小膠質(zhì)細(xì)胞在不同炎性環(huán)境下亞型和功能的演變及其意義

張海飛 ，郭敏芳 ，尉杰忠 ，李艷花 ，肖保國(guó) ，馬存根 *

（1.山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)內(nèi)科，山西太原030001；2.山西大同大學(xué)腦科學(xué)研究所，山西大同037009；3.復(fù)旦大學(xué)華山醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)研究所，上海200025）

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）固有巨噬細(xì)胞和免疫監(jiān)視細(xì)胞并在免疫炎癥反應(yīng)中起著重要作用，構(gòu)成CNS的第一道防線(xiàn)。正常成年人腦中，小膠質(zhì)細(xì)胞處于相對(duì)靜息狀態(tài)，表現(xiàn)為高分化的分支樣；炎癥刺激時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞首先啟動(dòng)，遷移到損傷部位，轉(zhuǎn)化為激活狀態(tài)，表現(xiàn)為阿米巴樣，攻擊入侵的致病源，吞噬死亡的細(xì)胞，并釋放生長(zhǎng)因子促進(jìn)組織恢復(fù)。

單核巨噬細(xì)胞系細(xì)胞的功能狀態(tài)隨著微環(huán)境改變而改變并具有極大的異質(zhì)性,為了研究方便，巨噬細(xì)胞通常根據(jù)功能狀態(tài)不同區(qū)分為M1型和M2型[1-2]。M1型即為經(jīng)典激活型,一般表達(dá)高氧化應(yīng)激產(chǎn)物和促炎性因子,它們引起組織的炎性損傷;M2型即為選擇性激活型,具有抑制免疫炎癥反應(yīng)和促進(jìn)組織修復(fù)的作用[3]。小膠質(zhì)細(xì)胞作為單核巨噬細(xì)胞系的細(xì)胞,同樣也具有明顯的異質(zhì)性。但關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞亞型的研究報(bào)道較少,近年來(lái)對(duì)體外培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞株MMGT12和來(lái)源于PS1×APP小鼠阿爾茨海默氏病(Alzheimer's Disease,AD)模型的海馬小膠質(zhì)細(xì)胞研究提示:小膠質(zhì)細(xì)胞也可分化為M1型和M2型[4-5]。本文僅就小膠質(zhì)細(xì)胞在不同炎性環(huán)境下的細(xì)胞亞型和功能演變作一綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞的兩面性

大量研究報(bào)告提示,小膠質(zhì)細(xì)胞在A(yíng)D、帕金森氏病(Parkinson's,PD)和多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)的發(fā)病過(guò)程中均表現(xiàn)了作用的兩面性。比如,小膠質(zhì)細(xì)胞在MS的炎性脫髓鞘過(guò)程中既是髓鞘的攻擊者和致病因素,又可能作為損傷組織的清道夫或修復(fù)者[6]。 在A(yíng)D發(fā)病機(jī)制中,小膠質(zhì)細(xì)胞的作用既重要又復(fù)雜[7],一方面激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可形成活性氧中間代謝產(chǎn)物、一氧化氮、促炎因子等細(xì)胞毒性物質(zhì);同時(shí),它還能分泌炎癥因子和釋放神經(jīng)毒素,并能激活經(jīng)典和旁路補(bǔ)體途徑,導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷、破壞和死亡。另一方面它可以吞噬Aβ淀粉樣蛋白 (amyloid β-protein,Aβ),實(shí)驗(yàn)中將正常小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞移植到經(jīng)Aβ注射的模型小鼠的海馬中,可以觀(guān)察到模型小鼠腦內(nèi)Aβ的沉積明顯減少,說(shuō)明植入的小膠質(zhì)細(xì)胞能夠吞噬模型小鼠腦內(nèi)的Aβ而明顯地改善小鼠的記憶能力。這種作用的兩面性,不由地使研究者們?cè)O(shè)想,是否存在兩種不同亞群和功能的小膠質(zhì)細(xì)胞?

從大量的研究結(jié)果來(lái)看,慢性激活狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生的各種細(xì)胞因子,在A(yíng)D發(fā)病的不同環(huán)節(jié)中可能起到放大炎癥過(guò)程以及增強(qiáng)細(xì)胞毒性作用。相反,部分抑制性細(xì)胞因子可能參與抑制小膠質(zhì)細(xì)胞而導(dǎo)致炎癥的局限化,但這種保護(hù)性作用有限,因而最終的結(jié)果表現(xiàn)為通過(guò)慢性局部炎癥導(dǎo)致選擇性腦區(qū)膽堿能神經(jīng)元的變性、死亡。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞表型的演變

小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是一種可塑性很高的細(xì)胞,它可以表現(xiàn)出多種細(xì)胞形態(tài)和不同的細(xì)胞表面標(biāo)識(shí),其功能也是多方面的,即存在M1型和M2型。M1型小膠質(zhì)細(xì)胞主要表達(dá)iNOS、IL-16、IL-23、TLR2、TLR4、CXCL-9、CXCL-10等,而 M2型主要表達(dá) IL-10、TGF-β、CXCR1、CXCR2等[4]。

在小鼠脊髓損傷模型的研究中,發(fā)現(xiàn)同時(shí)存在M1型和M2型小膠質(zhì)細(xì)胞,但在軸突損傷后再生的功能實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),這種M2型的抗炎作用和神經(jīng)保護(hù)反應(yīng)很快被M1型神經(jīng)毒性反應(yīng)所取代[8]。在PS1×APP小鼠AD模型中,也可見(jiàn)到類(lèi)似的由M2型到M1型的轉(zhuǎn)變,并呈現(xiàn)年齡依賴(lài)性[5]。這種現(xiàn)象可能是神經(jīng)退行性病變中普遍存在的現(xiàn)象。還有研究顯示,IFN-γ可以通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子PU.1誘導(dǎo)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物CXCL-9、CXCL-10的表達(dá)[9]。LPS或Aβ(1-42)刺激可以引起小膠質(zhì)細(xì)胞激活,而NADPH氧化酶抑制劑通過(guò)逆轉(zhuǎn)小膠質(zhì)細(xì)胞的亞型即使M1型轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型而發(fā)揮抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用[10]。并且低濃度的IFN可以誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)元標(biāo)識(shí)GABA和GAD-67,而低濃度的IL-4則可誘導(dǎo)表達(dá)樹(shù)突狀細(xì)胞(Dendritic cells,DCs)的標(biāo)識(shí)CD11c[11]。一些特異抗原如PD中α-synuclein的過(guò)度表達(dá)也可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞的表型和炎性因子分泌[12]。所以,能誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞促炎的M1型向抗炎的M2型轉(zhuǎn)變的化合物,理所當(dāng)然地有望成為緩解CNS炎癥、促進(jìn)神經(jīng)恢復(fù)的潛在治療藥物靶點(diǎn)。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞在疾病過(guò)程中的作用

在損傷發(fā)生的早期,激活的小膠質(zhì)細(xì)胞抗炎和神經(jīng)保護(hù)反應(yīng)是機(jī)體保護(hù)性機(jī)制之一[13]，但小膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)活化會(huì)導(dǎo)致CNS炎癥持續(xù)存在?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞與MS、AD等多種神經(jīng)退行性病變密切相關(guān)[14]。在MS免疫病理過(guò)程中,小膠質(zhì)細(xì)胞的作用至關(guān)重要。外周激活的T細(xì)胞遷移進(jìn)入腦內(nèi),釋放炎性因子激活小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)MHC II類(lèi)分子,成為抗原遞呈細(xì)胞。在特異性髓鞘抗原的作用下,使T細(xì)胞進(jìn)一步激活增生,形成免疫炎性放大,導(dǎo)致中樞神經(jīng)髓鞘損害和部分神經(jīng)元變性[15]。

在A(yíng)D的病理過(guò)程中,Aβ可能通過(guò)激活小膠質(zhì)細(xì)胞而引起急性炎癥反應(yīng),并通過(guò)持續(xù)的激活而使急性炎癥轉(zhuǎn)變?yōu)槁匝装Y。研究已經(jīng)證實(shí),這種炎癥反應(yīng)是引起神經(jīng)元丟失的主要原因。隨著炎癥的持續(xù),過(guò)量的Aβ聚集以及纖維化,會(huì)刺激小膠質(zhì)細(xì)胞的抗原遞呈、補(bǔ)體激活和炎性分子釋放,從而導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

4 小膠質(zhì)細(xì)胞治療靶點(diǎn)

基于小膠質(zhì)細(xì)胞很強(qiáng)的功能可塑性以及它在A(yíng)D、PD和MS中可能轉(zhuǎn)化成為具有神經(jīng)保護(hù)作用的細(xì)胞亞群,近年來(lái)諸多研究將小膠質(zhì)細(xì)胞作為治療這些疾病新的藥物靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)向腦內(nèi)移植一種可以吞噬有害蛋白質(zhì)和無(wú)用物質(zhì)的小膠質(zhì)細(xì)胞,可以大大減少導(dǎo)致AD發(fā)病的Aβ蛋白[16],結(jié)果提示小膠質(zhì)細(xì)胞可能通過(guò)特異性和非特異性?xún)蓷l途徑吞噬和清除Aβ,從而對(duì)AD起到治療作用。這些結(jié)果為治療AD提供了新思路。因此,許多臨床治療藥物將靶點(diǎn)聚焦于小膠質(zhì)細(xì)胞,希望能夠加強(qiáng)和維護(hù)小膠質(zhì)細(xì)胞的正面效應(yīng) (bright side),抑制和消除小膠質(zhì)細(xì)胞的負(fù)面效應(yīng)(dark side)[17],無(wú)疑將對(duì)治療神經(jīng)系統(tǒng)難治性疾病起到極大的推動(dòng)作用。

基于小膠質(zhì)細(xì)胞的可塑性,我們?cè)O(shè)想應(yīng)該有某些物質(zhì)也可以改變或修飾小膠質(zhì)細(xì)胞的表型和功能。既然小膠質(zhì)細(xì)胞可以從正常情況下的相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠仔詶l件下的激活狀態(tài),既然小膠質(zhì)細(xì)胞在免疫炎性環(huán)境下具有功能的二重性,我們不妨設(shè)想小膠質(zhì)細(xì)胞的表型可以被修飾或轉(zhuǎn)化,并試圖尋找修飾和轉(zhuǎn)變小膠質(zhì)細(xì)胞表型和功能的生物細(xì)胞和分子。

因此,我們需要進(jìn)一步了解小膠質(zhì)細(xì)胞雙刃性的細(xì)胞分子基礎(chǔ),豐富對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞生物學(xué)特性和小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)各種功能不同的細(xì)胞亞群的認(rèn)識(shí)及深入研究,誘導(dǎo)或修飾它們朝神經(jīng)元保護(hù)方向轉(zhuǎn)變的因素，以便提供疾病治療的新思路,設(shè)計(jì)更合理的治療靶點(diǎn)。

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