缺血性脑卒中后小胶质细胞极化调节机制的研究进展

李小玉 骆 嵩 罗文平 刘成玉 刘晓林

蚌埠医学院第一附属医院，安徽 蚌埠 233004

脑卒中后神经炎症反应对神经元能否继续存活起重要的调节作用，炎症调节是治疗脑卒中的关键［1-2］。神经炎症反应与脑中的小胶质细胞的激活与极化关系密切［3-4］。小胶质细胞作为中枢神经系统中的固有免疫细胞［5-6］，是神经系统的“哨兵”。脑缺血缺氧后，小胶质细胞迅速被激活，激活后的小胶质细胞分化成不同的表型，并各自以不同的方式调节中枢神经系统稳态［7］。M1表型又称经典激活型小胶质细胞，通过释放不同的促炎介质进一步加剧脑缺血损伤［8］；M2表型即交替激活型，可改善局部炎症，对于组织保存和大脑修复至关重要。进一步阐明卒中后调节小胶质细胞极化的因素可能会加速识别新的治疗靶点以改善卒中预后。然而，缺血后小胶质细胞如何改变表型的潜在机制在很大程度上是未知的。本文就小胶质细胞极化为M1 型或M2 型的部分机制做一综述。

1 小胶质细胞的功能

小胶质细胞在中枢神经系统中占5%～12%［9］，是中枢神经系统重要的免疫细胞，在调节免疫反应和神经元稳态方面起着关键作用。在安静的情况下，小胶质细胞具有吞噬作用且保持静止，对神经细胞生长的特殊环境发挥免疫监视的作用。但小胶质细胞对能量缺乏特别敏感，大脑受到缺血刺激反应后，静止的小胶质细胞迅速被激活和活化，也称为小胶质细胞的极化［10］，接着启动炎症级联反应，一方面，分泌多种炎性细胞因子和神经毒性介质，导致血脑屏障的破坏和细胞外基质的降解，增加神经变性和神经元死亡；另一方面，可分泌抗炎因子保护神经功能［11-12］。

小胶质细胞同时还参与神经元突触的形成和消除，并可以通过分泌相应的细胞分子调节突触的发育、成熟和功能［13］。

2 小胶质细胞的极化

小胶质细胞的形态和功能可以在致病因子的作用下发生改变，现在研究公认将其分为经典激活型（M1）和替代激活型（M2）。体外实验证实，小胶质细胞受脂多糖及γ-干扰素刺激后转变为M1型，表达IL-1β、IL-6、TNF-α、诱导型一氧化氮合成酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）和CXC 趋化因子配体10（CXC chemokine ligand 10，CXCL10）等促炎介质［14］以及细胞表面标记CD40、CD80 和CD86。此外，M1 表型的细胞毒性效应会加剧组织损伤［15-18］，相反，M2 小胶质细胞通过上调IL-10、精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）和甘露糖受体CD206 等来发挥抗炎反应，调节组织修复、再生和重塑［17-19］。

IL-4 是一种多功能细胞因子，由Th2 细胞分泌。众所周知，IL-4 调节多种免疫反应，同时也是小胶质细胞和巨噬细胞中M2型极化的最佳特征启动子。IL-4 作为细胞因子抗炎因子可诱导小胶质细胞M2 型极化，包括增加IL-10、TGF-β、Arg-1和类胰岛素一号增长因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）的分泌。这种作用可能通过谷胱甘肽和神经生长因子的上调和凋亡抑制来促进神经元的改造和再生。可见IL-4 免疫调节是促进脑卒中后长期功能恢复的有效途径［20］。

脑缺血发生后，细胞凋亡信号调节激酶1（apoptosis signal regulated kinase-1，ASK-1）表达水平增加。当ASK-1 被抑制后，M1 型相关促炎因子的表达和释放降低，M2 型相关因子上调增加，提示ASK1 在持续炎症条件下参与M1/M2极化。ASK1通过M1/M2极化调节持续性炎症是缺血性卒中后修复的新方法［21］。

胱硫醚β 合酶（cystathionine β synthase，CBS）是一种内源性H2S 合酶，负责脑H2S 的产生，并优先在胶质细胞中表达。内源性硫化氢是一种气体递质，据报道可以调节炎症，其合成依赖CBS。有研究发现，脑缺血抑制了小胶质细胞的CBS-H2S通路，这导致小胶质细胞产生的CBS 衍生的H2S 减少，小胶质细胞向M1型极化，此外，通过给予外源性H2S供体提高H2S 水平使小胶质细胞M1 极化向M2 极化转移，表明靶向CBS-H2S途径是调节脑缺血后神经炎症的新治疗方法［22］。

T-LAK 细胞源蛋白激酶（T-LAK-celloriginated protein kinase，TOPK）是有丝分裂激活蛋白激酶家族中一员。体外研究表明，TOPK 在小鼠小胶质细胞中的过表达上调CD206 和Arg-1，磷酸化组蛋白去乙酰化酶1（histone deacetylase 1，HDAC1）和组蛋白去乙酰化酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）。HDAC1和HDAC2在小胶质细胞中表达丰富，参与小胶质胞M1/M2 极化［23］。TOPK 通过抑制HDAC1/HDAC2 活性而积极调节小胶质细胞向M2极化。TOPK的过表达可通过减少M1表型炎症因子的释放，增加TGF-β的释放和TGF-β和细胞因子信号转导负调控因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）、M2表型细胞因子及其调节因子的mRNA水平，抑制M1 转化，促进M2 转化，而TOPK 沉默具有相反的作用。这些发现表明TOPK 可通过调节HDAC1/HDAC2 和组蛋白乙酰化来影响小胶质细胞极化，从而对脑缺血-再灌注损伤提供神经保护［24］。

免疫相关分子在小胶质细胞极化过程中发挥重要作用。多项证据表明Fas-FasL 信号在凋亡无关的过程中起作用，如增殖、血管生成、纤维化，特别是炎症［25］。Fas配体（FasL）是肿瘤坏死因子蛋白家族的一员，分为膜结合形式（mFasL）和可溶性形式（sFasL）。有证据表明sFasL 是趋化性的，其特征是促炎作用，缺血状态神经元会释放sFasL，可能通过激活JAK2/STAT3和NF-κB信号通路，使其磷酸化，从而促进小胶质细胞极化为M1型［26］。这与先前研究FasL突变体和用FasL中和抗体可抑制小胶质细胞向M1型极化，同时发挥抗炎、保护神经功能的结果相一致。

骨桥蛋白（osteopontin，OPN）参与了体内多种生理和病理过程，在脑梗死后的亚急性期表达，对小胶质细胞具有重要的趋化作用，是一种磷酸化糖蛋白。OPN 被小胶质细胞分泌到细胞外基质中，通过旁分泌和自分泌信号作用，激活小胶质细胞并与其他影响再生的细胞相互作用。众多研究表明，OPN 可以通过抗炎、促血管新生、促神经干细胞迁移等多种方式保护缺血脑组织，减轻脑损伤。在调节神经炎症方面，OPN可调节原代培养的小胶质细胞的存活，抑制小胶质细胞分泌TNF-α、IL-6、iNOS等促炎细胞因子［27］，从而抑制M1型极化，促进M2 型极化［28］，减少缺血性梗死面积并减轻其缺血性损伤，这可能与其有效参与炎性小体和小胶质细胞炎症激活的抑制调控有关［29］。

越来越多的证据表明，MicroRNA 在中枢神经系统疾病的病理生理中发挥重要作用，现已发现几种MicroRNA与中枢神经系统疾病中的小胶质细胞活化或小胶质细胞极化有关。MicroRNA 是小的非编码RNA 分子，参与基因表达的调节，可作为神经炎症的有效微调剂。miR-155 和miR-146a 与小胶质细胞极化成M1有关，增强了促炎反应，相反，miR-124，miR-21和miR-145 抑制小胶质细胞向M1 表型极化，对于制止过度的炎症至关重要。研究发现，miR-155 的靶点是细胞因子信号转导抑制因子1（SOCS1）、CCAAT 增强子结合蛋白α（CCAAT enhancer binding protein α，C/EBPα）和Smad2，其在抗炎反应中起重要作用。因此，miR-155 的表达增加会加剧炎症，维持小胶质细胞的活化并导致神经毒性。脑缺血后，小胶质细胞miR-146a 上调，这种效应可能源于TLR2/TLR4活化，TLR2和TLR4为Toll样受体家族成员。也有其他研究表明，miR146a通过调节NF-κB信号通路，促进小胶质细胞极化为M1 型。生理条件下，小胶质细胞在未激活状态下表达高水平的miR-124，主要表达M2型标记物。miR-124 可以促进小胶质细胞的静止，在单核细胞和小胶质细胞的不同亚群中，miR-124 可以将细胞极化从M1 表型转换为M2 表型。可见MicroRNA 通过调控小胶质细胞极化，在缺血性脑卒中发生发展中发挥着重要作用。

NLR类受体是一类胞质传感器或受体，其对各种病原体相关分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）作出反应，这一反应与微生物和损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）有关。而其中炎性小体NLRP3（NOD-like receptor pyrin-containing 3，NLRP3）目前研究最多。NLRP3 是免疫炎症反应的重要组成部分，其通过激活炎性通路，促进炎症反应的级联放大，在缺血性脑卒中炎症发展中起重要作用［30］，可介导小胶质细胞由静息态转向激活态［31-32］，通过诱导神经元凋亡、促进炎性因子释放加重小鼠脑缺血-再灌注损伤。NLRP3 是产生IL-1β的必需调节剂，白介素-1β的分泌增加炎症和神经毒性，促进小胶质细胞的M1型极化，同时导致神经退化和神经元死亡。最新研究发现，NLRP3 3’-UTR包含miR-34c的保守结合位点，证实NLRP3 是miR-34c 的靶基因，miR-34c 抑制NLRP3 的表达，随后抑制炎症体活性和细胞因子成熟，从而也抑制了小胶质细胞焦亡带来的脑炎性损伤［33］。有研究证实，外周血NLRP3 炎性小体还可直接促进脂质过氧化，增加氧自由基生成，激活体内血小板，加速血小板的黏附与聚集，导致血栓形成等促进卒中发生［34-35］。因此，抑制NLRP3炎症体被认为是神经退行性疾病的治疗靶点。

小胶质细胞髓样细胞触发性受体-1（triggering receptor expressed on myeloid cells-1，TREM-1）是一种已知的调节脑免疫反应的受体［36］，是炎症的关键调节因子。研究证实，脑缺血损伤发生后小胶质细胞TREM-1表达上调，抑制TREM-1 表达后，缺血诱导的梗死和神经元损伤得到显著减轻。此外，阻断TREM-1，小胶质细胞M1极化和中性粒细胞募集显著减少，可以增强海马体中的细胞增殖和突触可塑性，从而导致长期的神经功能改善。其作用机制可能是小胶质细胞TREM-1 通过与脾酪氨酸激酶相互作用激活了CARD9/NF-κB信号通路和NLRP3炎症体，随后导致炎症细胞因子和趋化因子的产生。阻断TREM-1可以抑制TREM-1/SYK 通路的激活和随后的炎症反应，从而挽救卒中的预后［37］。

集落刺激因子1 受体（colony stimulating factor 1 receptor，CSF1R）是一类酪氨酸/丝氨酸激酶，特别在小胶质细胞/巨噬细胞中表达，主要负责调节小胶质细胞/巨噬细胞的增殖和分化［38］。研究表明，抑制CSF1R 可以通过抑制小胶质细胞的活化来调节神经功能，发挥对脑损伤的神经保护作用［39］。全脑缺血中，Ki20227 作为CSF1R 的特异性抑制剂，有效保护神经元的树突棘密度和树突结构免受脑损伤。Ki20227 能抑制CSF1R 的磷酸化，在小胶质细胞活化中起重要作用［40］。给予Ki20227 可改善小鼠缺血诱导的行为缺陷并减轻小胶质细胞相关的炎症，这通过小胶质细胞M1表型因子和钙结合蛋白表达中的基因表达下调，同时小胶质细胞M2 表型表达的增加得到验证［41］。

3 目前针对小胶质细胞极化的治疗

米诺环素一方面选择性抑制小胶质细胞向M1 型极化，另一方面可改善局部脑缺血后血脑屏障通透性，在缺血性脑卒中中发挥长期保护作用。垂体腺苷酸环化酶激活多肽可以促进小胶质细胞向M2 型极化，减少脑梗死面积，改善神经功能。二甲双胍可以抑制NF-κB介导的炎症信号，利于小胶质细胞转化成M2型。α-硫辛酸（α-lipoic acid，LA）是一种抗氧化剂，容易侵入血脑屏障，是治疗糖尿病的一种药物，最新研究发现，α-硫辛酸可明显减轻小胶质细胞的多种炎症反应，可以降低NF-κB信号转导相关的免疫应答，降低NLRP3 炎症小体的活化、降低M1 表型标记物（IL-1β和ICAM1 基因），而增加了M2 表型标记物（MRC1 和ARG1 基因），使小胶质细胞表型由M1向M2转变［42］。

研究［43］发现，经脑室移植间充质干细胞作为一种新方法可以促进小胶质细胞趋于M2型。人类神经干细胞，在脑内移植时，也可以减弱小胶质细胞的活化，并有利于这些细胞向M2 抗炎表型的转变。与间充质干细胞相比，神经干细胞的吸引力在于其致力于神经细胞谱系分化的独特性质［44］。有研究者对脑缺血患者注射自体来源M2 型细胞，发现其神经症状改善明显，未见严重不良反应，说明M2 型细胞移植具有一定的安全性和有效性［45］。

Malibatol A是一种白藜芦醇低聚体，通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体和抑制Ste20 样激酶1 磷酸化减轻炎症反应，促进M2型小胶质细胞极化［46-47］。银杏内酯B 可以通过抑制血小板激活受体激活来诱导产生M2型小胶质细胞［48］。姜黄素通过TREM2/TLR4/NF-κB 途径促进小鼠小胶质细胞M2 极化，抑制神经炎症［49］。

4 结论与展望

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。这个“角色选择”取决于病变微环境中的多种分子信号［50］，小胶质细胞因其在炎症方面作用的双面性在脑缺血后炎症反应治疗中起着非常关键的作用［51］，可通过干预炎症通路上的不同靶点使小胶质细胞的极化趋向于抗炎表型M2 型，达到减少脑梗死面积、保护神经功能等积极作用。但小胶质细胞炎症调节通路极其复杂，涉及多种信号分子，因此，在今后的研究中，需要研究者更加深入地探究小胶质细胞在脑缺血引起炎症反应中的作用及变化过程的分子机制，对于实现以小胶质细胞为靶向的中枢神经系统疾病的诊断、治疗、疗效评估、改善预后均有重要指导意义。