IL-4調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞極化在血管性認(rèn)知障礙中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

李倩倩 李小黎 陳雨菲 崔瑩雪 王少松 王 曦 田 偉

1）首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京中醫(yī)醫(yī)院，北京 100010 2）北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100105 3）北京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院，北京 100029

血管性癡呆（vascular dementia，VD）是全球人類阿爾茨海默病后第二大常見的癡呆類型。認(rèn)知功能障礙是VD患者的核心癥狀之一。VD導(dǎo)致的不同形式、不同程度的認(rèn)知功能障礙使患者生活能力受限，生活質(zhì)量降低，導(dǎo)致沉重的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［1］。目前，VD 的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，神經(jīng)影像學(xué)和病理學(xué)研究表明，腦血管阻塞或損傷導(dǎo)致的慢性腦灌注不足，進(jìn)而激活小膠質(zhì)細(xì)胞，誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥反應(yīng)是VD發(fā)病的主要病因［2-3］。既往研究認(rèn)為，小膠質(zhì)細(xì)胞活化在病理狀態(tài)下主要發(fā)揮有害的促炎作用［4］。但近年來也有研究指出，小膠質(zhì)細(xì)胞活化后可通過促進(jìn)細(xì)胞增殖，分化神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞來促進(jìn)神經(jīng)再生，發(fā)揮有益的抗炎作用［5］。本文將對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞極化在血管性認(rèn)知功能缺陷中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，并對(duì)白細(xì)胞介素-4（interleukin-4，IL-4）在小膠質(zhì)細(xì)胞極化轉(zhuǎn)化過程中的作用進(jìn)行概述，以期為血管性癡呆的治療提供新的思路。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞極化與VD

在VD的發(fā)病機(jī)制中，腦組織缺血后會(huì)導(dǎo)致皮質(zhì)小動(dòng)脈中的淀粉樣沉積，神經(jīng)原纖維纏結(jié)，誘導(dǎo)神經(jīng)血管偶聯(lián)分解，減少腦血流量，并增加神經(jīng)元變性以及對(duì)缺氧缺血的敏感性，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元死亡［6］。壞死的神經(jīng)元進(jìn)一步產(chǎn)生大量炎癥因子，從而破壞細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡［7］。在缺血誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥的過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞如哨兵一樣，不斷觀察其周圍環(huán)境，并第一個(gè)對(duì)神經(jīng)炎癥作出反應(yīng)，通過在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中“交流和協(xié)作”來抵抗病原體侵害，組成一個(gè)局部的免疫細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)［8］。既往部分研究認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞活化主要發(fā)揮有害的促炎作用，如當(dāng)腦組織缺氧時(shí)，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放蛋白酶和自由基，通過直接攻擊血管的細(xì)胞外基質(zhì)，分解基底層，破壞血-腦屏障，誘導(dǎo)炎癥因子產(chǎn)生，導(dǎo)致腦血管受損［4］。在患者和動(dòng)物模型研究中也發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞在海馬區(qū)內(nèi)被激活并積累，導(dǎo)致大量神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，進(jìn)而誘發(fā)相關(guān)認(rèn)知功能障礙［5］，而降低小膠質(zhì)細(xì)胞激活水平可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用，減少腦損傷，改善缺血后的認(rèn)知功能［9］。但近年來也有不同的聲音指出小膠質(zhì)細(xì)胞活化后發(fā)揮有益的抗炎作用，如小膠質(zhì)細(xì)胞可通過釋放修復(fù)因子調(diào)節(jié)神經(jīng)元損傷，并通過促進(jìn)細(xì)胞增殖，分化神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)神經(jīng)再生，增強(qiáng)神經(jīng)突觸可塑性，改善認(rèn)知［5］。這些結(jié)果表明，小膠質(zhì)細(xì)胞活化在VD病理機(jī)制中是一把“雙刃劍”，不僅發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用還可發(fā)揮神經(jīng)毒性作用［10］。

在生理?xiàng)l件下，小膠質(zhì)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的微環(huán)境發(fā)揮“免疫監(jiān)視與防御”的作用。在病理?xiàng)l件下，小膠質(zhì)細(xì)胞迅速被激活并發(fā)生極化，伴隨增殖、趨化、吞噬、遷移、分泌細(xì)胞因子等現(xiàn)象［11］。典型激活型小膠質(zhì)細(xì)胞被稱為M1表型，其特征是阿米巴樣改變，呈現(xiàn)大而圓的細(xì)胞體，具有粗壯的突起，主要發(fā)揮細(xì)胞毒性作用，可引起組織炎性損傷和吞噬功能受損［12］。替代激活型小膠質(zhì)細(xì)胞被稱為M2表型，其特征是遠(yuǎn)端分支、小細(xì)胞體，具有抑制炎性反應(yīng)的作用，可促進(jìn)細(xì)胞組織修復(fù)與再生并強(qiáng)化吞噬活性［13］。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞活化時(shí)不同表型發(fā)揮不同的作用，如何調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞表型極化在VD的防治中具有重要意義。

在缺血腦損傷后早期，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)迅速發(fā)生阿米巴狀改變，這種形態(tài)易于其高度移動(dòng)，方便其在受傷后數(shù)分鐘內(nèi)迅速到達(dá)損傷部位，一旦小膠質(zhì)細(xì)胞到達(dá)損傷部位，就會(huì)釋放大量對(duì)海馬神經(jīng)元有害的炎癥因子和神經(jīng)毒性分子，包括白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1 β，IL-1 β），腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）等［14］，這一階段被稱為小膠質(zhì)細(xì)胞M1表型極化過程。除了形態(tài)變化，小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量在缺血后也會(huì)發(fā)生增殖，其增殖活性與缺血的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，如短暫性全腦缺血后，海馬CA1區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞大量擴(kuò)張［15］。而在局灶性缺血中，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞積聚在梗死周圍區(qū)域［16］等。在缺血腦損傷后期，小膠質(zhì)細(xì)胞則會(huì)轉(zhuǎn)化為M2 表型，釋放有益的抗炎因子，如白細(xì)胞介素-4（interleukin-4，IL-4），白細(xì)胞介素-10（interleukin-10，IL-10）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β），促進(jìn)海馬神經(jīng)修復(fù)，包括神經(jīng)發(fā)生，突觸重塑，血管生成，少突膠質(zhì)生成和髓鞘再生等［14］。M2 表型小膠質(zhì)細(xì)胞還可以進(jìn)一步通過吞噬死亡和垂死的細(xì)胞以限制神經(jīng)元損傷擴(kuò)散，并通過傳導(dǎo)抗炎信號(hào)和分泌生長(zhǎng)因子來促進(jìn)神經(jīng)炎癥的消退［17］。既往研究顯示在腦缺血模型后3 ～4 d 內(nèi)，腦組織中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide，iNOS）（小膠質(zhì)細(xì)胞M1表型標(biāo)志物）信號(hào)增加約3倍，達(dá)到峰值，隨后在7 d時(shí)開始降低，而代表小膠質(zhì)細(xì)胞M2表型標(biāo)志物的類幾丁質(zhì)酶3 樣分子3（chitinase-3-like protein 3，Ym1）基因在11 ～13 d才達(dá)到峰值［18］。以上說明小膠質(zhì)細(xì)胞在腦缺血后的動(dòng)態(tài)反應(yīng)為早期以促炎的M1型為主，后期向抑炎的M2型轉(zhuǎn)變。因此，如何調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞M1 型/M2 型的活化狀態(tài)可能成為VD 的一種新的治療策略。

2 IL-4與小膠質(zhì)細(xì)胞極化

活化T 細(xì)胞核因子（nuclear factor of activated T cell，NFAT）是磷蛋白和一種轉(zhuǎn)錄因子，其通過與其他轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用，促進(jìn)了許多涉及免疫調(diào)節(jié)的靶基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)NFAT 的激活受細(xì)胞內(nèi)鈣神經(jīng)調(diào)磷酸酶（calcineurin，CN）信號(hào)通路介導(dǎo)的去磷酸化過程調(diào)控。生理狀態(tài)下，磷酸化的NFAT以非活形式定位于胞漿之中，調(diào)節(jié)從突觸可塑性到神經(jīng)退行性變的許多重要功能。腦缺血早期，受損神經(jīng)元會(huì)誘導(dǎo)大量谷氨酸釋放（尤其在缺血局部），從而導(dǎo)致Ca2+大量流入受缺血影響的神經(jīng)元，打破Ca2+穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致多種Ca2+依賴過程失調(diào)，進(jìn)而加重神經(jīng)元損傷，誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，此過程稱為興奮性毒性［19］。腦缺血后期，內(nèi)流的Ca2+依賴谷氨酸釋受體，激活細(xì)胞內(nèi)CN，活化后的CN進(jìn)一步將存在于胞質(zhì)內(nèi)的NFAT去磷酸化，并與去磷酸化的NFAT一起遷移至細(xì)胞核內(nèi)，在細(xì)胞核內(nèi)，NFAT 作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)IL-4 的表達(dá)，進(jìn)而介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞M1/M2 轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)，發(fā)揮“自救”功能［20］。

IL-4作為參與免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)的多效細(xì)胞因子，已被普遍認(rèn)為是M2 小膠質(zhì)細(xì)胞極化的主要啟動(dòng)因子和效應(yīng)因子［21］。在腦缺血后，缺血半暗帶的存活神經(jīng)元產(chǎn)生并分泌IL-4，IL-4作為與小膠質(zhì)細(xì)胞溝通的信號(hào)，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞極化至M2 表型，發(fā)揮抗炎作用［20］。IL-4 活化后可進(jìn)一步加強(qiáng)神經(jīng)元與小膠質(zhì)細(xì)胞的聯(lián)系，從而發(fā)揮以下作用：（1）促進(jìn)記憶形成；（2）抑制M1 小膠質(zhì)細(xì)胞活化、抑制促炎因子的釋放發(fā)揮抗炎作用；（3）增強(qiáng)突觸可塑性［22］。既往研究表明，IL-4與學(xué)習(xí)認(rèn)知的病理過程密切相關(guān)，如在衰老動(dòng)物中觀察到IL-4 的降低伴隨炎癥細(xì)胞因子的增加，從而導(dǎo)致認(rèn)知功能損害；相反，IL-4治療可逆轉(zhuǎn)認(rèn)知障礙［23］。IL-4 基因敲除小鼠腦缺血后感覺運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知障礙加重，同時(shí)伴隨小膠質(zhì)細(xì)胞的M2型極化障礙［24］。IL-4誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2表型極化，改善認(rèn)知功能的機(jī)制是怎樣的呢？

IL-4作為小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞交替激活的有效調(diào)節(jié)劑，可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞從M1 表型極化到M2 表型，該過程通常由轉(zhuǎn)錄因子過氧化物酶體增殖物激活的受體-γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）介導(dǎo)的［25］。PPAR-γ是一種依賴配體的核受體，已被證實(shí)參與調(diào)節(jié)發(fā)育和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵方面，包括脂肪細(xì)胞分化，葡萄糖代謝和巨噬細(xì)胞的發(fā)育等功能。IL-4本身對(duì)IL-4受體（IL-4R）的激活可誘導(dǎo)PPAR-γ的活化，進(jìn)而減少缺血性卒中后的腦損傷［26］。在模擬缺血的條件下，神經(jīng)元IL-4 可上調(diào)小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)IL-4R的表達(dá)，進(jìn)行“前饋”調(diào)節(jié)，并通過PPAR-γ依賴性機(jī)制刺激小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬作用，從而發(fā)揮清除凋亡細(xì)胞的功效，同時(shí)促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化，達(dá)到改善學(xué)習(xí)和記憶的目的［27］。

在缺血性情況下，神經(jīng)元Ca2+大量?jī)?nèi)流，激活CN/NFAT信號(hào)通路，促使神經(jīng)元大量分泌IL-4，這是神經(jīng)元的一種內(nèi)源性防御機(jī)制，IL-4通過進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-4R和PPAR-γ的活化，反向抑制小膠質(zhì)細(xì)胞M1表型極化，啟動(dòng)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2 表型轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腦缺血損傷修復(fù)，發(fā)揮突觸重塑及神經(jīng)保護(hù)的作用。

3 總結(jié)和展望

流行病學(xué)顯示，VD的高發(fā)病率以及血管因素可能導(dǎo)致AD 的現(xiàn)實(shí)，使VD 的預(yù)防和治療成為非常重要的科學(xué)問題。對(duì)于該病的治療，尚缺乏療效確切的藥物或外科治療手段［28-34］。目前，VD 的發(fā)病機(jī)制尚不明確，本文立足于小膠質(zhì)細(xì)胞在VD中的調(diào)控機(jī)制，對(duì)其在腦組織缺血后不同時(shí)期的改變及其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行了整理綜述，主要總結(jié)為小膠質(zhì)細(xì)胞活化在VD 病理機(jī)制中擔(dān)任“雙刃劍”的角色，在VD 損傷后導(dǎo)致的神經(jīng)炎癥條件下，IL-4 作為小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞交替激活的有效調(diào)節(jié)劑，可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞從促炎的M1 表型極化到抗炎的M2 表型，促進(jìn)腦缺血損傷修復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)表明，如何有效調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞M1 型/M2 型的活化狀態(tài)可能成為VD 一種新的治療策略，而包括IL-4 在內(nèi)的多種介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞極化的調(diào)節(jié)機(jī)制急需大量研究進(jìn)一步被證實(shí)，以期為相關(guān)研究的深入探索提供借鑒和支持。