中樞神經系統\\( CNS\\) 包括腦和脊髓,多發性硬化\\( MS\\) 發病時外周免疫細胞透過通透性增加的血腦屏障進入中樞,在中樞形成許多炎性浸潤病灶,進而導致髓鞘脫失和軸索損傷。髓鞘是包繞在軸突表面的多層膜性結構,由脂類及蛋白質組成,既可保護軸索又具有對神經沖動傳導的絕緣作用。

髓鞘脫失是 MS 的主要病理特征,髓鞘脫失除了與少突膠質細胞的損傷有直接關系以外,還與小膠質細胞的活化密切相關。Cuprizone \\( 雙環己酮草酰二腙\\) 所致髓鞘脫失動物模型能夠誘導大面積髓鞘脫失而非 T 淋巴細胞介導,是研究MS發病過程中髓鞘脫失、再生的理想模型。小膠質細胞在 MS髓鞘脫失、再生的過程中扮演重要角色,小膠質細胞活化對髓鞘脫失既有有害的一面,又有有利的一面,本文將對 cuprizone 所致髓鞘脫失動物模型中小膠質細胞的雙重性作用做一綜述。

1、 Cuprizone 所致髓鞘脫失動物模型

Cuprizone 所致髓鞘脫失動物模型是研究 MS 常用的兩種脫髓鞘動物模型之一。該模型采用摻有0. 2% 銅離子螯合劑 cuprizone 的飼料飼喂 C57BL /6小鼠,若飼喂 6 周后改為飼喂正常飼料,將會引發脫失的髓鞘自發再生; 若連續飼喂 12 周,將導致髓鞘不可逆性脫失。由于 cuprizone 可選擇性作用于髓鞘形成細胞—成熟少突膠質細胞,cuprizone 通過螯合其線粒體復合體 IV 的銅離子引發能量代謝障礙,繼而引發少突膠質細胞凋亡不利于髓鞘形成。

在胼胝體、海馬、嗅球、喉前聯合、視交叉、腦干、小腦、紋狀體、皮層、扣帶回等腦區可見明顯病灶?；瘜W毒素 cuprizone 所誘導的髓鞘脫失動物模型能夠誘導大面積髓鞘脫失,且非 T 淋巴細胞介導,是研究 MS 發病過程中髓鞘脫失、再生的經典模型,同時該模型還具有價格低廉,容易維持,重現性高等特點。有報道指出,在 cuprizone 所致髓鞘脫失動物模型的病灶部位有大量小膠質細胞聚集,提示小膠質細胞很可能在髓鞘脫失及髓鞘再生過程中發揮重要作用。此外,另一種髓鞘脫失動物模型由溶血卵磷脂\\( lysolecithin 或 lysophosphatidylcholine,LPC\\)誘導,該模型需經脊髓胸段或腰段向中樞白質注射LPC 誘發髓鞘脫失,在注射后第 2、4、7 天呈現出明顯的髓鞘脫失、再生過程,但由于該模型髓鞘脫失、再生持續時間較短,且造模成功率不穩定等特點較少被采用。因此,本文擬在 cuprizone 所致髓鞘脫失動物模型上探討小膠質細胞的作用。

2、 小膠質細胞

小膠質細胞是 CNS 中體積最小的膠質細胞,約占膠質細胞數量的 5%,其在神經元生理活動中起著支持、營養、保護及修復等重要作用。當 CNS 受到損傷刺激后,引發小膠質細胞活化,這些活化的小膠質細胞能夠對 CNS 功能產生重要影響。在帕金森病\\( PD\\) 、阿爾茨海默病\\( AD\\) 和多發性硬化\\( MS\\) 等 CNS 退行性疾病發生發展過程中,原本對神經元起支持和營養作用的小膠質細胞可逐漸“老化”,處于“老化”狀態的小膠質細胞與處于正常狀態的小膠質細胞相比,分泌神經營養物質和吞噬細胞碎片的能力會有所下降,最終導致神經元因失去小膠質細胞的營養支持而發生死亡。在所有 CNS疾病中幾乎都有小膠質細胞活化,其對 CNS 既有損傷作用又有保護作用。促炎物質細菌脂多糖\\( LPS\\)和 IFN-γ 可引起小膠質細胞發生強烈炎癥反應,并使其處于激活狀態。處于激活狀態中的小膠質細胞可分泌大量促炎癥細胞因子,主要有 TNF-α 和IL-1β,此外還可釋放活性氧簇、超氧化物陰離子和一氧化氮等神經毒性物質,從而加重神經元和膠質細胞的損傷; 與此同時,激活狀態中的小膠質細胞所分泌的神經營養物質\\( 如腦源性神經營養因子\\( BDNF\\) 和膠質細胞源性神經營養因子\\( GDNF\\) 也會大量減少,失去膠質細胞營養支持作用的神經元會發生凋亡,進而影響 CNS 功能的正常發揮。

另有研究發現,神經元上的成纖維細胞生長因子-2\\( FGF-2\\) 表達上調,可調節小膠質細胞發揮神經保護作用,從而減輕興奮性氨基酸對神經元的損傷。將小膠質細胞與已發生凋亡的 T 細胞共培養,小膠質細胞可被激活并被誘導處于吞噬狀態,此時小膠質細胞可釋放較少促炎因子并釋放較多抑炎因子,還可釋放較多神經保護因子,如 IL-10、神經營養因子、TGF-β1 等。

綜上所述,通過調節小膠質細胞的不同激活狀態可促使其分泌神經營養物質和抑炎因子,研究者可通過體外培養激活小膠質細胞,將其控制在可分泌較多有益物質的狀態,并收集小膠質細胞所分泌的有益物質,當 CNS 發生損害需要神經營養物質支持時,應用上述物質可減輕 CNS 損傷,幫助受損神經細胞恢復正常功能。

3、 小膠質細胞在 cuprizone 誘導的髓鞘脫失動物模型中有害的一面

給予 C57BL/6 小鼠含 cuprizone 的特制飼料 2周后,腦內出現小膠質細胞聚集,至第 3 周可見顯著脫髓鞘且小膠質細胞聚集數量增加,4 -6 周后上述病理改變達高峰。而早期超微結構的研究表明,cuprizone 不會誘導小膠質細胞發生有絲分裂,因此病灶位置聚集的小膠質細胞很可能來自其他腦區或外周組織。

已有多項研究報道了小膠質細胞在 cuprizone引起的脫髓鞘動物模型中的有害作用: 包括對神經元和少突膠質細胞前體細胞的毒性作用、釋放蛋白酶、炎性細胞因子和自由基、激活 CNS 炎癥反應、致使外周 T 淋巴細胞浸潤等。體外實驗同樣顯示小膠質細胞激活會誘發神經元損傷。將 17β-雌二醇給予 cuprizone 模型小鼠時,不僅髓鞘脫失減輕,而且還伴隨著小膠質細胞活化的延遲。提示抑制小膠質細胞活化具有髓鞘保護作用。Millet 等人的研究表明注射蛋白酶體抑制劑乳胞素,對cuprizone 模型小鼠的髓鞘再生過程有較大改善作用,可促進髓鞘再生并伴有小膠質細胞和巨噬細胞數量減少。此外,有研究報道發現,體內給予小膠質細胞活化抑制劑米諾環素不僅可以抑制小膠質細胞活化與增殖,而且還可以阻止 cuprizone 引起的脫髓鞘。由于米諾環素可顯著抑制小膠質細胞的活化,從而抑制炎癥相關產物的釋放,以致于其在髓鞘脫失過程中的作用降低。研究發現: 給予米諾環素治療的 cuprizone 模型小鼠其體內小膠質細胞激活數目明顯減少,如 CD11b 的陽性細胞數量明顯減少,有助于減輕髓鞘脫失。因此,在 cuprizone誘發的脫髓鞘模型中抑制小膠質細胞的活化可以有效緩解髓鞘脫失。

綜上所述,小膠質細胞活化在 cuprizone 引起的脫髓鞘動物模型中具有有害作用,抑制小膠質細胞活化可減少髓鞘脫失,修復運動損傷,并促進髓鞘再生。

4、 小膠質細胞在 cuprizone 所致髓鞘脫失動物模型中有利的一面

已有許多研究報道了小膠質細胞有益的一面,包括促髓鞘、軸突再生,幫助修復髓鞘脫失,釋放神經營養因子、吞噬細胞碎片和促進少突膠質細胞前體細胞向成熟少突膠質細胞的分化。Olah 等通過對從 cuprizone 模型小鼠胼胝體部位分離到的小膠質細胞進行全基因組基因表達研究發現: 小膠質細胞具有與吞噬髓鞘碎片相關的基因表型,同時其還具有通過表達相應的細胞因子和趨化因子來招募少突膠質細胞前體細胞的基因表型。推測小膠質細胞可能參與髓鞘的再生,負責啟動修復過程。Jurevics 等研究發現,小膠質細胞上述相關基因表型的出現與病灶修復和髓鞘碎片的吞噬有一定的對應關系,提示小膠質細胞在清除代謝產物抑制環境惡化方面的有益作用。主要組織相容性復合物 II \\( MHC-II\\) 是一類主要存在于小膠質細胞表面的能通過血腦屏障向淋巴細胞提呈抗原的分子。

MHC-II 類分子缺失的小鼠表現為髓鞘再生延遲和少突膠質細胞前體細胞分化為成熟少突膠質細胞滯后,提示小膠質細胞在促進髓鞘再生方面的有利作用。此外,在缺乏小膠質細胞分泌的細胞因子、酶,腫瘤壞死因子-α \\( TNF-α\\) 的小鼠中,髓鞘再生顯著延遲抑或表現為更為嚴重的脫髓鞘,這表明小膠質細胞通過分泌上述因子在髓鞘再生過程中發揮重要作用。Morell 等研究發現,小膠質細胞還可通過招募少突膠質細胞前體細胞\\( OPCs\\) 并促進其向成熟少突膠質細胞分化而發揮作用。髓鞘特異性標志髓鞘相關糖蛋白\\( MAG\\) 和髓鞘堿性蛋白\\( MBP\\) 的 mRNA 上調與小膠質細胞的聚集具有一定的相關性可以佐證上述觀點。

綜上所述,小膠質細胞通過清除髓鞘碎片、招募并促進 OPCs 向成熟少突膠質細胞分化、釋放有利于髓鞘修復的細胞因子等方式促進髓鞘再生、修復。

5、 展望

由此可見,小膠質細胞在 cuprizone 誘導的脫髓鞘動物模型中發揮雙重作用,它就像一把雙刃劍,對 CNS 既有損傷作用又有保護作用,在慢性 CNS 疾病發生發展過程中,小膠質細胞的活化往往以損傷作用為主; 而在急性 CNS 疾病發生發展過程中,小膠質細胞的活化則以神經保護作用為主。鑒于小膠質細胞活化的雙重性,調節小膠質細胞的活化狀態,趨利避害,是今后非常有意義的研究方向。

以含不同劑量的 cuprizone 飼料飼喂 C57BL/6小鼠,隨著 cuprizone 含量的增加動物出現發育遲緩的現象顯著增加。若以含 0. 5%的 cuprizone 飼料飼喂 4 周齡的 C57BL/6 小鼠,致死率達 100%; 而同樣飼料飼喂 8 周齡小鼠,致死率降至 20%。此外,Hiremath 等研究發現,在一定劑量范圍內 \\( 0. 2 ~0. 5\\) % ,隨著 cuprizone 喂食劑量的增加和時間的推移,活化小膠質細胞的數目顯著增多。小膠質細胞的上述作用提示我們,如何通過調控小膠質細胞的激活狀態來控制其對 CNS 功能的影響值得深入研究。然而,精確調控小膠質細胞的活化狀態并非易事,若處理不慎,可能會使神經損害物質產生過多,神經營養物質產生過少。因此,如何精確調控小膠質細胞的激活狀態,使之更多地發揮神經保護作用是今后的努力方向。