凌心，程媛，余配全，谷景雪*

(1. 徐州市肿瘤医院药剂科，江苏 徐州；2. 徐州医科大学药学院，江苏 徐州)

1 小胶质细胞的起源和活化

小胶质细胞(Microglia)是中枢神经系统(CNS)中的常驻巨噬细胞，来源于胚胎卵黄囊中的祖细胞，是中枢神经系统的第一道也是最主要的免疫防线[1]。小胶质细胞除了具备典型的免疫细胞作用外，还可以通过吞噬功能清除脑内特有的物质如鞘磷脂碎片和异常聚集的蛋白等，并提供营养来保护大脑，从而保持脑稳态并支持组织修复[2]。干扰或破坏CNS内稳态可引发静息的小胶质细胞向活化表型的快速转化[3]。小胶质细胞的激活能够被各种环境因素引发，这个过程关联到形状变化和细胞中的分子以及表面的抗原谱的上调[4]。另外，小胶质细胞可以被病毒和细菌或疾病有关的蛋白(β-淀粉样蛋白(Aβ)和α-突触核蛋白)和死亡后的神经元所释放出的少部分可溶性的分子激活[5]。

活化的小胶质细胞是神经退行性疾病的典型病理生理特征[3]。大脑中主要存在两种类型的小胶质细胞：“静息态”和“激活态”小胶质细胞。文献表明中枢神经系统中小胶质细胞的激活有高度异质性，可将其分为两种相反的激活表型：M1和M2型[3,6]。根据激活的表型，小胶质细胞具备细胞毒性或神经保护作用[6]。M1或“促炎”表型(经典激活)使促炎症细胞因子和一氧化氮增加，神经营养因子减少，从而加剧炎症和细胞毒性[3]。相比之下，M2或“抗炎”表型(选择性激活)能够增加抗炎细胞因子，神经营养因子的表达以及其他一些参与炎症反应的信号分子的下调，从而表现出神经保护或修复作用[3]。初步研究结果表明，激活的M1/M2功能状态的表型转化可以根据疾病的发展阶段和严重程度来确定[7]。相关临床前模型中证实，当M2型小胶质细胞炎症的消退和修复过程减弱时，M1型小胶质细胞就会在损伤部位、疾病晚期占优势[6]。

M1/M2模式是一个简化的模型来解释炎症反应的两个极点，它类似于自然界的“阴阳”原则。人们广泛研究M1和M2型巨噬细胞对炎症诱导的人类疾病的不同影响。但是目前尚不清楚这两种表型之间是否存在形态差异或是否可以共存。然而，这两种表型能够在不同的环境中相互转化，这可能有助于神经退行性疾病发病机制的研究。

2 小胶质细胞与神经炎症

小胶质细胞是脑炎症和炎症性神经退行性疾病的关键细胞[9]。神经炎症的第一个症状是小胶质细胞的激活。当病原体、组织损伤、异常刺激、神经毒素、感染或损伤出现时，小胶质细胞被激活。在这种情况下，小胶质细胞开始聚集，增殖，迁移，吞噬细胞，将抗原呈递给T细胞，释放各种氧化剂并激活各种基因和蛋白质，包括促炎细胞因子，如白介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、COX-1、COX-2、活性氧(ROS)以及可能引起神经元功能障碍和细胞死亡的神经毒性化合物[10]。

图1 M1/M2型小胶质细胞[8]

2.1 神经炎症的发生与发展

炎症反应是由于机体的免疫细胞激活炎症级联来防止组织损伤或抗原的浸润而引起的[11]。炎症反应可以在机体各组织和器官部位发生。炎症反应是成功抵抗疾病和在损伤后重建体内平衡的基础，而急性炎症能够转变成慢性炎症，当炎症途径被错误地调节时，病情会恶化[12]。虽然大脑中的炎症可能会对受伤后的恢复过程产生负面影响，但炎症部分作用似乎是有益且必不可少的。了解炎症有时具有保护作用、有时具有破坏性行为的原因对于大脑相关损伤的研究至关重要。而通常所说的“神经炎症”是指中枢神经系统中继发于神经元损伤的炎症反应。

神经炎症被定义为大脑或脊髓内的炎症反应。在CNS损伤后，白细胞可流入损伤的部位并激活CNS中的内源性小胶质细胞，这些现象统一被称为神经炎症。这种炎症是由细胞因子、趋化因子、活性氧和次级信使的产生介导的。神经炎症涉及一个动态的多阶段生理反应，伴有一系列复杂的促炎因子级联，这些促炎因子修饰了中枢神经微环境[11]。此外，神经炎症的程度取决于主要刺激或损伤的环境、持续时间和过程。例如，炎症可导致免疫细胞的聚集、水肿、组织损伤和潜在的细胞死亡。且文献表明神经炎症可以损伤以及破坏相关的轴突和髓鞘部分，从而导致CNS中神经元以及少突胶质细胞的丧失[13]，这种不利的影响极易引发多种相关神经疾病，如：AD、PD、MS等。

2.2 小胶质细胞与神经炎症的关系

小胶质细胞是任何神经炎症讨论的焦点。这是因为这些先天免疫细胞执行主要的免疫监视和中枢神经系统的巨噬细胞样活动，包含细胞因子和趋化因子的产生。事实上，许多先天免疫能力的中枢神经系统是由小神经胶质介导的。正常情况下，小胶质细胞表达一组基因，这些基因使它们能够感知和筛选周围的炎症信号，促进神经元存活，促进活动依赖的突触重塑，吞噬受损细胞[14]。此外，活跃的小胶质细胞也会进行细胞骨架重组，改变细胞表面受体表达的模式。小胶质细胞可以杀灭入侵的病原体，去除受损神经元释放的毒性物质[15]，从而控制大脑内部发生的感染和损伤的扩散。然而过度激活的炎症细胞极具有破坏力，对神经系统造成严重的危害和损伤[6]。

在中枢神经系统中，源自先天和后天免疫系统以及神经胶质细胞(特别是小胶质细胞)的炎症效应因子可作为干扰脑组织动态平衡的传感器，并在神经元细胞损伤或异物进入大脑后局部积累。根据外部发生的刺激或是活化因子的种类以及持续时间的长短，小胶质细胞发生的激活可能是急性也有可能是慢性的[16]，小胶质细胞的急性活化在CNS中常常起着神经保护的作用，然而慢性活化常被认为是相关神经退行性疾病的一种潜在的机制。小胶质细胞的差异激活是调节神经炎症的中心点[17]。由于活化的小胶质细胞还可以产生抗炎介质和神经营养因子，如胰岛素样生长因子-1，神经胶质细胞源性神经营养因子，脑源性神经营养因子等，因此必须进行更多的研究才能从小胶质细胞的多功能性中获益。总之，小胶质细胞活化和细胞因子表达的增加是为了保护中枢神经系统，使宿主受益。尽管如此，慢性小胶质细胞激活可能导致强大的病理变化和神经行为并发症[18]。

3 小胶质细胞在神经退行性疾病发生发展中的作用

神经退行性病变是指大脑和脊髓中神经元的慢性和进行性丧失。具体地说AD是β淀粉样蛋白(Aβ)的沉积和tau蛋白胞内异常积累形成的神经原纤维缠结(NFTs)导致的记忆丧失和认知减退[19]，而PD的特点是中脑黑质致密部多巴胺神经元的选择性死亡[19]。肌萎缩性侧索硬化症(ALS)是由运动神经元的退化引起的[20]。

众所周知，小胶质细胞在这些疾病中被激活，并表达大量的免疫介质，比如IL-1β，TNF-α，ROS和NO，这一点已经得到了很好的证明[8,21]。在基础水平上，这些免疫介质可以作为清道夫来处理神经元的正常更替，并帮助清除坏死神经元的碎片，但在神经退行性疾病中，慢性激活的小胶质细胞可能会释放过多的这些细胞毒性因子，从而加剧病情的发展。例如，在AD中，未被小胶质细胞有效清除的Aβ沉积可以触发小胶质细胞分泌促炎症细胞因子，进一步损害神经元。因此，小胶质细胞的慢性激活已成为治疗神经退行性疾病和药物开发的一个主要焦点[21]。

3.1 小胶质细胞与AD

大多数神经退行性疾病影响着老年人口，由于医学的进步延长了寿命，老年人口正以指数级的速度增长，例如，AD预计在未来几十年仅在美国就会影响1380万65岁以上的老年人[22]。AD的两个主要特点，沉积的Aβ在皮肤表面形成老年斑和神经纤维缠结(Tau的高磷酸化聚集物)的积累形成，这些病理变化直接或间接地导致突触功能丧失、线粒体损伤、小胶质细胞活化和神经元细胞死亡[23]。在AD患者和动物模型中，小胶质细胞聚集在老年斑的四周，其密度是正常薄壁组织的2-5倍。它们控制细胞内Aβ，表现出促炎性形态变化，例如体细胞肿胀，并伴有促炎性标志物的增加，包括主要的组织相容性复合物II，CD36，IL-1，IL-6等[21]。

值得注意的是，胶质细胞-Aβ相互作用会导致早期突触丧失、神经毒性活性氧和氮物质(ROS和RNS)产生、NLRP3炎性小体的活化以及促炎性细胞因子的产生。在多种因素长期作用下，Aβ大量沉积于细胞外形成老年斑，刺激小胶质细胞活化与增殖，大量的炎性细胞因子被分泌释放，常常引发局部或普遍CNS的相关损伤，最终导致神经毒性的产生引起相关神经元退行性病变[24]。基于这些发现，小胶质细胞与Aβ的相互作用是一把双刃剑。即在疾病进展期间的某个时间点，小胶质细胞起着有用的作用，然后发展为功能异常的细胞。在监视大脑环境时，小胶质细胞对Aβ肽的感应会导致Aβ及伤害性物质的清除。然而，Aβ的持续产生及其与小胶质细胞的长期相互作用进一步推动了淀粉样蛋白的沉积，最终导致疾病恶化。

此外，tau的跨突触传播是通过解剖学上相连的突触发生的。然而，小胶质细胞也通过非突触传递途径-胞吞作用(通过吞噬作用)和胞吐作用(通过外来体)传播tau聚集体。小胶质细胞的耗竭抑制了tau的增值[25]，这表明小胶质细胞在AD发病机理中积极参与了tau的病理过程。此外，小胶质细胞可能通过调节邻近的星形胶质细胞间接促成神经元死亡。小胶质细胞衍生的免疫因子可诱导A1星形胶质细胞表型，通过营养支持减少、清除能力受损和毒素释放而导致神经元死亡[26]。因此，小胶质细胞及其相关的炎症反应对于揭示AD发病机制以及为AD的预防治疗提供理论依据都具有重要的意义。

3.2 小胶质细胞与PD

PD在最常见神经退行性疾病中位于第二，影响65岁以上的1.2%的个体。大多数病例是散发性的，有5%-10%的遗传性。临床表现为静息性震颤、运动迟缓、体位不稳、伴有认知障碍、自主神经功能障碍等非运动性症状[27]。在大脑内部，PD的发展过程中出现了一系列的神经病理变化，最终导致了诊断的标志：名为路易体(LBs)和路易神经元(LNs)的细胞内包裹体的聚集和致密部黑质(SNpc)多巴胺能(DA)神经元的丢失。越来越多的证据表明，神经炎症不仅是PD的一个后果，而且是其发展和进程中的一个重要因素。特别是小胶质细胞，可能有助于PD炎症的诱导和调节。

研究发现，PD患者黑质纹状体中的神经元细胞死亡伴随着显著的小胶质细胞活化，如，全基因组关联(GWAS)研究已将在小胶质细胞中特异性表达的人类白细胞抗原基因(HLADRA)鉴定为迟发性PD的遗传危险因素[28]。反应性小胶质细胞也在转基因小鼠PD模型中被发现。注射革兰氏阴性细菌内毒素脂多糖(LPS)，一种特别诱导小胶质细胞增生的毒素，显示黑质DA神经元丢失的迹象[29]。活化的小胶质细胞产生多种炎性介质，如TNF-α、IL-6、NOS2、COX2和活性氧，从而导致促炎症因子的过度积累和持续DA神经元的死亡通过正电子发射断层扫描(PET)分析，观察到存活PD患者的黑质纹状体中激活的小胶质细胞和DA神经元的显著死亡[30]。此外，反应性小胶质细胞也存在于黑质纹状体以外的脑区，如脑桥和基底神经节。这些发现表明小胶质细胞激活与PD进展相关，并诱导DA神经元毒性和死亡。因此研发抑制小胶质细胞激活的药物将为PD的治疗提供新的思路。

3.3 小胶质细胞与ALS

ALS是成年人中最严重和最常见的运动神经元退化性疾病之一[29]。它以运动皮层、脑干和脊髓为目标，涉及控制横纹肌的上下运动神经元的死亡。这会导致一些症状，如肌肉僵硬和抽搐，由于肌肉逐渐变小而导致的肢体无力，吞咽或说话困难。此外，多达一半的患者出现额颞叶痴呆(FTD)，其特征是额叶和颞叶的进行性退化、行为和人格变化以及语言和执行功能下降[31]。大多数情况下，在疾病的晚期，患者会因膈肌和肋间肌的衰弱导致呼吸衰竭从而死亡。肌萎缩性侧索硬化症是一种发病年龄和进展速度不一的疾病，从诊断开始，生存时间为3至5年[20]。

研究发现，在ALS小鼠模型和人类ALS患者的中枢神经系统中观察到激活的小胶质细胞数量增加。此外，对人类患者死后组织和ALS小鼠模型的研究表明，在神经元缺失的大脑区域，激活的小胶质细胞水平升高[32]。因此，关于ALS患者如何发生小胶质细胞活化有几种假说。假说一，慢性炎症相关的系统信号分子(即小胶质细胞“启动”)可以加剧小胶质细胞对第二种局部刺激的反应，如神经退行性疾病特有的蛋白质聚集的存在，增加了组织的损伤[33]。假说二，激活免疫系统的亚临床感染有可能把小胶质细胞给激活，导致ALS患者出现的炎症。还有假说称小胶质细胞可能的激活途径是通过肠道菌群的变化，因为据报道这些变化可以控制小胶质细胞的成熟和功能[34]。然而，将ALS与患者和小鼠模型肠道微生物群的改变联系起来的研究是有限的[35]。因而，全面了解小胶质细胞在ALS病理学中的作用及其治疗潜力至关重要，对ALS的病理生理机制的了解的进展鼓励了新的治疗方法可能被发现的现实希望。

4 展望

在过去的十几年里，小胶质细胞的相关研究数量呈指数增长。同时研究者也开始了解小胶质细胞在神经退行性疾病中的作用，并探索其对损伤反应的调节途径，包括使小胶质炎性反应保持在控制状态的神经保护性免疫检查点途径和促进清除有害刺激物的途径。小胶质细胞的活化及其过度产生的各种炎症介质对于神经退行性疾病治疗的机制摸索起到至关重要的作用，对于神经退行性疾病的研究工作具有深远意义。