小胶质细胞在脑缺血再灌注损伤中的作用

齐亚南 郭大志 潘树义

[摘要] 神经炎性反应在脑缺血再灌注损伤的病理生理过程中发挥重要的作用。小胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）重要的免疫效应细胞，是CNS的第一道防线，它可释放多种炎症因子及多种生长因子，增加多种促炎酶类的表达，在神经炎性反应过程中的作用举足轻重。脑缺血再灌注损伤时，“静息态”小胶质细胞受多种细胞因子激活，如γ干扰素、肿瘤坏死因子-α、集落刺激因子、转化生长因子等，转变成不同表型的“活化态”小胶质细胞，即M1型和M2型，发挥抗炎和促炎双重作用，影响脑缺血再灌注损伤的发生和发展。本文拟从小胶质细胞的生理特征、小胶质细胞活化的影响因素、小胶质细胞表型转变特点和调控表型变化因子等方面进行叙述，以深入了解小胶质细胞在脑缺血再灌注损伤中的作用及活化与表型转变的影响因素和特点，为脑缺血再灌注损伤的预防、治疗及预后提供依据。

[关键词] 小胶质细胞;活化;神经炎症;缺血再灌注

[中图分类号] R743.31          [文献标识码] A          [文章編号] 1673-7210（2019）09（b）-0026-04

The role of microglia cells in cerebral ischemia reperfusion injury

QI Ya′nan1，2   GUO Dazhi2   PAN Shuyi1，2

1.Gracluate School， Chengde Medical College， Hebei Province， Chengde   067000， China; 2.Department of Hyperbaric， the Sixth Medical Center of Chinese PLA General Hospital， Beijing   100089， China

[Abstract] Neuroinflammatory reaction plays an important role in the pathophysiology of cerebral ischemia-reperfusion injury. Microglia is an important immune effector cell in the central nervous system （CNS）， and it is the first defensive line for CNS. Microglia can release a variety of inflammatory factors and a variety of growth factors and increase the expression of various proinflammatory enzymes. It plays a key role in the neuroinflammatory reactions. During cerebral ischemia-reperfusion injury occurs， microglia cells are activated by a variety of cytokines at“rest”， such as γ-interferon， tumor cytokine-α， colony stimulating factor， transforming growth factor， etc. Then it transforms into different phenotypes of “activated” microglia， namely M1 and M2 type. They play a dual effect of anti-inflammatory and pro-inflammatory， and affect the occurrence and development of cerebral ischemia-reperfusion injury. This review describes the physiological characteristics of microglia， factors affecting microglia activation， phenotypic transformation characteristics of microglia and factors regulating phenotypic changes， in order to understand the role of microglia in cerebral ischemia reperfusion injury， and characteristics of activation and phenotypic transformation. It provides the basis for the prevention， treatment and prognosis of cerebral ischemia-reperfusion injury.

[Key words] Microglia; Activation; Neuro-inflammation; Ischemia reperfusion

缺血-再灌注损伤是指血液灌注恢复后，缺血所致的组织器官损伤进一步加重，甚至出现不可逆现象，常见于缺血缺氧性脑病、缺血性脑卒中等疾病。脑缺血再灌注损伤的病理生理学过程涉及自由基损伤、细胞内钙超载、白细胞损伤、微循环障碍、神经炎性反应等多个环节，其中神经炎性反应占据重要的地位。

脑内神经炎性反应是由小胶质细胞、星形胶质细胞及巨噬细胞的激活驱动。脑损伤后，受损或死亡细胞释放损伤相关因子，刺激小胶质细胞和星型胶质细胞释放细胞因子和趋化因子，介导外周炎症细胞的浸润，形成炎症微环境[1]。脑损伤后，小细胞胶质最早做出应答，这种应答在临床治疗中是把“双刃剑”。

1 小胶质细胞的生理特性

小胶质细胞是中枢神经系统中最小的一种胶质细胞，形态不规则，可呈肾形、椭圆形或三角形，核染色质多，约占中枢神经系统胶质细胞的20%，在脑内分布广泛。小胶质细胞是中枢神经系统的固有免疫细胞和第一道防线[2]，可释放多种炎症因子及生长因子，增加多种促炎酶类的表达，在神经炎性反应过程中举足轻重。小胶质细胞的起源尚有争论，大多数学者认为其起源于中胚层，但部分研究认为来源于骨髓的单核巨噬细胞[3]。

生理条件下，小胶质细胞处于静息状态，呈分支状，胞体小，突起长。然而静息状态并不是完全不动，而是通过细胞突起的伸缩监测中枢神经系统的内环境变化，及时清除健康成人大脑中凋亡的神经元[4]。此时，小胶质细胞不具有吞噬功能，但具有迁移和吞饮功能[5]，还可分泌一些生长因子，营养、支持、保护和修复神经元的电生理活动，以維持中枢神经系统的动态平衡[6]。大脑短暂缺血时，静息状态下的小胶质细胞会与突触发生紧密接触，清除缺血坏死病灶，这种结合会持续大约1 h[7]。静息状态下的小胶质细胞具有监管神经突触的功能，在由局部缺血导致的神经通路紊乱中起关键作用。Parkhurst等[8]发现，小胶质细胞也可通过分泌神经营养因子来影响突触的可塑性，进而影响学习与记忆。

当发生脑损伤时，小胶质细胞的胞体会变大，突起及分支增多，立即被激活成“阿米巴样”[9]，激活后的小胶质细胞具有一定的吞噬功能，可消化并降解因缺血损伤造成的坏死细胞。

2 小胶质细胞激活的影响因素

近年来研究发现，小胶质细胞的激活受多种细胞因子的影响，①γ干扰素（IFN-γ）：IFN-γ主要由淋巴细胞产生，是较强的小胶质细胞激动剂，可促进补体C3和C4的产生，增加肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的释放，促进活性氧和一氧化氮（NO）的产生，诱导神经胶质细胞增生[10]。②TNF-α：TNF-α是巨噬细胞分泌的一种小分子蛋白，具有强大的抗炎作用，可通过刺激脑血管内皮细胞表达黏附因子，激活胶质细胞的增殖与分化[11]。③集落刺激因子：集落刺激因子是小胶质细胞的有丝分裂原，巨噬细胞集落刺激因子可增加小胶质细胞白细胞介素-1（IL-1）、IL-6和NO的分泌，进而增加小胶质细胞的毒性作用，进一步活化星型胶质细胞和小胶质细胞[12]。④转化生长因子：转化生长因子是由血管内皮细胞、单核巨噬细胞以及淋巴细胞等产生的具有多重免疫效应的活性分子[13]，对细胞增殖、分化、凋亡及免疫功能具有重要的调节作用。Miron等[14]研究发现，在转化生长因子-β的超家族成员激活素A介导下，小胶质细胞驱使少突胶质细胞分化为中枢神经系统再生髓鞘，促进中枢神经系统的损伤恢复。⑤细胞外钾离子：小胶质细胞是中枢神经系统中唯一对钾离子的浓度变化敏感且具有钾离子通道的神经细胞[15]，同时细胞外钾离子浓度增高可激活小胶质细胞[16]。

3 小胶质细胞的表型变化

脑缺血再灌注损伤时，多种促炎分子如TNF-α、IL-1β、IL-6和IFN-γ、趋化因子、NO、活性氧（ROS）、基质金属蛋白酶-9（matrix metallopeptidase-9，MMP-9）、谷氨酸和ATP释放[17-18]，激活小胶质细胞活性，参与“神经变性-氧化应激”的过程，进一步加重脑炎性反应，加重脑损伤[19]。脑缺血再灌注损伤后，活化的小胶质细胞根据损伤脑区域、受损部位和损伤严重程度，产生不同的表型即M1型和M2型，做出不同的反应[20-21]。

M1型即经典活化型，又称促炎型，由IFN-γ、脂多糖（LPS）等诱导产生[22]。其表面标志物包括诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、CD11b、CD16、CD32、CD86，产生各种促炎性反应因子，如TNF-α、IL-1β、MMP-3等[23-24]。促炎性反应因子与神经细胞直接接触，在吞噬细胞发挥毒性作用的同时也进一步加重炎性反应，加强抗原呈递能力，促进炎症的发生与进展[25]。主要表现为：①活化小胶质细胞环氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2），COX-2催化产生的超氧化物酶可与NO作用形成毒性更强的超氧化酶，进一步造成细胞损伤。②小胶质细胞产生的ROS会导致细胞膜脂质过氧化、蛋白质氧化、酶失活甚至导致DNA损伤，加重神经细胞的损害[26]。

M2型即选择活化型，又称抗炎型，由抗炎因子IL-4和IL-13等诱导产生[22]，其表面标志物包括CD206、CCL-22，在脑缺血再灌注损伤时可产生抗炎因子，如IL-10和生长因子，抑制免疫炎性反应，促进神经细胞的再生和组织修复。M2型又包含多个亚型（M2a、M2b、M2c）[27]。

M1型小胶质细胞被认为是标准的激活状态，且不只被激活一次。研究发现，被激活的M1型小胶质细胞会在特定情况下再次被激活成M2型[28]，M1型极化态的小胶质细胞在一定程度下抑制M2型极化态的小胶质细胞的作用。

4 小胶质细胞M1、M2表型转变特点

研究发现，小胶质细胞的表型变化受缺血时间的影响。M2型小胶质细胞在缺血再灌注损伤早期大量表达，说明在损伤早期，小胶质细胞在缺血区发挥抗炎、促进组织恢复作用[9]。在损伤后3 d开始，M1型标志物（iNOS、CD11b、CD16、CD32、CD86）在缺血区被检测到并逐渐增加，除CD86外，其余标志物数量可以保持数周甚至几个月;而M2型标志物（CD206、CCL-22）水平在脑损伤后1～3 d显著增加，3～5 d达到峰值。大多数的M2型标志物在损伤后7 d左右开始减少，14 d前后恢复到损伤前的水平[25，29]。进一步提示，M2型的小胶质细胞只有在初期发挥抗炎作用，在亚急性期小胶质细胞逐渐由M2型向M1型转变，此时小胶质细胞开始由抗炎作用向促炎性反应的方向转变。随着年龄的增加，小胶质细胞细胞会由M2型向M1型转变，促进脑部炎性反应的发生，引起神经系统的损伤和病变。在脑缺血再灌注损伤的老龄小鼠中，缺血部位M2型小胶质细胞的数量明显少于年轻小鼠，这也可能是老龄小鼠脑损伤后预后不好的主要原因[24-25，30]。

5 参与小胶质细胞表型转变调控的受体和细胞分子

5.1 单核-巨噬细胞表面的清道夫受体（scavenger ReceptorA，SR-A）

脑缺血再灌注损伤后，SR-A受体通过激活核转录因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）促进小胶质细胞向M1型极化态转变，此时M1型小胶质细胞的含量迅速增加，炎性反应和脑损伤加重。在敲除小鼠SR-A受体基因后发现，脑梗死面积较少，炎症减轻，脑损伤的预后好于没有敲除该受体的小鼠[31]。

5.2 IL-10

IL-10是一种抗炎性细胞因子，能够抑制炎性反应和抗原的呈递过程。动物试验发现，与正常小鼠比较，缺乏IL-10的小鼠脑损伤后病灶大、损伤重、预后不好。在缺乏IL-10的小鼠中检测到M2型的小胶质细胞的标志物水平明显下降，说明IL-10促进小胶质细胞向M2型转变，具有促进神经元细胞恢复，减轻炎性反应的作用[32]。

5.3 IL-4

IL-4也是一种抗炎型细胞因子。动物实验中，敲除IL-4基因后发现，M1型小胶质细胞的标志物水平升高，M2型标志物水平降低，说明IL-4能介导小胶质细胞向M2型极化态转变，有助于改善脑损伤[33]。

6 结语

小胶质细胞在脑缺血再灌注损伤中具有两面性。一方面，小胶质细胞转变为M2型，发挥吞噬作用，抑制炎性反应扩大;另一方面，小胶质细胞转变为M1型，促进炎症发生发展。小胶质细胞的活化调控是在多因素水平下进行，这些因素相互交叉，既有正反馈又有负反馈作用，且调控机制非常复杂。相信深入探讨研究作用机制，进一步了解小胶质细胞的活化与表型转变的影响因素和发生发展特点，对于脑缺血再灌注损伤的预防、治疗及预后具有重大意义。

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（收稿日期：2019-04-03  本文编辑：任   念）