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小胶质细胞维持中枢神经系统（CNS）稳态，并对缺血性损伤迅速作出反应。环状GMP–AMP合酶–干扰素基因刺激因子（cGAS–STING）和组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）信号驱动急性缺血后炎症。小胶质细胞通过其清除功能移除细胞碎片和致炎性损伤相关分子模式（DA
小胶质细胞维持中枢神经系统（CNS）稳态，并对缺血性损伤迅速作出反应。环状GMP–AMP合酶–干扰素基因刺激因子（cGAS–STING）和组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）信号驱动急性缺血后炎症。小胶质细胞通过其清除功能移除细胞碎片和致炎性损伤相关分子模式（DAMPs）。修复性小胶质细胞在缺血性卒中后支持神经和血管修复。表观遗传机制调控修复性功能的获得与丧失。
1. 引言
卒中是全球范围内导致死亡和长期功能障碍的主要原因之一。卒中分为缺血性卒中和出血性卒中，其中缺血性卒中约占全球所有卒中事件的70%。在缺血性卒中中，脑血管闭塞引起的脑血流量减少可诱导神经元死亡、血脑屏障破坏、脑水肿和炎症反应。目前，仅重组组织型纤溶酶原激活剂（rt-PA）静脉溶栓和血管内取栓术被确立为缺血性卒中的有效治疗方法。然而，这些治疗高度依赖于卒中发病后的时间和潜在的病理生理状况，因此仅适用于有限的患者亚群。在急性治疗时间窗之外，尤其是发病24小时后，康复治疗仍是促进卒中后神经症状功能恢复的主要干预手段。尽管脑内源性修复机制和康复治疗能够介导一定程度的功能恢复，但许多患者仍遗留有持续的神经功能缺损。尽管人们已做出大量尝试以开发神经保护药物和增强脑功能的药物，但目前尚无能够充分促进卒中后神经修复的药物疗法得以确立。因此，开发超越急性期以增强神经修复的新型治疗策略仍然是一个重要挑战。
缺血性卒中后，包括中性粒细胞、单核细胞来源巨噬细胞和淋巴细胞在内的多种免疫细胞群体参与炎症和修复过程。在这些细胞中，小胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）的常驻免疫细胞，在缺血发生后立即对脑组织损伤作出反应，不仅参与急性炎症反应，还参与随后的修复过程。在本综述中，研究人员讨论缺血后小胶质细胞的时间依赖性变化、修复功能以及修复能力丧失的机制，重点关注小胶质细胞不仅仅是炎症细胞，还能在缺血性卒中后介导神经修复这一观点。
2. 健康脑中的小胶质细胞
小胶质细胞是存在于脑实质中的主要免疫细胞，约占脑细胞总数的5–10%。在发育上，小胶质细胞起源于胚胎卵黄囊来源的髓系细胞，这些细胞在E8.5至E9.5期间通过血液循环迁移进入发育中的大脑。在定植CNS后，小胶质细胞成为具有自我更新能力的长期存活常驻细胞群体，并独立于循环单核细胞维持。在健康条件下，小胶质细胞数量通过增殖和凋亡的动态偶联得以维持，尽管更新迅速，仍保持稳定的群体规模。在人类中，小胶质细胞以每年约28%的中位速率更新，而一部分小胶质细胞可存活超过二十年。与此一致，小鼠长期体内成像表明，新皮质中的常驻小胶质细胞是长寿命的。因此，成年小胶质细胞群体并非通过细胞静息，而是通过局部自我更新的动态平衡维持相对稳定的规模，其中持续更新在整个生命过程中维持稳态。
在健康脑中，小胶质细胞通过延伸和回缩其高度分支的突起持续监视周围微环境。通过这种动态监视，小胶质细胞对神经元活动、突触结构和细胞外环境的变化作出反应。近年来的研究进一步揭示小胶质细胞是一个异质性群体，根据发育阶段、衰老和疾病而呈现不同的转录和功能状态。这些状态依赖性小胶质细胞活动不仅有助于生理条件下CNS稳态的维持，也有助于病理条件下的炎症反应和随后的修复过程。
3. 急性期炎症性小胶质细胞
小胶质细胞是触发脑缺血炎症反应的首批免疫细胞之一。缺血神经元释放ATP和UTP，这些分子作为“找到我”信号，通过P2受体募集并激活周围的小胶质细胞。活化的小胶质细胞通过乳脂球-EGF因子8（MFG-E8）和Mer受体酪氨酸激酶（MERTK）识别应激神经元表面暴露的磷脂酰丝氨酸作为“吃掉我”信号，从而驱动其吞噬作用，这一过程本身可执行神经元死亡（吞噬性凋亡）。过度活化的小胶质细胞也被报道不仅吞噬 dying 神经元，还吞噬梗死周围存活的神经元，从而加剧吞噬性凋亡并加重神经元损伤。有趣的是，并非所有神经元都被小胶质细胞吞噬清除。神经元表达的簇分化抗原47（CD47）与小胶质细胞表面的信号调节蛋白-α（SIRPα）结合，作为“不要吃我”信号，防止过度神经元损伤。
小胶质细胞在缺血性卒中发病后被认为保持活化状态数天，因为在此期间可观察到炎症因子的产生。坏死脑细胞在缺血性卒中发病后释放内源性分子，包括核酸和蛋白质。其中一些称为损伤相关分子模式（DAMPs）的分子直接激活免疫细胞表达的模式识别受体（PRRs），触发无菌性炎症。高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、过氧化还蛋白家族蛋白和线粒体DNA（mtDNA）是触发缺血后炎症的DAMPs。在PRRs中，环状GMP–AMP合酶（cGAS）作为识别细胞质中DNA的感受器。在生理条件下，DNA主要定位于细胞核和线粒体中。然而，缺血性卒中后，细胞损伤和线粒体功能障碍可导致mtDNA泄漏到细胞质中，并被cGAS识别。cGAS识别DNA后合成第二信使环状GMP–AMP（cGAMP），后者与干扰素基因刺激因子（STING）结合。这激活STING–TANK结合激酶1（TBK1）–干扰素调节因子3（IRF3）通路和核因子-κB（NF-κB）通路。 consequently，包括干扰素-β（IFN-β）诱导在内的I型干扰素反应被触发，并且白介素-6（IL-6）等炎症因子的表达也被促进。
小胶质细胞的激活状态也受到表观遗传学角度的塑造。组蛋白去乙酰化酶（HDACs）通过去除组蛋白N末端尾部赖氨酸残基上的乙酰基来调节染色质修饰和转录程序，在包括炎症反应、脂质代谢和细胞增殖在内的各种生理和病理过程中发挥重要作用。在I类HDAC中，HDAC3已被鉴定为内源性核受体共抑制因子（NCoR）和维甲酸及甲状腺激素受体沉默介导因子（SMRT）共抑制复合物的组分，其去乙酰化酶活性依赖于与NCoR/SMRT的相互作用。近期研究报道，HDAC3驱动促炎性小胶质细胞的选择性增殖，从而促进卒中后炎症状态转换。具体而言，小胶质细胞特异性缺失HDAC3导致含有PU.1基序的可及染色质区域关闭（通过转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）评估），并降低PU.1的转录活性。这些变化与包括Tnf、Cxcl10、Il1b、Il1a和Nfkbib在内的炎症基因表达降低相关。
这些炎症反应导致脑组织肿胀，并损伤梗死周围区域存活的神经元，从而加重缺血性卒中后的神经功能缺损。
4. 小胶质细胞功能从炎症向修复的转变
小胶质细胞的促炎作用在脑病理中常与浸润巨噬细胞的作用重叠，两者很少被区分。缺血性卒中后，常驻小胶质细胞是炎症因子最早的生产者之一，在数小时内（超急性期）上调细胞因子输出。然而，从约24–72小时起，浸润的中性粒细胞和单核细胞来源巨噬细胞日益主导炎症环境，因此到第3天小胶质细胞不再是主要的炎症效应细胞。炎症消退涉及的重要过程之一是清除DAMPs和坏死组织碎片。缺血性卒中发病数天后，巨噬细胞清道夫受体1（MSR1）的表达在浸润巨噬细胞（而非小胶质细胞）中增加。通过MSR1依赖性受体介导的内吞作用，这些细胞内化DAMPs，从而有助于缺血后炎症的消退。此外，坏死脑组织和细胞碎片被小胶质细胞和单核细胞来源浸润巨噬细胞吞噬清除。髓系细胞上表达的触发受体2（TREM2）是参与识别受损细胞和吞噬反应的受体。在Trem2缺陷小鼠中，缺血性卒中后小胶质细胞活化和吞噬活性减弱，卒中后功能恢复受损。
随着缺血后炎症在卒中发病一周后逐渐消退，梗死周围区域的神经修复进展，导致同侧和对侧半球的神经回路重组，以实现卒中后功能恢复。浸润性单核细胞来源巨噬细胞在卒中后第一周主要集中在梗死核心和梗死周围区域，并在第14天显著减少，而小胶质细胞在存活的梗死周围区域仍保持丰富。与此时间和空间模式一致，梗死周围区域的小胶质细胞在卒中发病后第14天维持包括Igf1、Spp1、neudesin神经营养因子（Nenf）和Gdf15在内的多种修复相关基因的表达。特别是，IGF1主要由小胶质细胞产生，可作为修复性小胶质细胞的有用标志物。IGF1和SPP1促进突触可塑性和髓鞘再生；因此，小胶质细胞在恢复期神经修复中发挥关键作用。
缺血性卒中还会损伤脑白质。白质主要由髓鞘包裹的轴突纤维组成。当白质受损时，神经回路网络被破坏，这被认为会导致包括感觉、运动和高阶脑功能在内的广泛症状。然而，卒中后白质损伤并非不可逆的进行性过程：尽管病变在最初几天内扩大，但损伤随后进入恢复期，白质从约第7天开始逐渐恢复。在这一过程中，少突胶质前体细胞（OPCs）分化为成熟少突胶质细胞以及相关的新生髓鞘形成和髓鞘再生被认为至关重要。
多项研究表明，小胶质细胞在这一白质修复过程中也具有重要作用。簇分化抗原11c（CD11c）+小胶质细胞通过产生神经营养因子IGF1和SPP1支持OPCs分化为成熟少突胶质细胞并促进髓鞘再生。此外，近期证据表明，小胶质细胞中细胞内pH的调节也可能参与白质修复。Na+/H+交换体1（NHE1）通过H+外排调节细胞内pH。在小胶质细胞/巨噬细胞中缺失Nhe1导致细胞内酸化和随后的cAMP反应元件结合蛋白（CREB）激活，增加卒中后白质修复相关基因（如Spp1和Gpnmb）的表达。这些发现表明，NHE1介导的pH调节可能参与诱导支持白质修复的小胶质细胞。
除了神经元和白质修复外，血管系统的重建对缺血性卒中后的组织修复也很重要。在梗死周围区域，血管生成——即从预先存在的微血管中萌发新毛细血管——被诱导。当适当促进时，这种血管生成可增加微血管密度，提高局部脑血流量，并支持功能恢复，新血管还为成神经细胞向损伤区域迁移提供物理支架；这种血管重塑发生在与行为恢复偶联的时间窗内。
然而，卒中诱发的血管生成产生的大部分脉管系统在功能上不成熟。这些新生微血管异常渗漏，仅形成短暂群体，在卒中后数月中与梗死相关吞噬性巨噬细胞一起消退。此外，由于未成熟血管生成血管具有高渗透性，早期或过度的血管生成活性会增加血脑屏障渗漏，并使梗死易发生出血性转化。
相比之下，动脉生成——即预先存在的侧支小动脉在剪切应力驱动下重塑和成熟为更大的传导血管，在卒中后约前两周内进行——恢复整体灌注，代表血管修复中更稳定、功能上更有意义的组成部分。与这些动脉侧支的保护性和可诱导性一致，增强侧支形成和重塑可减少梗死严重程度。因此，有效的血管修复不仅需要增加血管数量，还需要血管网络的成熟、灌注和稳定——尤其是动脉侧支的重塑。
小胶质细胞通过产生直接促进血管生成的因子参与该血管重塑过程的多个步骤。缺血性卒中后，小胶质细胞中活化T细胞核因子1（NFAT1）的激活通过涉及透明质酸合酶3（HAS3）、透明质酸（HA）和淋巴管内皮透明质酸受体1（LYVE1）的透明质酸介导信号（HAS3–HA–LYVE1轴）诱导促血管生成程序，并伴随血管内皮生长因子A（VEGFA）和成纤维细胞生长因子2（FGF2）的产生。这些促血管生成因子促进内皮细胞增殖、迁移和管形成，从而有助于血管生成、血流恢复和功能恢复。此外，转化生长因子-β1（TGF-β1）富集于缺氧预处理小胶质细胞来源的细胞外囊泡中，这些囊泡在体外被内皮细胞摄取，激活SMAD家族成员2/3（SMAD2/3）通路，并在缺氧损伤下促进内皮细胞存活、迁移和管形成。在大脑中动脉闭塞（MCAO）小鼠中，给予小胶质细胞来源的细胞外囊泡也可激活TGF-β/SMAD通路，并增加缺血半球血管内皮细胞数量。浸润性单核细胞和单核细胞来源巨噬细胞在卒中后血管重塑中也发挥重要作用。通过删除单核细胞中的C-C趋化因子受体2（CCR2）减少单核细胞浸润，可减弱缺血脑中包括Angpt2和Vegfa在内的血管生成相关基因的表达，并降低卒中发病8天后梗死核心中通畅血管的密度，表明CCR2+单核细胞有助于卒中后血管生成。除了血管生成外，浸润性单核细胞和巨噬细胞还参与预先存在的侧支血管的重塑。血管生成素/Tie2–磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）–Akt信号是参与血管稳定和重塑的重要通路，也调节单核细胞和巨噬细胞的修复功能。缺血性卒中后，CCR2+单核细胞积聚在软脑膜侧支血管周围，这些单核细胞中ephrin A型受体4（EphA4）的缺失促进大脑中动脉（MCA）和大脑前动脉（ACA）之间侧支的扩大，并改善脑血流量。EphA4负向调节单核细胞/巨噬细胞中的Tie2–PI3K–Akt信号，表明其限制单核细胞介导的侧支重塑。总之，这些发现表明浸润性巨噬细胞通过支持缺血组织内的血管生成和重塑预先存在的侧支血管，有助于卒中后血管修复和功能恢复。
5. 小胶质细胞修复功能的丧失
小胶质细胞通过多种方式促进卒中后神经修复，包括清除DAMPs和坏死组织碎片、产生神经营养因子、白质修复和血管重塑。然而，这种修复性小胶质细胞功能在卒中发病后数月内逐渐减弱。这与人类卒中患者和动物模型中自发性功能恢复通常在脑损伤后数月内消失的观察结果一致。
包括Igf1、Spp1、Nenf和Gdf15在内的恢复期相关基因（主要由修复性小胶质细胞表达）的表达在缺血性卒中发病后第6至14天达到峰值，随后在第28天左右下降，表明修复功能丧失。有趣的是，这种修复功能的下降不能简单地用修复性小胶质细胞本身从脑中消失来解释。当通过谱系示踪追踪曾经表达Igf1的细胞时，其中一些细胞在卒中发病后第28天仍存在于梗死周围区域。然而，这些细胞已失去Igf1和其他恢复期相关基因的表达，被认为已转变为失去修复功能的功能障碍状态。
这一过程的重要分子机制涉及转录因子锌指蛋白384（ZFP384）。ATAC-seq分析显示，卒中发病后第14至28天之间，小胶质细胞中形成特定的开放染色质区域。在这些区域富集的候选转录因子中，ZFP384被鉴定为可减弱小胶质细胞中Igf1表达的因子。ZFP384似乎涉及破坏Yin Yang 1（YY1）介导的染色质环化，该环化对于恢复期相关基因座（包括Igf1基因座）周围增强子-启动子相互作用的形成是必需的。与此一致，在小胶质细胞中删除Yy1可显著降低Igf1以及与神经突形成和血管发育相关基因的表达，揭示YY1是驱动修复性基因程序的转录复合物的组分。相反，当ZFP384在慢性期因长期暴露于TGF-β而增加时，ZFP384结合Igf1的启动子和增强子区域，并将YY1从这些区域置换。结果，依赖YY1的染色质相互作用丧失，包括Igf1在内的恢复期相关基因的表达减少。
这种修复性小胶质细胞功能丧失的机制（在小鼠中鉴定）也与人类缺血性卒中相关。在人类缺血性卒中患者的梗死周围区域，在发病后早期时间点可观察到表达IGF1的小胶质细胞，而ZNF384（ZFP384的人类直系同源物）在慢性期增加，此时小胶质细胞中IGF1表达减少。
6. 结论
小胶质细胞不仅仅是缺血后炎症的驱动者，更是动态免疫细胞，其有益的修复功能受表观遗传分子机制调节。对减弱修复程序机制的鉴定，以及人类卒中组织中观察到的相应变化，使该领域从描述小胶质细胞异质性转向利用修复性免疫。因此，保留或恢复小胶质细胞的有益作用将为增强卒中后功能恢复开辟新的治疗途径。
