李彥，白帆，荊瀛黎，于艷

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是一種以脊髓長軸索被破壞為主并伴有功能障礙的神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。據(jù)估計(jì)，世界上SCI的年發(fā)病率為每100萬人10.4～83例，平均每年有25萬～50萬人飽受SCI的困擾[2,3]。SCI的發(fā)病機(jī)制可分為2個(gè)階段，直接由誘發(fā)事件引起的原發(fā)性損傷（創(chuàng)傷、缺血）和延遲性繼發(fā)性損傷。與原發(fā)性損傷不同，繼發(fā)性損傷是一個(gè)漸進(jìn)的過程，表現(xiàn)為損傷處可見的囊性空腔、炎癥[1,4]、氧化應(yīng)激[5,6]和膠質(zhì)瘢痕形成[7]等一系列復(fù)雜的病理過程。在損傷初期，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞（astrocytes，AS）在抑制炎癥反應(yīng)和恢復(fù)穩(wěn)態(tài)中有重要作用；但損傷后期，瘢痕內(nèi)反應(yīng)性AS增生對神經(jīng)軸突的再生和組織修復(fù)形成物理及化學(xué)的雙重障礙，不利于SCI的治療和預(yù)后，是目前臨床治療中難以克服的問題。通過神經(jīng)再生重建通路以及通過神經(jīng)保護(hù)抑制繼發(fā)性損傷是當(dāng)前SCI治療的兩個(gè)主要策略。

AS是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中數(shù)量最多的細(xì)胞，在維持穩(wěn)態(tài)、突觸可塑性的發(fā)展及神經(jīng)保護(hù)中發(fā)揮重要作用[8,9]。AS在神經(jīng)損傷、炎癥、缺氧等情況下活化，活化的反應(yīng)性AS具有神經(jīng)毒性（A1）和神經(jīng)保護(hù)（A2）的雙重作用。反應(yīng)性AS增生在SCI的病理進(jìn)程中起到關(guān)鍵性作用，精準(zhǔn)理解反應(yīng)性AS有助于揭示SCI領(lǐng)域的潛在靶點(diǎn)和方向。本文主要圍繞反應(yīng)性AS及其不同表型在SCI后發(fā)揮的作用做一綜述。

1 AS的生理功能

AS的概念最早在1856年由Virchow提出，是哺乳動(dòng)物腦內(nèi)分布最廣泛的細(xì)胞類型，約占神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的50%，參與許多重要的生理和病理進(jìn)程[8,9]；其伸展填充在神經(jīng)細(xì)胞的胞體及突起之間，維持神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，同時(shí)為神經(jīng)元提供代謝和營養(yǎng)支持[8]。AS與毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，參與組成血腦屏障，調(diào)節(jié)CNS組織內(nèi)的血液流動(dòng)[11]。正常組織中的AS持續(xù)表現(xiàn)出短暫的細(xì)胞內(nèi)鈣離子升高的生理激活，參與介導(dǎo)多種關(guān)鍵的生理功能[12]，包括誘導(dǎo)并參與控制神經(jīng)元突觸的形成、影響突觸可塑性及參與神經(jīng)回路的發(fā)育[11,13]，可以穩(wěn)定細(xì)胞間通訊、維持離子穩(wěn)態(tài)、防御氧化應(yīng)激[6,14]等。此外，AS影響神經(jīng)營養(yǎng)因子轉(zhuǎn)錄[15]，并在調(diào)控神經(jīng)再生中起到重要的生物學(xué)作用。

2 反應(yīng)性AS增生

反應(yīng)性AS增生也稱AS活化，激活狀態(tài)的AS在反應(yīng)性AS增生的過程中失去其正常的生理功能。受特定信號(hào)的調(diào)節(jié)，反應(yīng)性AS增生是一種漸進(jìn)的現(xiàn)象，表現(xiàn)為AS肥大、周圍突起增多增大、胞質(zhì)豐富、細(xì)胞增殖，中間絲蛋白如巢蛋白（nestin）、膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）及波形蛋白的表達(dá)增加，細(xì)胞結(jié)構(gòu)、能量代謝、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及基因轉(zhuǎn)錄水平等改變，形成明顯的膠質(zhì)瘢痕及長期的組織改變[16,17]。反應(yīng)性AS在損傷部位的激活和遷移提供了一種早期的防御機(jī)制，以減輕損傷的程度[18]。

Barres團(tuán)隊(duì)[19]在2012年報(bào)道了2種不同表型的反應(yīng)性AS，一種為神經(jīng)毒性反應(yīng)型AS（A1），另一種為神經(jīng)保護(hù)性反應(yīng)型AS（A2）。炎癥引起的損傷性變化，稱為A1型AS，被認(rèn)為是一種潛在的有害類型，可能是由激活的小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)[20]；缺血誘導(dǎo)引起的恢復(fù)性變化，稱為A2型AS，可以上調(diào)幾種神經(jīng)營養(yǎng)因子，可能是一種保護(hù)性類型。

由于反應(yīng)性AS增生表型的多樣性，通常將GFAP與s100b（calcium-binding protein B）作為反應(yīng)性AS的標(biāo)記物。腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）產(chǎn)生的補(bǔ)體C3（complement 3，C3）及補(bǔ)體成分1q（complement component 1q，C1q）是促進(jìn)A1型AS的分化因子[20,21]，故作為A1型AS的標(biāo)記物；而以GFAP與s100A10、Tgm1、CD109及Ptx3作為A2型AS的特異性標(biāo)志物[22-24]。

3 反應(yīng)性AS增生參與SCI后的病理過程

3.1 SCI后的主要病理過程

SCI激活駐留在損傷部位的AS和周細(xì)胞，并從外周招募浸潤的成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，導(dǎo)致?lián)p傷的脊髓出現(xiàn)持久的膠質(zhì)（細(xì)胞）和纖維化（非細(xì)胞）瘢痕[25,26]。瘢痕壁的AS成分由幾個(gè)關(guān)鍵過程形成，首先是炎癥細(xì)胞因素驅(qū)動(dòng)的AS從損傷中心向最外層邊緣的快速遷移，其次是損傷區(qū)邊緣的反應(yīng)性AS增生，隨后是中間絲蛋白的累積、膠質(zhì)層重組[27]。損傷區(qū)周圍的反應(yīng)性AS增生嚴(yán)重影響SCI后神經(jīng)修復(fù)的微環(huán)境，也決定了SCI的程度和預(yù)后。反應(yīng)性AS對SCI反應(yīng)的區(qū)域異質(zhì)性，更提示反應(yīng)性AS是一個(gè)能夠有效促進(jìn)SCI后組織保護(hù)和神經(jīng)修復(fù)的潛在干預(yù)靶點(diǎn)。反應(yīng)性AS可在損傷的脊髓中持續(xù)高表達(dá)2周[29]。SCI后2周及更長時(shí)間后，神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成的AS完成其表型改變，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘢痕完全成熟[30]，其完整性提供了限制炎癥擴(kuò)散的關(guān)鍵屏障[31]，對穩(wěn)態(tài)恢復(fù)、殘余組織保護(hù)和免疫調(diào)節(jié)具有重要作用，有助于受損組織的修復(fù)和功能改善。在SCI晚期，損傷區(qū)周圍過度的膠質(zhì)瘢痕增生嚴(yán)重影響神經(jīng)纖維的再生及損傷區(qū)內(nèi)原始細(xì)胞的再生，不利于功能的恢復(fù)[32]。因此，正確認(rèn)識(shí)反應(yīng)性AS在SCI病理進(jìn)展過程中擔(dān)任的角色，對確定SCI后恢復(fù)運(yùn)動(dòng)和感覺功能的治療策略有著重要的意義。

3.2 反應(yīng)性AS介導(dǎo)的膠質(zhì)瘢痕在SCI后的消極作用

瘢痕內(nèi)的反應(yīng)性AS分泌生長抑制分子，如信號(hào)素3A，可以阻止CNS的神經(jīng)恢復(fù)[33,34]。膠質(zhì)瘢痕形成后，硫酸軟骨素蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs）在反應(yīng)性AS中大量表達(dá)，故CSPGs被認(rèn)為是SCI后軸突再生的主要抑制劑[35]，其將生長錐轉(zhuǎn)化為過度粘附的營養(yǎng)不良狀態(tài)[36]，從而抑制軸突的再生；而抑制CSPGs的形成可促進(jìn)軸突再生，進(jìn)而促進(jìn)脊髓功能的恢復(fù)[37]。雖然在SCI后早期，反應(yīng)性AS是產(chǎn)生CSPGs的主要來源[31]；選擇性消融AS后，損傷區(qū)域充滿了GFAP-/CSPG+的細(xì)胞，證實(shí)其并不是SCI后CSPG占主導(dǎo)的產(chǎn)生者[38]。在SCI的小鼠模型中，在損傷區(qū)內(nèi)注射抗整合素β1抗體（against integrin β1，anti-β1）以阻止膠質(zhì)瘢痕的形成，可以顯著改善軸突再生和功能恢復(fù)[39]。應(yīng)用褪黑素作用于炎癥細(xì)胞因子，可以抑制SCI后的瘢痕形成[40]。以生物材料為基礎(chǔ)的組織工程學(xué)的應(yīng)用，抑制SCI后反應(yīng)性AS的增殖，進(jìn)而促進(jìn)軸突再生[41]。

3.3 反應(yīng)性AS介導(dǎo)的膠質(zhì)瘢痕在SCI后的積極作用

反應(yīng)性AS增生是SCI急性期恢復(fù)CNS內(nèi)部穩(wěn)態(tài)所需的一種生理反應(yīng)[14]。Anderson等[38]報(bào)道，AS瘢痕的形成可以作為促進(jìn)再生的必要通路，有助于而不是阻止CNS軸突的再生。邊界形成的反應(yīng)性AS增生有助于將壞死的病灶組織與正常組織分離，并恢復(fù)血腦屏障，防止繼發(fā)性損傷引起的炎癥反應(yīng)的潛在加重、細(xì)胞死亡及組織的進(jìn)一步損傷[42]。反應(yīng)性AS有助于突觸重塑和回路重組[42-44]；甚至許多科學(xué)家不再支持長期以來認(rèn)為的反應(yīng)性AS是CNS軸突再生失敗的主要原因的觀點(diǎn)[38,45,46]。YAP（Yes-associated protein）作為bFGF的下游，通過負(fù)調(diào)控CRM1介導(dǎo)的p27Kip1核分布，促進(jìn)AS的增殖。SCI后，bFGF上調(diào)，通過RhoA途徑誘導(dǎo)YAP的激活；而YAP條件敲除可顯著抑制小鼠SCI后AS增殖，抑制膠質(zhì)瘢痕形成，進(jìn)而抑制軸突再生，影響行為功能的恢復(fù)，bFGF-RhoA-YAP-p27Kip1軸介導(dǎo)的神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成可能是一種潛在的SCI治療策略[47]。

4 反應(yīng)性AS的不同表型對SCI修復(fù)的雙重作用

炎癥引起的A1型AS和缺血誘導(dǎo)引起的A2型AS[19]，這2種表型的反應(yīng)性AS在SCI后的病理進(jìn)展過程中起到雙重作用，為治療SCI提供了干預(yù)的時(shí)間窗。

4.1 A1型AS活化對SCI的影響

反應(yīng)性AS增生在SCI的進(jìn)展過程中是一個(gè)動(dòng)態(tài)的反應(yīng)[48]，對功能恢復(fù)存在有益或有害的影響[49]。SCI后1周，由LPS刺激的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的IL-1α、TNF-α和C1q誘導(dǎo)的A1型AS，其失去AS的原始功能，增加炎癥細(xì)胞因子的分泌，引起神經(jīng)毒性[20,24]；損傷區(qū)內(nèi)A1型AS數(shù)量增多，特異性上調(diào)Notch信號(hào)通路及其下游基因的表達(dá)水平。γ分泌酶阻斷劑（DAPT）通過阻斷Notch通路抑制A1型AS的分化，緩解其引起的繼發(fā)性損傷，如神經(jīng)元凋亡和軸突損傷，這可能是通過Notch依賴釋放促炎因子，與信號(hào)傳感器和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）相互作用，影響A1型AS的分化命運(yùn)。因此，反應(yīng)性AS的Notch通路可能成為SCI的有效治療靶點(diǎn)。

NF-κB信號(hào)通路參與SCI后A1型AS的病理過程[50]。反應(yīng)性AS的基因轉(zhuǎn)錄組分析表明，A1型AS上調(diào)許多基因（如補(bǔ)體級(jí)聯(lián)基因），這些基因已被證明對突觸具有破壞性[50]，且不能促進(jìn)神經(jīng)元的存活和生長[20]。間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）和間充質(zhì)干細(xì)胞-外泌體（MSC-exos）可能通過抑制NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位，減少SCI誘導(dǎo)的A1型AS，并在SCI后發(fā)揮抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用[51]。熱休克轉(zhuǎn)錄因子1（heat shock transcription factor 1，HSF1）抑制NF-κB的活性，進(jìn)而抑制補(bǔ)體成分C3的表達(dá)，成為阻斷SCI后A1型AS轉(zhuǎn)化的潛在靶點(diǎn)[52]。

4.2 A2型AS活化對SCI的影響

SCI后2周，神經(jīng)保護(hù)性A2型AS上調(diào)了許多神經(jīng)營養(yǎng)因子，如轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor beta，TGFβ）、神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）、堿性成纖維細(xì)胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）及血小板源性生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）等[24]，促進(jìn)神經(jīng)元的存活和生長，以及促進(jìn)血栓反應(yīng)蛋白的表達(dá)，進(jìn)而有利于突觸修復(fù)[50]。A2型AS可通過產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子，如趨化因子樣信號(hào)蛋白（Prokineticin-2，PK2）等，表現(xiàn)出神經(jīng)保護(hù)功能[52,53]。Kisucka等[24]報(bào)道，SCI后期，在損傷節(jié)段以上A2型AS的表達(dá)是上調(diào)的，這為神經(jīng)軸突的再生提供了良好的保護(hù)性微環(huán)境。

STAT3通路的激活通常有助于損傷修復(fù)和細(xì)胞存活[54]；而miR-21可能是一個(gè)調(diào)節(jié)AS活化的開關(guān)[55]。當(dāng)miR-21表達(dá)下調(diào)時(shí)，A1型AS可以向A2型AS轉(zhuǎn)化。相反，當(dāng)miR-21表達(dá)上調(diào)時(shí)，A2型AS轉(zhuǎn)化為A1型AS。受miR-21調(diào)控的A2型AS通過STAT3信號(hào)通路靶向Gpc6和膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF），促進(jìn)突觸形成和神經(jīng)突生長[56]。SCI后，STAT3介導(dǎo)的增殖性瘢痕形成的AS的消融可引起損傷的進(jìn)一步加劇，包括廣泛的軸突變性[38]。STAT3信號(hào)通路可能通過抑制A1型AS的轉(zhuǎn)化和促進(jìn)A2型AS的轉(zhuǎn)化發(fā)揮重要的神經(jīng)保護(hù)功能。

雖然，反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞的不同亞型參與了SCI后的不同病理過程，有效增加A2/A1型AS的比例[57]可能是改善SCI后功能恢復(fù)的一種非常有效的治療策略；但隨著對反應(yīng)性AS研究的深入，更多的科學(xué)家支持基于疾病模型的多參數(shù)多維度對反應(yīng)性AS的功能評價(jià)和研究[58]。這也為進(jìn)一步確定反應(yīng)性AS在SCI后的修復(fù)治療和干預(yù)靶點(diǎn)提供了新的思路和方向。

5 總結(jié)及展望

SCI是一種破壞性極大的CNS創(chuàng)傷性疾病[59]。SCI后，成體神經(jīng)元再生能力較差，同時(shí)抑制性膠質(zhì)微環(huán)境的存在，影響SCI后軸突再生和功能恢復(fù)。AS通過反應(yīng)性星形膠質(zhì)增生的過程參與SCI的病理過程，這已成為CNS病變的病理標(biāo)志[22]?，F(xiàn)有證據(jù)支持通過阻斷某些通路可以減少瘢痕形成的假說，這為未來的SCI治療提供了新的方向。SCI后，大多數(shù)反應(yīng)性AS對損傷后病理微環(huán)境動(dòng)態(tài)變化反應(yīng)的可塑性[60]為干預(yù)和治療SCI提供更多的可能性。此外，單一研究反應(yīng)性AS在SCI修復(fù)中的作用是局限的，更需要結(jié)合損傷區(qū)及其周圍的巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞、周細(xì)胞/纖維細(xì)胞、室管膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在SCI后的聯(lián)合作用進(jìn)行深入探討[61]。因此，未來在SCI的研究中，應(yīng)利用多重技術(shù)手段，結(jié)合多組學(xué)及單細(xì)胞測序等方法，精準(zhǔn)詳細(xì)解析反應(yīng)性AS對于SCI治療的重要意義。通過特異性啟動(dòng)子或病毒衣殼修飾，靶向調(diào)控反應(yīng)性AS，抑制炎癥反應(yīng)，消除反應(yīng)性AS的有害作用，增強(qiáng)其神經(jīng)保護(hù)作用，最終促進(jìn)SCI的功能恢復(fù)，提高SCI患者的生存質(zhì)量。