周细胞在缺血性脑卒中治疗中作用的相关研究

孙攀喜 张重阳 张景荣 魏丽丽

832061 石河子大学医学院

目前，脑卒中已经成为了继心血管疾病和癌症的第三大全球性健康问题，具有高发病率、高致残率、高死亡率和高复发率的特点，主要分为缺血性脑卒中(ischemic stroke， IS)和出血性脑卒中两种亚型，其中IS发生率占比超过80%[1]，且在世界各地的患病率居高不下。以往对IS的研究多以保护和挽救神经元为重点，近年来已经从以神经元为中心的观点转移到神经血管单元(neurovascular unit，NVU) 。周细胞(pericytes)作为NVU的重要组成部分，在脑血管疾病中的治疗作用也逐渐受到关注。在缺血和缺氧条件下，周细胞参与脑血流(cerebral blood flow， CBF)调节、血脑屏障( blood -brain barrier， BBB) 破坏和血管生成等[2]，并为其他 NVU 成分提供支持。随着研究不断深入，越来越多的证据表明周细胞对IS治疗的促进作用日益明显。因此，本文就周细胞的生物学特性及其在IS治疗中的相关作用进行探讨，为IS的治疗提出新的可能处理对策。

1 周细胞的来源和特性

1.1 周细胞的来源

周细胞在胚胎时期或出生后即可产生，全身各处分布广泛，于中枢神经系统中的密度最大。脑周细胞的胚胎起源具有异质性，根据鹌鹑-鸡嵌合实验研究证实，前脑周细胞源于神经嵴细胞，而中脑、脑干和脊髓周细胞源于中胚层间充质干细胞[3]。这些发现也得到了神经外胚层细胞向胚胎脑血管周细胞和血管平滑肌细胞分化的可能性支持。通过对斑马鱼活体成像和谱系追踪发现，神经外胚层来源的祖细胞在大脑前部产生周细胞，而中胚层来源的周细胞存在于后脑血管进一步证实了这一观点[4]。此外在大鼠卒中模型中，循环骨髓源性祖细胞和脑室下区源性祖细胞也已经被证实与成年脑周细胞群有关[5-6]。尽管对大脑周细胞的胚胎起源已经有了重要的认识，但在生理条件下对于其如何在大脑中发挥作用却知之甚少。

1.2 周细胞的特性

近年来，脑周细胞的超微结构已被确定。脑周细胞成肾状，胞核突出于管腔，含有少量的细胞质，可嵌入基底膜与内皮细胞相互作用。尽管使用超微结构方法分析鉴定周细胞可能代表“金标准”，但是该方法并不适用于所有实验。因此，转化生长因子β(transforming growth factor-β， TGF-β)、血小板衍生生长因子B(platelet derived growth factor B，PDGFB)、α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin， α-SMA) 、钾通道复合物 kir6.1等潜在周细胞组织学标记物被提出。其中kir6.1 仅在周细胞中表达，可作为其特异性标记物。然而值得注意的是，大多数周细胞表面标记物可能对周细胞没有特异性，它们在不同条件下的表达可能不同，但是这些标记物都能够通过影响周细胞的功能间接影响IS。例如，在啮齿动物脑动静脉畸形模型中，TGF-β信号缺失使得血管激活素受体样激酶1基因缺失，这表明脑周细胞减少与循环血源性纤维蛋白的泄漏相关，损伤BBB结构和功能的完整性，进而影响IS的预后。疾病中周细胞标记物表达谱的潜在变化可能导致其靶向治疗复杂化，脑脊液中可溶解性PDGF受体(PDGF receptors，PDGF-R)的增加是早期认知功能障碍患者BBB破坏的生物标记物，提示周细胞损伤[7]。因此，进一步研究周细胞的生物学特性及其标记物在IS发生发展中的作用，对于治疗IS意义重大。

2 周细胞在IS中的作用

2.1 周细胞对BBB的影响

周细胞是NVU和BBB的重要组成部分，通过调节紧密连接和跨内皮囊泡运输维持 BBB 的完整性[8]，而 BBB 对脑组织周围内环境稳定以及防止血液中有害物质进入脑组织有重要意义。周细胞的覆盖率决定了毛细血管的相对渗透性，覆盖面积减少导致BBB功能障碍和神经毒性分子的积累，毒性分子通过内吞作用进入脑实质。BBB功能障碍也会引发神经炎症和其他病理事件(表1)。除了损害微循环外，缺血区域还会出现脑水肿等。

表1 周细胞在IS中的作用

有研究表明，TJ蛋白复合物(TJs)的解体重组是脑卒中后BBB破裂的主要原因，而周细胞来源的基质金属蛋白酶会导致TJs结构和功能的二次溶解[9]。周细胞的早期脱离也会导致 TJs 的丢失，引起BBB的渗漏。已有实验证实，周细胞缺氧诱导因子1(hypoxia induced factor-1， HIF-1) 功能的丧失会减轻缺血性脑损伤和BBB的通透性，并且能显著改善感觉运动功能，增加缺血后神经元存活[10]。因此抑制周细胞 HIF-1 的活化有利于维持BBB的功能和完整性，从而改善IS后的结局。此外，衰老也与中枢神经系统周细胞群本身的变化以及它们的功能与其他细胞类型的相互作用有关。即使生理状态下衰老的周细胞水平也会随着年龄的增长而降低，周细胞数量减少后引起BBB通透性增加，这将带来大量的炎症介质加重脑水肿并诱导更多的神经元死亡，从而加重急性脑缺血性损伤。基于周细胞对于BBB作用的研究，有望为IS的治疗带来新的契机。

2.2 周细胞调节CBF

关于周细胞能否调节CBF的问题仍存在争议。周细胞可表达收缩蛋白，从而使其具有潜在的可收缩性，而脑周细胞的收缩功能与CBF密切相关。Liu等[19]的研究证实，脑血管周细胞收缩能力的提高，可通过诱导由二羟基环二十六碳四烯酸酶促进的CBF进行自发调控。最近，Nelson等[11]在双极光子显微镜照射下也检测到人体内脐周细胞血管具有可收缩性，能够调节大脑中的毛细血管血流。此外，Hartmann等[12]发现，周细胞可以调节毛细血管直径并影响血流，脑周细胞光遗传学刺激降低了血管管腔直径和血流量。

然而，周细胞可能收缩和调节 CBF 的观点也得到了挑战。Hill等[20]使用多种转基因小鼠和双光子显微镜并未检测到小鼠和人周细胞中SMA的表达。此外，通过使用短期大脑中动脉闭塞模型发现，血流低灌注是由于SMC收缩而不是周细胞收缩导致，从而造成远端微血管闭塞。Fernández-Klett等[21]也发现，神经活动引起的CBF增加由前毛细血管小动脉和穿透小动脉引起，而不是毛细血管中的周细胞。这种差异可能是由于周细胞和小动脉SMC的结构和功能特性相似，很难完全区分。

造成这两种观点分歧的原因主要在于对周细胞的定义不同，如果忽略定义的差异时，表明 SMA表达的周细胞是可以调节CBF的。因此有效调节周细胞的收缩将有利于微血管CBF的恢复，改善结局。

2.3 周细胞参与免疫炎症反应

已经有很多实验证明，免疫炎症反应与IS过程中的周细胞密切相关。周细胞可能通过产生免疫细胞样特征调节免疫炎症反应。例如，在脂多糖诱导的炎症反应中，正常T细胞的表达和分泌因子的激活受白细胞介素1α 和一氧化氮等趋化因子调节[13]。卒中源性炎症细胞因子也会诱导周细胞释放肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α， TNF-α) 和TGF-β1 ， 从而增强促炎因子的表达，损伤NVU细胞并使BBB受到破坏，这表明周细胞在IS期间的脑炎症过程中起级联放大作用。通过谱系追踪和免疫组织化学分析表明，SMAlow/undetectable的周细胞能够分化为小胶质细胞和巨噬细胞样细胞[14]，吞噬细胞碎片并参与炎症反应以缓解对中枢神经系统的损害。

此外，周细胞在神经功能受到伤害时会感受到相关危险信号，处理和吞噬异常释放的抗原，并将处理过的抗原呈递给其他免疫细胞，加重后续的炎症反应。例如，Toll样受体4(toll-like receptor 4， TLR4)、清洁剂受体(scavenger receptor， SR)和Fc受体等许多模式识别受体均在脑周细胞上表达，使这些细胞能够识别入侵或异常的抗原。在溶酶体中酸性磷酸酶表达旺盛，周细胞能够消化吸收这些抗原。因此进一步研究周细胞在脑缺血时所发挥的炎症作用，可以为将来IS在抗炎方面的治疗提供重要的新靶点。

2.4 周细胞参与血管生成

IS是由于脑内动脉狭窄、闭塞或破裂引起，在受损区域重建脑部血流有助于IS的恢复，而脑部血流的重建与新生血管的形成密切相关。毛细血管的形成涉及血管内组成细胞的生长、周细胞的募集等，对组织的保护与恢复具有关键作用。基于周细胞在血管形成中的主要功能，认为周细胞可能通过调节血管生成促进卒中的恢复。

有研究表明，周细胞和内皮细胞共同调节血管生成[22]。脑缺血发生后的12～24 h，内皮细胞即开始迅速增殖和分化，局灶性缺血持续28 d后，可在缺血周围区域和瘢痕组织区域观察到新血管，表明缺血后发生了新血管形成[15]。脑血管生成过程中，周细胞向新生内皮细胞的募集依赖于多种信号转导的复杂相互作用，包括PDGFB、Notch、血管内皮生长因子和血管生成素细胞信号等。Renner等[16]发现，在永久性缺血48 h后，周细胞中的PDGFR-β增加，然后PDGF-β激活PDGFR-β，诱导周细胞中蛋白激酶B磷酸化，从而引起抗凋亡反应和细胞增殖。其次，PDGF-β/PDGFR-β信号通路诱导周细胞迁移到新生内皮血管，促进微血管的成熟。Stenzel等[17]还发现，周细胞释放的促血管生成素1(angiotensin 1，Ang-1) 与胚胎干细胞中的促血管生成素受体(Tie2) 结合，促进肝素结合表皮生长因子的表达，这在血管稳定中发挥了关键作用。Ang-2是 Ang1/Tie2信号通路的天然拮抗剂，Ang2影响内皮细胞的增殖和周细胞的补充，从而阻碍新生血管的成熟。因此，调节不同血管生成时期 Ang-1和Ang-2的平衡可以减轻脑组织的缺血性损伤。此外，G蛋白信号调节因子5(G-protein signaling 5，RGS5) 是周细胞的活化及血管生成的标志，其在周细胞中的表达以 HIF-1α依赖的方式升高，下调RGS5表达可抑制周细胞增殖，促进周细胞成熟[23]。目前，周细胞中RGS5信号转导的机制仍在研究中，揭示其机制有助于我们进一步了解周细胞中血管生成介导过程，促进IS血管生成相关治疗研究。

2.5 周细胞参与损伤后的神经修复

大脑神经的发生伴随我们生命的始终，受生理因素和病理因素的共同刺激。有报道表明，脑周细胞可能是神经干细胞(neural stem cells， NSCs) 的起源[24]。IS能够诱导内源性 NSCs增殖，新生神经元可迁移到缺血大脑表达成熟神经元表型，在缺血半暗带中也可以观测到新生神经元。此外，卒中诱导的代偿性神经发生可能取代坏死神经元，表明它可能有助于IS后的神经系统恢复并成为卒中治疗的靶点。

从小鼠脑缺血区提取的周细胞可以表达多种干细胞标记物或重编程的必要因子，周细胞可以通过转导神经源性转录因子sox2和ascl1的重新编程促进神经生成。Nakata等[25]也发现，小鼠短暂性脑缺血后，损伤区域的周细胞开始表达神经干细胞标记物巢蛋白，未成熟神经元标记物表达双皮质蛋白。同时从成年动物缺血组织中获得的周细胞或在缺血条件下培养的周细胞也显示出向神经和血管谱系细胞分化的能力。最新证据支持卒中诱导的神经发生和血管生成是高度协调和耦合的这一观点。例如，某些血管生成因子和信号通路能够诱导成人缺血组织的神经发生[18]。因此，脑周细胞不仅可以促进血管生成和神经发生，还可以靶向修复卒中后受损的神经系统。

3 IS后周细胞反应的治疗策略

周细胞参与维持正常脑血管功能，在IS的生理和病理过程中起重要作用。因此，以周细胞为靶点治疗IS越来越受到重视。

在永久性中脑闭塞模型中发现，敲除RGS5基因会增加周细胞的数量，BBB损伤明显减少。因此，靶向RGS5可能是IS的一种潜在治疗策略。周细胞HIF-1的诱导会对脑血管功能造成明显的损害且不利于急性IS后的功能恢复，抑制其诱导功能可能是减少缺血性损伤的一种新方法[10]。已有研究证实，周细胞能够介导阿托伐他汀促进IS后BBB的完整性，在恢复后期可增加脑血流量、降低BBB的通透性，从而减轻缺血性脑损伤并改善神经功能的缺陷[26]。同时也有证据显示，低温可以延缓周细胞从微血管的迁移，从而保护BBB的完整性[27]。此外，周细胞的多能干细胞特性有望用于IS的治疗。通过小鼠脑缺血区的周细胞和缺血缺氧条件下培养的人脑周细胞研究证实[28]，缺血区周细胞可能通过细胞重编程产生干细胞并获得多能干细胞活性以产生BBB和NVU的重要成分，从而减少脑组织的损伤。在甘露醇作用下打开BBB，可以使动脉内转移的周细胞祖细胞渗透到脑内缺血区。但是此研究并没有对转移周细胞的治疗效果做出相应的评价，还需要进一步研究来评估该移植的可行性[29]。最新研究表明，颅神经嵴衍生的周细胞样细胞可能是治疗BBB功能障碍相关疾病的理想细胞源，可以作为治疗IS的新突破点[30]。sigma-1受体的激活可引起自噬抑制周细胞凋亡，从而减轻周细胞丢失和BBB的破坏，对于恢复IS患者BBB破裂的治疗有促进作用[31]，有望成为治疗IS的新靶点。所以获得更多关于周细胞的信息，将有助于我们从新的角度研究其在IS中的治疗潜力。

4 小结及展望

通过对NVU的相关理解，临床研究重点将从单纯以神经元损伤为中心转移至NVU内部复杂结构的神经相互作用中去，NVU的周细胞在IS损伤中的作用也将会得到更深入细致的研究。不过后期仍需要进一步在病理生理状态下对周细胞进行研究，期望为IS的治疗提供新策略。

利益冲突：无