饰使其高表达IL-13。相比移植普通MSCs，移植IL-13 高表达的MSCs 促进小胶质细胞M2 型极化的效果更加明显。Chernykh 等[26]对脑缺血病人直接鞘内注射自体来源M2 型细胞，治疗组患者的神经症状改善明显优于空白对照组，两组患者未见严重不良反应，证明M2 型细胞移植的安全性和有效性。

5.3 植物提取物

Malibatol A 是一种白藜芦醇低聚体，通过激活PPAR-γ 核受体和抑制哺乳动物Ste20 样激酶1 磷酸化发挥抗炎作用，增加M2 型小胶质细胞数量[27-28]。银杏内酯B（GB）是一种酮类物质。Shu 等[29]发现GB 可以通过抑制血小板激活受体激活促进小胶质细胞的M2 型极化。Ma 等[30]发现贯叶金丝桃素可以抑制IL-17A 介导的小胶质细胞激活，同时促进M2 型细胞极化。姜黄素可以促进小胶质细胞M2 型极化，减少炎性因子的释放[31]。

5.4 激素

1，25-二羟基维生素D3可以上调小胶质细胞表面Toll 样受体-10 的表达水平，并且促进M2 型极化和释放抗炎因子[32]。Thakkar 等[33]研究发现雌二醇可以抑制脑缺血后海马区小胶质细胞的激活，促进小胶质细胞M2 型极化。Wang 等[34]研究发现促红细胞生成素可以改善脑缺血后白质结构完整性，可能是由于促红细胞生成素促进小胶质细胞M2 型极化进而促进少突胶质细胞生成。

6 小结与展望

脑缺血后的炎性反应是一把双刃剑，损伤部位的微环境变化决定炎性反应发挥保护或者损伤神经的作用。小胶质细胞是最早产生免疫应答的细胞，可以极化为M1 和M2 型两种不同细胞表型的特性而日益受到关注。以促进小胶质细胞M2 型极化为靶点的治疗被认为具有减少脑梗死面积、神经保护等积极作用。初步研究认为，脑缺血后的酶表达水平改变和免疫反应倾向于M1 型极化，机体对此产生一定的代偿反应避免过度炎性反应。然而，围绕小胶质细胞在脑缺血后的分子病理改变和多种药物分子促进M2 型极化的作用机制，认识上仍然存在诸多盲区。因此，作为脑缺血后神经保护的重要靶点，小胶质细胞极化的功能和机制均有待进一步深入研究。