M1/M2小胶质细胞在缺血性脑卒中的神经再生作用

苏广俊，刘改改，黄志华，李良东，3

（1.赣南医学院2020级硕士研究生；2.赣南医学院心脑血管疾病防治教育部重点实验室；3.赣南医学院第一附属医院，江西 赣州 341000）

在我国及西方国家，脑卒中是第3 位最常见死亡原因，仅次于冠心病和癌症［1-2］。脑卒中呈现出高发病率、高致残率、高死亡率、高复发率、高经济负担5 大特点［3］。缺血性脑卒中又称脑梗死，是各种原因导致局部脑组织脑血流突然中断，进而致使局部脑组织因缺血、缺氧而坏死，之后出现相应的神经功能缺损症状。

脑缺血早期，内皮细胞释放基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMPs）和其他蛋白酶来破坏血脑屏障，外周炎症细胞浸润。释放细胞因子导致炎症反应，另外，小胶质细胞的激活加重神经炎症，增加脑损伤［4］。近年来研究发现，小胶质细胞激活后可极化为M1 和M2 表型，M1 型表达促炎性细胞因子，引起继发性神经元损伤；M2 型表达抑炎性细胞因子，抑制神经炎症和修复组织［5］。越来越多的证据表明，M2表型的小胶质细胞在神经退行性疾病如脑卒中起重要的神经保护作用，并能促进脑卒中后神经元再生［6-7］。因此，通过调节小胶质细胞的表型，改善慢性脑缺血后神经炎症的微环境，促进神经系统的恢复是近年来重要的研究方向［8］。本文对脑缺血后小胶质细胞在髓鞘再生、神经元发生和血管再生方面的作用进行了综述。

1 小胶质细胞的发育和主要功能

小胶质细胞来源于骨髓的单核细胞和骨髓的造血干细胞［9］。它胞体很小，呈短棒状，突起表面粗糙，显有棘刺，分支少。胞核较小，形态不规则，可呈肾形、椭圆形或三角形，核染色质多。此细胞在中枢神经系统（Central nervous system，CNS）内分布较少，在灰质内多位于神经元胞体附近或在小血管周围［10］。小胶质细胞在胚胎发育阶段就已经开始发挥着重要作用［11］。如小胶质细胞参与控制神经元的生长发育和数量、参与突触剪切、调节发育中大脑的神经环路、支持其他的中枢神经系统细胞和促进脉管系统发育［12-13］。

小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞，它们是中枢神经系统损伤的第一反应者。在缺血性脑卒中发生后，小胶质细胞通过其表面的Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）感知内环境的变化，然后迅速被极化为不同表型［14］。M1 型小胶质细胞常见的表型标志性分子包括组织相容性复合物Ⅱ（Major histocompatibility complex Ⅱ，MHCⅡ）、分化群（Cluster of differentiation，CD）如CD3、CD16、CD32、CD40、CD68、CD86和环氧酶-2（Cyclooxygenase 2，COX2）、诱导型一氧化氮合酶（Inducible nitric ox⁃ide synthase，iNOS）等。在肿瘤坏死因子-γ（Tumor necrosis factor-γ，TNF-γ）、干扰素、肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor，TNF-α）和脂多糖（Lipopoly⁃saccharide，LPS）等的诱导下产生促炎细胞因子如白细胞介素-1β（Interleukin，IL-1β）、IL-6、IL-12、IL-23、一氧化氮（Nitric oxide，NO）、活性氧和MMPs 等，参与中枢神经炎症反应，加重血脑屏障破坏和抑制神经元发生［15］。M2 型小胶质细胞的表型标志物包括CD163、CD206、CD301 和精氨酸酶-1（Arginase-1，Arg-1）等，表达抑炎细胞因子如IL-4、IL-10、IL-13 和转化生长因子-β（Trans-forming growth factor，TGF-β）等。并且M2 型小胶质细胞可以分泌多种神经营养因子（Neurotrophins，NT）如脑源性神经营养因子（Brain derived neurotrophic factor，BDNF）、胶质细胞源性神经营养因子（Glial cell- derived neurotrophic factor，GDNF）、胰岛素样生长因子Ⅰ（Insulin likegrowth factor-Ⅰ，IGF-Ⅰ）、TGF、表皮生长因子（Epi⁃dermal growth factor，EGF）和成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factor，FGF）等，这些NT可以促进神经元的再生，抑制神经炎症和修复组织，有利于中风后神经功能的恢复［4］。在缺血性脑卒中后，M1型和M2 型小胶质细胞共存并可相互转化，因此，调节中风后小胶质细胞向M2 型极化将促进神经元再生，改变中风结局［16］。

2 小胶质细胞在缺血性脑卒中后髓鞘再生中的作用

少突胶质细胞（Oligodendrocyte，OLs）包绕神经纤维轴突、形成绝缘的髓鞘结构，髓鞘的功能是为沿神经纤维的快速电脉冲传导提供隔离，并为神经健康提供神经营养代谢因子。少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte Precursor Cells，OPCs）终生存在于大脑的所有区域，是中枢神经系统中唯一可以分化并替代OLs 的细胞类型［17］。在缺血性脑卒中中，少突胶质细胞肿胀，大多数的少突胶质细胞在缺血后3 h 内死亡［18］。OLs 死亡导致的神经纤维髓鞘损伤，OPCs被招募到这些损伤位点，增殖并分化为成熟的OLs细胞，促进髓鞘在裸露的轴突上恢复，以重建有效的电脉冲传导、神经健康和运动功能［19］。许多因素可以调节髓鞘再形成，包括细胞因子、生长因子和神经元活动［20］。

小胶质细胞与OLs的再生有关。一方面小胶质细胞参与了通过直接调节OPCs 行为来增强髓鞘再形成，脱髓鞘后小胶质细胞依赖CX3CR1 和RXR-g两种受体吞噬髓鞘碎片，促进OPCs 在损伤部位的募集和分化［21-22］。此外，小胶质细胞和单核细胞衍生的巨噬细胞通过创造一个支持OPCs 募集及其随后分化为成熟髓鞘生成少突胶质细胞的环境，促进髓鞘再形成过程［23］。不同的小胶质细胞表型在局灶性髓鞘再形成的特定阶段占优势。在缺血性脑卒中发生后，髓鞘再形成早期，OPCs大量增殖阶段，观察到M1 型小胶质细胞活化（通过诱导型一氧化氮合酶、TNF-α 和CD16、CD32 分子表达确定），此时OPCs 被募集到损伤部位［24］；M1 型小胶质细胞分泌的炎性因子TNF-α、CXCL13 和内皮素-2 可以促进OLs生成［25］。离体水平也发现，小胶质细胞在IFN-γ和LPS 的诱导下极化为M1 表型，并且M1 型小胶质细胞分泌的IL-1β 可以促进OPCs 分化为OLs，促进髓鞘再生［26］。在随后的OPCs 分化阶段，观察到小胶质细胞由M1型向M2型转变［24］（通过ARg1+、IgF1+和CD206+分子表达确定）。因此M1、M2 型小胶质细胞是髓鞘再形成所必需的，在髓鞘再形成中都起有利作用。

3 小胶质细胞在神经元再生中的作用

传统上认为，神经元是不可再生细胞，一旦损伤，则有效的神经元再生十分困难［27］。在缺血性脑卒中发生后，形成的梗死病灶由缺血中心区和其周围的缺血半影区组成。缺血中心区的血液供应降低至闭塞前的20%以下，此处细胞由于急性缺血缺氧而迅速死亡，且不可逆［28］，而缺血半影区的血流供应较缺血中心区多，且由于侧支循环存在，仍可获得部分血液供给，因此缺血半影区的损伤在一定时间内处于可逆状态。由于神经元具有可塑性，缺血半影区中存活的神经元能够和周围健康脑区神经元重组和重新分布，促进梗死区域神经元的再生，以实现功能恢复［29］。研究表明，在缺血性脑卒中后，小胶质细胞极化为不同表型，通过吞噬作用清除细胞碎片、合成和释放神经营养因子来促进缺血半影区中神经元活动，并可诱导其他脑区的神经前体细胞迁移至缺血半影区中，促使其增殖和分化为新生神经元来保护神经系统，促进神经功能的恢复［30］。

3.1 小胶质细胞在缺血性脑卒中中影响神经元发生在缺血半影区，被激活的小胶质细胞连同反应型星型胶质细胞和细胞外基质可以形成神经瘢痕［31］。而M2 型小胶质细胞可以诱导FIZZ1 蛋白和肝素结合型凝集素蛋白的分泌，防止神经瘢痕的降解［32］。虽然神经瘢痕在一定程度上限制了轴突的生长，但在脑缺血急性期发挥着很重要的作用，可以形成一个物理屏障，限制物质交换，有利于脑内环境稳态的恢复［33］。神经环路是脑神经元信息传递的基础，脑缺血导致神经环路破坏，而小胶质细胞对缺血性脑卒中后神经环路的再建具有重要意义。M2型小胶质细胞促进脑缺血后神经环路重建，有利于神经功能的恢复［34］，小胶质细胞表面TLR 是一种模式识别受体，其活性可被调节［35］。在缺血性脑卒中后，小胶质细胞通过其表面的TLR4 识别促炎因子，并激活NF-κB 通路参与炎症介质的释放，而当给予米索靛蓝后可以抑制TLR4/NFκB 信号通路，促进小胶质细胞从M1 型向M2 型转化来减轻中风后缺血再灌注损伤和发挥神经元保护作用［36］。在缺血性脑卒中后，在脑室下区（Subventricular zone，SVZ）只有M2 型小胶质细胞表达IGF-1 蛋白，并且伴随着缺血后2、6 和16 周SVZ 区神经发生增强，说明M2 型小胶质细胞支持脑缺血后神经发生［37］。有研究表明，在局部脑缺血后1至3天，M2型小胶质细胞数量短暂增加，之后数量下降，而M1 小胶质细胞在缺血性脑卒中的前14天持续增加［38］，因此，在缺血性脑卒中后，适当时机干预小胶质细胞极化可以减轻神经炎症损伤，发挥小胶质细胞的神经保护作用［39］。

3.2 小胶质细胞释放生长因子促进中枢神经系统修复IL-4对于缺血性脑卒中后小胶质细胞的极化和神经元的恢复至关重要，在缺血性脑卒中后，缺血神经元分泌的IL-4 明显增加，促进缺血半暗带中小胶质细胞向M2 型极化和吞噬损伤细胞，并且能诱导损伤神经组织的再生和损伤区域血管形成［40-41］。在损伤部位及其周缘被激活的小胶质细胞可以表达许多神经营养因子来促进神经元再生［42］，包括钙调蛋白、骨桥蛋白、血小板衍生生长因子、表皮生长因子（Epidermal Growth Factor，EGF）、成纤维细胞生长因子-2（Fibroblast growth factor，FGF-2）、睫状神经营养因子（Ciliary neurotrophic factor，CNTF）、激活素-A、胶质衍生生长因子、内皮素-2、IGF-1、神经营养因子、BDNF和NT-3等，这些物质对损伤后神经元的再生具有促进作用［43］。在缺血性脑卒中后，M2 型小胶质细胞释放的BDNF 可增加突触的可塑性，促进神经元轴突延伸和分支，增加神经元树突和树突棘的密度，促进卒中后新神经环路的形成［44］。而某些神经营养因子如神经生长因子（Nerve growth factor，NGF）可对小胶质细胞进行免疫调节，例如神经生长因子可通过调节小胶质细胞的表面分子，特别是通过降低主要组织相容性复合体-Ⅱ类水平，减少神经炎症，促进神经元的再生［45］。

3.3 小胶质细胞在神经前体细胞再生中的作用在成人中枢神经系统中，神经干细胞分布的2 个主要位置：SVZ 区和海马齿状回的颗粒下区［46］。当中枢神经系统损伤时，具有自我更新和分化能力的神经前体细胞会开始增殖并从CNS 的其他区域迁移至损伤部位，分化为新的神经元以代替受损的神经细胞［47］。有研究表明，在神经炎症中，M1 型小胶质细胞可负向调节神经前体细胞的活性，下调与神经前体细胞分化的细胞因子水平；而M2 型小胶质细胞可促进缺血性脑卒中后神经前体细胞向梗死灶的迁移，并促进神经前体细胞分化为神经元，有利于神经元的再生［48］。实验证明，在缺血性脑卒中后，吲哚美辛可以调节小胶质细胞的表型，促进中风后SVZ 区的神经前体细胞向梗死区迁移和分化为新的神经元细胞［49］。神经干细胞也可影响小胶质细胞的功能，神经干细胞可驱动小胶质细胞向SVZ 迁移，并可通过释放血管内皮生长因子来调节小胶质细胞的增殖和激活，但其调节机制还有待进一步探究［50］。小胶质细胞和神经干细胞之间的双向调节作用可能是缺血性脑卒中后促进神经元发生的新的治疗靶点。

4 小胶质细胞在血管再生中的作用

在缺血性脑卒中发生后，由于神经炎症反应与血管神经单元被破坏，将导致永久性神经功能缺陷。尽管临床表明缺血性脑组织的血运重建对于功能恢复至关重要，但目前尚无可促进脑卒中后血管新生的有效治疗方法。在缺血性脑卒中中M2 型小胶质细胞分泌的血管内皮生长因子（Vascular en⁃dothelial growth factor，VEGF）可促进脑梗死区微血管的形成和神经元的再生，改善神经功能，可能为治疗性血管新生提供靶点［51］。脑缺血可诱导小胶质细胞促炎细胞因子的产生，并使小胶质细胞趋向M1 型活化，Wnt/β-catenin 途径激活剂TWS119 可改善缺血性脑卒中后小胶质细胞介导的神经炎症状态，并通过将小胶质细胞调节为M2 型来促进血管生成［5］。在脑缺血再灌注后24 h 内，观察到缺血半影区M1 型小胶质细胞吞噬血管内皮细胞，致使局部内皮细胞激活，血管崩解，最终导致血脑屏障（Blood brain barrier，BBB）破坏［52］。在缺血性脑卒中中，被激活的小胶质细胞可以调节脑血管内皮细胞的增殖，这是血脑屏障修复和血管再生的重要步骤。当BBB 破坏后，小胶质细胞可沿着脉管系统迁移至BBB破裂处，迅速接触并包绕脉管系统，这对缺血性脑卒中后微动脉的形成是十分重要的［53］。小蘗碱通过AMPK 依赖性小胶质细胞M2 型极化改善大鼠大脑中动脉闭塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）后的功能恢复并促进血管生成［54］。在氧-葡萄糖剥夺（Oxygen-glucose deprivation，OGD）模型中诱导小胶质细胞向M2 型极化，分泌诸如VEGF，MMP-9、BDNF 和TGF-β 等因子促进血管生成，抑制神经元凋亡，有利于局灶性脑缺血后恢复［55］。

5 小结与展望

在急性缺血性脑卒中发生后，小胶质细胞可被迅速激活并极化为促炎的M1 型和抑炎的M2 型，发挥组织损伤和神经保护双重作用。其中，M2型小胶质细胞在髓鞘形成和再形成、神经元再生和血管再形成过程中发挥关键作用，是缺血性脑卒中后促进神经元再生的主要靶点。因此，对于缺血性脑卒中的未来治疗，我们可通过促进小胶质细胞向M2 型极化、减少M2 型向M1 型转变、增加M2 型小胶质细胞表达时间，促进神经再生和功能恢复。然而，小胶质细胞的活化具体机制如何、M2型小胶质细胞数量是否越多越好、M1/M2 型小胶质细胞对神经元再生的最佳比例如何都有待探索，并且M1/M2 型小胶质细胞如何与其他神经细胞如神经干细胞、神经元和神经胶质细胞相互作用影响神经元的再生也需要进一步的研究，这对开发缺血性脑卒中的有效治疗方法至关重要。因此，尚需要进一步的深入研究，来确定小胶质细胞与缺血性脑卒中的关系，为神经损伤修复制定有效的策略。