【综述】小胶质细胞在蛛网膜下腔出血后神经炎性反应和脑损伤中的作用及机制

摘要:蛛网膜下腔出血(SAH)是一种常见的出血性脑血管疾病,致死､致残率高｡SAH对中枢神经系统造成的损伤主要包括早期脑损伤(SAH发生后72 h内)和继发性脑损伤(SAH发生72 h后)两个阶段｡在不同的脑损伤阶段,小胶质细胞通过不同的信号通路发挥促炎或抗炎作用｡在早期脑损伤阶段,主要是M1型小胶质细胞释放炎性介质并诱导炎性反应和神经毒性反应,发挥促炎作用;在继发性脑损伤阶段,主要是M2 型小胶质细胞释放抗炎介质并诱导抗炎和神经保护作用｡这些信号通路有可能成为SAH后潜在的治疗靶点,改善SAH预后｡该文对小胶质细胞在SAH后神经炎性反应和脑损伤中的作用及机制进行综述｡

蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是脑底部或脑表面血管破裂后,血液流入蛛网膜下腔引起相应临床症状的一种卒中｡SAH 的发生率占所有卒中的5% ~ 10%,自发性SAH最常见的病因是颅内动脉瘤破裂｡根据损伤发生时间,SAH后中枢神经系统损伤可以分为早期脑损伤(SAH后72 h 内)和继发性脑损伤(SAH 72 h 后)｡研究显示,早期脑损伤与SAH后延迟性脑缺血发病率和死亡率有关,继发性脑损伤与SAH患者的不良预后有关｡而在SAH幸存者中,30% ~ 50%的患者会出现迟发性神经系统功能障碍,导致生活质量下降和社会经济负担增加｡因此,对SAH所致神经系统损害的机制进行研究具有重要的临床意义｡

既往研究认为,血管痉挛导致的脑缺血是SAH后脑损伤的主要原因,也有研究表明,神经炎性反应也与SAH后脑损伤关系密切｡Schneider等证实,人和小鼠SAH后,小胶质细胞被激活,释放促炎细胞因子,导致神经细胞死亡,提示小胶质细胞介导的神经炎性反应在SAH后脑损伤中发挥重要作用｡本文对小胶质细胞在SAH后神经炎性反应和脑损伤中的作用及机制进行综述｡

1 小胶质细胞

小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞,占神经细胞的5% ~ 10%,和外周的巨噬细胞同属于先天免疫系统,为唯一起源于髓系的胶质细胞,完全从胚外的卵黄囊中发育而来｡也有研究者提出其来源于神经外胚层或中胚层前体细胞｡小胶质细胞对维持中枢神经系统微环境的稳态至关重要,可以向M1(促炎)或M2(抗炎)表型转化,发挥不同的生物学作用｡

M1型小胶质细胞主要发挥吞噬作用,其过度激活会引发或维持慢性炎性反应;各种促炎性细胞因子,如肿瘤坏死因子α(TNF-α)､白细胞介素1β(IL-1β)和IL-12等分泌增多,诱导型一氧化氮合酶表达水平上升,可能会引起更严重的继发性病理损伤｡

M2型小胶质细胞则起到抗炎､抗氧化､吞噬细胞碎片､清除血肿等作用,其主要分泌IL-10､转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)､糖皮质激素等抗炎因子和血管内皮生长因子､脑源性神经营养因子等生长因子,促进损伤修复和中枢神经系统内细胞再生｡M2型小胶质细胞还可以作为吞噬细胞清除中枢神经系统中的斑块､神经原细胞碎片,通过组织纤溶酶原激活物清除血肿｡

综上,M1型小胶质细胞释放炎性反应介质并诱导炎性反应和神经毒性反应,M2型小胶质细胞释放抗炎介质并诱导抗炎和神经保护作用,两者之间可以相互转化｡

此外,作为中枢神经系统免疫细胞,小胶质细胞通过Tol样受体(Toll-like receptor,TLR4)-髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)､哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)和高迁移率族蛋白B1(high mobility group box protein 1,HMGB1)相关信号通路调节神经元凋亡,但目前仍不清楚是何种小胶质细胞发挥此类作用｡

通过研究小胶质细胞与中枢神经系统损伤的关系,可以进一步理解其在SAH后神经炎性反应和脑损伤中的作用及机制｡

2 小胶质细胞与SAH后炎性反应

小胶质细胞在SAH 后脑损伤中发挥的作用目前仍存在较大争议｡既往研究将SAH 后脑损伤主要分为两个阶段,分别为早期脑损伤和继发性脑损伤｡这两个阶段有着不同的病理生理学表现｡在早期脑损伤阶段,小胶质细胞增多,M1 型的极化反应迅速,细胞因子和炎性反应因子与小胶质细胞相互作用,引起中枢神经系统炎性反应和其他神经细胞功能改变,甚至细胞死亡;M2 型小胶质细胞主要在继发性脑损伤阶段出现,起到神经保护的作用｡

2. 1 早期脑损伤

早期脑损伤主要分为急性期和亚急性期(急性期为出血后24 h 内;亚急性期为出血后1 ~ 3 d )｡SAH后,在大脑中靠近出血部位和基底池位置可以观察到神经变性和细胞凋亡,这些凋亡细胞释放损伤相关分子模式,如HMGB1 等,激活小胶质细胞,在中枢神经系统中引发炎性反应｡随着蛛网膜下腔内的血液降解,血红素和血红蛋白等产物累积,通过衔接蛋白,下游的一系列信号通路被激活,小胶质细胞进一步活化,启动炎性级联反应,产生的促炎性细胞因子通过触发细胞凋亡,干扰脑血管舒张与收缩｡脑血管痉挛是SAH后最致命的并发症之一,表现为脑血管无序收缩,可能导致严重缺血性卒中｡目前认为血管痉挛主要与M1型小胶质细胞有关,主要机制如下:(1)SAH 后,TLR4 上调,MyD88在小胶质细胞和星形胶质细胞中过度表达｡MyD88 激活核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB),上调参与炎性反应和后续组织损伤的几个基因的表达,引发血管痉挛｡(2)释放氧自由基引起血管内皮细胞损伤,导致血管痉挛｡(3)开放钾离子通道,引起细胞膜去极化,血管平滑肌上电压依赖性钙离子通道开放,细胞内钙离子外流,诱发血管痉挛｡(4)上调内皮素释放水平,造成血管收缩｡此外,小胶质细胞通过分泌一氧化氮攻击细胞膜和线粒体,对血管内皮细胞和平滑肌细胞造成损害,或通过分泌TNF-α､IL等细胞因子使神经元发生炎性损伤,导致神经元死亡,进而导致继发性脑损伤｡过表达的TNF-α 同时可反馈性激活小胶质细胞,进一步加重损伤｡

然而,在早期脑损伤阶段,也有研究观察到除发挥促炎作用外,M1型小胶质细胞在某些因素的刺激下,可以向M2 型转化,发挥一定的神经保护作用｡具体机制为:(1)通过激活代谢型谷氨酸受体5,上调抗凋亡B淋巴细胞瘤-2基因蛋白表达,减弱小胶质细胞的激活,从而降低促炎因子IL-1､IL-6､TNF-α的表达水平,减少神经元凋亡并减轻水肿,改善SAH后早期脑损伤｡(2)发挥吞噬功能,吞噬蛛网膜下腔的破碎红细胞等,再利用血红蛋白加氧酶1 将血红蛋白降解为胆绿素､亚铁离子和一氧化碳,从而减少其引起的炎性反应｡(3)通过上调神经珠蛋白的表达,清除活性氧,减少氧化应激导致的细胞死亡｡

2. 2 继发性脑损伤

继发性脑损伤主要分为迟发性脑损伤和慢性脑损伤两个阶段:迟发性脑损伤为出血后3 ~ 14 d;慢性脑损伤为出血后> 14 d｡

在迟发性脑损伤阶段,过氧化物酶2 与小胶质细胞上的TLR4 相互作用,通过TLR4 / MyD88 /NF-κB信号通路激活M1 型小胶质细胞,表达和释放促炎因子,引起脑血管无序收缩,加重已有的脑损伤,最终引起神经元死亡｡与此同时,小胶质细胞利用血红蛋白加氧酶1 将血红蛋白降解为胆红素､铁离子和一氧化碳,从而减轻神经元凋亡和坏死､血管痉挛和认知功能受损,发挥保护作用｡在慢性脑损伤阶段,小胶质细胞通过上调IL-6､TLR4及TNFα的表达,增加血-脑屏障通透性,招募额外的外周免疫细胞,对中枢神经系统修复可能有长远的积极影响｡

3 SAH相关治疗靶点及药物

目前针对SAH的药物治疗,主要目的是预防或降低各种继发性脑损伤,包括神经免疫调节剂､肝素､格列本脲､布洛芬､西洛他唑等｡

前文所述的脑损伤机制和信号通路,部分已有可能成为SAH治疗的潜在靶点,如:(1)通过促红细胞生成素受体-络氨酸激酶2-信号转导与转录活化因子3 信号通路,促红细胞生成素可以改善小鼠SAH后急性阶段的脑损伤,促进小胶质细胞向抗炎的M2表型转化｡这表明在早期脑损伤的情况下,使用促红细胞生成素治疗早期SAH 患者,可能会有较大获益｡(2)mTOR是细胞自噬的负调控因子,在SAH后脑实质内表达增加｡mTOR抑制剂刺激小胶质细胞向M2 表型分化,缓解早期脑损伤,mTOR受体抑制剂的使用可能会改善早期脑损伤｡

上述研究结果表明,药物可以通过促进小胶质细胞向M2型转化,缓解脑血管痉挛,减少神经元死亡,减轻脑部炎性反应,保护大脑,改善SAH预后｡

4 总结

小胶质细胞作为中枢神经系统免疫细胞,在SAH后脑损伤的病理生理过程中发挥重要作用｡相关研究表明,在不同的脑损伤阶段,小胶质细胞通过不同的信号通路发挥促炎或抗炎作用｡在早期脑损伤阶段,主要是M1型小胶质细胞发挥促炎作用;在继发性脑损伤阶段,主要是M2 型小胶质细胞发挥抗炎作用｡

本文中提出的潜在治疗靶点尚未转化为临床治疗｡目前只有促红细胞生成素被用于动脉瘤性SAH患者的人体临床试验,结果尚不确定｡此外,一些神经炎性反应过程和机制还未得到完全证实,仍然为猜测性的｡SAH治疗药物研究应着眼于如何发挥小胶质细胞的抗炎作用,抑制小胶质细胞的促炎作用｡相关药物的临床应用,有着较好临床前景｡