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

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

1 小膠質(zhì)細(xì)胞的特點(diǎn)

小膠質(zhì)細(xì)胞起源于早期胚胎發(fā)生期間卵黃囊中的紅血球樣祖細(xì)胞，紅血球樣祖細(xì)胞分化為微膠質(zhì)祖細(xì)胞后存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[7]。在各種刺激作用下，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞可以獲得活化的表型，并促進(jìn)病理過程的發(fā)展。有研究認(rèn)為小膠質(zhì)細(xì)胞與巨噬細(xì)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(xiàn)，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可能同時產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)因子和神經(jīng)毒性因子[9]。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞可以在體外產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子，如TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-12、IL-10等。小膠質(zhì)細(xì)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(xué)功能密切相關(guān)，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(xué)位置[10]。小膠質(zhì)細(xì)胞具有明顯的吞噬作用，并在內(nèi)分泌、免疫學(xué)過程、中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和神經(jīng)重塑等幾種功能中起著重要作用。腦缺血可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，并且可對其活性進(jìn)行精確調(diào)節(jié)[11]。

2 腦缺血后小膠質(zhì)細(xì)胞的活化及其機(jī)制

腦缺血后的反應(yīng)包括氧化應(yīng)激、炎癥和神經(jīng)毒性等，在尋找有效的腦缺血治療策略中，因?yàn)榧せ畹男∧z質(zhì)細(xì)胞是引起神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵，其被認(rèn)為是潛在的治療靶點(diǎn)[12]。小膠質(zhì)細(xì)胞具有神經(jīng)保護(hù)作用和/或神經(jīng)毒性作用，其通過持續(xù)監(jiān)測微環(huán)境，吞噬壞死細(xì)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(jīng)元連接[13]；另一方面，過度活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可能會損害腦氧化代謝，并產(chǎn)生過多的促炎癥介質(zhì)，加劇腦損傷[14]。鑒于此，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化已被認(rèn)為是減輕腦缺血中基于小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)炎癥的治療策略[15]。小膠質(zhì)細(xì)胞激活的時間模式與其對腦細(xì)胞的影響方面存在矛盾的數(shù)據(jù)[16]。短暫性全腦缺血或腦內(nèi)局灶性缺血觸發(fā)靜息的小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化為M2型，這主要在腦中發(fā)揮抗炎和保護(hù)作用；但缺血時間延長則會促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞分化為M1型，在恢復(fù)的后期階段，最初極化成M2型的小膠質(zhì)細(xì)胞可以轉(zhuǎn)變成M1型[17]。所以在受影響的區(qū)域中存在兩種表型的細(xì)胞，但是這兩種細(xì)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(xì)胞因子對星形膠質(zhì)細(xì)胞具有保護(hù)作用，這可能對缺血后發(fā)生的反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)增生具有重要作用[18]。因此，腦缺血后抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活性對神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)局是否有益仍然不清楚。

小膠質(zhì)細(xì)胞能夠合成許多和膜結(jié)合的可溶性生物分子，已知有些具有神經(jīng)保護(hù)作用，有些具有神經(jīng)毒性，而另一些則具有較低的生物活性，因此，小膠質(zhì)細(xì)胞激活這些生物分子的機(jī)制已成為腦缺血研究中的重要領(lǐng)域[19]。在小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的生物分子的調(diào)控下，補(bǔ)體蛋白、趨化因子、促炎性細(xì)胞因子、神經(jīng)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(xì)胞外信號作出反應(yīng)[20]。因此，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞上受體或蛋白分子的表達(dá)，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化和促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)性物質(zhì)的釋放，可能有利于腦缺血的治療[21]。

3 全腦I/R與小膠質(zhì)細(xì)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(dǎo)致腦損傷。有研究用雙側(cè)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(guān)于I/R后的小膠質(zhì)細(xì)胞活性的數(shù)據(jù)，有研究發(fā)現(xiàn)缺血期間小膠質(zhì)細(xì)胞活性降低，小膠質(zhì)細(xì)胞減少且伸縮率減弱，但是腦I/R后的小膠質(zhì)細(xì)胞活性升高，這些數(shù)據(jù)表明大腦血流是維持小膠質(zhì)細(xì)胞活性的必要條件，腦I/R促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)和活性的改變[23]。一項研究調(diào)查了腦I/R后年齡和缺血持續(xù)時間對小膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)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(shù)據(jù)表明腦I/R時年齡和缺血持續(xù)時間均是小膠質(zhì)細(xì)胞活性的影響因素。

海馬是認(rèn)知的重要區(qū)域，海馬CA1區(qū)和海馬CA2/3區(qū)的小膠質(zhì)細(xì)胞活性比較結(jié)果顯示，相較于CA2/3區(qū)，小膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞的激活與神經(jīng)元氧化應(yīng)激增加和抗氧化水平降低相關(guān)，隨著抗氧化劑的減少，小膠質(zhì)細(xì)胞活性和氧化應(yīng)激增加，導(dǎo)致更多的神經(jīng)元變性和神經(jīng)元細(xì)胞死亡[26]。此外，Wei等[27]使用抗膠質(zhì)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(zhì)細(xì)胞的活性，發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的作用包括促進(jìn)神經(jīng)元存活、髓鞘形成、突觸形成和神經(jīng)形成及調(diào)節(jié)血腦屏障。盡管I/R期間膠質(zhì)纖維酸性蛋白陽性(GFAP+)細(xì)胞數(shù)增加，但形態(tài)學(xué)改變提示全腦I/R后星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能受損[27]。所有這些數(shù)據(jù)都表明全腦I/R后小膠質(zhì)細(xì)胞活性增加，星形膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)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(dǎo)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(nèi)動脈后再灌注24～48 h可誘導(dǎo)局灶性腦缺血[28]。I/R后，隨著小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)轉(zhuǎn)化，有學(xué)者采用增強(qiáng)Iba-1、ED-1、IB-4陽性免疫染色觀察到同側(cè)大腦半球的小膠質(zhì)細(xì)胞活性相比對側(cè)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(zhì)細(xì)胞活性更強(qiáng)，這與氧化應(yīng)激和Caspase3活性增加有關(guān)[30]。因此，腦I/R期間小膠質(zhì)細(xì)胞可能通過調(diào)節(jié)同側(cè)大腦細(xì)胞的凋亡而發(fā)揮作用。

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

5 心臟I/R后關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞活性的治療方法

心臟I/R后對于小膠質(zhì)細(xì)胞活性調(diào)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(zhì)細(xì)胞活性調(diào)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(zhì)細(xì)胞活性，但并不能改善神經(jīng)功能，因?yàn)樵谛呐KI/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(jīng)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(zhì)細(xì)胞活性,減少細(xì)胞凋亡，同時完整保存神經(jīng)元，提示電針能降低小膠質(zhì)細(xì)胞的活性和凋亡率，提高心臟I/R后留存神經(jīng)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(zhì)細(xì)胞的活性，但只有電針對心臟I/R損傷后的神經(jīng)細(xì)胞有保護(hù)作用。盡管兩項研究都顯示了干預(yù)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(jìn)行治療干預(yù)，對小膠質(zhì)細(xì)胞活性的影響效果尚不清楚[35]。

6 全腦I/R后關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞活性的治療方法

平衡活化小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)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(zhì)細(xì)胞活性，保護(hù)神經(jīng)元功能[36]。另一方面，全腦I/R后高溫和高氧復(fù)蘇可增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的活性，使腦功能進(jìn)一步惡化[37]。在動物模型中，探索關(guān)于藥物干預(yù)對小膠質(zhì)細(xì)胞活性的有益效果，使用預(yù)處理劑量為100 mg/kg的盧非酰胺(抗癲癇藥物)和預(yù)處理劑量為40 mg/kg的度洛西汀(抗抑郁藥)可降低小膠質(zhì)細(xì)胞的活性[38]。這與神經(jīng)元細(xì)胞存活增加、神經(jīng)元細(xì)胞死亡減少、星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少相關(guān)。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(zhì)細(xì)胞的活化，改善神經(jīng)炎癥，還可以增強(qiáng)星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)[39]。此外，黃芪苷可通過上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)來增強(qiáng)星形細(xì)胞反應(yīng)，從而起到神經(jīng)保護(hù)作用[40]。

以上研究提示，藥物干預(yù)可降低小膠質(zhì)細(xì)胞的活性，從而減少神經(jīng)元細(xì)胞死亡，提高全腦I/R后神經(jīng)元細(xì)胞生存率。相反，熱療和高氧復(fù)蘇治療全腦I/R會增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的活性并提高神經(jīng)元細(xì)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(fù)蘇并不會改變星形膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞在再灌注后被激活，與氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞凋亡有關(guān)，這將導(dǎo)致神經(jīng)功能缺損和腦死亡?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞在清除組織碎片、保護(hù)和支持剩余的腦細(xì)胞以及在信號傳導(dǎo)中起著關(guān)鍵作用。但是，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，觸發(fā)M1型和M2型之間轉(zhuǎn)變的確切機(jī)制，激活的時間模式以及激活的小膠質(zhì)細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子和趨化因子對其他細(xì)胞的作用，這些仍不完全清楚。了解小膠質(zhì)細(xì)胞的激活特征和確保適當(dāng)?shù)闹委煷胧?，有助于防止永久性腦損傷，減少大腦損傷。幾種藥理學(xué)干預(yù)可降低/減少小膠質(zhì)細(xì)胞活性、氧化壓力和炎癥，從而減輕大腦損傷，改善神經(jīng)功能。然而，所有這些治療都是在單一時間點(diǎn)進(jìn)行。因此，未來在腦I/R過程中于不同時間點(diǎn)進(jìn)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(yù)，可以更深入廣泛地了解小膠質(zhì)細(xì)胞的功能，更好地保護(hù)大腦及神經(jīng)功能，改善腦缺血預(yù)后。