Microglial
MICROGLIA综述
一、神经系统和免疫系统的双向作用
以前认为，脑是免疫豁免器官，一个重要原因是血脑屏障的存在，正常情况下免疫细胞和分子不能进入脑内。但近年来的研究表明，神经系统和免疫系统具有双向的相互作用。脑可以通过下丘脑一垂体一肾上腺轴或对免疫器官的直接神经支配来调节外周免疫功能;外周免疫活动的信息同样可经神经和体液的途径传入脑内。例如:(1)神经纤维直接支配免疫器官:研究证实脾脏可接受肤能神经的支配，神经末梢通过囊泡释放神经递质作用与脾淋巴细胞来调节脾脏的免疫功能;(2)神经和免疫系统具有共同的“生化语言”;激活的免疫细胞除产生细胞因子外，还合成多种神经递质、神经肤和激素及其受体。同样，神经系统中的星形胶质细胞、小胶质细胞以及神经元都能合成和分泌多种免疫细胞的细胞因子来调节不同刺激及损伤后神经元的损害或修复。(3) 免疫信号的传入和脑一免疫系统的传出通路:血液中的免疫细胞因子可通过血一脑屏障作用于脑内神经元，而脑的传出通路可通过自主神经系统调控免疫功能，支配淋巴细胞增殖。巨噬细胞活动及细胞因子生成。总之，大量研究提示免疫系统和脑功能密切相关，单独的系统都不可能出于最佳状态。
二、小胶质细胞概述及生理功能
小胶质细胞是中枢神经胶质细胞的一种，区别于星形胶质细胞和少突状胶质细胞，约占有整个胶质细胞的5-20%。它也是中枢神经系统固有的免疫细胞与发生免疫反应主要的效应细胞，其活化形式决定其复杂的生理功能，它与神经系统感染、神经损伤、老年性痴呆、帕金森病、癫痈等等各种中枢神经疾病都密切相关，对于小胶质细胞的深入认识有利于神经多个研究领域的发展。
1、小胶质细胞的发育和形态分化
小胶质细胞的起源，早期有人推测其来源于外胚层，也有认为其来源于骨髓造血干细胞，直到Hortega创立碳酸银法后将小胶质细胞与少突胶质细胞区分后才被认为起源于中胚层。小胶质细胞起源于单核吞噬系统，形成前体后逐渐迁移至中枢神经系统内定居并分化，胚胎发育期小胶质细胞前体随着血管的形成通过脑膜及脑室迁移进入中枢神经系统内，最早是在脑组织灰白质交界处出现的一些类似淋巴细胞的细胞团，随后逐渐出现脑组织深部。成熟的个体则一般通过血管内血液流动迁入脑内的它们经过的途径分为三种，其一是经过脑膜、软脑膜进入脑组织表面再深入脑实质;其二是经过脑室内的室管膜上皮细胞进入脑实质深部后再“辐射状迁移”的，其三是经血流穿透血脑屏障进入脑实质内。小胶质细胞进入脑内后逐渐分化，关于具体的分化过程人们仍缺乏深入认识，从形态上观察小胶质细胞最初呈阿米巴样小细胞，表面存在短粗的突起，随着分化发展逐渐在表面形成短的突起，胞体逐渐增大，最后胞体呈三角或椭圆形，突起长而纤细并呈分枝状，形成成熟的小胶质细胞。小胶质细胞(miroglia MG)隶属于神经胶质细胞，存在中枢及周围神经系统中，主要分布在小脑、大脑及脊髓灰质内。其生理学作用及免疫学行为近似于巨噬细胞，在所在器官主要起免疫防御作用，构成了中枢神经系统抵御病原体入侵的第一道也是最重要的防线。正常情况下，小胶质细胞处于相对静止状态，细胞体积较小，形状呈短棍分枝，细胞核可呈现多角型，细胞质主要存在于细胞两极，细胞中包括数目不等的溶酶体与高尔基体。通常认为小胶质细胞在静息状态
下主要起免疫监视作用，可以吞噬神经元再生过程中所产生的细胞碎片，净化脑内环境，维持脑组织的稳定状态;同时小胶质细胞通过分泌胶质细胞源性神经营养因子对周围神经元起营养保护作用，分泌补体受体CR3等细胞因子及递质稳定神经元周围环境，影响神经细胞的信号传递过程，促进脑内免疫系统的健康性。当神经系统存在内源性及外源性刺激因素(病原微生物入侵脑组织)后，小胶质细胞迅速迁移到CNS损伤组织处，首先形态学上可发生改变，即表现为阿米巴样的激活状态，功能上亦发生相应改变，在小胶质细胞激活初期，可识别、春噬病原微生物及具有毒性的死亡细胞，可以清除中枢神经系统中的炎性斑块，损坏的神经组织及其他感染物质，分泌细胞因子、生长因子促进损伤组织修复。随着炎症过程进展，过度激活的小胶质细胞释放大量炎症因子，TNF-a，NO, INF-y，IL-6等和氧化应激作用造成神经损伤效应，促进炎症作用。相关神经病理学及临床研究表明激活的小胶质细胞在AD, PD, MS等神经退化类疾病的发病机理中起到十分重要的作用。
2、小胶质细胞的活化因素
小胶质细胞最大的特征是易被各种损伤、炎症刺激、疾病因素及环境因素所活化，即而表现出增殖、迁移，分泌活性因子、表达极性效应。小胶质细胞的激活也是一个逐步进行的过程，开始激活的小胶质细胞除了形态学的改变外，还会分泌一些免疫活性因子，如粘附分子、CD4抗原、MHC抗原等。活化后期的小胶质细胞转化为吞噬细胞，能在趋化因子的作用下迅速迁移聚集发挥损作用，分泌的大量的炎性因子并发挥抗原递呈作用，激活T细胞介导的免疫反应。小胶质细胞的激活因素很多，包括环境中的有毒物质如鱼腾酮，它也被认为是帕金森病的致病毒素，能够造成中枢神经系统内黑质及纹状体的多巴胺能神经元损伤。其次造成小胶质细胞活化的神经毒物大致有三种，他们都能激活小胶质细胞：1、没有直接神经毒性的物质如LPS，它可通过刺激小胶质细胞产生毒性因子造成神经元损伤；2、直接杀伤神经元的毒物如MOTO和6-OHDA:可以直接损伤神经元，同时引起活性胶质细胞增生，加剧其他神经元病变；3、双重作用的毒物如Aβ：高浓度的Aβ可杀死神经元，低浓度的Aβ可以诱导小胶质细胞的活化，间接损伤神经元。脂多糖(LPS)是革兰氏阴性菌细胞壁成分，对于小胶质细胞它也是强效的炎症反应诱导剂和经典活化剂，大量研究证实了这一点，如有研究在小鼠基底节区给予LPS刺激后通过免疫组化和原位杂交证实黑质内小胶质细胞的增生及DA能神经元的损害等等。小胶质细胞的活化也可能被一些因素所抑制，比如雌激素，研究证实能使调节性T细胞向T h2方向分化，并使小胶质细胞IL- I分泌减少，IL-10分泌增加;有一项关于风湿性关节炎患者的流行病学调查发现，长期给予非幽体抗炎药物治疗的患者其老年性痴呆的发病率明显较正常人群低，提示非幽体抗炎药物对于小胶质细胞活化的抑制[1s];而关于纳酪酮的研究证实其在大鼠帕金森模型中能明显抑制被LPS活化的小胶质细胞，减少DA能神经元的损伤，具有神经保护作用。
3、小胶质细胞的极化与中枢神经系统内的双重调控作用
小胶质细胞激活后除了表现出炎症状损伤的作用外，还能在另一些情况表现出抑制炎症进展、促进血管及组织修复的作用，因此小胶质细胞在中枢神经系统内具有双重调控作用。在阿尔茨海默氏病为例，Aβ沉积于小胶质细胞使其激活，分泌大量炎性介质及活性因子如IL-1, TNF-a, C3补体等介导神经元的神经损伤、坏死及凋亡，这是阿尔茨海默氏病的基本病理基
础;同时小胶质细胞又不断吞噬Aβ及凋亡细胞，避免凋亡细胞造成自身免疫损伤导致更大范围的二次坏死，因些小胶质细胞又具有神经保护作用。在病理情况下，小胶质细胞根据不同损伤环境信号的变化，可以分化成两种形态相近、功能不同的细胞亚型(M1和M2），在炎症反应过程中发挥着不同作用，即所谓小胶质细胞功能的两面性。M 1型(经典活化型)小胶质细胞可以产生高水平的NO和超氧化物等氧化代谢产物和促炎细胞因子，如IL-12, IL-1β、IL-6和TNF-a等，其作用是增强局部抗原递呈作用、消灭入侵的病原和损伤细胞，井通过调控Thl,Th 17细胞促进炎症反应和组织损伤。而M2型(选择活化型)小胶质细胞可以分泌大量抗炎细胞因子，如IL-4, IL-10和TGF-β等，并可进一步调控Th2, Treg细胞分化发挥抑制炎症反应、促进组织修复和功能重塑的作用。目前的研究己经在人类和小鼠上发现井证实了识别M1和M2的表面标志，M1亚型特异性的标志分子主要为iNOS和CD40，亦有学者认为M1还可高表达CD86. IFN-y、IL-16, IL-23,TLR2, TLR4,CXCL-9, CXCL-10等，而M2型特异性的表面标志主要为精氨酸酶I( Arg I)和CD206等还可表达IL-10, TGF-β, CXCR1,CXCR2等。尽管这些表面标志不是100%的特异，但己能够基本区分不同分化状态的小胶质细胞。而研究证实，不同亚型的小胶质细胞可以在体外进行诱导或修饰，并且可以通过细胞因子刺激来调控小胶质细胞亚型分布来达到抑制炎症反应的目的。而研究发现，多种细胞因子联合刺激史有利于小胶质细胞/巨噬细胞向M1或M2型极化。例如，仅给予LPS刺激，小胶质细胞向M1型巨噬细胞方向极化，但iNOS和CD40的表达程度要小于IFN-y和LPS共同刺激组，而R ho激酶的抑制剂法舒地尔可抑制此极化作用。
体外培养的小胶质细胞可以在LPS和IFN-y联合作用下分化为M1型，流式细胞仪检测M1细胞表型结果为:iNOS+ CD40+ IL-12/23 p40high IL-10low;而在IL-4, IL-10和TGF-β联合作用下分化为M2型，流式细胞仪检测M2细胞表型结果为:Arg-1+，CD206+, IL-101high IL-12/23p40low。说明体外培养的小胶质细胞和血液中的巨噬细胞一样，在不同的刺激因子条件下，可以分别向M1和M2型不同功能的两个细胞亚型方向极化。
MO(无刺激组);胞体呈扁平状、稍长形，或形态不均一性，有较短的丝状伪足;M1 ( LPS和IFN-:刺激组):胞体变大，类似圆形，突起回缩变粗、变短，突起上可见小棘，“阿米巴样”活化状态;M2 (IL-4, IL-10和TGF-p束叮激组):胞体变小、细长，突起变少，可见较长、粗大的突起形成。
为了证明M1,M2型小胶质细胞对神经元细胞的不同调控作用，我们使用上一部分实验所得到的分化后的M1和M2型小胶质细胞分别与海马神经元体外共培养，更好的模拟体内神经系统各细胞相互调控的内环境。共培养24小时后以CCK8检测神经元活性变化，并通过检测显示，NO, LDH含量变化评价神经元细胞的损伤程度。形态学观察与M1型小胶质细胞共培养的海马神经元大部分出现死亡、轴突断裂，而M1的形态保持经典的活化状态;而与M2型小胶质细胞共培养的海马神经元形态学基本无明显改变，两种细胞接触生长良好.BV2小胶质细胞因诱导因子的改变同样可能呈现不同表型之间的潜在可塑性，即随着细胞所处的微环境变化，Ml及M2型极化的细胞可能出现极化减弱或向对侧转变，炎性状态可能向抑炎方向转变，导致组织炎性损伤减轻，组织修复及营养支持的小血管生成，这为疾病的控制及治疗提供极为有益。
4、调控小胶质细胞活化的信号通路
小胶质细胞激活后分泌各种炎性及抑炎因子，其功通受到多条信号通路的介导及调控，包括NF-KB, JAK-STAT, MAPK、核苷酸通路及Notch信号通路等。NF-KB是转录因子蛋白家族，包个5个亚单位组成，它不需要细胞新翻译出蛋白调控所以激活迅速，是第一时间对伤害性刺激作出反应的重要通路，各种炎性因子如COX2、炎症趋化因子及细胞粘附子，白介素等均受其调控.。NF-KB信号传导通路是脑缺血炎症反应的经典通路，该信号通路直接调控促炎细胞因子的分泌，如TNF-a, IL-6, NO等，抑制NF-KB信号通路可有效地预防或治疗脑缺血缺氧诱导的脑损伤。既往研究证实，NF-KB活化的分子机制主要涉及胞质蛋白级联激活并最终导致NF-KB p65亚基核转位，并降低NF-KB信号通路下游促炎细胞因子TNF-a的和IL-6的释放。JAK-STAT通路介导细胞增殖分化及免疫调节多个过程，也是中枢神经重要的炎性信号通路，有研究证实其可被IFN-y激活而促进其它致炎因子如TNF-a等诱导的炎性反应，而抑炎因子IL-10也可介导该通路关生抑炎效应，在炎症后期LPS可使其磷酸化表达增强，进一步表达炎性分子.MAPK信号通路三个激酶：P-ERK、P-JNK及P-38，MAPK信号通路主要以P38MAPK为主，是丝裂原激活蛋白激酶家族之一，主要通过对底物进行磷酸化来传递信号。核苷酸通路主要执行维持小胶质细胞的形态，趋化、吞噬等功能，执行功能的核昔酸，其中ATP主要执行趋化小胶质细胞并执行基本运动功能，UT主要也与小胶质细胞病理状态下形态改变及迁移有关，UDP则影响细胞吞噬功能。Notch信号系统是近年来研究热点，它不仅与小胶质细胞免疫调节有关，还有胚胎发育、肿瘤生长、血管增生都有关系，激活Notch 信号会使小胶质细胞表达多种炎性递质如IL-6, IL-12等等。小胶质细胞是中枢神经系统发挥免疫功能主要效应细胞，而Notch信号系统对于免疫功能的调节亦具有极为重要的意义，将这两个方向联系起来进行思考，研究Notch信号系统对于小胶质细胞执行的免疫功能的调节机制，对于整个中枢神经系统炎性疾病及其它如AD等存在免疫因素致病机制的中枢神经系统疾病的深入认识都有着重要价值。
那么这些通路又有什么样的上有信号通路呢？一个重要的通路就是TLR4信号通路，研究表明：抑制LPS诱导细胞内TLR4信号通路上游TLR4/MyD88、TLR4/TAK1复合物的形成，从而减少IkBα的蛋白磷酸化和降解，抑制NF-KB关键亚基P65和P50主要是P65的核转位，从而抑制LPS激活的N9小胶质细胞内NF-KB信号通路，可能也会同时抑制MAPKSs和AP-1等信号通路作用。另外一个重要通路就是NADPH氧化酶-ROS通路，活化的小胶质细胞中的NADPH氧化酶催化生成ROS释放到细胞内和细胞外，加速神经元的凋亡。NADPH氧化酶是一个多亚基酶复合物，存在与多种细胞内，生理状况下在免疫细胞中参与宿主防御，病理状态下ROS过量生成。一方面直接作用于神经元通过氧化蛋白和脂质，修饰DNA导致神经元死亡；另外一方面ROS作为第二信使参与信号转导，激活NF-KB和MAPKs促进小胶质细胞的炎性介质释放，加重炎症反应。
5、小胶质细胞与中枢神经系统疾病密切相关
中枢神经系统内的小胶质细胞能发挥致炎及抑炎的双重作用，其介导的免疫应答是中枢神经系统疾病的病理基础，过度激活的小胶质细胞释放大量的炎性因子造成炎性损伤，这是多种神经系统疾病发生和恶化的可能机制。缺血性脑卒中是世界上常见的致死致残原因，其继
发的脑缺血缺氧性损伤是一个涉及多种机制、多个阶段、多种神经细胞相互作用的过程，主要包括兴奋性氨基酸毒性、炎症反应及细胞凋亡这三个方面，各种机制在脑缺血缺氧的各个时期分别或协同发挥作用。其中，损伤效应持续数小时一数周的炎症机制成为缺血性脑卒中治疗的合理切入点。在缺血缺氧性损伤导致的炎症病理过程中，神经元和小胶质细胞均被证明在缺血性脑卒中启动的炎症反应中发挥重要作用。阿尔茨海默氏病存在Aβ沉积于小胶质细胞，小胶质细胞被激活后分泌炎性介质及活性因子介导神经元的神经损伤及凋亡，这是阿尔茨海默氏病的基本病理基础[，有临床研究观察到给予抗炎剂治疗神经退行性病变可能减缓或阻止AD的进程。帕金森病的病理基础是基底节多巴胺能神经元的变性，研究己证实大鼠黑质区小胶质细胞富集且激活，炎症因子成分复杂，PD症状进展加快。癫痈是神经系统疾病常见症状，它是神经元突然自发地发电导致的大脑功能障碍，病灶附近IL-6,MCP- I等炎性因子明显增加，小胶质细胞及星形胶细胞明显活化，推测癫痈的反复发作与小胶质细胞过度激活持续增殖，局部胶原瘫痕扩大有关。脑梗塞是最常见神经系统血管病变，小胶质细胞对缺血神经元有多方面的损伤，其应激活化趋势与神经元的凋亡呈正相关。中枢神经系统的感染及中枢神经系统自身免疫性疾病如多发性硬化等疾病更是以小胶质细胞为主要效应细胞的炎症状疾病，小胶质细胞迅速激活迁移并聚集，炎性因子的释放及进一步免疫递呈后淋巴细胞的炎性损伤都是致病机制，大量研究也证实了干预小胶质细胞的炎性表达对于治疗这些疾病具有重要价值。因此，对小胶质细胞炎性表达的调节和研究对于多种神经系统疾病都具有关键的意义，不仅是对神经系统炎性疾病，对于神经系统退行性疾病、血管性疾病、神经变性疾病等涉及免疫应答的领域都具意义。
三、小胶质细胞活化干预及相关药物开发:
迄今为止，己针对性开发的药物包括离子通道调节剂，如容积调控性阴离子通道（VRACS）的阻断剂DCPIB，缺氧诱导因子HIF-1α，氧自由基清除剂，细胞凋亡抑制剂和兴奋毒性神经递质拮抗剂等，但均无良好的疗效，大部分药物开发尚停留在动物实验阶段。主要药物包括(1)免疫功能调节剂包括米诺环素(Minocyline), MIF, LPS , IL-4 , IL-10 ; (2)受体激动/拮抗剂:大麻素受体激动剂TLRs,凝血酶激活的蛋白酶活化受体--1( PAR-1)、前列腺素受体(PG)拮抗剂。其中，TLRs拮抗剂和米诺环素是目前研究的热点。
感受：也许写了这么多还有人会问小胶质细胞到底在脑组织内起什么作用呢？那么我做个比喻，小胶质细胞与神经元的关系犹如一棵树周围有一堆火柴，而缺血、缺氧以及一些列的炎症反应就像一个火把，随着点燃一个点，刺激小胶质细胞活化而发生增殖和迁移变形，促炎因子及兴奋氨基酸谷氨酸等的分泌，同时向周围缺血缺氧亦或是炎症区迁移，最终导致神经元受损修复或更严重，有可能会导致更加恐怖的恶性循环。