小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞極化與多發(fā)性硬化癥的研究進(jìn)展

葉潤(rùn)發(fā)，王 淳綜述，韓東河，金梅花審校

0 引 言

多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis，MS)是炎癥性脫髓鞘疾病，主要累及中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)白質(zhì)，其病理學(xué)特征為CNS炎癥、神經(jīng)膠質(zhì)增生、脫髓鞘以及神經(jīng)變性等[1]。實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)是研究MS的理想動(dòng)物模型，也表現(xiàn)與MS相似的病理學(xué)特征。在MS/EAE病理過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞起著至關(guān)重要的作用。小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS駐留性細(xì)胞，而巨噬細(xì)胞則是浸潤(rùn)性細(xì)胞。兩種細(xì)胞均代表了CNS的吞噬細(xì)胞，參與生理平衡的維持、組織再生和炎癥反應(yīng)等[2-3]。在MS病變?cè)缙?，被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞分泌促炎因子和趨化因子激活和募集炎性細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞)浸潤(rùn)到CNS，并且分泌基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)破壞血腦屏障，有助于炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[4]。浸潤(rùn)到CNS的巨噬細(xì)胞亦可釋放促炎因子和趨化因子，分泌MMP-9，進(jìn)一步促進(jìn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。而在MS后期，小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞可釋放抗炎因子，有利于炎癥的緩解和組織修復(fù)，這種變化與M1/M2細(xì)胞極化有關(guān)[5]。本文就小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的來源、特性、功能以及其有效的調(diào)控方式作一綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的來源

小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞均屬于單核吞噬系統(tǒng)，曾經(jīng)認(rèn)為均來源于骨髓造血干細(xì)胞。近年來研究顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞是由卵黃囊內(nèi)的髓樣前體細(xì)胞分化而來，并在胚胎早期遷移到CNS中[6]。而源自造血干細(xì)胞的單核細(xì)胞在局部自我更新能力不足時(shí)，才離開血液進(jìn)入器官，分化為巨噬細(xì)胞[7]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，將卵黃囊來源的小膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞移植入集落刺激因子1受體(colony stimulating factor-1 receptor，CSF1R)缺失的小鼠CNS中，其基因表達(dá)與小膠質(zhì)細(xì)胞完全相同。造血干細(xì)胞來源的小膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞則不表達(dá)小膠質(zhì)細(xì)胞的特有蛋白Sall1，持續(xù)表達(dá)小膠質(zhì)細(xì)胞不表達(dá)的蛋白Ms4a7[8]。在缺乏轉(zhuǎn)錄因子Myb的情況下，巨噬細(xì)胞發(fā)育受到抑制，小膠質(zhì)細(xì)胞不受影響。而缺乏fms-內(nèi)含子調(diào)節(jié)元件(fms-intronic regulatory element，F(xiàn)IRE)時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育受到抑制，巨噬細(xì)胞則不受影響[9]。以上研究結(jié)果表明，CNS中的小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞來源不同，其特性和功能也不完全相同。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的表面標(biāo)志

位于CNS的小膠質(zhì)細(xì)胞屬于長(zhǎng)壽命細(xì)胞。在正常生理環(huán)境下，小膠質(zhì)細(xì)胞通過自我更新維持生理平衡，不需要血液循環(huán)細(xì)胞的參與[10]。而壽命較短的巨噬細(xì)胞則很少出現(xiàn)在正常CNS中。在靜息狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞呈細(xì)長(zhǎng)分枝狀，激活后則變?yōu)榘⒚装蜆?。此時(shí)從形態(tài)上難以與巨噬細(xì)胞區(qū)分，只能通過表面標(biāo)志篩選這兩種細(xì)胞。常用的標(biāo)志蛋白為CD45蛋白[CD45low(小膠質(zhì)細(xì)胞)/CD45high(巨噬細(xì)胞)]。然而，當(dāng)血腦屏障受損時(shí)，能夠進(jìn)入CNS的單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞均高表達(dá)CD45[11]。因此，CD45表面標(biāo)志篩選法在CNS炎癥中對(duì)巨噬細(xì)胞的特異性不強(qiáng)。O'Koren等[12]在光致視網(wǎng)膜損傷實(shí)驗(yàn)中，成功以不同的細(xì)胞表面標(biāo)志物分辨出小膠質(zhì)細(xì)胞(CD11b+Ly6C-Ly6G-CD64+CD45lowCD11clowF4/80lowI-A/I-E-)和血源性巨噬細(xì)胞(CD11b+Ly6C-Ly6G-CD64+CD45+CD11c+F4/80+I-A/I-E+)，而這是否適用于EAE則有待驗(yàn)證。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)TMEM119、Sall1和P2ry12是小膠質(zhì)細(xì)胞的特異性蛋白，但小膠質(zhì)細(xì)胞被激活時(shí)，這些蛋白表達(dá)會(huì)下調(diào)[13]。在神經(jīng)炎癥高峰期，TREM-1蛋白只在巨噬細(xì)胞表達(dá)[14]，故TREM-1也有望成為區(qū)分小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的標(biāo)志蛋白。雖然多項(xiàng)研究顯示小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞有明顯的差異，但對(duì)兩種細(xì)胞的準(zhǔn)確分離方法尚未解決。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的功能

在正常生理環(huán)境下，小膠質(zhì)細(xì)胞參與生理平衡，有助于突觸的可塑性以及清除碎屑。如在出生后早期，小膠質(zhì)細(xì)胞可調(diào)節(jié)髓鞘的發(fā)生。在成人CNS中，小膠質(zhì)細(xì)胞能分泌神經(jīng)生長(zhǎng)因子、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3和睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等，有助于維持少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞的數(shù)量、少突膠質(zhì)細(xì)胞分化和存活[15]。而巨噬細(xì)胞很少出現(xiàn)在正常CNS中。

在EAE誘導(dǎo)階段，小膠質(zhì)細(xì)胞先被激活，分泌多種促炎因子和趨化因子(TNF-α，IL-6、IL-23、IL-1β、MIP、CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CCL12、CCL22)，募集大量的炎癥細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞)浸潤(rùn)，并促進(jìn)T細(xì)胞分化(如Th17)，后者又進(jìn)一步分泌大量炎癥因子(如IL-17)[16]。浸潤(rùn)到CNS的巨噬細(xì)胞同樣也分泌促炎因子和趨化因子，損害少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元，最終導(dǎo)致脫髓鞘和組織損傷[17]。巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞激活后高表達(dá)MHC Ⅱ分子等抗原提呈相關(guān)分子，有助于抗原提呈以及活化浸潤(rùn)到CNS的T細(xì)胞[18]。在疾病恢復(fù)期，巨噬細(xì)胞可吞噬清除凋亡的細(xì)胞和組織碎屑，有助于髓鞘再生和功能恢復(fù)[17]。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在疾病的不同階段作用有所不同。

4 調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的M1/M2極化對(duì)MS的影響

4.1 小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的M1/M2極化小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞均具有經(jīng)典活化(M1)和替代性活化(M2)兩種極化表型。兩種極化表型的細(xì)胞共存于MS疾病全過程中。在疾病早期以M1型極化為主。M1型細(xì)胞由IFN-γ、LPS、IL-12、TNF-α和GM-CSF等誘導(dǎo)[3，19]，高表達(dá)CD80、CD86、CD40和MHC II等抗原提呈相關(guān)分子，具有更強(qiáng)的抗原提呈能力[20]。同時(shí)，M1型細(xì)胞還可釋放大量促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23)、趨化因子(CCL4、CCL5、CCL8、CXCL9、CXCL10、CXCL2、CXCL4)和細(xì)胞毒性物質(zhì)(NO)，能夠促進(jìn)炎癥反應(yīng)、脫髓鞘、神經(jīng)元的凋亡以及EAE的早期發(fā)展[21]。

在疾病后期，M2型極化處于主導(dǎo)地位。與M1型細(xì)胞相比，M2型細(xì)胞不具有細(xì)胞毒性，能釋放抗炎因子有助于炎癥消退和組織修復(fù)[20]。M2型細(xì)胞分為3個(gè)亞型，各個(gè)亞型的誘導(dǎo)因子和作用方式有所不同。IL-4、IL-13等誘導(dǎo)M2a細(xì)胞，其高表達(dá)CD206、FIZZ1、RELM-α、Arg1和Ym1等蛋白。M2a細(xì)胞通過調(diào)節(jié)NF-κB途徑來抑制M1活化，并參與傷口愈合等過程[22]。M2b細(xì)胞由TLR和免疫復(fù)合物誘導(dǎo)。M2b細(xì)胞高表達(dá)IL-10 和COX2，上調(diào)CD86和MHC II并下調(diào)IL-2，起到負(fù)調(diào)節(jié)作用[23]。M2c細(xì)胞由IL-10、TGF-β和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)，其高表達(dá)CD163，也具有分泌IL-10和免疫抑制的作用[24]。

由于目前尚不能準(zhǔn)確的篩選這兩種細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞極化和巨噬細(xì)胞極化的不同點(diǎn)也有待深入研究。然而，最近有研究報(bào)道：在嗜神經(jīng)冠狀病毒感染誘導(dǎo)的脫髓鞘實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)的M2標(biāo)志由巨噬細(xì)胞表達(dá)，而小膠質(zhì)細(xì)胞僅表達(dá)一小部分，兩者極化情況不完全一致[25]。由此推測(cè)，兩種細(xì)胞在病理過程中的功能很有可能不完全相同。

4.2調(diào)節(jié)M1/M2極化影響MS的方式由于M1型細(xì)胞在MS發(fā)病過程中具有促炎作用，而M2型細(xì)胞參與抑制炎癥和組織修復(fù)等過程，近年來研究關(guān)注探索調(diào)控M1/M2極化的方式。

4.2.1藥物調(diào)節(jié)植物迷迭香的提取物鼠尾草酚(Carnosol)具有抗氧化作用。給EAE模型小鼠注射鼠尾草酚時(shí)，可減少M(fèi)1型細(xì)胞，增加M2型細(xì)胞，并抑制Th17細(xì)胞分化，能顯著改善EAE的癥狀[26]。預(yù)防性灌喂抗生素混合物(氨芐青霉素、甲硝唑、硫酸新霉素和萬(wàn)古霉素)，亦可減少EAE小鼠脊髓中M1型細(xì)胞的數(shù)量，降低發(fā)病率，并使癥狀得到明顯緩解[27]。免疫調(diào)節(jié)藥物來那度胺(Lenalidomide)，可通過IL-10→STAT3→IL-10正反饋促進(jìn)M2極化，改善EAE。但來那度胺并不能抑制脂多糖誘導(dǎo)的M1極化[28]。腺苷酸環(huán)化酶的激動(dòng)劑福斯科林(Forskolin)可與IL-4協(xié)同激活ERK通路，促進(jìn)M2極化，并能直接抑制CNS中的致病性T細(xì)胞，抑制EAE的發(fā)展[29]。

4.2.2蛋白調(diào)節(jié)Cx30屬于縫隙連接蛋白，在小鼠CNS研究中發(fā)現(xiàn)Cx30敲除能夠減輕慢性EAE，增加幼稚小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量，并且誘導(dǎo)更有效的M2極化[30]。促吞噬肽(Tuftsin)與其配體神經(jīng)膠質(zhì)蛋白1(Neuropilin-1，Nrp1)結(jié)合，激活小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞M2極化，還可介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)之間的接觸，促進(jìn)后者釋放TGF-β，抑制EAE的發(fā)病過程[31]。人脫落乳牙干細(xì)胞培養(yǎng)基具有再生活性和免疫調(diào)節(jié)作用，在EAE高峰時(shí)進(jìn)行靜脈注射，可顯著改善小鼠的臨床癥狀。其主要有效成分唾液酸結(jié)合Ig樣凝集素9能與單核細(xì)胞趨化蛋白1協(xié)同誘導(dǎo)M2極化，但對(duì)T細(xì)胞的直接影響很小[32]。

4.2.3受體調(diào)節(jié)P2X4R是P2嘌呤能受體的一個(gè)亞型。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)顯示，阻斷P2X4R信號(hào)可誘導(dǎo)大量M1型小膠質(zhì)細(xì)胞，并且在P2X4R缺失的小膠質(zhì)細(xì)胞上亦可觀察到相似結(jié)果。而使用伊維菌素增強(qiáng)P2X4R信號(hào)，可誘導(dǎo)M2型小膠質(zhì)細(xì)胞并顯著改善EAE的臨床癥狀[33]。鹽皮質(zhì)激素受體與配體結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)至胞核，從而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用。小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的鹽皮質(zhì)激素受體(mineralocorticoid receptor，MR)的缺失，可導(dǎo)致其向M2表型極化，使EAE的臨床癥狀得到緩解，神經(jīng)炎癥組織學(xué)特征得到改善[34]。

雖然近年多項(xiàng)研究從不同層次和角度探索調(diào)節(jié)M1/M2極化、嘗試改善或抑制MS癥狀，但大部分研究尚局限于動(dòng)物模型，對(duì)其不良反應(yīng)有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 語(yǔ)

CNS駐留性小膠質(zhì)細(xì)胞和外周血源性巨噬細(xì)胞的來源、蛋白表達(dá)、以及功能均有許多異同點(diǎn)。在正常生理環(huán)境中，兩種細(xì)胞有明顯的差別。然而在病理環(huán)境中兩種細(xì)胞的形態(tài)、標(biāo)志和功能有許多相同點(diǎn)，增加了研究?jī)煞N細(xì)胞的難度。小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞都具有M1/M2兩種極化表型，在MS和EAE早期以促炎性M1型細(xì)胞為主，誘導(dǎo)并促進(jìn)發(fā)病過程，而在疾病后期以抗炎性M2型細(xì)胞為主，發(fā)揮緩解炎癥和組織修復(fù)的作用。兩者之間的動(dòng)態(tài)平衡影響疾病的發(fā)展方向。然而，目前尚未發(fā)現(xiàn)治療MS切實(shí)有效的調(diào)節(jié)機(jī)制，很可能與無(wú)法有效區(qū)分兩種細(xì)胞有關(guān)。綜上所述，準(zhǔn)確地分辨兩種細(xì)胞，能為探索更有效的極化調(diào)控提供新的方向，開拓治療或改善MS的前景。