星形膠質(zhì)細(xì)胞在多發(fā)性硬化發(fā)病中的作用機(jī)制

金英　黃靈　尚曉玲

130117 長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)研究生學(xué)院(金英、黃靈)；130117長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(尚曉玲)

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星形膠質(zhì)細(xì)胞在多發(fā)性硬化發(fā)病中的作用機(jī)制

金英黃靈尚曉玲

130117 長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)研究生學(xué)院(金英、黃靈)；130117長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(尚曉玲)

摘要：星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中數(shù)量最多的膠質(zhì)細(xì)胞，其生理功能為支持和營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)元，參與免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)遞質(zhì)代謝，支持血-腦脊液屏障，調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)、外離子濃度等。星形膠質(zhì)細(xì)胞在多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)中反應(yīng)性增生，此現(xiàn)象稱(chēng)為星形膠質(zhì)細(xì)胞活化?；罨男切文z質(zhì)細(xì)胞一方面產(chǎn)生一些具有神經(jīng)損傷的細(xì)胞因子，另一方面能分泌有利于神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)的因子來(lái)促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)和修復(fù)。因而星形膠質(zhì)細(xì)胞在MS中具有雙重角色。在MS發(fā)病機(jī)制中明確星形膠質(zhì)細(xì)胞在不同發(fā)病階段的作用傾向，可能為MS的治療提供新的治療策略。

關(guān)鍵詞：多發(fā)性硬化；星形膠質(zhì)細(xì)胞

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)是主要累及中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)白質(zhì)并導(dǎo)致多部位髓鞘脫失的自身免疫性疾病，具有高致殘、易復(fù)發(fā)的特點(diǎn)。臨床癥狀多表現(xiàn)為癱瘓、麻木、痛性痙攣、失語(yǔ)、視力障礙、共濟(jì)失調(diào)、精神癥狀或智能障礙等。此疾病多發(fā)于青壯年，女性較為常見(jiàn)[1]。目前MS發(fā)病機(jī)制及治療靶點(diǎn)尚不完全明確。既往研究認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞在MS發(fā)病過(guò)程中起主要作用，但近年來(lái)，有研究證實(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞(astrocyte，AS)參與了MS發(fā)病過(guò)程，并在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮神經(jīng)損傷和神經(jīng)保護(hù)的雙重作用。

AS是哺乳動(dòng)物腦內(nèi)分布最廣泛的一類(lèi)膠質(zhì)細(xì)胞，也是體積最大的一種，在所有的膠質(zhì)細(xì)胞中AS數(shù)量最多，在丘腦中AS占整個(gè)膠質(zhì)細(xì)胞的35%左右，在視皮層占61.5%。AS具有支持和分隔神經(jīng)細(xì)胞的作用，除此之外還具有支持和營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)元、參與神經(jīng)遞質(zhì)代謝、支持血-腦脊液屏障、調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)外離子濃度和物質(zhì)代謝以及免疫調(diào)節(jié)等功能。本文就AS在MS發(fā)病中的作用機(jī)制研究進(jìn)行綜述。

1AS在MS發(fā)病中的神經(jīng)損傷作用

病理檢查可發(fā)現(xiàn)急性活動(dòng)期MS患者AS反應(yīng)性增生，此現(xiàn)象可稱(chēng)為AS活化[2]。AS活化具體表現(xiàn)為其數(shù)量增多，胞體肥大，突起增粗，生成、分泌特異性蛋白〔如特異性膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)〕等。在CNS受損或發(fā)生炎性反應(yīng)時(shí)，AS釋放的GFAP水平上調(diào)[2]，且GFAP與實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)的關(guān)系同樣密切。

1.1參與抗原呈遞AS在CNS中的抗原呈遞作用一直受到爭(zhēng)議，既往研究認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞才是CNS中抗原呈遞的主要細(xì)胞。但體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在MS患者中AS表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)如MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、共刺激分子CD80(B7-1)/CD86(B7-2)[3]；Stüve等[4]研究發(fā)現(xiàn)，缺乏MHC-Ⅱ類(lèi)反式激活因子(major histocompatibility class Ⅱ transactivator)表達(dá)的小鼠不能激活CD4+T細(xì)胞，提示在EAE發(fā)病中AS表達(dá)的MHC在激活T淋巴細(xì)胞上起關(guān)鍵作用。另外，在MS患者病灶中觀察到脫髓鞘邊緣AS細(xì)胞表達(dá)MHC-Ⅱ分子、B7及細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)[5]。AS在腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、干擾素-γ(IFN-γ)的干預(yù)下，均能表達(dá) ICAM-1 和血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)[6-7]。上述研究結(jié)果提示AS可能在MS中擔(dān)任抗原呈遞的角色。

1.2參與血-腦脊液屏障破壞在CNS疾病中，MS早期血-腦脊液屏障的損傷是其發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵事件。血-腦脊液屏障是由腦的連續(xù)毛細(xì)血管內(nèi)皮及其細(xì)胞間的緊密連接、完整的基膜、周細(xì)胞以及AS腳板圍成的神經(jīng)膠質(zhì)膜構(gòu)成，其中內(nèi)皮是血-腦脊液屏障的主要結(jié)構(gòu)。Argaw等[8]采用髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白(MOG35-55)誘發(fā)C57BL/6小鼠EAE模型發(fā)現(xiàn)AS參與血-腦脊液屏障的破壞。反應(yīng)性AS可激活血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，作用于血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(VEGFR-2)，激活CNS內(nèi)皮細(xì)胞下游通路磷酸脂酶C-γ1(phospholipase C-γ，PLC-γ1)和效應(yīng)分子并下調(diào)緊密連接蛋白-5(claudin-5，CLN-5)和緊密連接跨膜蛋白(occludin，OCLN)的表達(dá)，最終導(dǎo)致血-腦脊液屏障破壞[9]。另外，Chapouly等[10]利用EAE模型研究結(jié)果顯示，反應(yīng)性AS激活VEGF-A和TYMP(以前稱(chēng)為內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子：ECGF1)，聯(lián)合產(chǎn)生2脫氧核糖并作用于血-腦脊液屏障的滲透率，最后導(dǎo)致其破壞。血-腦脊液屏障破壞后，抗原特異性T細(xì)胞進(jìn)入神經(jīng)系統(tǒng)，引起細(xì)胞因子的鏈鎖反應(yīng)導(dǎo)致髓鞘脫失?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一族能消化內(nèi)皮下基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)成分的肽鏈內(nèi)切酶類(lèi)物質(zhì)，能降解細(xì)胞外基底層的膠原蛋白從而引起血-腦脊液屏障的損害，開(kāi)放血-腦脊液屏障使T細(xì)胞聚集在CNS。Hsu等[11]觀察MMP-9基因敲除的小鼠時(shí)發(fā)現(xiàn)其AS肌動(dòng)蛋白支架結(jié)構(gòu)和作用異常，正常表達(dá)MMP-9的小鼠比MMP-9基因敲除的小鼠形成嚴(yán)重膠質(zhì)瘢痕。組織基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物-1(tissue inhibitor of meta11oproteinase-1，TIMP-1)是EAE過(guò)程中AS表達(dá)的MMP的免疫抑制劑。然而體外實(shí)驗(yàn)表明，TIMP-1基因缺失的小鼠更具有免疫細(xì)胞侵入和激活的條件[12]。

1.4趨化因子上調(diào)在MS患者腦脊液中趨化因子IP-10(interferon-inducible protein-10)、Mig(monokine induced by IFN-γ)、RANTES(regulated activation normal T cell expressed and secreted)、MIP-1α(macrophage inflammatory protein-1α)、CCL20等趨化因子上調(diào)。很多學(xué)者認(rèn)為，AS是MS患者組織中趨化因子上調(diào)的主要細(xì)胞。在MOG誘導(dǎo)的EAE小鼠實(shí)驗(yàn)中，AS分泌的趨化因子(CX3CL1)激活T細(xì)胞和單核細(xì)胞因子。在脫髓鞘病變附近AS細(xì)胞上調(diào)趨化因子SDF-1(stromal cell-derived factor-1)和趨化因子MCP-1(monocyte chemoattractant protein-1)，招募巨噬細(xì)胞、小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和淋巴細(xì)胞導(dǎo)致MS發(fā)病。Zhou等[19]使用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR)和ELISA方法研究基因敲除的小鼠時(shí)，活化的AS分泌趨化因子CCL20，并誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞17遷移。體外研究證實(shí)，人類(lèi)AS可分泌IP-10、MCP-1等趨化因子，并誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α和IFN-γ[20-21]，為T(mén)細(xì)胞激活提供了炎性環(huán)境。

1.5抑制髓鞘及軸突再生少突膠質(zhì)細(xì)胞是再生髓鞘及軸突的重要細(xì)胞。為保證髓鞘再生，少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs)必須從側(cè)腦室室管膜下區(qū)脫髓鞘區(qū)遷移，進(jìn)而成熟為少突膠質(zhì)細(xì)胞促使髓鞘再生。體外實(shí)驗(yàn)證明AS抑制OPC和施萬(wàn)細(xì)胞發(fā)生遷移。透明質(zhì)酸(hyaluronic acid，HA)在抑制OPC成熟中起重要作用。研究結(jié)果顯示，HA在MS病損區(qū)AS中被發(fā)現(xiàn)，并可抑制MS病灶中OPC的成熟和髓鞘再生，其中Toll樣受體 2(toll-like receptor 2，TLR2)作為HA的受體，在抑制OPC的成熟和髓鞘再生中發(fā)揮主要作用[22]。Tan等[23]研究發(fā)現(xiàn)，EAE小鼠脊髓AS分泌胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白(insulin-like growth factor binding protein，IGFBP-7)表達(dá)上調(diào)，其上調(diào)可能抑制OPC的成熟。另有研究結(jié)果顯示，在EAE急性病灶A(yù)S出現(xiàn)增生及肥大反應(yīng)，分泌營(yíng)養(yǎng)因子及細(xì)胞因子如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)[24]，形成的膠質(zhì)疤痕可阻斷OPC遷移從而阻礙髓鞘及軸突再生。

2AS在MS發(fā)病中的保護(hù)作用

在MS的較晚階段病灶開(kāi)始修復(fù)，髓鞘再生，纖維性AS增生，少突膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增多。在小鼠 cuprizone模型中，AS的一個(gè)突出反應(yīng)與脫髓鞘軸突經(jīng)AS突起放入鞘中相關(guān)，當(dāng)髓鞘再生開(kāi)始時(shí)減弱，提示AS對(duì)脫髓鞘軸突具有保護(hù)作用[2]。最近研究表明，AS可以作為CNS的髓鞘形成細(xì)胞因子并促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞遷移、增殖和分化。在CNS受損后，活化的AS一方面能產(chǎn)生一些具有神經(jīng)損傷的細(xì)胞因子，另一方面能分泌有利于神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)的因子來(lái)促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)和修復(fù)。

2.1釋放保護(hù)性細(xì)胞因子Janssens等[25]通過(guò)觀察cuprizone小鼠脫髓鞘模型發(fā)現(xiàn)，AS中IL-4上調(diào)對(duì)MS起保護(hù)作用，IL-6治療可使EAE小鼠或腦脊髓炎病毒(TMEV)感染小鼠的髓鞘脫失逐漸減輕。IL-6基因敲除小鼠抵抗EAE模型實(shí)驗(yàn)表明，IL-6既可導(dǎo)致炎性反應(yīng)又具有保護(hù)作用。抑瘤素M(oncostatin-M)是IL-6家族的一員，cuprizone小鼠誘導(dǎo)的脫髓鞘模型中，巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、AS中的抑瘤素M受體(OSMR)上調(diào)，且OSMR缺乏小鼠的CNS中出現(xiàn)嚴(yán)重的髓鞘脫失。Ding等[26]研究證明，EAE小鼠AS中高表達(dá)IL-9，且促使趨化因子CXCL9、趨化因子CCL20、MMP-3等細(xì)胞因子上調(diào)。IL-9與其他促炎細(xì)胞因子組合，抑制OPC增殖和分化，但與IFN-γ結(jié)合能促使OPC增殖和分化。AS亦被證明能促進(jìn)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-4、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、BDNF、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)等神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的釋放。既往研究認(rèn)為EAE中AS分泌的胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白-2(IGFBP-2)作用于IGF-1，使少突膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)IGF-1受體，促進(jìn)髓鞘再生。然而，Chesik等[27]研究結(jié)果顯示，上調(diào)MS病灶中反應(yīng)性AS分泌的IGFBP-2可增強(qiáng)IGF-1介導(dǎo)的AS有絲分裂，AS大量活化可能是MS恢復(fù)的主要原因。

2.2形成膠質(zhì)瘢痕Van strien等[28]研究經(jīng)促炎細(xì)胞因子處理后的原代大鼠AS時(shí)發(fā)現(xiàn)，AS細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞表面轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(transgluteminase 2，TG2)的活性增加，TG2在AS與AS細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的相互作用過(guò)程中起重要作用，可促進(jìn)AS的黏附和遷移，并組織重塑、形成膠質(zhì)瘢痕；另外，在MS等慢性神經(jīng)炎性疾病條件下，AS表面的TG2參與細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，最后形成膠質(zhì)瘢痕。AS膠質(zhì)瘢痕中硫酸軟骨素蛋白多糖(chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs)的致密網(wǎng)絡(luò)組成彌散屏障，可保護(hù)周?chē)M織免受細(xì)胞外鉀、 谷氨酸、 嘌呤等水平升高導(dǎo)致的繼發(fā)變性。AS與細(xì)胞外基質(zhì)分子結(jié)合并集中細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子并對(duì)MS起保護(hù)作用。

綜上所述，在MS發(fā)病過(guò)程中AS不僅能通過(guò)血-腦脊液屏障破壞、抗原呈遞、促進(jìn)T細(xì)胞反應(yīng)、趨化因子上調(diào)、抑制髓鞘再生等促進(jìn)MS發(fā)病，另一方面AS通過(guò)分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、促進(jìn)髓鞘再生而起到保護(hù)神經(jīng)作用。但至今AS在MS中的作用機(jī)制還不完全清楚，治療靶點(diǎn)也不明確。從AS在MS中的作用來(lái)看，促進(jìn)AS發(fā)揮其保護(hù)作用，抑制AS的損傷作用或許是未來(lái)藥品開(kāi)發(fā)的靶點(diǎn)。

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(本文編輯：時(shí)秋寬)

doi：10.3969/j.issn.1006-2963.2016.03.013

通訊作者：尚曉玲，Email：187102033@qq.com

中圖分類(lèi)號(hào)：R746.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2963(2016)03-0210-04

(收稿日期：2015-10-12)