小胶质细胞在新生儿缺氧缺血性脑病中的作用的研究进展▲

罗 兴 方成志 曾红兰 张丙宏

(武汉大学人民医院新生儿科，湖北省武汉市 430060，电子邮箱：luoxing0618@hotmail.com)

【提要】 小胶质细胞作为中枢神经系统的固有免疫细胞，参与了新生儿大脑发育和功能稳态的维持。目前认为小胶质细胞在中枢神经系统损伤中的作用是双重的，既可以加剧神经损伤，也可以通过分泌生长因子、吞噬清除细胞碎片等方式限制炎症信号，促进神经功能的恢复。本文就小胶质细胞在新生儿脑发育及缺氧缺血性脑病中的作用进行综述，旨在为未来靶向小胶质细胞治疗缺氧缺血性脑病提供新的观点。

新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是围生期因部分或完全缺氧、脑血流减少或暂停，而引起的一系列神经异常表现综合征，是新生儿死亡和致残的重要原因。约有20% HIE患儿在新生儿期死亡，而有30%的患儿会遗留长期神经系统后遗症，如脑瘫、视力障碍、癫痫发作、智力低下和学习障碍等[1]。目前HIE的发病机制尚未完全阐明，涉及围生期感染、早产儿、脑组织代谢改变、宫内窘迫、遗传缺陷等[2]，触发了神经炎症、氧化应激、谷氨酸兴奋毒性等一系列神经毒性事件，导致神经功能的不可逆损害[3]。

小胶质细胞占神经胶质细胞总数的5%～20%，是中枢神经系统的常驻免疫和抗原提呈细胞，静息状态下胞体较小，呈梭状或分支状[4]。在发生感染、创伤、局部缺血和神经退行性变的情况下，小胶质细胞将转变为阿米巴或巨噬细胞样，并迅速向病变部位迁移。一方面，小胶质细胞会释放炎性细胞因子和细胞毒性物质而加剧组织损伤；但另一方面，小胶质细胞也可通过清除活性氧簇、吞噬细胞碎片、释放神经营养因子等方式，来促进组织修复和重塑。小胶质细胞生物学功能的广泛性，决定其在中枢神经系统中的地位，无论在生理还是病理情况下均发挥着不可替代的作用。

1 小胶质细胞参与新生儿正常脑发育

小胶质细胞起源于卵黄囊衍生的原始髓样祖细胞[5]，最早在妊娠4～5周即血脑屏障形成之前，就可通过脑膜、脉络丛和脑室进入胚胎前脑和脑皮质，这些原始的小胶质细胞以特定模式增殖、成熟并开始在大脑中定植[6-7]。在发育中的大脑，小胶质细胞的形态学表现具有相当大的异质性，不仅在大脑中分布不均，而且具有从卵圆形、变形虫样到分枝状的多种形态[8]。这与小胶质细胞复杂的功能相关，其功能除了公认的免疫监视和吞噬作用外，还参与神经发生、髓鞘形成、血管生成调节、突触重塑等过程[9]。

1.1 调节神经元数量及营养支持神经细胞 神经元数量的调节对于神经回路的正确构建至关重要，小胶质细胞通过平衡消除和存活机制参与神经元数量的控制[10]。脑发育过程中生成的神经元大多在未成熟阶段死亡，小胶质细胞可通过吞噬作用促使发育过程中的未成熟或缺陷神经元发生程序性死亡，以消除脑早期发育过程中错误的神经连接[11-12]。此外，小胶质细胞分泌的神经生长因子和碱性成纤维细胞生长因子等神经营养因子，有助于神经元和少突胶质细胞的发育存活。

1.2 调控突触的形成与成熟 小胶质细胞分泌脑源性神经营养因子、白细胞介素(interleukin,IL)-10等细胞因子诱导早期突触形成，并以神经元活性依赖性的方式接触突触结构，监测突触的功能状态、参与调节突触数量及功能可塑性[13]。小胶质细胞以CXC趋化因子3受体1(chemokine 3 receptor 1,CXC3R1)或补体依赖性途径，及时清除数量众多的功能发育不全或无效的突触连接。CXC3R1是表达于小胶质细胞的特异性趋化因子受体，可与多余突触结构神经元分泌的CXC趋化因子3配体1结合以清除非功能性突触[14]；脑发育过程中CXC3R1的缺乏，已被证实会导致突触修剪过程的延迟，进而引起认知功能障碍[15]。同时，小胶质细胞表达的补体受体3与未成熟突触结构表达的经典补体蛋白C1q、C3结合，导致补体介导的突触清除[16]。此外，小胶质细胞还参与突触可塑性的调节，而突触可塑性是指在外界环境作用下突触的结构和功能发生适应性变化的能力，这种持续的小胶质细胞-突触相互作用通常被认为是学习和记忆的基本细胞基础。

1.3 引导脉管系统的发育 小胶质细胞可充当血管萌芽阶段的“巨噬细胞接头”，为中枢神经系统的发育提供营养和氧气[17]。Checchin等[18]在小胶质细胞减少的新生大鼠中观察到视网膜血管面积和血管密度减少，提示小胶质细胞在血管生成中的潜在作用。事实上，由于清除多余血管并参与血管吻合，因此小胶质细胞对于脑发育过程中的脉管系统重塑必不可少[19]。此外，小胶质细胞还可释放促内皮生长因子、转化生长因子β等，参与血管再生和血脑屏障的修复过程。

综上，小胶质细胞主要通过吞噬作用以及释放营养因子，参与正常大脑的发育和稳态调节，但其在生理或病理环境下是有益还是有害取决于微环境、刺激类型、损伤时间、与其他细胞类型的相互作用等的综合作用。

2 小胶质细胞参与HIE发病的机制

2.1 神经炎症 小胶质细胞介导的神经炎症是决定HIE预后的关键因素[20-21]。缺氧缺血信号刺激小胶质细胞表面的模式识别受体[Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)、核苷酸结合寡聚域样受体、视黄酸诱导型基因-1样受体]，诱导小胶质细胞的形态、数量及表面蛋白均发生明显改变，由静息状态转变为活化状态，即经典的M1型激活[22]。相反，M2型激活是由抗炎细胞因子如IL-4或IL-13触发的，可通过分泌生长因子、吞噬清除细胞碎片等方式来限制炎症信号，促进神经功能的恢复[23]。小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻免疫和抗原呈递细胞，在HIE损伤后2 h即被激活并迅速迁移到损伤部位，释放促炎细胞因子如IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α，并上调趋化因子如CCL-2、CCR3等的表达，导致继发性神经损伤。促炎因子还可破环未成熟的血脑屏障，使外周免疫细胞(中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞)渗入大脑，从而与活化的小胶质细胞产生协同作用以加剧免疫反应。

既往研究揭示了小胶质细胞介导HIE后神经炎症的分子机制，其中关于TLR的研究最为广泛[24]。TLR参与固有免疫应答的建立，与病原模式相关受体相互作用，刺激促炎细胞因子的产生和抗原提呈细胞的成熟。HIE损伤后小胶质细胞表面TLR的表达增强，诱导下游炎症转导因子核因子κB和干扰素调节因子3的活化；降低TLR的表达有助于减少脑梗死的面积并改善神经功能[25]。

2.2 氧化应激损伤 当活性氧、活性氮的产生与细胞抗氧化系统之间的平衡被破坏时，就会发生氧化应激。氧化应激损害脑组织的细胞结构，引起分子水平上的脂质过氧化、线粒体功能受损、细胞骨架破坏、酶失活等不可逆性改变，导致细胞死亡[26]。既往研究证实，氧化应激作为缺氧缺血性脑损伤后的重要神经毒性事件，与神经细胞的死亡密切相关。Lu等[27]发现缺氧缺血脑损伤后烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate oxidase,NOX)的激活刺激超氧化物的产生；Lu等[28]发现活性氧参与新生儿缺氧缺血性脑损伤中病理性自噬的激活，抑制氧化应激可减轻HIE导致的神经元细胞死亡。虽然中枢神经系统的所有细胞类型都能表达一种或多种NOX同工酶，但小胶质细胞中的NOX表达水平是最高的，特别是NOX2和NOX4[29-30]。作为体内氧化代谢反应的副产物，NOX调节活性氧的生成，是M1型小胶质细胞促炎细胞因子表达的先决条件[31-32]。此外，活化的小胶质细胞表达诱导型一氧化氮合酶，促进一氧化氮及细胞毒性代谢产物过氧亚硝酸盐的生成[33]。

2.3 破坏谷氨酸稳态 谷氨酸是中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质[34]。生理条件下，小胶质细胞释放的谷氨酸被星形胶质细胞和少突胶质细胞中表达的谷氨酸转运蛋白有效清除，谷氨酸转运蛋白介导的谷氨酸清除对于维持适当的谷氨酸信号传导及防止其在胞外毒性蓄积至关重要[35]。在缺氧缺血损伤后，活化的小胶质细胞不仅释放过量的谷氨酸[36]，同时释放活性氧、TNF-α和IL-1β等细胞毒性因子破坏谷氨酸转运蛋白的功能[37]，干扰谷氨酸重摄取从而破坏突触间隙谷氨酸稳态，诱导神经元和少突胶质细胞死亡。此外，过量的谷氨酸抑制小胶质细胞释放胰岛素样生长因子(insulin growth-like factor,IGF)，而IGF在组织损伤修复中起重要作用[38]。

3 小胶质细胞的神经保护作用

病理条件下，小胶质细胞活化一直以来被认为在脑损伤中发挥神经毒性作用，抑制小胶质细胞活化可减轻缺血引起的脑损伤[39]。然而，越来越多的证据表明，小胶质细胞也可通过释放抗炎细胞因子、神经营养因子、吞噬细胞碎片、保护神经血管完整性等方式，促进脑缺血损伤后神经功能的恢复[40]。小胶质细胞的双重作用与脑损伤后不同细胞环境和病理阶段下，小胶质细胞表现出不同激活状态和作用方式有关[41-42]。小胶质细胞活化分为经典激活型(M1)和交替激活型(M2)。与促炎M1型小胶质细胞不同，M2型小胶质细胞产生抗炎细胞因子IL-10、转化生长因子β和IGF-1，并表达清道夫受体，有助于抑制炎症和促进组织修复[43]。鉴于M2表型的保护功能，许多研究关注靶向小胶质细胞治疗脑缺血的潜力。例如Fernández-López等[44]发现活化的小胶质细胞通过分泌转化生长因子β，维持脑毛细血管和血脑屏障的稳定性，而且这种神经保护作用不能被外源性细胞因子所替代；Chu等[45]用富含氢的盐水促进小胶质细胞的M2型极化，抑制HIE诱导的神经炎症。

4 总结与展望

小胶质细胞作为中枢神经系统的固有免疫细胞和抗原提呈细胞，根据脑损伤的性质和严重程度，可获得不同的功能状态。小胶质细胞的活化是HIE发生和发展的重要步骤。鉴于小胶质细胞功能的多样性和在中枢神经系统中的重要地位，过去几十年学者们进行了大量研究来了解小胶质细胞如何被激活以及它们介导神经损伤的作用机制。这些研究揭示了小胶质细胞参与HIE的神经炎症、氧化应激损伤、谷氨酸稳态的破坏等一系列神经损伤级联反应，同时其也通过释放抗炎细胞因子、神经营养因子、吞噬细胞碎片、保护神经血管完整性的方式来发挥神保护作用。

调节小胶质细胞的行为显然是一个重要的研究课题，其预示着未来靶向小胶质细胞具有治疗新生儿缺氧缺血性脑损伤的巨大潜力。且小胶质细胞反应通常持续数小时至数天，因此相对于其他治疗措施，靶向小胶质细胞的治疗时间窗更长。目前已有靶向小胶质细胞的治疗策略在HIE的体内外模型中得到了验证，例如Thomi等[46]发现脐带间充质干细胞分泌的外泌体可通过调节小胶质细胞TLR/CD14通路，抑制促炎细胞因子的分泌；Nemeth等[47]用纳米树枝状大分子缀合N-乙酰半胱氨酸，使其能最大限度地选择性定位在受损的小胶质细胞中，从而减轻HIE后神经炎症并改善神经行为学功能。但这些方法的临床转化应用往往受到限制，因为必须考虑到跨血脑屏障，以及药物给药剂量、方式、半衰期等的影响。特别因新生儿HIE是复杂的神经元损伤级联反应，很难在啮齿类动物模型上充分模仿，单一的药物或治疗措施往往不能达到完全的神经保护。因此，将靶向小胶质细胞的治疗策略和目前已被证实有效的亚低温治疗、干细胞移植等结合起来，是未来攻克HIE的重要方向。