小膠質細胞極化在神經病理性疼痛中的作用研究進展

　　神經病理性疼痛是由與神經系統相關的組織損傷或炎癥引起的異常病理改變導致的慢性疾病，迄今為止仍缺乏有效的治療措施，其治療費用使個人、家庭、社會經濟負擔逐年增加，嚴重影響人類生活質量、威脅人類健康。

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　　目前研究發現，脊髓中活化的小膠質細胞可以通過多種細胞表面受體和促炎因子加強脊髓背角神經元的突出傳遞進而參與神經病理性疼痛的發生發展，但小膠質細胞活化后又分為M1、M2兩種極化狀態，這兩種類型的小膠質細胞是否都參與以及如何參與介導疼痛的確切機制尚未明確。本文以此為切入點進行探討，進一步明確神經病理性疼痛的相關機制，進而以小膠質細胞極化為靶點靶向治療神經病理性疼痛提供理論依據和新思路。

　　1.小膠質細胞來源

　　小膠質細胞是中樞神經系統（central nervous system,CNS）固有的免疫成分細胞，屬于單核吞噬細胞系統，占所有神經系統膠質細胞數目的10%～15%，構成了CNS抵御感染性疾病、炎癥、創傷、缺血及神經退行性變的關鍵環節，對于維持CNS內環境的穩態起著非常重要的作用。

　　大部分單核吞噬細胞系統細胞來源于骨髓造血干細胞，但CNS小膠質細胞與其他組織的巨噬細胞不同，其并非來源于骨髓，而是從胚胎E8.5-E9.0時來源于卵黃囊的紅髓祖細胞，在胚胎發育過程中由外周逐步移入大腦。進入大腦后小膠質細胞分布在CNS的各個區域，構成CNS第一道也是最主要的一道防線。

　　2.小膠質細胞活化

　　正常生理狀態下，小膠質細胞處于靜息狀態，細胞胞體較小，呈扁長或多角形，自胞體發出細長且帶有分支的突起。它具有很強的能動性，可以通過自身突起不斷伸縮以探索周圍微環境，起到免疫監視的作用。但當機體受到外界刺激如神經損傷、缺血或感染等情況時，靜息狀態下的小膠質細胞能有效地感受損傷信號，增殖、遷移至受損的區域并迅速活化，發生一系列形態功能上的變化：胞體變大，突起縮短，從分支狀變成變形蟲樣，并具有細胞吞噬、抗原提呈、產生氧自由基、細胞因子和生長因子等功能，其間伴隨著小膠質細胞標記蛋白（CD11b,MHCⅡ,IBA1）表達上調。任何對CNS完整性構成威脅的干擾或組織穩態的喪失都能引起小膠質細胞活化。

　　3.小膠質細胞表型

　　研究顯示，活化的小膠質細胞在生理和病理狀態下均起著至關重要的作用，包括促進組織損傷與修復、恢復CNS穩態和促進神經退變性疾病中神經炎性反應。這樣不同的功能是由于在損傷組織中的這些細胞的不同亞型引起的。在不同的微環境下，活化的小膠質細胞可出現表型及功能截然相反的兩種極化類型，即“經典激活”促炎M1型和“替代激活”抗炎M2型。其中脂多糖（1ipopolvsaccharides,LPS）或干擾素-γ（interferon-γ,IFN-γ）能誘導小膠質細胞活化為M1表型，M1型小膠質細胞具有強烈的吞噬能力，并且能產生大量的促炎因子，包括白細胞介素（interleukin,IL）-4、IL-1β，腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α），主要組織相容性抗原復合物（major histocompatibility complex,MHC）-II，誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase,iNOS）和活性氧（reactive oxidative species,ROS）等，從而促進炎癥反應，并加重神經元的損傷，導致神經功能障礙。

　　相比之下，M2型小膠質細胞在白介素IL-4，IL-10，或IL-13刺激后分泌抗炎介質及神經營養因子如白細胞介素-10（IL-10）、（TGF）-β和TIMP1，在恢復體內穩態如抑制炎癥反應、促進傷口愈合、組織修復和神經再生方面起著至關重要的作用。值得注意的是，M1和M2僅代表了小膠質細胞一系列的活化狀態譜中兩個極端，而不是單獨的細胞表型。實際體內的小膠質細胞和巨噬細胞的表型更為復雜，同時存在著不同亞型。例如：M2型又分為M2a、M2b、M2c三種亞型，它們有各自的生理特征和不同的生物學功能及活化機制。為了增加我們對損傷進展期間小膠質細胞/巨噬細胞功能狀態的了解，以及對新的治療策略的探索，廣泛的M1和M2分類仍然是個有用的概念。

　　4.神經病理性疼痛

　　2008年，國際疼痛學會（International Association for the Study of Pain,IASP）神經病理性疼痛特別興趣小組（NeuPSIG）將神經病理性疼痛定義為：“由軀體感覺系統的損害或疾病導致的疼痛”。神經病理性疼痛發病機制復雜，涉及從外周到中樞神經系統的各個水平。中樞神經病理性疼痛主要由脊髓損傷、創傷、或多發性硬化癥導致。

　　周圍神經病理性疼痛由機械性創傷、代謝性疾病、神經毒性化學物質、感染或腫瘤浸潤引起的周圍神經系統（peripheral nervous system,PNS）病變所致，并且涉及PNS和CNS的多種病理和生理學變化。過去我們對神經病理性疼痛的研究主要圍繞以神經元為中心，因此許多臨床應用的一些鎮痛藥物的作用靶點僅局限于神經元，但對NP的治療效果并不十分明顯。這一現象表明可能有非神經元機制參與了神經病理性疼痛。最近有充分的證據表明，由周圍神經損傷如神經橫斷、結扎等引起的痛覺過敏與脊髓背角中活化的膠質細胞及促炎因子（IL-1β、IL-6和TNF-α）的改變相關。

　　小膠質細胞活化后發生形態和功能上的轉變，同時釋放大量的活性因子，通過自分泌和旁分泌機制進一步增強自身活化的同時還作用于鄰近未激活的膠質細胞形成“瀑布”效應，引起的病理性疼痛的發生。

　　5.小膠質細胞極化與神經病理性疼痛的關系

　　小膠質細胞活化能誘導出兩種功能的表型，促炎（M1）表型和抗炎（M2）表型。這兩種類型的小膠質細胞能通過它們細胞表面特殊標記物的表達來區分，小膠質細胞標記物包括離子化鈣結合分子（Iba1）、CD11b，M1標記物包括CD68、iNOS、IL-1β、IL-6、TNF-α、8-羥基-2-脫氧鳥苷（8-OH-dG），M2標記物包括CD206、精氨酸酶-1（arginase-1,Arg-1）、IL-4等。在人類研究中，小膠質細胞M1/M2極化在維持促炎和抗炎之間平衡方面起著關鍵作用。

　　根據這一觀點，Xu,N等研究發現，在大鼠選擇性坐骨神經分支損傷（spared nerve injnry,SNI）后第14天，大鼠產生機械性異常疼痛的同時，前額葉皮層中小膠質細胞標記物Iba1、CD11b及M1標記物CD68,iNOS,IL-1β,TNF-α,和8-OH-dG增加；而神經損傷的大鼠在連續每天服用米諾環素后大腦中的CD68、iNOS表達下降，并且通過VonFrey試驗檢測大鼠痛域時發現大鼠的縮爪域值明顯上升，即由神經損傷引起的疼痛顯著緩解。Piotrowska等使用Westernblot分析顯示，慢性坐骨神經結扎（chronic constriction injury,CCI）的Wistar大鼠在注射Maraviroc（CCR5抑制劑）后脊髓中促炎因子IL-1β、IL-18、IL-6、iNOS表達減少，同時vonFrey試驗、冷板試驗、甩尾試驗檢測均顯示大鼠的痛域較沒有注藥的神經損傷的大鼠顯著升高。

　　上述實驗表明，小膠質細胞M1極化及其隨后產生的促炎因子所介導的神經炎癥在參與介導神經病理性疼痛中發揮至關重要作用。Kigerl等在脊髓損傷模型（spine cord injury,SCI）中發現，SCI早期階段釋放大量的促炎因子，如TNF-α、IFN-γ和IL-1β等，使大部分小膠質細胞呈M1型極化，少量的小膠質細胞呈M2型極化。SCI中晚期階段，由于損傷本身以及M1型小膠質細胞產生炎癥因子的積累，使更多的小膠質細胞呈M1型極化，且抑制M2型極化的產生，形成惡性循環。而SCI后期，隨著炎癥的消退，有利于小膠質細胞向M2型極化，其可以釋放大量具有神經保護及促進軸突再生作用的營養因子（如BDNF、NGF及抗炎因子IL-4、IL-10和TGF-β），神經損傷逐漸修復。因此，從SCI模型中可以看出，小膠質細胞在不同的微環境中，可產生相應的極化表型，同時表現出截然不同的神經毒性或神經保護作用，進而參與神經病理性疼痛的形成與發展。

　　Howard等提出如果大鼠神經損傷發生在出生后21天之前，很少產生疼痛癥狀，直到大鼠發育至青春期時才出現神經病理性疼痛。GongX等研究發現在成年大鼠選擇性神經損傷（SNI）后脊髓中小膠質細胞極化為M1型，而在幼鼠神經損傷后，未發現產生痛覺過敏，同時小膠質細胞極化狀態為M2型。在神經損傷的幼鼠發育至青春期時，小膠質細胞極化為M1表型，同時伴隨著疼痛癥狀的出現。由此推論，小膠質細胞的極化狀態是隨著疼痛癥狀的出現與否而呈動態變化。XuF等研究發現，在大鼠坐骨神經結扎（CCI）后第一天，脊髓背角M1和M2小膠質細胞相關基因標記物都增加，但在術后7天和14天時，僅僅M1小膠質細胞相關基因仍處于升高水平。促炎和抗炎因子mRNA的表達結果證實與M1和M2基因標記物表達水平相似。這些結果證實，CCI后一天脊髓背角中M1和M2小膠質細胞都活化，但在術后7天和14天，小膠質細胞轉為M1表型。因此，在合適的時間窗內轉變M1/M2小膠質細胞表型可以作為緩解神經炎癥和神經病理性疼痛潛在的治療方式。

　　6.M1、M2小膠質細胞表型轉換

　　小膠質細胞極化狀態對病人的預后來說發揮著重要作用，不同的分子和合成藥物能使M1和M2之間的不均衡正常化，這對神經性疾病的治療非常有益。而極化的小膠質細胞并不是鎖定在某個特定狀態，小膠質細胞或巨噬細胞是一種可變性細胞，它可以隨著細胞外環境中細胞因子的改變而細胞類型。在許多急性損傷中，像IFN-γ和TNF-α等細胞因子的持續生產可維持M1極化狀態。因此，有人假設改變細胞外環境可以用來治療損傷。為此，研究人員已經開始利用直接注入M2細胞或間接引起極化的技術應用在一些損傷模型中。在脊髓損傷中，骨髓間充質干細胞移植可提高IL-4/13并降低TNF-α水平，并且這些細胞因子的改變與Arg1+著色增加、炎癥反應下調有關，從而能夠持續性的誘導獲取M2亞型。另外，加入M2激活因子同樣能誘導促進小膠質細胞向M2表型轉化。例如，TGFβ是具有強力抗炎性質的細胞因子，其能夠將小膠質細胞極化為M2c表型。IL-10也可作為小膠質細胞和巨噬細胞向M2型極化以及阻止M2向M1表型轉變的分子。

　　除了應用細胞因子外，另一方法是藥物誘導促進小膠質細胞向M2表型轉化。Zhang,H等研究表明，BV2細胞和原代小膠質細胞在LPS刺激后呈現M1表型，而加入法舒地爾（一種Rho激酶抑制劑）后，Arg1+/CD11b+M2小膠質細胞增加，而iNOS+/CD11b+M1小膠質細胞減少，小膠質細胞從M1轉為M2表型。其特征是NF-κB活性降低，促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α減少，同時抗炎因子IL-10增加。同樣，劉越等發現，替米沙坦能改善LPS誘導的小膠質細胞炎癥反應，減少促炎細胞因子的釋放，其作用機制可能是通過激活PPAR-γ進而促進激活的M1型小膠質細胞向M2型轉化。

　　盡管米諾環素（一種具有抗炎特性的二代半合成四環素類廣譜抗菌藥物）一直被認為是小膠質細胞抑制劑，然而Burke等研究發現，在脊神經結扎（spinal nerve ligation,SNL）的大鼠中，長期注射米諾環素在提升大鼠痛域的同時能減少小膠質細胞標記物CD11b及M1小膠質細胞釋放的促炎因子IL-1β的表達，并且M2小膠質細胞標記物MRC2及抗炎因子IL-10表達增加。由此得知，SNL神經損傷后，應用米諾環素所起的鎮痛效應與選擇性抑制小膠質細胞極化為促炎狀態的M1型，同時促進M2小膠質細胞極化有關。

　　據研究miR-124是最早發現可以促進小膠質細胞/巨噬細胞M2極化的miRNA，骨髓來源的巨噬細胞中過表達miR-124將導致M1型細胞表面分子CD45、CD11b、F4/80、MHCII和CD86的減少，而M2型標志分子FIZZ-1和Arg-1的增加，這為研究和治療炎癥相關的神經疾病提供了新的靶點。Willemen等發現GRK2基因缺失（lysm-grk2+/?）小鼠持續性痛覺過敏與脊髓中小膠質細胞M1/M2型標志物的比例升高有關，而鞘內注射50ng和100ngmiR-124可以通過恢復M1/M2小膠質細胞的比例來緩解和治療神經病理性疼痛。

　　調節小膠質細胞M2極化的方式還有很多，例如：Gong等發現跑步鍛煉能夠減輕幼鼠神經損傷引起的遲發性神經病理性疼痛，同時脊髓中小膠質細胞極化狀態為M2表型。另外，不同濃度的ATP對小膠質細胞極化狀態產生了截然不同的影響，低濃度的ATP可以增強小膠質細胞向M1型方向極化的能力，從而易化疼痛，而高濃度的ATP可以直接誘導小膠質細胞向M2型方向極化，從而緩解疼痛。所有這些結果表明小膠質細胞M1/M2這一表型轉換對神經病理性疼痛問題的解決至關重要。

　　7.總結和展望

　　綜上所述，小膠質細胞可視為一把“雙刃劍”，其在神經病理性疼痛中可呈現出M1、M2兩種不同的的極化狀態，其中M1型小膠質細胞的促炎作用介導了神經病理性疼痛的形成，而M2型小膠質細胞的抗炎作用則對神經病理性疼痛起到一定的緩解作用，神經病理性疼痛與M1/M2小膠質細胞比例增加有關。因此，未來臨床神經病理性疼痛的治療應從單純的抑制小膠質細胞活性轉變為對它們的表型轉換采取適度的調節，即選擇性抑制神經毒性的M1型或促進神經保護性M2型小膠質細胞極化可能是個潛在的治療策略。然而小膠質細胞表型轉換的臨床應用還面臨著許多問題，對于這些細胞表型動態的轉換過程及結果尚不完全清楚，還有待于我們進一步探索。