小胶质细胞活化与神经炎症相关信号通路的研究进展

胡月，曾常茜

(大连大学医学院，辽宁 大连 116622)

最早小胶质细胞被描述为一种具有吞噬功能的神经胶质细胞，后来将该细胞命名为“小胶质细胞”，并明确了其定义[1]。小胶质细胞存在于中枢神经系统细胞中，出现在大脑发育早期，起源于卵黄囊中的造血干细胞，在胚胎发育过程中迁移至脑实质并增殖[2-4]。小胶质细胞是中枢神经系统常驻的单核巨噬细胞，占中枢神经系统细胞的10%～15%，构成了中枢神经系统中最主要的免疫防线，在启动先天性和获得性免疫反应中发挥关键作用[5]。小胶质细胞可吞噬凋亡的神经元，清除凋亡细胞，介导突触可塑性，有助于维持中枢神经系统内的动态平衡。小胶质细胞的活化与癫痫、阿尔茨海默病、亨丁顿舞蹈症、帕金森病等神经炎症性疾病的发生发展密切相关[6-9]。研究发现，小胶质细胞可通过促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、Janus激酶(Janus kinase，JAK)/信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)、核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、Notch、Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)、过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)等信号通路介导神经炎症反应的发生发展[10-15]。当小胶质细胞受到脂多糖、海人酸等刺激活化后激活相应的炎症信号通路，释放炎症因子，导致炎症反应发生。由此可见，小胶质细胞活化对神经系统的发育及损伤修复均具有重要作用。现就与小胶质细胞活化相关的神经炎症信号分子通路予以综述。

1 小胶质细胞的活化

小胶质细胞是中枢神经系统中固有的免疫效应细胞，在维持脑内稳态和神经炎症反应中发挥重要作用。在正常脑组织中，静止的小胶质细胞呈高度分枝状，胞体较小且非常活跃，可不断移动去寻找吞噬神经的毒性蛋白和中枢神经系统中不可修复的神经元。发生应激和损伤时，激活的小胶质细胞胞体相对增大、突起回缩，炎症介质释放增多，导致胶质细胞和神经元损伤[16-18]。激活的小胶质细胞有两种表型：“经典激活”的M1表型和“选择性激活”的M2表型。本质上，小胶质细胞激活后会进行自我修复用于对抗伤害。然而，小胶质细胞M1表型持续活化会分泌过度的炎症因子和神经毒性分子，导致正常细胞死亡，进而对机体造成损害[19]。M1型小胶质细胞在脂多糖或γ干扰素诱导下，分泌白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-2、IL-6和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α等促炎细胞因子；M2型小胶质细胞在IL-4或IL-13诱导下分泌IL-10、精氨酸酶1和转化生长因子-β等抗炎细胞因子，发挥神经保护作用，并有助于神经元再生[20-21]。激活的小胶质细胞释放的细胞因子和趋化因子可诱导白细胞、巨噬细胞释放炎症因子和细胞毒性物质，介导神经炎症和神经毒性，导致血脑屏障破坏和胶质细胞死亡[22]。

2 与小胶质细胞活化相关的信号通路

小胶质细胞活化是神经炎症的主要特征。神经炎症可由多种病原体引起，如脂多糖、β-淀粉样蛋白、细菌、病毒等，这些致病性病原体活化小胶质细胞并激活MAPK、JAK/STAT、NF-κB、Notch、TLR、PPAR等信号通路，释放炎症因子。以小胶质细胞活化为靶标研究相关信号通路，对于神经炎症性疾病的治疗以及研发抗炎新药有很大帮助。

2.1小胶质细胞活化与MAPK信号通路 MAPK属于高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，由胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)/应激活化蛋白激酶、p38 MAPK组成。MAPK是真核细胞中高度保守的信号转导通路，信号从细胞膜转导至细胞核，从而发挥作用。MAPK信号由经典的3级级联酶促反应激活，上游蛋白与特定的受体结合后，MAPK激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK/MEKK)和MAPK激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK/MEK/MKK)依次激活导致MAPK激活，从而在细胞增殖、分化、应激反应、凋亡等细胞生物学过程中发挥重要作用[23]。

2.1.1小胶质细胞活化与ERK通路 ERK是传递丝裂原信号的信号转导蛋白，由ERK1/2、ERK3/4、ERK5、ERK7以及ERK8组成。ERK1/2最为经典，介导Ras-Raf-MEK-ERK1/2信号转导通路。ERK通常存在于细胞质中，与血小板衍生生长因子、表皮生长因子受体作用后，Ras构象发生变化，Ras蛋白释放出自身的鸟苷二磷酸并结合鸟苷三磷酸，导致Raf激活。激活的Raf磷酸化并激活MEK1/2，MEK1/2的激活可直接导致ERK1/2磷酸化并使蛋白激酶底物以及c-Jun、转录激活因子2等转录因子发生磷酸化，从而参与调控细胞的生长、增殖与分化[24]。

小胶质细胞的活化与ERK通路密切相关。BV-2小胶质细胞被脂多糖激活后，一氧化氮释放增多，IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α以及M1表型标志物诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表达增多，IL-4、IL-10、转化生长因子-β、精氨酸酶1以及M2表型标志物CD206表达降低[10,19,25]。用凝血酶处理大鼠原代小胶质细胞后，小胶质细胞被激活，iNOS表达升高并引起ERK磷酸化[26]。用ERK抑制剂SCH772984处理脂多糖活化的BV-2小胶质细胞后，一氧化氮的释放受到抑制，磷酸化的ERK减少[6]。用ERK激动剂LM22B-10处理脂多糖活化的BV-2小胶质细胞后，一氧化氮释放增多，TNF-α、iNOS表达增加，IL-10、CD206表达降低，磷酸化的ERK1/2增加[25]。

2.1.2小胶质细胞活化与JNK通路 JNK又称应激活化蛋白激酶，主要由JNK1、JNK2、JNK3组成，其中JNK1和JNK2基因表达广泛，而JNK3基因主要在脑、睾丸和心肌中表达[27]。JNK主要存在于细胞质，也有少量分布于细胞核。JNK的激活是由细胞内的上游激酶通过级联反应激活下游激酶。在炎症因子或环境应激刺激下，MEKK1、凋亡信号调节激酶1、混合谱系酶3等可激活MKK4和MKK7，进而使JNK磷酸化。活化的JNK可磷酸化转录因子c-Jun、转录激活因子ETS样蛋白2和转录激活因子2，增加转录因子的转录活性。磷酸化的c-Jun与位于基因启动子的激活蛋白-1位点结合，使激活蛋白-1进一步激活其下游的转录因子p53、转录激活因子2、热休克转录因子1、C-myc基因、活化T细胞核因子及线粒体中的细胞凋亡调节因子等，从而发挥生物学效应[19]。

小胶质细胞活化与JNK信号通路有关。小鼠原代小胶质细胞被脂多糖活化后，TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12表达升高并促进小胶质细胞向M1表型极化，精氨酸酶1和IL-10表达降低并抑制向M2表型极化，促进JNK磷酸化[19]。BV-2小胶质细胞被脂多糖活化后，一氧化氮释放增多，iNOS、环加氧酶2、IL-6、IL-1β以及TNF-α表达升高[28]。用JNK特异性抑制剂SP600125处理活化的BV-2小胶质细胞后，一氧化氮释放、IL-6表达以及JNK磷酸化均受到抑制[28]。

2.1.3小胶质细胞活化与p38 MAPK通路 p38 MAPK属于应激活化的蛋白激酶，由p38α、p38β、p38γ和p38δ四种亚型组成[29]。p38α在哺乳动物中表达广泛，p38β主要在脑中表达，p38γ主要在骨骼肌中表达，p38δ主要在卵巢和垂体中表达[30]。p38 MAPK的激活依赖于典型的3级酶促级联反应，在热休克、氧化应激、脂多糖、渗透压、炎症因子、细胞因子以及紫外线等刺激下，作为MAPKKK级联蛋白激酶的MEKK1～4、凋亡信号调节激酶1/2、混合谱系酶2/3激活MKK3、MKK4及MKK6，MKK4可抑制p38 MAPK信号通路，而MKK3和MKK6在p38 MAPK通路中起促进作用，可进一步激活p38 MAPK[31]。激活的p38 MAPK可活化蛋白激酶、胞核蛋白、胞质蛋白、转录因子等，参与细胞的分化、凋亡、衰老、炎症反应以及细胞因子的产生[26,32-33]。

小胶质细胞的活化与p38 MAPK信号通路密切相关。BV-2小胶质细胞被脂多糖激活后，TNF-α、IL-6以及M1表型标志物CD54表达增高；而IL-10、M2表型标志物CD206和CD209表达降低，磷酸化的p38 MAPK蛋白表达增加[34]。研究发现，大鼠腰椎间盘突出症术后第1天可见磷酸化的p38 MAPK主要表达于活化的脊髓小胶质细胞，p38 MAPK抑制剂SB203580可使磷酸化的p38 MAPK蛋白表达受到抑制[35]。

2.2小胶质细胞活化与JAK/STAT通路 JAK/STAT信号通路是一条由细胞因子刺激的信号转导通路，由接收信号的受体酪氨酸激酶、转导信号的JAK和产生效应的STAT组成[36]。JAK为非受体型酪氨酸蛋白激酶，由JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2组成，其中JAK1、JAK2和酪氨酸激酶2表达广泛，而JAK3主要在淋巴细胞、骨髓表达；STAT由STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b 和STAT6组成，分布广泛[37-38]。STAT1和STAT3是免疫应答的重要转录因子，在脂多糖、γ干扰素引发的炎症信号转导中发挥重要作用。在JAK/STAT信号通路中，STAT被JAK磷酸化、二聚化，最后以同源或异源二聚体的形式通过核膜转运至细胞核，从而调节下游相关基因的表达，参与细胞的增殖、分化、凋亡和免疫调节等过程，同时也为细胞外因子调控基因表达提供条件[39]。

小胶质细胞的活化与JAK/STAT信号通路密切相关。BV-2小胶质细胞被γ干扰素激活后，一氧化氮、活性氧类、TNF-α以及iNOS基因表达升高，并促进上游信号分子JAK1、STAT1和STAT3入核[40]。小胶质细胞被脂多糖激活后，TNF-α、γ干扰素、IL-6等炎症因子释放增加，IL-10等抑炎因子释放减少，使小胶质细胞向促炎的M1表型分化，JAK1和JAK3磷酸化以及STAT1和STAT3磷酸化增加[11,41]。

2.3小胶质细胞活化与NF-κB通路 NF-κB由RelA(p65)、RelB、c-Rel、NF-κB1(p50)和NF-κB2(p52)五个成员组成[42]。细菌、细胞因子和压力刺激可调节这5个成员形成同源或异源二聚体[43]。p65/p50是最常见的异源二聚体，也是NF-κB活性表达的主要形式。通常情况下，NF-κB抑制蛋白将相互作用的NF-κB二聚体复合物阻隔在细胞质中，使NF-κB维持在非活性状态，阻断NF-κB移位至细胞核、结合DNA以及调节基因表达的能力[44]。NF-κB的激活有两条途径：一是经典途径，涉及NF-κB抑制蛋白α抑制剂的降解；二是NF-κB诱导激酶，调节适应性免疫系统。

小胶质细胞的活化与NF-κB通路密切相关。在小鼠体内注射脂多糖后，活化的小胶质细胞释放的一氧化氮、TNF-α、前列腺素E2、IL-1β、iNOS、环加氧酶2等促炎因子增加，IL-4、IL-10等抗炎因子减少，NF-κB通路激活[12]。BV-2小胶质细胞在体外被脂多糖激活后，IL-6、活性氧类等炎症因子释放增加，磷酸化的NF-κB、NF-κB抑制蛋白α水平升高，促进p65核转位[13]。使用NF-κB抑制剂JSH-23后，IL-6等炎症因子释放减少、磷酸化的NF-κB、NF-κB抑制蛋白α蛋白表达降低，提示小胶质细胞的激活与NF-κB通路有关[10,13,28,45]。抑制NF-κB通路，可抑制神经毒素分泌、炎症因子释放以及小胶质细胞的激活，减轻神经炎症反应。

2.4小胶质细胞活化与Notch通路 Notch通路在多种生物中高度保守，参与几乎所有器官系统的发育，并在发育后调节组织内稳态。Notch信号通路包括Notch配体(Delta样配体1、3、4，Serrate样配体Jagged1、Jagged2)、Notch1、Notch2、Notch3、Notch4、Notch DNA结合蛋白、免疫球蛋白κJ区重组信号结合蛋白和效应分子(Hes、Hcy、Herp)[46]。在Notch通路中，细胞表面的Notch受体与配体结合后激活，诱导蛋白水解酶裂解，Notch胞内段释放到细胞核中，与转录抑制因子RBP-Jκ结合激活靶基因的转录，调节细胞的增殖、分化和凋亡[47]。

小胶质细胞的活化与Notch信号通路有关。BV-2小胶质细胞被脂多糖激活后，IL-1β、TNF-α以及M1表型标志物iNOS的表达升高，IL-10表达降低，Notch1、Hes1蛋白表达升高，Hes5蛋白表达降低，Notch通路激活，炎症反应发生[48]。在缺血再灌注大鼠模型中，活化的小胶质细胞iNOS的表达升高、活性氧类增多，Notch-1、Notch胞内段、免疫球蛋白κJ区重组信号结合蛋白、Hes-1的水平增高[49]。BV-2小胶质细胞被脂多糖和Jagge-1/Fc激活后，TNF-α和IL-12的表达以及Notch1和Hes1蛋白水平显著升高，Notch信号通路被激活[50]。

2.5小胶质细胞活化与TLR TLR是模式识别受体家族的重要组成部分，存在于巨噬细胞、树突状细胞等免疫细胞中，也存在于内皮细胞等非免疫细胞中，介导固有免疫，同时也与适应性免疫有关。在哺乳动物体内共有13种TLR(TLR1～13)，能识别来自病毒、细菌和寄生虫的高度保守的病原体相关分子模式以及感知内源性损伤相关分子模式位点，这种模式对相应病原体的生存至关重要。TLR的信号转导通路分为依赖髓样分化因子88的信号转导通路和不依赖髓样分化因子88的信号转导通路。除TLR3外，其余TLR的转导均依赖髓样分化因子88，TLR募集衔接蛋白(髓样分化因子88、包含Toll/IL-1受体结构域的干扰素诱导连接蛋白、包含Toll/IL-1受体的接头蛋白和运输关联膜蛋白)后被激活，激活的TLR可磷酸化下游的IL-1受体相关激酶-4、IL-1受体相关激酶-1、肿瘤坏死因子受体相关因子6、转化生长因子激酶，活化的转化生长因子激酶1进一步激活MAPK和NF-κB通路，并参与调节细胞内激酶和诱导炎症因子表达[51]。TLR作为抵御病原体入侵的第一道防线，在炎症、免疫细胞调控、细胞存活和增殖方面起着关键的作用。

小胶质细胞的活化与TLR4信号通路有关。BV-2小胶质细胞被高糖激活后TNF-α和IL-1β的表达增加，TLR4信号通路激活[14]。TLR4抑制剂CLI-095作用于小胶质细胞后，激活的小胶质细胞以及TLR4信号通路被抑制[14]。当BV-2小胶质细胞被脂多糖激活后，一氧化氮、活性氧类、TNF-α、IL-6、环加氧酶2信使RNA以及小胶质细胞标志物CD11的表达增加，肿瘤坏死因子受体相关因子6以及磷酸化的转化生长因子激酶1、TLR4表达增加，而IL-1受体相关激酶-4、IL-1受体相关激酶-1表达降低，TLR4信号通路被激活，炎症反应发生[51-52]。

2.6小胶质细胞活化与PPAR通路 PPAR是一类由配体激活的核转录因子，属于核激素受体家族，位于细胞质。PPAR由PPARα、PPARβ/δ和PPARγ三种不同的异构体组成，在外周组织和脑均有表达[53]。PPARγ与类视黄醇X受体形成异源二聚体，并与特定靶基因启动子区域的PPAR结合，调节转录[54]。

小胶质细胞的激活与PPAR通路有关。在缺血缺氧环境中，小胶质细胞被IL-4激活后，精氨酸酶1、YM-1和发现于炎症区域1等抑炎因子释放增多，PPARγ蛋白和M2表型标志物CD206表达升高[15]。小胶质细胞被脂多糖激活后，iNOS、环加氧酶2释放增加，而PPARγ蛋白表达降低，PPAR通路激活受到抑制[55]。

3 小 结

小胶质细胞的激活与MAPK、JAK、STAT、NF-κB、Notch、TLR以及PPAR信号通路关系密切，相关信号通路在炎症反应中也发挥关键作用。然而，不同的信号通路之间也存在联系，可相互调控，如TLR信号通路的表面受体受到刺激后会向下传递信号，激活MAPK以及NF-κB信号通路，引起炎症反应。深入了解不同信号通路相互作用的网络以及相关信号通路中抗炎靶点，有助于为抗炎治疗提供理论依据及拓展新的治疗思路。