小胶质细胞极化信号通路在神经炎症中的研究进展

李虹莹 沈缘 吴巧凤 谢璐霜，2 余曙光

成都中医药大学1针灸推拿学院，2基础医学院（成都 610075）

极化源于对巨噬细胞不同的激活状态和代谢过程的描述，Th1 和Th2 菌株巨噬细胞的蛋白质和基因表达在不同刺激下引起的反应分为经典激活M1 型和替代激活M2 型［1］。小胶质细胞（microglia，MG）在表型方面表现出与外周巨噬细胞相似的特征，因此极化也用来描述MG 在各种致病因子作用下的不同表型转换和功能状态。

MG 是中枢神经系统（CNS）固有的免疫效应细胞，发挥免疫监视的作用。由于MG 是炎症因子的主要来源，它过度激活后导致的神经炎症是许多神经系统疾病发生的关键。活化的MG 分为M1和M2 表型，分别发挥促炎和抗炎作用。越来越多的研究以MG 表型为靶点抑制神经炎症来改善或逆转神经系统疾病的病理过程。因此本文主要对调控MG 极化的相关信号通路的作用和机制进行总结分析，为神经炎症性疾病的治疗靶点提供理论依据和治疗策略。

1 MG 极化与神经炎症性疾病

M1 型MG 释放大量的促炎因子包括TNF-α、IL-6、CCL2，诱发炎性和神经毒性效应。M2 型MG分泌IL-10、IL-4 等抗炎因子和转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素生长因子（IGF）和血管内皮生长因子（VEGF）等神经营养因子，发挥缓解炎症和恢复体内稳态的作用［2］。MG 介导的神经炎症参与了阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等慢性神经退行性疾病和脑出血（ICH）、缺血性中风等急性神经退行性疾病。早期活化的MG 在淀粉样蛋白-β（Aβ）、黑质、梗死区域以及血肿周围呈阿米巴样聚集，吞噬降解致病物质，发挥促进组织修复和神经保护作用。但Aβ、α-突触核蛋白和突变SOD 等致病物以及炎症介质过表达驱动MG 向M1 表型极化，引起炎症级联反应，从而加重退行性病变［3］。由于极化是动态可变的，MG 在中风的早期主要是有益的M2 型，后期转变为M1 型［4］。TCH 后M1 型MG 在第1 周被激活导致炎症和氧化性损伤，M2型在1～3 d 被观察到，但M1 型激活的持续时间更长［5］。因此抑制M1 型、促进和维持M2 型极化是抑制神经炎症的有效方法。

2 调控MG 极化的信号通路

2.1 NF-κB信号通路NF-κB由完整的p50/p65异二聚体复合物构成，在响应损伤后从细胞质转移到细胞核，是调节炎症反应的关键信号转导因子。通常Toll 样受体（TLR）和IL-1R 等许多进化保守的受体与细胞质衔接蛋白MyD88 和MAL 结合后启动下游信号激活NF-κB，最终导致M1 样MG激活和炎症反应［6］。

环丙沙星和左氧氟沙星等药物通过抑制TLR4/NF-κB 通路促进MG 的M2 极化，从而改善神经炎症性疾病［7］。坎地沙坦显著抑制TLR4 蛋白水平、IKBα 和NF-κB p65 的磷酸化水平以及NFκB p65 的核转位，以TLR4/NF-κB 依赖性方式促M2 极化改善中风引起的神经元损伤［8］。新兴研究如迷走神经刺激（VNS）也通过该通路促进MG 向M2 型极化并抑制M1 型以减轻脑卒中急性期的脑损伤［9］。因此该通路主要以NF-κB p65 为靶点通过TLR4/NF-κB 途径调控MG 诱导的神经炎症。

2.2 TLR 信号通路TLRs 激活吞噬细胞或MG 响应病原体和受损宿主细胞来清除病原体和受损组织。MG 表达的TLR4 与刺激因素特异性结合，从而激活NF-κB 通路，并上调各种先天免疫和炎症因子，促进MG 向M1 表型极化［10］。植物提取物如异黄酮（黄芪）通过抑制TLR4/NF-κB p65 增加酪氨酸羟化酶和多巴胺转运蛋白的活性，减少α-突触核蛋白阳性神经元的数量，最终改善PD 小鼠的行为障碍和炎症反应［11］。体内外实验都证实橙皮苷通过抑制该通路为缺血性脑卒中后的神经保护和修复提供新的策略［12］。另外，对于新的分子靶标比如MG 表达的Tim-3，阻断Tim-3 可以抑制TLR4信号通路，延缓ICH 后的炎症进程［13］。上述研究表明TLR4 是激活MG 和调节其极化的开关，TLR4拮抗剂或激动剂是未来临床的开发方向。

2.3 mTOR 介导的自噬通路mTOR 属于磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）相关激酶家族的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。mTOR 信号通路参与调节神经突触功能和大脑发育，并通过蛋白质翻译和自噬调节大脑认知和记忆能力［14］。JIN 等［15］发明mTOR 和自噬可以调节MG 的极化；一方面TNF-α 激活AKT/mTOR 信号传导抑制自噬通量后驱动MG 向M1 表型转变，另一方面增强自噬使MG 向M2 状态活化减弱神经毒性。

自噬诱导剂比如雷帕霉素和白藜芦醇通过抑制AKT/mTOR 通路上调MG 的自噬，促进MG 在正常和炎症状态下向M2 表型极化，从而缓解神经退行性疾病相关的神经炎症［15］。Sestrin2 是一种压力传感器蛋白，以剂量依赖性方式抑制mTOR 通路恢复自噬通量，促进MG 极化为M2 表型，在缺血性脑损伤后发挥神经保护作用［16］。但是miR-23b 却通过增加Akt 和mTOR 磷酸化并下调肌醇多磷酸多激酶（IPMK）减轻ICH 诱导的体内神经炎症［17］，这表明mTOR 通路的机制仍是难以捉摸的，需进一步研究mTOR上下游各种信号分子的功能。

2.4 MAPK 信号通路

2.4.1 p38 MAPK 信号通路p38 MAPK 途径激活会上调MG 的TNF-α 水平而产生促炎效应，抑制该通路可以促进MG 向M2 型极化，减少炎性介质、趋化因子和NO 的释放从而发挥抗炎作用［18］。体外研究首次证明n-3 多不饱和脂肪酸比如DPA 抑制p38 MAPK 和NF-κB p65 活化，为神经退行性疾病提供抗炎和神经保护作用［19］。另外S1PR 受体拮抗剂通过此通路抑制M1 型MG 激活，从而减少脑水肿含量、改善血脑屏障完整性和行为缺陷，为ICH 提供了新的治疗靶标［20］。但丁基苯酞（NBP）给药依赖性激活p38 MAPK 通路，上调p38 磷酸化反而促进MG 向M2 型极化［21］。这表明p38 MAPK通路在不同的疾病状态下具有相反的调节作用。

2.4.2 JNK 信号通路JNK 属于MAPK 信号通路的调节因子，由JNK1、JNK2 和JNK3 编码，其中JNK1、JNK2 分布广泛，JNK3 是在CNS 表达的主要亚型［22］。临床用JNK 的抑制剂调节神经炎症性疾病，JNK-IN-8 通过抑制JNK 和NF-κB 信号传导、减弱MG 活化和促炎反应来改善中风后的功能恢复［23］。JNK3 是三种高度同源的JNK 之一，JNK3 抑制剂通过抑制BV2 细胞中的JNK/NF-κB 通路发挥抗炎和抗迁移作用以减轻神经退行性疾病的神经炎症［24］。药材牛樟芝天然化合物EK100 以MG 的JNK/MAPK 活化而不是ERK 或p38 MAPK 活化为靶标，在ICH 后发挥神经保护功能［25］。因此多种JNK 抑制剂的开发仍是未来的研究方向。

2.5 JAK/STAT 信号通路JAK/STAT 信号通路又称IL-6 信号通路，信号转导和转录激活因子（STATs）是JAK 的下游靶点，磷酸化的STAT 转移到细胞核并启动编码促炎细胞因子和趋化因子靶基因的转录。细胞因子信号转导抑制因子SOCS1和SOCS3 与JAK 结合能够抑制STAT1 和STAT3 的促炎反应，增强SOCS 信号可以缓解M1 型MG 的炎症反应，促进MG 向M2 型极化［26］。

姜黄素通过JAK/STAT/SOCS1 信号通路诱导M2 样MG 表型减轻神经炎症［27］。白藜芦醇以依赖IL-10 的方式通过JAK/STAT/SOCS3 信号途径限制MG 的活化［28］。龙血通络胶囊通过靶向JAK1/STAT3 信号通路的磷酸化，降低iNOS、COX-2 蛋白的表达来治疗恢复期的缺血性中风［29］。HE 等［30］证实IL-4 介 导JAK1/STAT6 通路在ICH 后促进MG 向M2 表型极化，同时抑制M1 表型，从而发挥抗炎、抗凋亡和消除血肿的作用。总而言之，调控JAK/STAT 活化的机制十分广泛，基于该通路调控MG的靶点未完全掌握，因此该信号途径仍有待深入研究。

2.6 Notch 信号通路Notch 信号通路属于保守进化的类型，该信号通路的成分在静息和激活的MG中表达，Notch 胞内结构域（NICD）在激活后从胞浆中易位到细胞核，从而诱导该通路下游靶基因包括Hes1、Hes5 和NF-κB 的活化，从而释放炎性细胞因子［31］。其中Notch-1 受体和下游分子Hes1 水平升高表明MG 向M1 型极化，Hes5 则是M2 表型的代表［32］。

脂氧素A4是一种抗炎剂，它通过抑制Notch-1、Hes1、iNOS 和CD32 的表达，促进脑缺血再灌注损伤后MG 的M2 极化，对缺血性中风具有保护作用［32］。HAO 等［33］通过大鼠体内MRI 方法动态监测脑组织，证实γ-分泌酶抑制剂DAPT 可能通过抑制Notch1 活化将MG 的特征从破坏性转变为保护性，在中风后的亚急性期恢复脑部功能。Botch 属于新型的内源性Notch 抑制剂，通过拮抗Notch1 信号的激活来抑制损伤诱导的NICD 上调和线粒体易位，从而减少MG 介导的神经炎症［34］。因此Notch1是该通路重点关注的抗炎靶点之一。

2.7 cAMP 信号通路cAMP 下游的两个主要靶点是蛋白激酶A（PKA）和cAMP 激活的交换蛋白（Epac）。cAMP 效应元件结合蛋白（CREB）转录因子家族是蛋白激酶A（PKA）的底物家族，通过含有cAMP 反应元件的启动子区域调节基因的表达［35］。在过度炎症和基质出血的继发性脑损伤中，cAMP及其下游效应器、磷酸化cAMP 依赖性蛋白激酶（p-PKA）和由Epac1 激活的交换蛋白的合成增加，诱导MG向M2型极化，从而发挥抗炎保护作用［36］。

与只能缓解AD 病理症状的临床药物不同，5HT2A 受体的拮抗剂DLT 通过5HT2AR/cAMP/PKA/CREB/Sirt1 通路刺激自噬过程并抑制神经炎症，促进MG 对Aβ 等病理产物的吞噬，从而改善APP/PS1 小鼠的认知障碍［37］。BHDPC 是一种新型神经保护剂，通过增强PKA 和CREB 的磷酸化促使MG 向M2 型极化，从而减轻对血脑屏障和紧密连接蛋白的破坏，对小鼠的缺血性损伤发挥显著的神经保护作用［38］。以上研究表明PKA 通过促进CREB 在其转录激活位点的磷酸化调节抗炎细胞因子的表达，并参与MG 的失活和极化过程。

2.8 IL-33/ST2 信号通路IL-33 属于IL-1 细胞因子家族的成员，它的受体ST2 在Th1 细胞、NK 细胞和巨噬细胞等炎症细胞和免疫细胞上表达。体外研究表明IL-33/ST2 信号传导增强MG 中IL-10 和其他M2 样基因的表达，从而保护邻近的神经元免受缺血性损伤。而IL-33 的受体ST2 缺乏将使MG转变为M1 样状态并加剧缺血性脑损伤，这表明ST2/IL-33 信号传导可在脑缺血损伤后维持有益的MG 反应［39］。

研究［40］证实通过增加外周IL-33 可以增强MG的吞噬作用，促使MG 向抗炎表型转化，降低AD大脑的炎症水平，也可减轻ICH 引起的神经元和白质损伤并提供短期和长期的神经保护［41］。因此作为一种新兴的抗炎信号通路在神经炎症等疾病中，IL-33 补充剂或激动剂可能是一种有前途的治疗方法。但也有数据表明IL-33 调节M1/M2 型活性延缓脑缺血损伤的有效期可能在24～72 h内［42］，还加剧了IL-33 治疗的中风小鼠肺部感染和死亡率［43］。因此药物开发时需规避不良反应。

3 总结与展望

综上，NF-κB、TLR、mTOR、MAPK、Notch 信号通路促MG 的M1 型极化，JAK-STAT、cAMP、IL-33/ST2 信号通路与M2 抗炎表型相关。小胶质激活极化所介导的促炎反应是神经炎症的关键步骤，因此通过一系列信号转导途径靶向小胶质细胞极化过程为临床抗炎治疗提供了可能性。虽然对这些通路下游靶点的基础研究取得了一定成果，然而少有基础研究上的临床研究及应用研究。因此深入掌握不同信号通路相互作用的网络以及其中的关键靶点，促使MG 表型的转换并面向临床，是下一步研究方向。