M1/M2小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用*

张丽梅，刘超明，黄志华

(赣南医学院 1.2018级硕士研究生；2.2016级硕士研究生，江西 赣州 341000)

心脑血管疾病是一种严重威胁人类健康的常见病，《2018年世界卒中日》报告当今世界上约有8 000万人经历过中风，超过5 000万幸存者因此而患有某种形式的永久性残疾。脑中风又分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中，其中缺血性脑卒中占了很大一部分。缺血性脑卒中的发病率、致残率、死亡率和复发率极高[1]。它的病理生理学基础包括细胞的程序性死亡、钙离子浓度异常增高、体内氧化和抗氧化作用失衡、兴奋性氨基酸毒性作用、细胞炎症反应等[2]，其中炎症反应在缺血性脑血管病中发挥重要作用[3]，是诱发脑缺血后神经元的死亡和梗死灶扩大的主要原因[4]。

炎症细胞主要包括巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞、脑内小胶质细胞、嗜碱性细胞和嗜酸性细胞等。在多种神经退行性疾病中，炎症反应与小胶质细胞的激活和极化密切相关[5]。炎症反应促进了小胶质细胞的激活和活化，启动了相关效应分子的释放[6]，包括活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生[7]、蛋白质合成的抑制、细胞DNA断裂、Caspases/Calpain的激活、线粒体功能障碍、脑水肿形成和Caspases/Calpain的激活等，这些共同导致原发性缺血性损伤。此外，广泛产生的细胞因子几乎在脑缺血发作后立即激活小胶质细胞，这导致白细胞向受损脑中迁移[8]，正常免疫特权的大脑环境暴露于全身反应，进一步加剧免疫反应并导致继发性神经元损伤。本文对脑缺血后小胶质细胞的激活和活化以及在不同时期的小胶质细胞的表型转换进行了综述。

1 小胶质细胞的发育和主要功能

小胶质细胞是中枢神经系统(central nervous system, CNS)中一类最小的细胞，胞核小、胞质少，形状有扁形、三角形、椭圆形或者肾形等。其主要在端脑、基底核、黑质、嗅球、海马等处聚集，构成了CNS中5%～12%的细胞[9]，是大脑固有的免疫效应细胞，参与动态平衡和对病原体和中枢神经系统疾病的宿主防御。小胶质细胞的起源各异，其中起源于骨髓的单核细胞和(或)骨髓的造血干细胞的说法为大多数学者所接受[10]。在胚胎阶段，原始骨髓祖细胞的大量迁移波进入大脑并随后发展成常驻小胶质细胞。

小胶质细胞在中枢神经系统的生理过程中发挥着非常重要的作用[11]。当中枢神经系统发育完成的时候，它们变成了具有吞噬作用的且静止的小胶质细胞，在安静的情况下，对神经细胞生长的特殊环境发挥特殊的作用，包括：识别和清除侵入体内的病原微生物、异体大分子物质及异体细胞，识别和清除体内表面抗原发生的变异的细胞[12]。因此，小胶质细胞对于神经系统的正常功能是必需的，它们维持神经环境，参与了损伤和修复至关重要的调节过程。此外，小胶质细胞同时还控制神经元前体细胞的数目，参与神经元突触的形成和消除[13]。

在病理状态下，小胶质细胞被激活和活化，伴随着小胶质细胞的聚集增殖、化学趋化、细胞吞噬、细胞迁移、分泌细胞因子等[14]；活化的小胶质细胞是高度可塑的细胞[15]，其细胞的形态变化能反应其内在的病理状态，功能多样性可归因于它们响应微环境变化而改变其表型的能力。当中枢神经系统受到损伤时，小胶质细胞在局部增生并改变其形态，从开始静止状态的分支状细胞变成了阿米巴样的细胞[16]。静止的小胶质细胞被激活和活化，也称为小胶质细胞的极化[17]。

2 小胶质细胞的极化

小胶质细胞活化分为“古典激活”(也称为M1表型)和“替代激活”(M2表型)两种主要的表型[18]，并且可以在M1和M2吞噬细胞类型之间进行功能性转换[19]，这取决于环境的影响，这一过程称为极化。

M1型小胶质细胞与细胞毒性作用、超氧化物的生成及细胞因子分泌等多种功能具有重要的关系。M1型的小胶质细胞常见表型标记物主要包括膜表面分子组织相容性复合物(major histocompatibility complex, MHC)Ⅱ、分化群(cluster of differentiation, CD)40、CD68、CD86、CD16、CD3、CD32和环氧酶2 COX(cyclo-oxygen-ase 2, COX2)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)、IgG Fc段受体(FcγR)等。这些表型标志物与M1型细胞参与细胞炎症反应，诱导了核因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的活化，在肿瘤坏死因子-γ(tumor necrosis factor-γ，TNF-γ)、干扰素、TNF-α等的诱导下产生促炎因子[TNF-β、趋化因子配体2(chemokine cc-motif ligand, CCL2)]、类趋化因子配体9(CXC chemokine cc-motif ligand 9, CXCL9)、CXCL10、白细胞介素-1β(interleukin, IL-1β)、IL-6、IL-12、IL-1、IL-23、一氧化氮(Nitric Oxide, NO)、活性氧、基质金属蛋白酶等[20]。释放的因子通常促进病原体破坏和抑制组织修复的作用，并对神经元产生毒性作用，破坏血脑屏障，参与神经元变性和神经网络功能障碍。

与M1表型相反，M2小胶质细胞执行抗炎作用并促进伤口愈合和组织修复。M2型小胶质细胞的主要表面标志物包括：CD301、CD206、CD163和精氨酸酶-1(arginase-1, Arg1)等，主要产生抗炎细胞因子包括IL-4、IL-13、IL-10和转化生长因子-β(transforming growth factor, TGF-β)等。M2型小胶质细胞还可通过改变基因表达，促进神经保护因子的表达(如：脑源性神经营养因子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF)，胶质细胞源性神经营养因子 (glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF)，TGF和胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factors-1, IGF1)，参与组织修复与重塑[20]。因此，抑制M1小胶质细胞表面常见标志物进而减少细胞毒性作用，增强M2小胶质细胞的有益作用具有重要的探究价值。

3 小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用

小胶质细胞在缺血性脑卒中的发生发展过程中发挥着不同的作用，缺血早期起修复作用，在后期诱导神经炎症，主要是由于不同的缺血时期，小胶质细胞的表型不同。

3.1M1小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用脑缺血后，小胶质细胞迅速向M1型极化，表现为细胞突起缩短回缩，细胞体积增大，呈巨噬细胞样变化。过度活化的M1型小胶质细胞主要通过分泌多种活性物质，降低脑卒中后神经元的存活率及其轴突的延长，参与缺血性脑卒中的发病机制[21-22]。(1)分泌炎症因子：过度活化小胶质细胞。脑缺血后，小胶质细胞激活并释放多种促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等)，共同作用于神经元，导致细胞存活、增殖、分化等功能紊乱，对细胞功能产生非特异性损伤，同时抑制神经元的再生和修复，加重炎症反应，损害脑组织，参与神经元变性和脑血管屏障受损[23]，进一步引起导致神经元的变性坏死。(2)分泌细胞毒性物质：脑缺血后，过度激活的M1型小胶质细胞释放大量ROS、NO、谷氨酸、过氧化物等细胞毒性物质，放大炎症级联反应，加重的神经元损伤及邻近神经元的更广泛的损害，造成神经网络功能障碍；另外，炎症级联反应可阻断微循环，影响缺血半暗带区血供[24]。离体研究也发现，当M1小胶质细胞培养物添加到细胞培养基中时，加剧氧葡萄糖剥夺(oxygen-glucose deprivation, OGD)诱导的神经元死亡[25]。因此，M1小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用主要是分泌炎症因子和细胞毒性物质，诱发神经炎症，加剧脑损伤作用。

3.2M2小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用脑缺血早期，小胶质细胞向M2型极化增多，表现为细胞体积增大，胞体变圆，细胞表面的突起消失，形态由静止的分支状转变成活化的阿米巴样[26]。M2型小胶质细胞主要发挥吞噬作用和分泌功能。(1)吞噬功能：当出现脑缺血时，神经元出现变性坏死，M2型小胶质细胞在前3天大量表达并浸润到中枢神经系统损伤部位，此时小胶质细胞被激活并进行分裂，并参与细胞残骸的清除及疤痕的形成。(2)分泌功能：活化的M2小胶质细胞可分泌多种神经保护因子，如：神经营养因子 ( neurotrophin, NT )，脑源神经营养因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)，神经营养因子3(NT-3)和神经营养因子4/5(NT-4/5)。此外，可能还有神经营养因子6(NT-6)，它们起营养神经、促进轴突再生、提高神经元的存活率、促进神经纤维再生等作用，在中枢神经系统修复和再生中起重要作用[27]。离体研究发现，当M2小胶质细胞培养物添加到细胞培养基中时，M2型小胶质细胞免受OGD影响[28]。因此，M2小胶质细胞在缺血性脑卒中的作用主要是发挥吞噬功能和分泌神经保护因子的作用，在缺血早期发挥脑保护作用，促进组织再生。

3.3M1/M2型小胶质细胞相互转化的调控缺血性脑卒中发生后，小胶质细胞不同表型的时间和空间的动态变化是至关重要的[26]。在缺血早期，M1型小胶质细胞被激活，在缺血中心区呈阿米巴样变化，而在半暗带区呈分支状，突起比安静状态下更粗更短。M2型小胶质细胞在瞬时损伤后24小时内迅速增加，其表型标志物在缺血中心区高度表达[29]，此时小胶质细胞对于减轻神经细胞损伤，增强神经再生和组织修复起了至关重要的作用，并且在一定程度上减弱神经细胞凋亡[30]。此外，小胶质细胞可以通过自分泌和旁分泌方式自我控制其极化，这种反应是保护性的，但一旦损害或病原体得到解决就会下调[31]。之后M2型逐渐向M1型转化，小胶质细胞的位置也从缺血中心区扩展到半暗带区，尤其发生在与缺血性神经元相邻的梗塞周围区域，M1表型标志物在缺血3天后开始增加14天达到最大值，第7天时M1型数量占主导地位并持续数周[32]，此时小胶质细胞促进了炎症因子释放加重了脑损伤，不利于脑缺血后期的再生修复[33]。这表明，小胶质细胞在缺血性脑卒中的动态表现为：缺血早期M2型抗炎为主，随后变为M1型促炎。小胶质细胞在不同病理生理条件下的不同极化表型可以很好地解释其作用的双重性[34]。因此，我们可以通过抑制M2型向M1型转变，诱导M1型向M2型转变[35]，或者抑制M1型分子信号通路或向微环境中加入 M2 型诱导因子，提高M2型/M1型的比例，这对减轻神经炎症发挥脑保护作用，为治疗缺血性脑血管病提供了新的研究方向[36]。

4 小结与展望

胶质细胞激活在由各种CNS疾病(包括缺血性中风)诱导的神经炎症的病理生理学中起重要作用[37]。M1小胶质细胞产生促炎介质，减缓病原体消除和加剧神经元的损伤[38]；相反，M2小胶质细胞产生抗炎介质，加强免疫抑制和伤口愈合以减轻神经元损伤并有利于组织修复，小胶质细胞表型的变化取决于疾病的阶段和严重程度，因此，对于缺血性脑卒中未来的治疗，我们可以通过调节M1/M2转换修饰的免疫抑制环境，从而最大限度地减少有害作用和/或最大限度地发挥保护作用。这将是抑制M1小胶质细胞的表型或增强M2小胶质细胞的有益作用，恢复组织稳态的有效策略。而通过何种信号通路抑制M1小胶质细胞表型和有效促进M2小胶质细胞表型还需要我们进一步的探索。此外，近年来随着细胞替代疗法的出现，用来自胚胎干细胞或诱导多能干细胞的新细胞替代受损神经元，在适当的时间窗口内掌握M1/M2表型的阶段特异性转换可以提供更好的治疗。如何准确控制小胶质细胞表型转化为缺血性脑血管病的治疗提供了新的思路。