小膠質細胞在腦缺血再灌注損傷中的治療作用和進展

熊 莉，彭麗佳，邵建林 (昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院麻醉科，云南 昆明 650500)

小膠質細胞通過吞噬垂死的神經元和激活程序性細胞死亡來調節(jié)神經發(fā)生，是中樞神經系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的常駐免疫細胞，負責維護腦內穩(wěn)態(tài)[1]。小膠質細胞在大腦發(fā)育、突觸重塑和認知改善過程中起著重要的作用，此外，小膠質細胞還對感染與腦損傷作出應答[2]。一項研究證實，腦缺血再灌注(ischemia reperfusion，I/R)會導致神經功能缺損、認知功能喪失和嚴重的腦損傷[3]。腦I/R損傷后，小膠質細胞發(fā)生活化，由于小膠質細胞同時涉及神經退行性變以及神經形成，其活化的優(yōu)點和缺點難以判斷，所以多年來，小膠質細胞在腦缺血中的確切作用一直是爭論的焦點，其激活機制尚不完全清楚[4]。因此，加深對腦I/R損傷后小膠質細胞活動的認識將有助于保護神經功能。目前，已證實有幾種干預措施在腦I/R損傷期間能通過降低小膠質細胞的活性達到神經保護作用[5]。另外，腦I/R損傷后高氧復蘇和熱療加重腦損傷與小膠質細胞活性增加有關[6]。因此，本文就腦I/R損傷后小膠質細胞活化的機制和意義及腦I/R損傷后不同治療方法對小膠質細胞活性的影響進行綜述。

1 小膠質細胞的特點

小膠質細胞起源于早期胚胎發(fā)生期間卵黃囊中的紅血球樣祖細胞，紅血球樣祖細胞分化為微膠質祖細胞后存在于中樞神經系統(tǒng)[7]。在各種刺激作用下，維持中樞神經系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的小膠質細胞可以獲得活化的表型，并促進病理過程的發(fā)展。有研究認為小膠質細胞與巨噬細胞一樣，既具有促炎性(M1型)，也具有抗炎性(M2型)[8]。然而，在一項研究中發(fā)現，活化的小膠質細胞可能同時產生神經保護因子和神經毒性因子[9]。此外，小膠質細胞可以在體外產生促炎細胞因子和抗炎細胞因子，如TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-12、IL-10等。小膠質細胞的形狀具有高度可塑性，其表象變化與其活化狀態(tài)和生物學功能密切相關，包括分枝狀、血管周、阿米巴樣、靜止型和活化亞型，這取決于其發(fā)育階段、功能狀態(tài)和解剖學位置[10]。小膠質細胞具有明顯的吞噬作用，并在內分泌、免疫學過程、中樞神經系統(tǒng)發(fā)育和神經重塑等幾種功能中起著重要作用。腦缺血可誘導小膠質細胞活化，并且可對其活性進行精確調節(jié)[11]。

2 腦缺血后小膠質細胞的活化及其機制

腦缺血后的反應包括氧化應激、炎癥和神經毒性等，在尋找有效的腦缺血治療策略中，因為激活的小膠質細胞是引起神經炎癥的關鍵，其被認為是潛在的治療靶點[12]。小膠質細胞具有神經保護作用和/或神經毒性作用，其通過持續(xù)監(jiān)測微環(huán)境，吞噬壞死細胞，分泌營養(yǎng)因子，去除軸突和修剪多余的突觸來影響神經元連接[13]；另一方面，過度活化的小膠質細胞可能會損害腦氧化代謝，并產生過多的促炎癥介質，加劇腦損傷[14]。鑒于此，抑制小膠質細胞活化已被認為是減輕腦缺血中基于小膠質細胞的神經炎癥的治療策略[15]。小膠質細胞激活的時間模式與其對腦細胞的影響方面存在矛盾的數據[16]。短暫性全腦缺血或腦內局灶性缺血觸發(fā)靜息的小膠質細胞/巨噬細胞極化為M2型，這主要在腦中發(fā)揮抗炎和保護作用；但缺血時間延長則會促進小膠質細胞分化為M1型，在恢復的后期階段，最初極化成M2型的小膠質細胞可以轉變成M1型[17]。所以在受影響的區(qū)域中存在兩種表型的細胞，但是這兩種細胞的相對量隨時間而變化，并且還可能取決于其與缺血核心的接近程度。幾種M1型特異性細胞因子對星形膠質細胞具有保護作用，這可能對缺血后發(fā)生的反應性神經膠質增生具有重要作用[18]。因此，腦缺血后抑制小膠質細胞的活性對神經系統(tǒng)結局是否有益仍然不清楚。

小膠質細胞能夠合成許多和膜結合的可溶性生物分子，已知有些具有神經保護作用，有些具有神經毒性，而另一些則具有較低的生物活性，因此，小膠質細胞激活這些生物分子的機制已成為腦缺血研究中的重要領域[19]。在小膠質細胞分泌的生物分子的調控下，補體蛋白、趨化因子、促炎性細胞因子、神經營養(yǎng)因子、激素和蛋白酶以及幾個重要的信使分子發(fā)揮了重要作用，在缺血性損傷期間對細胞外信號作出反應[20]。因此，調節(jié)小膠質細胞上受體或蛋白分子的表達，抑制小膠質細胞的過度活化和促炎性細胞因子的產生，促進神經保護性物質的釋放，可能有利于腦缺血的治療[21]。

3 全腦I/R與小膠質細胞活性

類似于心臟I/R損傷，完全腦血流喪失后再灌注最終導致腦損傷。有研究用雙側頸總動脈閉塞(bilateral common carotid artery occlusion，BCCAO)的動物模型來演示全腦缺血的特征，造成全腦I/R[22]。關于I/R后的小膠質細胞活性的數據，有研究發(fā)現缺血期間小膠質細胞活性降低，小膠質細胞減少且伸縮率減弱，但是腦I/R后的小膠質細胞活性升高，這些數據表明大腦血流是維持小膠質細胞活性的必要條件，腦I/R促進了小膠質細胞形態(tài)和活性的改變[23]。一項研究調查了腦I/R后年齡和缺血持續(xù)時間對小膠質細胞活性的影響，在短暫的大腦缺血期(5 min閉塞)后，成年蒙古沙土鼠的小膠質細胞活化時間(再灌注后4 d)要短于幼年蒙古沙土鼠(再灌注后7 d)；相反，在更長的缺血時間(15 min閉塞)后，幼年蒙古沙土鼠的小膠質細胞活化時間(再灌注后3 d)比成年蒙古沙土鼠(再灌注后4 d)更短[24]。這些研究數據表明腦I/R時年齡和缺血持續(xù)時間均是小膠質細胞活性的影響因素。

海馬是認知的重要區(qū)域，海馬CA1區(qū)和海馬CA2/3區(qū)的小膠質細胞活性比較結果顯示，相較于CA2/3區(qū)，小膠質細胞的激活更多集中在CA1區(qū)，提示海馬CA1區(qū)是I/R后最易受損的區(qū)域[25]。再灌注5 d后，小膠質細胞的激活與神經元氧化應激增加和抗氧化水平降低相關，隨著抗氧化劑的減少，小膠質細胞活性和氧化應激增加，導致更多的神經元變性和神經元細胞死亡[26]。此外，Wei等[27]使用抗膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)免疫組化染色測定海馬中星形膠質細胞的活性，發(fā)現星形膠質細胞的作用包括促進神經元存活、髓鞘形成、突觸形成和神經形成及調節(jié)血腦屏障。盡管I/R期間膠質纖維酸性蛋白陽性(GFAP+)細胞數增加，但形態(tài)學改變提示全腦I/R后星形膠質細胞的功能受損[27]。所有這些數據都表明全腦I/R后小膠質細胞活性增加，星形膠質細胞活性降低，以上都取決于缺血持續(xù)時間、受試者年齡和缺血區(qū)域。

4 局灶性腦I/R與小膠質細胞活性

腦血管缺血可發(fā)生于特定的血管如大腦中動脈(middle cerebral artery，MCA)，導致特定大腦區(qū)域損傷。在動物模型研究中，使用閉塞MCA和右頸內動脈后再灌注24～48 h可誘導局灶性腦缺血[28]。I/R后，隨著小膠質細胞的形態(tài)轉化，有學者采用增強Iba-1、ED-1、IB-4陽性免疫染色觀察到同側大腦半球的小膠質細胞活性相比對側大腦半球增加[29]。此外，壞死核心區(qū)和梗死周圍區(qū)的小膠質細胞活性更強，這與氧化應激和Caspase3活性增加有關[30]。因此，腦I/R期間小膠質細胞可能通過調節(jié)同側大腦細胞的凋亡而發(fā)揮作用。

小膠質細胞活性對局部炎癥的反應：在大腦局灶性I/R模型中，可觀察到多種浸潤的炎癥細胞和炎癥細胞因子，如單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、CD4+T細胞、TNF-α、IL-1β和TGF-β，局部和浸潤性炎癥標記物的增加提示局灶性腦I/R會引起大腦炎癥[31]。關于局灶性腦I/R對星形膠質細胞功能的影響，有研究報道局灶性腦I/R能增加GFAP+細胞數，但是，在這個模型中沒有測量星形膠質細胞的形態(tài)[32]。這些數據表明局灶性腦I/R也會引起氧化應激，小膠質細胞過度活躍，大腦炎癥以及神經元凋亡，最后導致神經功能缺損。

5 心臟I/R后關于小膠質細胞活性的治療方法

心臟I/R后對于小膠質細胞活性調節(jié)的研究有限。可溶性環(huán)氧化物水解酶抑制劑被用來研究其在心臟I/R期間對小膠質細胞活性調節(jié)的作用。再灌注30 min后給予可溶性環(huán)氧化物水解酶抑制劑，可降低小膠質細胞活性，但并不能改善神經功能，因為在心臟I/R損傷后采用可溶性環(huán)氧化物水解酶抑制劑治療的小鼠和接受賦形劑治療的小鼠的神經功能缺損評分并無不同[33]。另一項研究表明再灌注30 min后電針百會、足三里穴位可以降低小膠質細胞活性,減少細胞凋亡，同時完整保存神經元，提示電針能降低小膠質細胞的活性和凋亡率，提高心臟I/R后留存神經元的生存率[34]。因此，可溶性環(huán)氧化物水解酶抑制劑和電針均可降低小膠質細胞的活性，但只有電針對心臟I/R損傷后的神經細胞有保護作用。盡管兩項研究都顯示了干預措施的有益效果，但只確定在再灌注期具有治療效果，在缺血前、缺血期間或再灌注開始時進行治療干預，對小膠質細胞活性的影響效果尚不清楚[35]。

6 全腦I/R后關于小膠質細胞活性的治療方法

平衡活化小膠質細胞的神經保護和神經毒性作用仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。有研究顯示，全腦I/R后使用盧非酰胺、度洛西汀和泛素可降低小膠質細胞活性，保護神經元功能[36]。另一方面，全腦I/R后高溫和高氧復蘇可增強小膠質細胞的活性，使腦功能進一步惡化[37]。在動物模型中，探索關于藥物干預對小膠質細胞活性的有益效果，使用預處理劑量為100 mg/kg的盧非酰胺(抗癲癇藥物)和預處理劑量為40 mg/kg的度洛西汀(抗抑郁藥)可降低小膠質細胞的活性[38]。這與神經元細胞存活增加、神經元細胞死亡減少、星形膠質細胞數量減少相關。此外，許多傳統(tǒng)中草藥已用于腦缺血的臨床治療。中草藥提取物燈盞花素不僅可以抑制小膠質細胞的活化，改善神經炎癥，還可以增強星形膠質細胞反應[39]。此外，黃芪苷可通過上調神經營養(yǎng)因子的表達來增強星形細胞反應，從而起到神經保護作用[40]。

以上研究提示，藥物干預可降低小膠質細胞的活性，從而減少神經元細胞死亡，提高全腦I/R后神經元細胞生存率。相反，熱療和高氧復蘇治療全腦I/R會增強小膠質細胞的活性并提高神經元細胞死亡率。此外，高溫也會降低抗氧化酶的水平和活性，高氧復蘇并不會改變星形膠質細胞的功能。

7 展望

全身及局灶性腦缺血引起的大腦I/R損傷是一種破壞性的過程。小膠質細胞在再灌注后被激活，與氧化應激、炎癥和細胞凋亡有關，這將導致神經功能缺損和腦死亡?；罨男∧z質細胞在清除組織碎片、保護和支持剩余的腦細胞以及在信號傳導中起著關鍵作用。但是，激活小膠質細胞，觸發(fā)M1型和M2型之間轉變的確切機制，激活的時間模式以及激活的小膠質細胞衍生的細胞因子和趨化因子對其他細胞的作用，這些仍不完全清楚。了解小膠質細胞的激活特征和確保適當的治療措施，有助于防止永久性腦損傷，減少大腦損傷。幾種藥理學干預可降低/減少小膠質細胞活性、氧化壓力和炎癥，從而減輕大腦損傷，改善神經功能。然而，所有這些治療都是在單一時間點進行。因此，未來在腦I/R過程中于不同時間點進行不同方案治療，在缺血期和/或再灌注期采取積極治療干預，可以更深入廣泛地了解小膠質細胞的功能，更好地保護大腦及神經功能，改善腦缺血預后。