李 杰，周軍媚，田紹文

(南華大學 1.藥學與生命科學學院； 2.神經(jīng)科學研究所，湖南 衡陽 421001)

小膠質細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)內數(shù)量最多的單核巨噬細胞。腦發(fā)育階段，小膠質細胞調節(jié)突觸傳遞和修剪神經(jīng)元突觸促進神經(jīng)回路形成。腦損傷時，小膠質細胞發(fā)揮吞噬作用，負責清除死亡神經(jīng)元細胞、蛋白聚集體及其他危險性顆?；蚩扇苄钥乖?。此外，小膠質細胞分泌一些可溶性因子，如趨化因子、細胞因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子，調節(jié)CNS免疫反應和組織修復。小膠質細胞是否具有神經(jīng)保護作用仍然備受爭議，其扮演的角色可能是環(huán)境依賴性的。文中將著重綜述小膠質細胞生物學特性及其對神經(jīng)元的調控作用。

1 小膠質細胞生物學特性

1.1 小膠質細胞的起源與發(fā)展

CNS分布著一個彌散且高效的單核吞噬細胞網(wǎng)絡，小膠質細胞是該網(wǎng)絡中最為豐富的細胞。研究表明小膠質細胞源于卵黃囊中早期骨髓祖細胞，

后遷移至發(fā)育的神經(jīng)管，增殖并占據(jù)整個神經(jīng)管，緩慢分裂并生存于機體整個生命周期中[1]。小膠質細胞的發(fā)育和維持依賴于集落刺激因子1受體(colony stimulating factor 1 receptor, CSF1R)的參與，該受體酪氨酸激酶傳遞胞內信號如激活蛋白激酶B和胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinases, ERK)促進小膠質細胞增殖和存活。CSF1R遺傳缺陷或藥理阻斷會大幅度減少小膠質細胞數(shù)量[2]。

1.2 小膠質細胞的動態(tài)特性

小膠質細胞在生理狀態(tài)下為分枝狀，由胞體延伸出細長且?guī)в星驙钅┒说耐黄稹鹘y(tǒng)觀點認為，正常大腦中分枝狀小膠質細胞在功能上也是靜息的。而在雙光子成像研究中發(fā)現(xiàn)生理狀態(tài)下小膠質細胞也是非?；钴S的[3]，其突起處于不斷的運動之中，伸縮覆蓋較大的范圍，監(jiān)控腦的大部分區(qū)域。激光誘導的微損傷刺激鄰近區(qū)域小膠質細胞，其突起移至損傷位點形成鎖鏈結構進而吞噬損傷組織。較大損傷或炎性反應刺激誘導小膠質細胞形態(tài)由分枝狀轉變?yōu)樾蜗x樣，胞體變大而突起變短，使其伸縮距離受到限制[4]。小膠質細胞的形態(tài)與活動變化反映其對從正常神經(jīng)元活動到理化、微生物侵染等各種刺激作出的反應。

1.3 小膠質細胞表達免疫受體

小膠質細胞表達多種模式識別受體(pattern-recognition receptors, PRRs)，PRRs監(jiān)測外源性病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)和內生性組織損傷相關分子模式(tissue damage-associated molecular patterns,DAMPs)即危險信號[5]。小膠質細胞PRRs包括Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)如TLR1/2及其協(xié)同受體、NOD樣受體(NOD-like receptors, NLRs)和C型凝集素受體。小膠質細胞還表達幾種具吞噬或吞飲作用的受體家族，其中包括清道夫受體、LDL受體家族成員和三受體酪氨酸激酶Tyro3、Axl和Mertk (TAM)。通過Fc受體和補體受體，小膠質細胞能捕獲和吞飲免疫復合物及補體調節(jié)蛋白復合物[6]。此外，小膠質細胞表達的趨化因子受體如CX3CR1、CXCR4和凝集素如CD11b和CD11c，能幫助它在CNS內遷移和定位，增強它與將被吞噬和清除的靶細胞的結合能力。

1.4 小膠質細胞表達神經(jīng)遞質受體

除免疫受體外，小膠質細胞表達大量神經(jīng)遞質受體和神經(jīng)肽受體，促進神經(jīng)元-膠質細胞的交流[7]。神經(jīng)遞質受體幫助小膠質細胞監(jiān)測神經(jīng)元活動，引導小膠質細胞突起移至神經(jīng)元突觸，影響突觸可塑性并修剪樹突棘密度。而且，該受體還能偵測并清除損傷神經(jīng)元，促進神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌有助于神經(jīng)再生。最后，神經(jīng)遞質受體可調控炎性因子的釋放。小膠質細胞表達谷氨酸離子型受體如AMPA和NMDA受體，以及代謝型受體如mGlutR2[8]。小膠質細胞表達多種ATP嘌呤受體如P2Y12和P2X7。P2Y12在小膠質細胞靜息狀態(tài)下有活性并在激活時下調，驅動遷移和吞噬作用。P2X7促進高ATP濃度水平時TNF-α釋放。腺苷受體如A2a促進炎性介質釋放和吞噬作用。神經(jīng)肽受體如P物質和緩激肽促使小膠質細胞向炎性狀態(tài)轉變放大炎性反應。

1.5 小膠質細胞功能狀態(tài)

類比外周巨噬細胞兩種激活狀態(tài)模式，將小膠質細胞激活也分為經(jīng)典型(M1)和替代型(M2)[9]。M1型激活是促炎并且促神經(jīng)毒性的功能狀態(tài)，TLR和IFN-γ信號通路同時觸發(fā)是誘導M1型激活經(jīng)典的方式。M1型激活釋放促炎因子和趨化因子如TNF-α, IL- 6, IL- 1β和CCL2等。M1型激活表達誘導型一氧化氮合酶促精氨酸酶轉化為一氧化氮(nitric oxide, NO)。NO增加谷氨酸毒性進而加強NMDA受體介導的神經(jīng)毒性。M2型激活被稱為抗感染和治療活動[10]。M2型激活促進抗感染因子釋放如IL- 10、IL4和TGF- β，并誘導精氨酸酶1促精氨酸轉變?yōu)槎喟?。M2型激活還會分泌生長因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子。越來越多的研究認為M1/M2范式并不能充分描繪其在體內多樣性的激活狀態(tài)，其激活較少呈現(xiàn)出明顯地偏向M1或M2型，而是環(huán)境依賴的、多變的。

2 小膠質細胞對神經(jīng)元調控作用

2.1 參與神經(jīng)發(fā)生

小膠質細胞是形成復雜神經(jīng)網(wǎng)絡必不可少的一部分。產(chǎn)前發(fā)育階段，小膠質細胞是首個遷入CNS的膠質細胞；該階段小膠質細胞位于關鍵神經(jīng)遷徙路線和軸突束通路的交叉處，發(fā)揮指示細胞作用引導神經(jīng)元和軸突形成產(chǎn)前回路。小膠質細胞影響胚胎神經(jīng)發(fā)生過程中神經(jīng)祖細胞數(shù)量，限制多巴胺能軸突生長進入前腦并影響中間神經(jīng)元在皮質層狀組織的定位[11]。在成年哺乳動物大腦神經(jīng)發(fā)生是在腦室下區(qū)(subventricular zone, SVZ)和齒狀回顆粒下層(subgranular zone, SGZ)，SVZ和SGZ產(chǎn)生的神經(jīng)元分別整合到嗅球和海馬，小膠質細胞是SVZ和SGZ不可或缺的組成部分[12]。將小膠質細胞引導至SVZ的信號分子包括 CXCL12，激活小膠質細胞CXCR4。TAM受體介導小膠質細胞吞噬神經(jīng)發(fā)生時產(chǎn)生的凋亡神經(jīng)干細胞。在衰老階段，小膠質細胞持續(xù)激活并分泌促炎因子營造抗神經(jīng)源性微環(huán)境減少神經(jīng)干細胞增殖[13]。

2.2 調控突觸修剪

產(chǎn)后發(fā)育階段，小膠質細胞參與突觸修剪促進突觸功能的成熟。小膠質細胞清除未形成功能回路的冗余的神經(jīng)元，并吞噬無法接受突觸連接輸入信號的樹突棘以重塑神經(jīng)元突觸[14]。小膠質細胞在神經(jīng)發(fā)育階段主動吞噬突觸，該過程通過補體因子3和1b結合活性較低的突觸，再由補體受體3(complement receptor 3, CR3)啟動小膠質細胞介導吞噬活動。CNS中CR3僅表達于小膠質細胞中，補體蛋白C1q和C3作為識別信號。小膠質細胞通過CR3識別或者通過補體級聯(lián)直接將冗余的突觸溶解。小膠質細胞受體CR3或神經(jīng)元配體C1q或C3缺乏，減少突觸修剪并誘導視網(wǎng)膜膝狀體投射分離損傷[15]。此外，缺乏CX3CR1小鼠暫時地降低小膠質細胞數(shù)量并延緩突觸修剪，導致樹突棘過剩[16]。小膠質細胞通過CX3CR1介導突觸修剪，CX3CR1與神經(jīng)元表面的跨膜糖蛋白CX3CL1相互作用。若缺乏CX3CR1-CX3CL1相互作用，會減少PSD95-免疫反應性突觸后致密物吞噬，最終損傷小鼠海馬突觸連接和傳入突觸輸入。

2.3 調節(jié)突觸可塑性

小膠質細胞通過釋放促炎因子、ROS、NO和神經(jīng)營養(yǎng)因子影響突觸強度和可塑性。突觸可塑性其中包括長時程增強(long-term potentiation, LTP)和長時程抑制(long-term depression, LTD)，這類可塑性促進了單突觸強度的快速調整以應對特定突觸活動的時間模式。小膠質細胞增強谷氨酸誘導的LTD[17]。當神經(jīng)元釋放谷氨酸并激活小膠質細胞NMDA受體時，小膠質細胞釋放ROS誘導神經(jīng)元絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A, PP2A)。PP2A促進AMPA受體內化減弱突觸傳遞。同樣，低氧和炎性反應刺激如LPS通過小膠質細胞CR3協(xié)同誘導ROS-PP2A-AMPA內吞作用級聯(lián)從而抑制突觸強度[18]。在小膠質細胞中表達白喉毒素受體的小鼠中發(fā)現(xiàn)，小膠質細胞對學習相關的突觸可塑性具有重要作用。此外，小膠質細胞源細胞因子還會通過星形膠質細胞間接調控突觸縮放[19]。尤其是小膠質細胞分泌的TNF-α激活星形膠質細胞TNFRI，隨后星形膠質細胞釋放ATP和谷氨酸激活神經(jīng)元突觸前代謝型受體且增大突觸電流。

2.4 阻止興奮性毒性

當神經(jīng)遞質釋放過多時導致持續(xù)去極化、神經(jīng)毒性和軸突腫脹，引起興奮性毒性。CNS損傷可引起谷氨酸過度釋放，激活NMDA受體并造成神經(jīng)元興奮異常。興奮性毒性也會觸發(fā)ATP釋放。最近在小鼠海馬器官型腦片研究中也發(fā)現(xiàn)，將清除小膠質細胞的海馬切片暴露于NMDA后加劇神經(jīng)元死亡，說明小膠質細胞在拮抗NMDA誘導毒性方面起關鍵作用[20]。近期研究顯示預處理激活小膠質細胞會降低癲癇發(fā)作的閾值。神經(jīng)元損傷釋放ATP激活小膠質細胞P2X7受體，誘導TNF-α分泌從而緩解了NMDA誘導的毒性。嘌呤能和小膠質細胞上谷氨酸受體的接觸也能促進小膠質細胞突起伸出、遷移并包裹腫脹的軸突誘導膜復極化阻止興奮性毒性[21]。

2.5 小膠質細胞-星形膠質細胞的串話作用

星形膠質細胞向小膠質細胞發(fā)送多種信號保護神經(jīng)元功能。激光誘導微損傷中，星形膠質細胞釋放ATP激活小膠質細胞P2Y12，引導小膠質細胞突起到達損傷位點。另外，星形膠質細胞釋放GABA縮減了小膠質細胞炎性反應即降低小膠質細胞活化[22]。反之，小膠質細胞釋放IL- 1β誘導星形膠質細胞表達調節(jié)蛋白水解的基質金屬蛋白酶1組織抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases 1, TIMP- 1)[23]。在脫髓鞘小鼠模型中，小膠質細胞產(chǎn)生前列腺素D2作用于星形膠質細胞DP1受體，引起星形膠質細胞增生和脫髓鞘[24]。星形膠質細胞和小膠質細胞協(xié)同調節(jié)神經(jīng)元突觸修剪。星形膠質細胞產(chǎn)生TGF-β，導致神經(jīng)元表達C1q，而小膠質細胞可修剪C1q標記的突觸。星形膠質細胞和小膠質細胞也可以協(xié)作清除凋亡細胞。星形膠質細胞釋放的乳脂球狀蛋白表皮生長因子8(milk fat globule protein epidermal growth factor 8, MFGE8)將磷脂酰絲氨酸與凋亡細胞結合，并標記為由小膠質吞噬作用來清除[25]。

3 小結

隨著分子生物及生物物理等技術的發(fā)展，對于小膠質細胞特性和功能的了解已逐步深入。人們發(fā)現(xiàn)這類細胞不單是對CNS損傷、感染或病理作出反應。越來越多證據(jù)表明其可調控神經(jīng)元發(fā)生，改善神經(jīng)回路和網(wǎng)絡連接，維持大腦微環(huán)境穩(wěn)態(tài)。小膠質細胞功能損傷時，CNS將會面臨多種急性或慢性病理改變并帶來嚴重后果?；蚝凸δ芊矫嫜芯繉⑿∧z質細胞同神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制聯(lián)系到了一起。對小膠質細胞作用于神經(jīng)元的特性和功能的深入了解，也為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了新思路。

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壓力作用于脾臟可引發(fā)慢性焦慮

據(jù)英國《BBC新聞》(BBCNEWS)2016-12-06報道，長期壓力下的人大腦和免疫系統(tǒng)之間會產(chǎn)生怎樣的聯(lián)系？美國一項新研究發(fā)現(xiàn)，小鼠反復耐受壓力后，脾臟中的大量白細胞會給大腦傳送信息，導致行為敏感化而引起焦慮。研究人員認為此結論也可用于人類。

主要作者、俄亥俄州立大學研究生丹尼爾·麥金(Daniel McKim)認為，研究發(fā)現(xiàn)，心理應激反應后的慢性焦慮可能與脾臟中的免疫細胞有關。研究強調，免疫系統(tǒng)或可成為精神疾病治療的新靶點。

麥金與該校的一位動物行為學家及另一位神經(jīng)學家合作，通過研究在群落中經(jīng)歷“反復失敗”的動物試圖解釋免疫力和壓力二者間復雜的彼此作用，以期改善耐受長期壓力的人們的身心健康。

3位科學家發(fā)現(xiàn)，小鼠在遭受壓力之后，其免疫細胞的變化會持續(xù)大約1個月。他們認為，壓力似乎會促使干細胞從骨髓到達脾臟，在那里變成白細胞或單核細胞，并發(fā)生增殖，使脾臟內含有大量炎性細胞。

實驗中發(fā)現(xiàn)，小鼠的脾臟與經(jīng)受長時間壓力后的“敏感化”密不可分，這種“敏感化”會導致焦慮、抑郁和其他認知問題。

研究者認為，焦慮對于生存也許是件好事，但當人體這一系統(tǒng)被過度驅動時，就可能會發(fā)生問題。

這項研究結果于2016- 11- 13在圣地亞哥舉辦的神經(jīng)科學學會年會中發(fā)布。