周細(xì)胞在缺血性腦卒中治療中作用的相關(guān)研究

孫攀喜 張重陽 張景榮 魏麗麗

832061 石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院

目前，腦卒中已經(jīng)成為了繼心血管疾病和癌癥的第三大全球性健康問題，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率和高復(fù)發(fā)率的特點，主要分為缺血性腦卒中(ischemic stroke， IS)和出血性腦卒中兩種亞型，其中IS發(fā)生率占比超過80%[1]，且在世界各地的患病率居高不下。以往對IS的研究多以保護和挽救神經(jīng)元為重點，近年來已經(jīng)從以神經(jīng)元為中心的觀點轉(zhuǎn)移到神經(jīng)血管單元(neurovascular unit，NVU) 。周細(xì)胞(pericytes)作為NVU的重要組成部分，在腦血管疾病中的治療作用也逐漸受到關(guān)注。在缺血和缺氧條件下，周細(xì)胞參與腦血流(cerebral blood flow， CBF)調(diào)節(jié)、血腦屏障( blood -brain barrier， BBB) 破壞和血管生成等[2]，并為其他 NVU 成分提供支持。隨著研究不斷深入，越來越多的證據(jù)表明周細(xì)胞對IS治療的促進作用日益明顯。因此，本文就周細(xì)胞的生物學(xué)特性及其在IS治療中的相關(guān)作用進行探討，為IS的治療提出新的可能處理對策。

1 周細(xì)胞的來源和特性

1.1 周細(xì)胞的來源

周細(xì)胞在胚胎時期或出生后即可產(chǎn)生，全身各處分布廣泛，于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的密度最大。腦周細(xì)胞的胚胎起源具有異質(zhì)性，根據(jù)鵪鶉-雞嵌合實驗研究證實，前腦周細(xì)胞源于神經(jīng)嵴細(xì)胞，而中腦、腦干和脊髓周細(xì)胞源于中胚層間充質(zhì)干細(xì)胞[3]。這些發(fā)現(xiàn)也得到了神經(jīng)外胚層細(xì)胞向胚胎腦血管周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞分化的可能性支持。通過對斑馬魚活體成像和譜系追蹤發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)外胚層來源的祖細(xì)胞在大腦前部產(chǎn)生周細(xì)胞，而中胚層來源的周細(xì)胞存在于后腦血管進一步證實了這一觀點[4]。此外在大鼠卒中模型中，循環(huán)骨髓源性祖細(xì)胞和腦室下區(qū)源性祖細(xì)胞也已經(jīng)被證實與成年腦周細(xì)胞群有關(guān)[5-6]。盡管對大腦周細(xì)胞的胚胎起源已經(jīng)有了重要的認(rèn)識，但在生理條件下對于其如何在大腦中發(fā)揮作用卻知之甚少。

1.2 周細(xì)胞的特性

近年來，腦周細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)已被確定。腦周細(xì)胞成腎狀，胞核突出于管腔，含有少量的細(xì)胞質(zhì)，可嵌入基底膜與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用。盡管使用超微結(jié)構(gòu)方法分析鑒定周細(xì)胞可能代表“金標(biāo)準(zhǔn)”，但是該方法并不適用于所有實驗。因此，轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β， TGF-β)、血小板衍生生長因子B(platelet derived growth factor B，PDGFB)、α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin， α-SMA) 、鉀通道復(fù)合物 kir6.1等潛在周細(xì)胞組織學(xué)標(biāo)記物被提出。其中kir6.1 僅在周細(xì)胞中表達(dá)，可作為其特異性標(biāo)記物。然而值得注意的是，大多數(shù)周細(xì)胞表面標(biāo)記物可能對周細(xì)胞沒有特異性，它們在不同條件下的表達(dá)可能不同，但是這些標(biāo)記物都能夠通過影響周細(xì)胞的功能間接影響IS。例如，在嚙齒動物腦動靜脈畸形模型中，TGF-β信號缺失使得血管激活素受體樣激酶1基因缺失，這表明腦周細(xì)胞減少與循環(huán)血源性纖維蛋白的泄漏相關(guān)，損傷BBB結(jié)構(gòu)和功能的完整性，進而影響IS的預(yù)后。疾病中周細(xì)胞標(biāo)記物表達(dá)譜的潛在變化可能導(dǎo)致其靶向治療復(fù)雜化，腦脊液中可溶解性PDGF受體(PDGF receptors，PDGF-R)的增加是早期認(rèn)知功能障礙患者BBB破壞的生物標(biāo)記物，提示周細(xì)胞損傷[7]。因此，進一步研究周細(xì)胞的生物學(xué)特性及其標(biāo)記物在IS發(fā)生發(fā)展中的作用，對于治療IS意義重大。

2 周細(xì)胞在IS中的作用

2.1 周細(xì)胞對BBB的影響

周細(xì)胞是NVU和BBB的重要組成部分，通過調(diào)節(jié)緊密連接和跨內(nèi)皮囊泡運輸維持 BBB 的完整性[8]，而 BBB 對腦組織周圍內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定以及防止血液中有害物質(zhì)進入腦組織有重要意義。周細(xì)胞的覆蓋率決定了毛細(xì)血管的相對滲透性，覆蓋面積減少導(dǎo)致BBB功能障礙和神經(jīng)毒性分子的積累，毒性分子通過內(nèi)吞作用進入腦實質(zhì)。BBB功能障礙也會引發(fā)神經(jīng)炎癥和其他病理事件(表1)。除了損害微循環(huán)外，缺血區(qū)域還會出現(xiàn)腦水腫等。

表1 周細(xì)胞在IS中的作用

有研究表明，TJ蛋白復(fù)合物(TJs)的解體重組是腦卒中后BBB破裂的主要原因，而周細(xì)胞來源的基質(zhì)金屬蛋白酶會導(dǎo)致TJs結(jié)構(gòu)和功能的二次溶解[9]。周細(xì)胞的早期脫離也會導(dǎo)致 TJs 的丟失，引起B(yǎng)BB的滲漏。已有實驗證實，周細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia induced factor-1， HIF-1) 功能的喪失會減輕缺血性腦損傷和BBB的通透性，并且能顯著改善感覺運動功能，增加缺血后神經(jīng)元存活[10]。因此抑制周細(xì)胞 HIF-1 的活化有利于維持BBB的功能和完整性，從而改善IS后的結(jié)局。此外，衰老也與中樞神經(jīng)系統(tǒng)周細(xì)胞群本身的變化以及它們的功能與其他細(xì)胞類型的相互作用有關(guān)。即使生理狀態(tài)下衰老的周細(xì)胞水平也會隨著年齡的增長而降低，周細(xì)胞數(shù)量減少后引起B(yǎng)BB通透性增加，這將帶來大量的炎癥介質(zhì)加重腦水腫并誘導(dǎo)更多的神經(jīng)元死亡，從而加重急性腦缺血性損傷?；谥芗?xì)胞對于BBB作用的研究，有望為IS的治療帶來新的契機。

2.2 周細(xì)胞調(diào)節(jié)CBF

關(guān)于周細(xì)胞能否調(diào)節(jié)CBF的問題仍存在爭議。周細(xì)胞可表達(dá)收縮蛋白，從而使其具有潛在的可收縮性，而腦周細(xì)胞的收縮功能與CBF密切相關(guān)。Liu等[19]的研究證實，腦血管周細(xì)胞收縮能力的提高，可通過誘導(dǎo)由二羥基環(huán)二十六碳四烯酸酶促進的CBF進行自發(fā)調(diào)控。最近，Nelson等[11]在雙極光子顯微鏡照射下也檢測到人體內(nèi)臍周細(xì)胞血管具有可收縮性，能夠調(diào)節(jié)大腦中的毛細(xì)血管血流。此外，Hartmann等[12]發(fā)現(xiàn)，周細(xì)胞可以調(diào)節(jié)毛細(xì)血管直徑并影響血流，腦周細(xì)胞光遺傳學(xué)刺激降低了血管管腔直徑和血流量。

然而，周細(xì)胞可能收縮和調(diào)節(jié) CBF 的觀點也得到了挑戰(zhàn)。Hill等[20]使用多種轉(zhuǎn)基因小鼠和雙光子顯微鏡并未檢測到小鼠和人周細(xì)胞中SMA的表達(dá)。此外，通過使用短期大腦中動脈閉塞模型發(fā)現(xiàn)，血流低灌注是由于SMC收縮而不是周細(xì)胞收縮導(dǎo)致，從而造成遠(yuǎn)端微血管閉塞。Fernández-Klett等[21]也發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)活動引起的CBF增加由前毛細(xì)血管小動脈和穿透小動脈引起，而不是毛細(xì)血管中的周細(xì)胞。這種差異可能是由于周細(xì)胞和小動脈SMC的結(jié)構(gòu)和功能特性相似，很難完全區(qū)分。

造成這兩種觀點分歧的原因主要在于對周細(xì)胞的定義不同，如果忽略定義的差異時，表明 SMA表達(dá)的周細(xì)胞是可以調(diào)節(jié)CBF的。因此有效調(diào)節(jié)周細(xì)胞的收縮將有利于微血管CBF的恢復(fù)，改善結(jié)局。

2.3 周細(xì)胞參與免疫炎癥反應(yīng)

已經(jīng)有很多實驗證明，免疫炎癥反應(yīng)與IS過程中的周細(xì)胞密切相關(guān)。周細(xì)胞可能通過產(chǎn)生免疫細(xì)胞樣特征調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)。例如，在脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中，正常T細(xì)胞的表達(dá)和分泌因子的激活受白細(xì)胞介素1α 和一氧化氮等趨化因子調(diào)節(jié)[13]。卒中源性炎癥細(xì)胞因子也會誘導(dǎo)周細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α， TNF-α) 和TGF-β1 ， 從而增強促炎因子的表達(dá)，損傷NVU細(xì)胞并使BBB受到破壞，這表明周細(xì)胞在IS期間的腦炎癥過程中起級聯(lián)放大作用。通過譜系追蹤和免疫組織化學(xué)分析表明，SMAlow/undetectable的周細(xì)胞能夠分化為小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞[14]，吞噬細(xì)胞碎片并參與炎癥反應(yīng)以緩解對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害。

此外，周細(xì)胞在神經(jīng)功能受到傷害時會感受到相關(guān)危險信號，處理和吞噬異常釋放的抗原，并將處理過的抗原呈遞給其他免疫細(xì)胞，加重后續(xù)的炎癥反應(yīng)。例如，Toll樣受體4(toll-like receptor 4， TLR4)、清潔劑受體(scavenger receptor， SR)和Fc受體等許多模式識別受體均在腦周細(xì)胞上表達(dá)，使這些細(xì)胞能夠識別入侵或異常的抗原。在溶酶體中酸性磷酸酶表達(dá)旺盛，周細(xì)胞能夠消化吸收這些抗原。因此進一步研究周細(xì)胞在腦缺血時所發(fā)揮的炎癥作用，可以為將來IS在抗炎方面的治療提供重要的新靶點。

2.4 周細(xì)胞參與血管生成

IS是由于腦內(nèi)動脈狹窄、閉塞或破裂引起，在受損區(qū)域重建腦部血流有助于IS的恢復(fù)，而腦部血流的重建與新生血管的形成密切相關(guān)。毛細(xì)血管的形成涉及血管內(nèi)組成細(xì)胞的生長、周細(xì)胞的募集等，對組織的保護與恢復(fù)具有關(guān)鍵作用。基于周細(xì)胞在血管形成中的主要功能，認(rèn)為周細(xì)胞可能通過調(diào)節(jié)血管生成促進卒中的恢復(fù)。

有研究表明，周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞共同調(diào)節(jié)血管生成[22]。腦缺血發(fā)生后的12～24 h，內(nèi)皮細(xì)胞即開始迅速增殖和分化，局灶性缺血持續(xù)28 d后，可在缺血周圍區(qū)域和瘢痕組織區(qū)域觀察到新血管，表明缺血后發(fā)生了新血管形成[15]。腦血管生成過程中，周細(xì)胞向新生內(nèi)皮細(xì)胞的募集依賴于多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜相互作用，包括PDGFB、Notch、血管內(nèi)皮生長因子和血管生成素細(xì)胞信號等。Renner等[16]發(fā)現(xiàn)，在永久性缺血48 h后，周細(xì)胞中的PDGFR-β增加，然后PDGF-β激活PDGFR-β，誘導(dǎo)周細(xì)胞中蛋白激酶B磷酸化，從而引起抗凋亡反應(yīng)和細(xì)胞增殖。其次，PDGF-β/PDGFR-β信號通路誘導(dǎo)周細(xì)胞遷移到新生內(nèi)皮血管，促進微血管的成熟。Stenzel等[17]還發(fā)現(xiàn)，周細(xì)胞釋放的促血管生成素1(angiotensin 1，Ang-1) 與胚胎干細(xì)胞中的促血管生成素受體(Tie2) 結(jié)合，促進肝素結(jié)合表皮生長因子的表達(dá)，這在血管穩(wěn)定中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。Ang-2是 Ang1/Tie2信號通路的天然拮抗劑，Ang2影響內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和周細(xì)胞的補充，從而阻礙新生血管的成熟。因此，調(diào)節(jié)不同血管生成時期 Ang-1和Ang-2的平衡可以減輕腦組織的缺血性損傷。此外，G蛋白信號調(diào)節(jié)因子5(G-protein signaling 5，RGS5) 是周細(xì)胞的活化及血管生成的標(biāo)志，其在周細(xì)胞中的表達(dá)以 HIF-1α依賴的方式升高，下調(diào)RGS5表達(dá)可抑制周細(xì)胞增殖，促進周細(xì)胞成熟[23]。目前，周細(xì)胞中RGS5信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的機制仍在研究中，揭示其機制有助于我們進一步了解周細(xì)胞中血管生成介導(dǎo)過程，促進IS血管生成相關(guān)治療研究。

2.5 周細(xì)胞參與損傷后的神經(jīng)修復(fù)

大腦神經(jīng)的發(fā)生伴隨我們生命的始終，受生理因素和病理因素的共同刺激。有報道表明，腦周細(xì)胞可能是神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells， NSCs) 的起源[24]。IS能夠誘導(dǎo)內(nèi)源性 NSCs增殖，新生神經(jīng)元可遷移到缺血大腦表達(dá)成熟神經(jīng)元表型，在缺血半暗帶中也可以觀測到新生神經(jīng)元。此外，卒中誘導(dǎo)的代償性神經(jīng)發(fā)生可能取代壞死神經(jīng)元，表明它可能有助于IS后的神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)并成為卒中治療的靶點。

從小鼠腦缺血區(qū)提取的周細(xì)胞可以表達(dá)多種干細(xì)胞標(biāo)記物或重編程的必要因子，周細(xì)胞可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)神經(jīng)源性轉(zhuǎn)錄因子sox2和ascl1的重新編程促進神經(jīng)生成。Nakata等[25]也發(fā)現(xiàn)，小鼠短暫性腦缺血后，損傷區(qū)域的周細(xì)胞開始表達(dá)神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物巢蛋白，未成熟神經(jīng)元標(biāo)記物表達(dá)雙皮質(zhì)蛋白。同時從成年動物缺血組織中獲得的周細(xì)胞或在缺血條件下培養(yǎng)的周細(xì)胞也顯示出向神經(jīng)和血管譜系細(xì)胞分化的能力。最新證據(jù)支持卒中誘導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)生和血管生成是高度協(xié)調(diào)和耦合的這一觀點。例如，某些血管生成因子和信號通路能夠誘導(dǎo)成人缺血組織的神經(jīng)發(fā)生[18]。因此，腦周細(xì)胞不僅可以促進血管生成和神經(jīng)發(fā)生，還可以靶向修復(fù)卒中后受損的神經(jīng)系統(tǒng)。

3 IS后周細(xì)胞反應(yīng)的治療策略

周細(xì)胞參與維持正常腦血管功能，在IS的生理和病理過程中起重要作用。因此，以周細(xì)胞為靶點治療IS越來越受到重視。

在永久性中腦閉塞模型中發(fā)現(xiàn)，敲除RGS5基因會增加周細(xì)胞的數(shù)量，BBB損傷明顯減少。因此，靶向RGS5可能是IS的一種潛在治療策略。周細(xì)胞HIF-1的誘導(dǎo)會對腦血管功能造成明顯的損害且不利于急性IS后的功能恢復(fù)，抑制其誘導(dǎo)功能可能是減少缺血性損傷的一種新方法[10]。已有研究證實，周細(xì)胞能夠介導(dǎo)阿托伐他汀促進IS后BBB的完整性，在恢復(fù)后期可增加腦血流量、降低BBB的通透性，從而減輕缺血性腦損傷并改善神經(jīng)功能的缺陷[26]。同時也有證據(jù)顯示，低溫可以延緩周細(xì)胞從微血管的遷移，從而保護BBB的完整性[27]。此外，周細(xì)胞的多能干細(xì)胞特性有望用于IS的治療。通過小鼠腦缺血區(qū)的周細(xì)胞和缺血缺氧條件下培養(yǎng)的人腦周細(xì)胞研究證實[28]，缺血區(qū)周細(xì)胞可能通過細(xì)胞重編程產(chǎn)生干細(xì)胞并獲得多能干細(xì)胞活性以產(chǎn)生BBB和NVU的重要成分，從而減少腦組織的損傷。在甘露醇作用下打開BBB，可以使動脈內(nèi)轉(zhuǎn)移的周細(xì)胞祖細(xì)胞滲透到腦內(nèi)缺血區(qū)。但是此研究并沒有對轉(zhuǎn)移周細(xì)胞的治療效果做出相應(yīng)的評價，還需要進一步研究來評估該移植的可行性[29]。最新研究表明，顱神經(jīng)嵴衍生的周細(xì)胞樣細(xì)胞可能是治療BBB功能障礙相關(guān)疾病的理想細(xì)胞源，可以作為治療IS的新突破點[30]。sigma-1受體的激活可引起自噬抑制周細(xì)胞凋亡，從而減輕周細(xì)胞丟失和BBB的破壞，對于恢復(fù)IS患者BBB破裂的治療有促進作用[31]，有望成為治療IS的新靶點。所以獲得更多關(guān)于周細(xì)胞的信息，將有助于我們從新的角度研究其在IS中的治療潛力。

4 小結(jié)及展望

通過對NVU的相關(guān)理解，臨床研究重點將從單純以神經(jīng)元損傷為中心轉(zhuǎn)移至NVU內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的神經(jīng)相互作用中去，NVU的周細(xì)胞在IS損傷中的作用也將會得到更深入細(xì)致的研究。不過后期仍需要進一步在病理生理狀態(tài)下對周細(xì)胞進行研究，期望為IS的治療提供新策略。

利益沖突：無