《International Journal of Molecular Sciences》：IL-33/ST2 Signaling and Microglial Functional-State Transitions After Spinal Cord Injury: Direct Evidence and Mechanistic Hypotheses
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脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）触发一系列复杂且不断演进的病理事件，其中神经炎症与微环境失衡严重制约组织修复。在各类细胞介质中，小胶质细胞展现出显著的功能可塑性，可在多种状态之间转换，这些状态既能支持组织修复，也可能加剧
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脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）触发一系列复杂且不断演进的病理事件，其中神经炎症与微环境失衡严重制约组织修复。在各类细胞介质中，小胶质细胞展现出显著的功能可塑性，可在多种状态之间转换，这些状态既能支持组织修复，也可能加剧继发性损伤。然而，调控这一动态重编程的机制尚未完全阐明，限制了有效免疫调控策略的开发。近期证据表明，白细胞介素-33（interleukin-33, IL-33）/ST2轴是连接免疫应答与神经修复的新兴、情境依赖性调节因子。IL-33作为警报素（alarmin）在损伤后迅速释放，在时空维度上调节小胶质细胞功能。本文提出一个两阶段工作模型，整合了来自SCI的直接证据与从更广泛中枢神经系统（central nervous system, CNS）病理中推断的见解。尽管急性期IL-33信号在SCI模型中被直接证实可限制早期神经炎症并控制组织损伤，但其在驱动后续修复性小胶质细胞表型——包括代谢适应和特化吞噬清除——中的推定作用，仍主要是一个从脑损伤和神经退行性疾病范式中推断的假说。此外，研究人员探讨了IL-33如何调节与调节性T细胞（regulatory T cells, Tregs）和星形胶质细胞的细胞间串扰，强调这些下游修复机制需要在受损脊髓的特定微环境中进行确证性验证。本综述综合了SCI病理学、小胶质细胞异质性和IL-33介导信号传导的最新研究进展，重点阐述IL-33如何整合炎症、代谢和转录程序以驱动小胶质细胞功能重编程，并评估了靶向该通路的新兴治疗策略。尽管临床前研究结果令人鼓舞，但在优化递送方式、给药时机和安全性方面仍存在挑战。深入理解IL-33/ST2轴及其情境依赖性效应，有望实现精准免疫调控，为克服再生障碍、改善SCI后功能恢复提供新途径。
论文主体内容总结
2. 脊髓损伤的病理生理与免疫微环境
2.1 损伤分期与病理特征
创伤性SCI引发复杂的病理生理级联反应，传统上分为急性期、亚急性期和慢性期。本文为统一证据评估，建立了标准化的小鼠时间线：急性期为损伤后0至3天，亚急性期为3至28天，慢性期为28天之后。需要强调的是，这些分期并非孤立、互斥的时间窗口，而是沿动态生物学连续体运行，存在广泛的时间重叠。急性期内，机械创伤直接造成神经元压迫、血管破坏、轴突横断和膜破裂，继而引发继发性事件，包括神经元丢失、胶质细胞活化增殖、微出血扩散、血脊髓屏障（blood-spinal cord barrier, BSCB）破坏以及活性氧（reactive oxygen species, ROS）介导的氧化损伤。亚急性期观察到部分神经元恢复，星形胶质细胞向反应态转变，小胶质细胞在约14天出现第二次激活波，CD3+淋巴细胞开始浸润。慢性期以持续的神经元和星形胶质细胞丢失、具有疾病相关转录特征的小胶质细胞持续激活以及慢性炎症为特征，星形胶质细胞来源的瘢痕组织在空间上限制炎症扩散。
2.2 损伤后免疫微环境
SCI后损伤部位形成持续的免疫-炎症反应，涉及小胶质细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞和星形胶质细胞及其分泌因子和细胞间相互作用。小胶质细胞是响应最迅速的细胞群体之一，在损伤后第3天和第14天出现两次主要激活波。高分辨率单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）揭示小胶质细胞激活并非均一过程，而是随时间动态重编程为11个不同功能亚群，包括表达P2ry12和Csf1r的稳态小胶质细胞、富集核糖体基因的增殖亚群、以Lgals1为标志的非脂质吞噬亚群，以及以Lpl和Ctsd表达为特征的脂质处理亚群。损伤后7天，稳态小胶质细胞基本被增殖性、非脂质吞噬和脂质处理亚群取代；至28天，脂质处理小胶质细胞占主导，伴随监测和铁处理亚群增加。外周单核细胞来源巨噬细胞（monocyte-derived macrophages, MDMs）在损伤后1至3小时内被招募至损伤部位，主要局限于高度坏死的病灶核心，维持抗原呈递和效应炎症特征；而常驻小胶质细胞主要分布于病灶周围边界，参与物理瘢痕包绕，并在慢性期演变为特化的脂质处理和衰老亚群。适应性免疫成分在损伤后约3天开始浸润，T细胞分化为Th1、Th2、Th17和调节性T细胞（Treg）亚群，发挥不同促炎或抗炎作用。
2.3 当前修复策略的局限性
现有SCI修复策略包括组织工程、药物干预、手术和联合疗法。组织工程采用神经营养因子、干细胞移植和生物材料支架支持再生。药物方面，大剂量甲泼尼龙琥珀酸钠（methylprednisolone sodium succinate, MPSS）的临床疗效和安全性仍存争议，目前被视为需严格风险-收益评估的弱推荐选项。手术策略主要聚焦早期减压稳定脊柱。尽管联合疗法在临床前研究中显示神经保护效力，但临床转化仍受严重阻碍，标准化无菌啮齿动物模型难以完全模拟人类SCI的生物学异质性、损伤生物力学差异和系统性免疫复杂性，亟需高度靶向、微环境特异性的干预策略。
3. SCI中小胶质细胞的动态调控
3.1 小胶质细胞亚群与功能多样性
SCI后小胶质细胞迅速激活并分化为多个功能亚群。多种小胶质细胞亚群已在不同CNS病理中被表征，但其在创伤性SCI中的直接转化仍存在差异。CD11c+小胶质细胞在神经发育和阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）模型中表现出强吞噬和增殖能力，但在原发性SCI中的确证性验证尚缺乏。暗小胶质细胞（dark microglia）在AD和慢性应激模型中富集，其在受损脊髓中的存在和功能相关性仍不明确。修复相关小胶质细胞（repair-associated microglia, RAM）通过VEGF-A分泌支持血脑屏障完整性和血管生成，但该机制仅来自脑血管损伤范式的间接证据。疾病相关小胶质细胞（disease-associated microglia, DAM）表型以稳态标志物下调和脂质代谢及吞噬基因（如Trem2、Apoe、Lpl、Ctsd）的序贯激活为特征，SCI中小胶质细胞亚群获得DAM样转录特征，但代表损伤诱导的独特转录程序而非与AD定义的DAM完全等同。白质相关小胶质细胞（white matter-associated microglia, WAMs）因维持髓鞘和少突胶质细胞稳态的作用而与SCI高度相关。
3.2 小胶质细胞的生理与病理作用
生理条件下，小胶质细胞通过免疫监视、营养支持和突触重塑维持CNS稳态。SCI后，小胶质细胞在急性期通过TREM2/DAP12信号和凋亡细胞磷脂酰丝氨酸识别高效清除髓鞘碎片。近期直接证据证实，脂质积累的小胶质细胞利用C1q依赖机制不适当地剥离功能性突触，从而损害运动恢复。慢性期小胶质细胞反应以有效髓鞘碎片清除能力进行性下降和神经毒性反应性星形胶质细胞诱导为特征，这一功能障碍状态可能源于TREM2和CX3CR1等关键清除受体的表达下调或改变，或小胶质细胞运动性与凋亡细胞识别的解偶联，以及溶酶体酸化和自噬流受损。
3.3 小胶质细胞动力学的体内成像
双光子显微镜（two-photon microscopy, TPM）实现了小胶质细胞体内行为的实时可视化。研究揭示小胶质细胞快速延伸突起至受损轴突，形成保护性接触以限制急性期变性。慢性期小胶质细胞仍处于激活状态，但形态简化且吞噬动力学降低。小胶质细胞与神经元胞体之间的接触在损伤后短期内增加并持续数周，表明存在靶向监视。
3.4 小胶质细胞功能的动态调控
小胶质细胞耗竭策略的治疗效果高度依赖干预时机、模型和消融持续时间。损伤前或损伤后立即开始的持续耗竭一致性地加重组织损伤并损害功能恢复，因为基线小胶质细胞对于早期伤口压实、坏死组织快速吞噬和保护性小胶质细胞边界的组装至关重要。相反，在早期保护性瘢痕边界稳定后启动的延迟亚急性耗竭——通过雄性小鼠饮食给予CSF1R抑制剂PLX5622，于损伤后7天开始并持续4周——显著改善长期神经功能结局。停止抑制剂后，耗竭的实质生态位通过残留局部小胶质细胞祖细胞增殖实现快速再增殖，这一延迟消融和修复性再增殖的动态循环显著减轻慢性神经炎症、限制继发性结构病变扩展并促进持续运动功能恢复。此外，现有绝大多数SCI体内研究存在性别偏差，主要依赖雄性队列或未按性别分层分析，IL-33神经保护效力及DAM样小胶质细胞亚群的时空转换是否在雌性中同样运作仍属未解问题。
4. IL-33在SCI修复中的多维作用
4.1 IL-33的生物学特性及其对小胶质细胞状态转换的调控
白细胞介素-33（IL-33）作为IL-1家族成员，在CNS中主要由少突胶质细胞和星形胶质细胞储存。脊髓机械损伤后，坏死胶质细胞迅速释放核内储存的IL-33至细胞外基质。啮齿动物挫伤模型的体内观察证实，内源性IL-33招募髓系细胞至损伤部位，减弱TNF-α和IL-1β等促炎细胞因子的急性激增，从而显著减少继发性病变体积。然而，IL-33在此情境中常被归因的高度颗粒化细胞机制——如指导靶向小胶质细胞趋化、增强髓鞘吞噬和协调结构性边界组装——主要源自缺血性卒中病理，需在脊髓创伤中进行靶向实验确证。小胶质细胞表达经典IL-33受体ST2，IL-33通过该受体在神经发育重塑中调节吞噬能力和突触修剪。AD模型中的高分辨率转录组分析显示，IL-33重编程小胶质细胞以上调细胞外基质修饰酶（如Adamts4和Mmp14）和吞噬相关基因（包括Marco和Gas7），但这些IL-33驱动的转录程序仅在淀粉样蛋白负荷脑中确立。代谢适应方面，神经发育情境中IL-33通过PI3K-AKT轴提升线粒体呼吸和糖酵解，以满足吞噬作用增强的生物能量需求，但脊髓小胶质细胞在创伤后是否存在平行生物能量重编程仍是关键知识空白。
4.2 IL-33的时空动态及其损伤后对小胶质细胞的演变调控
原发性机械创伤后，内源性IL-33作为快速响应警报素发挥作用。脊髓挫伤和挤压伤研究证实，24小时内出现的早期峰值对于减弱急性神经炎症反应至关重要。慢性阶段观察到的IL-33信号持续升高——可能由持续的血管和星形胶质重塑维持——反而驱动纤维化瘢痕稳定。AD模型的高分辨率研究揭示，急性IL-33激活小胶质细胞ST2受体以激活NF-κB和AKT通路，随后上调主转录因子PU.1，该IL-33-PU.1轴驱动包含修复相关基因（如Arg1和Mrc1/CD206）和抗炎细胞因子（包括IL-10和TGF-β）的复杂转录程序，但该机制框架在SCI独特病理中的直接执行仍是待严格检验的理论模型。等待SCI验证的假说包括：IL-33通过ST2信号和VCAM1-ApoE相互作用诱导小胶质细胞从趋化状态向吞噬状态的序贯转换，以加速抑制性髓鞘碎片的清除；以及IL-33通过NF-κB和AP-1信号限制过度自噬、抑制细胞应激反应以维持小胶质细胞活力的细胞保护功能。
5. 靶向IL-33和小胶质细胞的治疗策略
重组IL-33（rIL-33）直接干预在鼠脊髓挫伤模型中显示显著神经保护潜力。全身腹腔给药rIL-33可调节受体动力学，降低IL-1RAcP表达同时上调ST2，有效减轻组织丢失、限制脱髓鞘、减少反应性星形胶质增生，同时促进持续性修复性小胶质细胞/巨噬细胞表型并抑制T细胞浸润和TNF-α表达。然而，精确剂量-反应关系、最佳治疗时间窗的严格边界以及外源性rIL-33是否明确驱动小胶质细胞物理边界压实等关键参数尚未明确解决。非创伤性脊髓神经病变方面，靶向IL-33的短发夹RNA慢病毒递送（LV-shIL-33）可有效沉默局部脊髓IL-33表达，减轻神经炎症级联并缓解椎间盘突出相关神经根性疼痛，但该抗伤害感受策略源于非创伤性神经根病模型，不可与急性SCI组织修复策略混为一谈。可溶性ST2（sST2）作为诱饵受体隔离IL-33，防止其与膜结合ST2相互作用，从而减弱炎症信号。缺血性卒中模型证据表明，中枢IL-33给药虽减轻局部神经炎症，但可能诱发外周免疫功能障碍，导致系统性免疫抑制和继发性细菌感染易感性增加。因此，未来SCI靶向IL-33治疗范式应转向病灶部位限制性递送平台，如可注射水凝胶或靶向纳米载体，以物理限制IL-33释放至受损脊髓实质，最大限度减少脱靶系统性溢出，但此类局部递送系统目前缺乏直接经验验证。
6. 综述局限性
本叙述性综合存在若干方法学局限。文献选择标准严格排除非英文出版物和非同行评审预印本，可能遗漏相关早期机制发现或国际研究成果。综述固有地易受发表偏倚影响，显示IL-33强神经保护或阳性免疫调节结果的研究比零结果或阴性结果的研究更可能发表。此外，整合来自非SCI模型的推断数据意味着所讨论的相当一部分下游分子级联在原发性脊髓创伤情境中仍属理论性，需持续经验验证。
7. 结论
创伤性SCI触发复杂动态的神经炎症级联，微环境失衡是修复的主要障碍。小胶质细胞作为核心调节因子，其功能状态随时间演变，可能从早期保护性反应转向慢性或失调表型，需要精确、情境依赖的控制而非广泛抑制。IL-33/ST2轴是连接警报素信号与小胶质细胞功能重编程的候选通路，现有证据表明IL-33调节小胶质细胞吞噬碎片清除、生物能量适应和组织限制性边界形成等关键生理过程。然而，重要证据缺口仍存：大部分机制框架源自非创伤或间接疾病模型，ST2下游决定小胶质细胞状态转换的精确细胞内网络尚未完全阐明，人类SCI组织中的直接验证严重受限。未来研究需系统评估四个关键可测试领域：纳入衰老损伤模型、建立人类转化生物标志物（如脑脊液和血清中IL-33及sST2的纵向定量）、确定最佳治疗窗口和细胞特异性作用，以及评估长期安全性和系统性免疫风险。解决这些高度特异的科学问题，对于确定靶向IL-33/ST2轴调控小胶质细胞功能可塑性能否最终从有前景的临床前概念转化为可控、安全、有效的脊髓修复治疗策略至关重要。
