小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病血管新生中的作用

趙家慧，劉麗萍

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中血管的生成及發(fā)育是一個復(fù)雜的生理過程，由眾多信號通路及不同的細(xì)胞共同參與。其中，小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS中的免疫細(xì)胞，在血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的生成及發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞在CNS中發(fā)揮免疫功能［1］，然而更值得關(guān)注的是，其似乎還發(fā)揮著更多的重要功能。

小膠質(zhì)細(xì)胞是一種存在于腦與脊髓中的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，占神經(jīng)元數(shù)量的10%～15%［2］。小膠質(zhì)細(xì)胞起源于卵黃囊中的胚胎髓系祖細(xì)胞，在血-腦脊液屏障（blood brain barrier，BBB）關(guān)閉之前，通過血液遷移至CNS。作為存在于CNS中的巨噬細(xì)胞類群，小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS中反應(yīng)最快、也是最主要的免疫屏障［3］，當(dāng)其檢測到病原體入侵機(jī)體或組織損傷時，可以快速被激活和活化，啟動炎性反應(yīng)。小膠質(zhì)細(xì)胞不僅能保護(hù)神經(jīng)組織免受損傷，而且在神經(jīng)發(fā)育和修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用。小膠質(zhì)細(xì)胞可吞噬、清除凋亡神經(jīng)元，維持細(xì)胞生成與凋亡之間的平衡，這對于CNS的正常發(fā)育至關(guān)重要［4］。目前多組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)免疫學(xué)中處于重要地位，測序技術(shù)進(jìn)一步證明小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS疾病發(fā)展中起決定作用的因素［5］。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞有可能成為CNS疾病新的治療靶點(diǎn)。小膠質(zhì)細(xì)胞還可以通過分泌生長因子來促進(jìn)早期神經(jīng)元突觸的形成，在隨后的神經(jīng)發(fā)育過程中，在突觸重塑和環(huán)路形成中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用［6］。

血管新生是指在促血管生成因子及血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的作用下，在已有毛細(xì)血管基礎(chǔ)上形成新毛細(xì)血管的慢性過程［7-8］。血管新生主要包括3個階段：首先，在內(nèi)皮細(xì)胞中，血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A）與Notch家族受體及其配體結(jié)合，使內(nèi)皮細(xì)胞增殖、伸出偽足，成為“尖端細(xì)胞”，隨著移動性的增強(qiáng)，“尖端細(xì)胞”能夠向血管新生方向侵襲和遷移；接下來，VEGF-A與血管內(nèi)皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor-2，VEGFR-2）相互作用，促進(jìn)和介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和增殖；第三階段，假設(shè)新生血管已經(jīng)成熟，新毛細(xì)血管的增殖和遷移減少以抑制血管新生，并支持新生血管與原有血管連接［8］。臨床中調(diào)節(jié)血管新生的可行性由FOLKMAN［9］首先提出。在腫瘤組織中，新生血管有利于通過血液向腫瘤運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)，這對腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有著重要作用［10］。因此，促進(jìn)腫瘤血管新生的因素通常被認(rèn)為不利于患者的預(yù)后；相反，限制腫瘤血管新生的因素則被認(rèn)為是對患者預(yù)后有益的。而在缺血性疾病如缺血性腦卒中中，血管新生可補(bǔ)充缺血組織的血供，改善神經(jīng)功能預(yù)后。由于血管新生在缺血性疾病和腫瘤轉(zhuǎn)移等疾病過程中起著重要作用，而有藥物可通過促進(jìn)或減少血管新生治療疾病。因此，越來越多的研究致力于發(fā)現(xiàn)可直接或間接影響血管新生過程的因素，其主要目的是確定哪些靶點(diǎn)在人體血管生成過程中的作用最為關(guān)鍵。本文主要針對生理和病理狀態(tài)下小膠質(zhì)細(xì)胞與血管生成和血管新生作用的研究進(jìn)展做一綜述。

1 神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與血管的關(guān)系

血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的功能截然不同，但兩者相伴而行，相互聯(lián)系。在CNS中，血管與神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞密切接觸，并組成一個個神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU），NVU的血管成分（內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮源性基底膜和壁細(xì)胞，如周細(xì)胞或血管平滑肌細(xì)胞等）、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等）之間的相互作用不僅能適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)血管新生，還賦予了神經(jīng)血管獨(dú)特的屏障性質(zhì)，即BBB。這種特殊的內(nèi)皮結(jié)構(gòu)選擇性地將腦實(shí)質(zhì)與血液循環(huán)分隔開來［11］。小膠質(zhì)細(xì)胞作為其重要組成成分，與內(nèi)皮細(xì)胞之間存在雙向的、永久性的連接，而分布于血管周圍使其能夠監(jiān)測血源性成分進(jìn)入CNS的情況。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞還可以刺激BBB的開放、白細(xì)胞外滲和血管新生等［12］。

2 生理狀態(tài)下的小膠質(zhì)細(xì)胞影響CNS的血管生成

2.1 CNS形成階段小膠質(zhì)細(xì)胞與血管相互作用 在CNS發(fā)育早期，小膠質(zhì)細(xì)胞先于血管系統(tǒng)出現(xiàn)，而當(dāng)CNS日趨成熟后，其會產(chǎn)生一定的相互作用。關(guān)于顱內(nèi)血管新生的研究大多集中在大腦皮質(zhì)區(qū)域，而小鼠大腦皮質(zhì)的神經(jīng)組織發(fā)育主要集中在胚胎發(fā)育階段：從胚胎時期開始，神經(jīng)祖細(xì)胞在腦室區(qū)擴(kuò)張，開始分化為放射狀膠質(zhì)細(xì)胞和皮質(zhì)祖細(xì)胞，產(chǎn)生神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，而皮質(zhì)星形膠質(zhì)細(xì)胞新生開始于神經(jīng)新生之后［13］。

早期的研究通過記錄嚙齒類動物血管系統(tǒng)與小膠質(zhì)細(xì)胞的定位發(fā)現(xiàn)，在CNS早期生長發(fā)育階段小膠質(zhì)細(xì)胞與血管壁緊密貼附［14］，這一現(xiàn)象在隨后的研究中被反復(fù)證實(shí)，并進(jìn)一步提示小膠質(zhì)細(xì)胞與血管之間存在相互作用。通過進(jìn)行動物體內(nèi)和體外模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞與血管之間存在雙向聯(lián)系，血管可吸引小膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)其釋放促血管生成因子［15］。隨著對小膠質(zhì)細(xì)胞與血管系統(tǒng)的研究逐漸深入，人們開始研究成熟大腦中小膠質(zhì)細(xì)胞與血管的相互作用，有研究者通過雙光子成像對成年小鼠進(jìn)行活體觀察發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞與血管系統(tǒng)仍保持著強(qiáng)有力的物理接觸［16］。未來仍需進(jìn)一步研究小膠質(zhì)細(xì)胞與血管系統(tǒng)的相互作用，并確定其生理、病理機(jī)制。

2.2 小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)血管新生 小膠質(zhì)細(xì)胞的功能之一是參與血管生成過程和促進(jìn)血管新生。單核巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，mCSF）的遺傳缺失首先從遺傳學(xué)角度支持了小膠質(zhì)細(xì)胞參與血管新生的過程［17］。該基因控制著包括小膠質(zhì)細(xì)胞在內(nèi)的單核細(xì)胞系細(xì)胞的發(fā)育和存活。在mCSF基因敲除的小鼠中，視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)發(fā)育的復(fù)雜性降低，提示mCSF在視網(wǎng)膜血管新生中的作用［17］。然而這種差異只在早期發(fā)育過程中可以觀察到。因此，視網(wǎng)膜血管新生可能存在其他互補(bǔ)的非mCSF或小膠質(zhì)細(xì)胞依賴的機(jī)制［18］。

與mCSF基因相似，pu1基因在巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和破骨細(xì)胞中呈高表達(dá)，控制造血細(xì)胞的分化，對巨噬細(xì)胞的生成發(fā)揮著重要作用［19］。同時研究發(fā)現(xiàn)，pu1基因缺失的小鼠血管叢的復(fù)雜性也明顯降低［20］。當(dāng)然，考慮到這些遺傳學(xué)研究方法針對非小膠質(zhì)細(xì)胞的局限性，血管復(fù)雜性的不足有可能源于非小膠質(zhì)細(xì)胞群體的貢獻(xiàn)。因此，在未來的研究中，需要更多精準(zhǔn)的技術(shù)來充分確定小膠質(zhì)細(xì)胞在血管生成中的作用。

藥理學(xué)方面也有大量文獻(xiàn)證實(shí)了小膠質(zhì)細(xì)胞對血管生成的作用。首先，在小鼠中通過抗體阻斷mCSF后，血管復(fù)雜性降低［18］。然而這一發(fā)現(xiàn)也存在一定的局限性：mCSF抑制劑會對可表達(dá)mCSF受體的非小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生作用。第二，使用氯膦酸鹽脂質(zhì)體選擇性抑制小膠質(zhì)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞在攝取脂質(zhì)體時死亡，導(dǎo)致發(fā)育中的小鼠視網(wǎng)膜血管化減少［21］。這些結(jié)果一致表明，小膠質(zhì)細(xì)胞可促進(jìn)血管新生。未來的研究須盡可能有選擇性地針對小膠質(zhì)細(xì)胞開展研究。

3 病理狀態(tài)下小膠質(zhì)細(xì)胞可誘導(dǎo)血管新生

3.1 小膠質(zhì)細(xì)胞可促進(jìn)缺血性腦卒中后的血管新生 小膠質(zhì)細(xì)胞不僅參與正常血管的生成，也參與病理性血管新生。小膠質(zhì)細(xì)胞對能量缺乏十分敏感，當(dāng)發(fā)生缺血性腦卒中時，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，啟動一系列反應(yīng)，促進(jìn)血管新生。激活后的小膠質(zhì)細(xì)胞分為不同的功能表型。M1型小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生促炎遞質(zhì)，包括TNF-α、IL-1β、干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、IL-6、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和蛋白水解酶〔基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-9、MMP-3〕［22］。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、胰島素樣生長因子和VEGF，具有促血管生成和抗炎作用［23］。作為來自小膠質(zhì)細(xì)胞的重塑因子，諸多研究認(rèn)為，TGF-β1與TGF-β/Smad2/3信號通路相關(guān)，可能在缺血性腦卒中中對血管新生、軸突生長、抗凋亡、免疫調(diào)節(jié)等過程發(fā)揮保護(hù)作用［24］。

在小鼠短暫大腦中動脈閉塞模型中發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注后不久，小膠質(zhì)細(xì)胞開始在缺血半暗帶內(nèi)被激活，并向鄰近血管延伸，再灌注后24 h發(fā)現(xiàn)缺血半暗帶內(nèi)所有小膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)位置與血管相關(guān)，通過分泌TGF-β促進(jìn)血管新生［25-26］。這些血管周圍的小膠質(zhì)細(xì)胞開始吞噬內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致局部內(nèi)皮細(xì)胞激活，血管分解裂變，最終導(dǎo)致BBB被破壞。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞的完整性遭到破壞時，受損血管通過血管新生的過程進(jìn)行自我修復(fù)。隨后，小膠質(zhì)細(xì)胞釋放一種已知的VEGF，提示小膠質(zhì)細(xì)胞可促進(jìn)缺血性腦卒中后的血管新生［27］。

因此，小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中中可能具有雙重功能。需要關(guān)注的是，應(yīng)該探討如何促進(jìn)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2型小膠質(zhì)細(xì)胞，以促使小膠質(zhì)細(xì)胞更好地修復(fù)缺血性腦卒中后的腦組織，以改善患者的預(yù)后。

3.2 小膠質(zhì)細(xì)胞可在腦腫瘤環(huán)境中促進(jìn)血管新生 由于小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS的巨噬細(xì)胞，因此巨噬細(xì)胞在腫瘤環(huán)境中誘導(dǎo)血管生成的意義也同樣適用于小膠質(zhì)細(xì)胞。通過進(jìn)一步對比小膠質(zhì)細(xì)胞與巨噬細(xì)胞在促血管生成方面的作用，發(fā)現(xiàn)腦腫瘤中發(fā)揮促血管生成作用的主要是小膠質(zhì)細(xì)胞而非巨噬細(xì)胞，腦內(nèi)駐留的小膠質(zhì)細(xì)胞是促血管生成因子和細(xì)胞因子的另一種來源，并在調(diào)節(jié)血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)和血管生成中發(fā)揮重要作用［28］。

雖然星形膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是分泌VEGF、促進(jìn)血管新生的主要細(xì)胞類型，但選擇性地去除星形膠質(zhì)細(xì)胞來源的VEGF并沒有明顯改變血管新生的過程，這提示星形膠質(zhì)細(xì)胞來源的VEGF在血管生成過程中可能不起關(guān)鍵作用［29-30］。盡管小膠質(zhì)細(xì)胞與VEGF在血管新生中的作用尚不清楚，但目前已知小膠質(zhì)細(xì)胞可以表達(dá)一些VEGF亞型，具有調(diào)節(jié)血管新生的能力［31］。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞可在致瘤環(huán)境中釋放TNF-α，進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中VEGF的釋放［32-33］。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞可通過直接釋放VEGF或間接釋放其他因子增加其表達(dá)，參與腫瘤血管新生。由于VEGF對小膠質(zhì)細(xì)胞具有趨化作用，其在腫瘤中的釋放同時可以作為一個吸引小膠質(zhì)細(xì)胞的信號，以自分泌（如果小膠質(zhì)細(xì)胞是VEGF的來源）或旁分泌（如果其他細(xì)胞是VEGF的來源）的方式誘導(dǎo)血管新生［34］。

小膠質(zhì)細(xì)胞除了可以通過VEGF信號傳導(dǎo)，還可以釋放MMP，降解和重構(gòu)細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)血管生成和腫瘤擴(kuò)大［35］。小膠質(zhì)細(xì)胞可釋放膜型1-基質(zhì)金屬蛋白酶（membrane type-1 matrix metalloproteinase，MT1-MMP）或MMP-14，而在腫瘤進(jìn)展過程中MT1-MMP基因的上調(diào)與血管新生有關(guān)［36］。這些結(jié)果表明小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的MMP可以通過促進(jìn)腫瘤環(huán)境中的血管新生而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。近年來，CXCL2也被證明能促進(jìn)腫瘤誘導(dǎo)的血管新生。CXCL2是一種主要由小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的細(xì)胞因子，阻斷CXCL2-CXCR2信號通路可導(dǎo)致膠質(zhì)瘤體積明顯縮小。而CXCL2促進(jìn)體外大腦血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)管狀結(jié)構(gòu)形成的能力優(yōu)于VEGF［28］。這些結(jié)果表明，小膠質(zhì)細(xì)胞在致瘤環(huán)境中促進(jìn)血管新生，其調(diào)控因子包括生長因子、蛋白水解酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和細(xì)胞因子。

3.3 其他疾病中小膠質(zhì)細(xì)胞也可能誘發(fā)血管新生 事實(shí)上，阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）、帕金森病、精神分裂癥、自閉癥、多發(fā)性硬化癥等全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWASs）發(fā)現(xiàn)的CNS疾病的關(guān)鍵基因中，有很多是由小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的。

多發(fā)性硬化癥是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性自身免疫性疾病，以脫髓鞘、腦萎縮和慢性炎癥為特征［37］。血管新生已經(jīng)在多發(fā)性硬化癥的動物模型中有過報(bào)道［38-39］，然而，盡管小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為可以促進(jìn)多發(fā)性硬化癥的病理進(jìn)展［40］，但其在多發(fā)性硬化癥中對血管的影響（如損害BBB和促進(jìn)血管新生）的確切作用尚未明確，這可能是未來研究的重點(diǎn)。

AD是一種常見的退行性病變，其主要病理表現(xiàn)為腦內(nèi)Aβ斑塊的沉積［41］。有研究者提出，小膠質(zhì)細(xì)胞也參與AD病理狀態(tài)下腦組織血管結(jié)構(gòu)的改變。Aβ斑塊的沉積可以誘導(dǎo)VEGF的表達(dá)上調(diào)［42］，VEGF同其他趨化因子一樣，可以動員小膠質(zhì)細(xì)胞至血管周圍。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在Aβ斑塊沉積周圍，小膠質(zhì)細(xì)胞活性升高、血管組織結(jié)構(gòu)卻較正常區(qū)域明顯減少［43］。在信號通路層面，有研究者提出，小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)血管病理改變的可能機(jī)制之一是通過嘌呤能P2X7受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是大腦中表達(dá)嘌呤能P2X7受體的主要細(xì)胞，因?yàn)橥ㄟ^藥物抑制嘌呤能P2X7受體可以改善Aβ斑塊引起的組織病理改變（如血管功能異常）［44-45］。從這個角度來看，也可以推測小膠質(zhì)細(xì)胞是通過這一途徑來影響AD患者腦內(nèi)血管結(jié)構(gòu)。

近期有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，AD小鼠模型和人類AD樣本中腦內(nèi)血管新生均是在Aβ斑塊周圍開始的［43］。然而，血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)了一些無效的血管新生標(biāo)志物，并且聚集在Aβ斑塊周圍。研究者還發(fā)現(xiàn)，Aβ斑塊相關(guān)的無效血管新生誘導(dǎo)局部成熟的血管解離，小膠質(zhì)細(xì)胞通過吞噬作用導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞局部缺失［42］。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞可能在Aβ斑塊周圍通過吞噬作用導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞缺失、血管解離，進(jìn)而誘發(fā)血管新生。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，小膠質(zhì)細(xì)胞與血管新生有著密切聯(lián)系。在CNS生長發(fā)育過程中，血管可以吸引小膠質(zhì)細(xì)胞并促進(jìn)其釋放血管生成因子；在CNS疾病狀態(tài)下如缺血性腦卒中、腦腫瘤等，其又通過不同信號通路相互作用，相互影響。血管新生在不同疾病中發(fā)揮不同作用，既可能促進(jìn)疾病的發(fā)展，又可能改善疾病的預(yù)后。盡管越來越多的證據(jù)表明，小膠質(zhì)細(xì)胞在血管新生和BBB完整性的維持中發(fā)揮重要作用，但要確定小膠質(zhì)細(xì)胞在這些過程中的具體作用仍有待進(jìn)一步研究。而明確小膠質(zhì)細(xì)胞與血管新生的關(guān)系，對于今后通過小膠質(zhì)細(xì)胞對血管新生這一過程進(jìn)行精準(zhǔn)干預(yù)有重要指導(dǎo)意義。

作者貢獻(xiàn)：趙家慧、劉麗萍進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、可行性分析；趙家慧進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集、整理，撰寫論文；劉麗萍負(fù)責(zé)論文修訂、文章的質(zhì)量控制及審校，并對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。