基于星形胶质细胞-小胶质细胞串扰探讨针刺调控慢性偏头痛的中枢炎症机制
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作者:孙铭声 周梦荻 刘一 刘路 倪夕秀 徐韬 蔡定均 赵凌
摘要 慢性偏头痛是世界上最普遍和最易致残的神经源性炎症性病症之一，严重影响患者生命质量，但其机制至今仍未十分明确。最新研究提示在中枢炎症疾病中存在“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰，是阐释发病和治疗机制的新靶点。前期机制研究初步发现了针刺治疗慢性偏头痛与其调控星形胶质细胞与小胶质细胞关系密切。现从最新的神经炎症性疾病研究前沿“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰出发，探讨将其引入针刺治疗慢性偏头痛机制研究中的可能性，以期为针刺慢性偏头痛提供新的科学思路。
关键词 星形胶质细胞;小胶质细胞;慢性偏头痛;“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰;针刺;炎症;机制探讨
Mechanism of Acupuncture in the Regulation of Central Inflammation in Chronic Migraine Based on Astrocyte-microglia Crosstalk
SUN Mingsheng，ZHOU Mengdi，LIU Yi，LIU Lu，NI Xixiu，XU Tao，CAI Dingjun，ZHAO Ling
（School of Acupuncture and Massage，Chengdu University of Traditional Chinese Medicine，Chengdu 610075，China）
Abstract Chronic migraine is one of the most prevalent and disabling neurogenic inflammatory diseases in the world，severely impacting the quality of life of patients.However，its mechanism is still unclear.Recent studies suggest that the astrocyte-microglia crosstalk is observed in central inflammatory diseases，which is a new target for the elucidation of the pathogenesis and therapeutic mechanisms.Previous studies initially found that the mechanism of acupuncture in the treatment of chronic migraine was closely related to its regulation of astrocytes and microglia.Therefore，based on astrocyte-microglia crosstalk，the latest research frontier of neuroinflammatory diseases，this paper explored the possibility of introducing it into the mechanism study of acupuncture in the treatment of chronic migraine，thereby providing new scientific ideas for the treatment of chronic migraine with acupuncture.
Keywords Astrocyte; Microglia; Chronic migraine; Astrocyte-microglia crosstalk; Acupuncture; Inflammation; Mechanism exploration
中D分类号：R245文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2022.17.004
偏头痛是一种以发作性、搏动样头痛为特征的慢性神经系统炎症性疾病，是世界上最普遍和最易致残的疾病之一[1]。每年约有2.5%的偏头痛患者会发展为慢性偏头痛，慢性偏头痛患者约占全球总人口的2%[2]。慢性偏头痛通常比发作性偏头痛更易导致残疾，为患者带来更严重的负担[3]。但目前慢性偏头痛的发病机制尚未明确，导致对其有效的治疗手段不足。现代医学对于慢性偏头痛多为对症治疗，对大多数患者在发作阶段都会给予非甾体抗炎药和对乙酰氨基酚等止痛药物[1]，但止痛药物的使用存在诸多不良反应，如胃肠道反应、心脏和肾脏毒性[4]，且在慢性偏头痛患者中约有1/3到2/3存在过度用药情况[2]，而这会更进一步增加头痛的频率[5]。针刺是慢性偏头痛的有效治疗方式之一，已被纳入国内外诊疗指南[6]，临床应用具有疗效好、安全性高，远期效应良好等特点，但受限于对慢性偏头痛发病机制认识不足，针刺治疗的效应机制仍不十分明确。
目前普遍认为偏头痛的发生包含多种可能的机制（如血管学说、神经学说、三叉神经血管学说等），而发作性偏头痛和慢性偏头痛之间可能存在着不同的病理机制[7]。其中，中枢炎症在偏头痛慢性化过程中起着至关重要的作用[1]。前期研究发现，中枢神经胶质细胞与中枢炎症水平密切相关，小胶质细胞和星形胶质细胞之间的相互作用可显著影响中枢神经炎症介质水平[8]，且胶质细胞通过诱导中枢神经炎症反应也参与了偏头痛慢性化[8-9]。最新研究认为，小胶质细胞和星形胶质细胞之间可通过其分泌的炎症介质进行双向交流，构成了“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰。2020年末Trends in Immunology推出专栏探讨“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰将对神经免疫学产生的潜在深远影响[10]，引领了“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰的研究热点。
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因此，从“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰角度探讨针刺治疗慢性偏头痛的作用机制具有极为重要的前瞻性价值，其研究结果将为探索针刺调控“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰中的关键作用提供新思路。现综述如下。
1 星形胶质细胞与小胶质细胞在慢性偏头痛的发生发展中的关键作用
1.1 星形胶质细胞
星形胶质细胞是中枢神经系统（Central Nervous System，CNS）中最丰富的细胞类型，具有广泛的生物学功能，与CNS疾病密切相关，也是许多治疗方式作用于CNS的主要靶点[11]。其可通过营养支持、重吸收神经递质等作用协助维持神经元的功能和CNS稳定[12]，且星形胶质细胞还参与了髓鞘及突触形成、血脑屏障调节及神经传递等[13]。在CNS疾病或外源性物质刺激时，星形胶质细胞还可发生活化[14]，形成反应性星形胶质细胞。反应性星形胶质细胞可表现出肥大、高表达中间丝蛋白以及细胞功能改变等特性[15]。同时星形胶质细胞在激活过程中还会分泌多种细胞因子、趋化因子、生长因子以及神经营养因子等[16]，与星形胶质细胞膜上特异性受体结合，激活细胞内多种信号通路，进而调节相应基因的转录与表达。因此，星形胶质细胞活化不是由简单的“开-关”式通路所控制的，而是受许多细胞内外的信号共同精细调控[16]。活化的星形胶质细胞通常有2种类型：A1型星形胶质细胞，破坏突触、杀伤神经元;A2型星形胶质细胞，对神经元具有保护作用[17]。星形胶质细胞的活化对机体有利有弊，对于减少损伤和炎症扩散而言是必要的，但同时也抑制了突触和细胞的再生[18]。
最新研究发现，中枢敏化是慢性偏头痛（Chronic Migraine，CM）较为关键的潜在发病机制[19-20]。在炎症汤诱导的小鼠模型中，星形胶质细胞发生异常激活并持续存在，并可能通过调节C-C趋化因子配体（C-C Motif Chemokine Ligand，CCL）7、CCL12和白细胞介素-10（Interleukin-10，IL-10）等炎症介质的释放而导致慢性偏头痛的进一步进展。且星形胶质细胞功能受损会促进偏头痛小鼠模型中偏头痛样的头部疼痛状态[21]。“星形胶质细胞-神经元”之间的异常相互作用也进一步在偏头痛等神经系统疾病中发挥了重要作用[22]。因此，星形胶质细胞的异常激活及其与相关细胞的沟通联系在慢性偏头痛的中枢敏化中起到了重要作用。
1.2 小胶质细胞
小胶质细胞是中枢神经系统重要的免疫细胞[1]，能最先感知微环境的变化并快速做出反应。其作为“大脑的巨噬细胞”，可吞噬和清除病原体、坏死细胞及碎屑，对中枢神经系统的发育、维持和修复具有重要作用[23-24]。小胶质细胞也可分为2类表型：M1型小胶质细胞是一类以分泌炎症介质为主的细胞，主要发挥促炎功能，可促进肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor α，TNF-α）、IL-1β、IL-6等炎Y介质及谷氨酸和一氧化氮（Nitric Oxide，NO）的合成，启动炎症反应，引起细胞凋亡及继发损伤，具有较为明显的神经毒性作用。M2型小胶质细胞可分泌大量血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）、转化生长因子-β（Transforming Growth Factor-β，TGF-β）、IL-10等细胞因子，在血管生成、抗炎细胞因子分泌、促进炎症修复方面起重要作用。正常情况下M1型与M2型小胶质细胞保持动态平衡，一旦发生疾病时将打破这种动态平衡。同时M1型小胶质细胞在IL-13、IL-10、TGF-β等因子的作用下，向M2型极化，在炎症后期发挥抗炎作用，促进损伤修复。
小胶质细胞在慢性偏头痛发生发展中的作用也逐渐受到人们的关注。前期研究认为，活化的小胶质细胞通过释放炎症介质参与了慢性偏头痛的生理病理过程[12]。针对慢性偏头痛大鼠模型的研究发现，模型脊髓后角的小胶质细胞活化明显，通过小胶质细胞抑制剂预处理能明显抑制痛觉超敏现象及c-Fos的表达[25]。还有研究人员通过采用炎症汤反复刺激硬脑膜，发现在三叉神经脊束尾侧核中小胶质细胞被异常激活，血脑屏障通透性增加;且给予小胶质细胞抑制剂可以抑制大鼠眶周痛觉超敏的产生;同时，研究者发现小胶质细胞活化发生在多次炎症汤刺激后，仅2次刺激不足以激活小胶质细胞，提示小胶质细胞与慢性偏头痛的产生密切相关[26]。因此，小胶质细胞在慢性偏头痛的发生发展过程中起到了较为重要的作用。
2 “星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰在中枢神经系统疾病中的作用
疾病状态下，小胶质细胞可调控星形胶质细胞的激活，激活的星形胶质细胞可招募更多免疫细胞定向迁移到损伤部位，形成自身及相互的信息对话，促进初期炎症效应的级联放大;同时，激活的星形胶质细胞通过释放多种细胞因子可阻止小胶质细胞的过度反应[27]。前期已有研究初步发现了“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰的可能性，小胶质细胞可分泌包含IL-1α、IL-1β、IL-18等多种细胞因子，刺激星形胶质细胞的增殖和分化[28-29];星形胶质细胞分泌的IL-3等可以刺激小胶质细胞激活[30-31]。越来越多的证据表明，靶向调控由分泌因子介导的“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰在改善神经功能方面具有潜力[32-33]，许多中枢炎症疾病的新疗法可能依赖于识别参与小胶质细胞串扰的分子介质，以及那些促进恢复适当的神经胶质表型和功能稳态的因素。因此，对“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰的深入研究也可为探究中枢炎症性疾病的病因病机提供新的证据。
2.1 星形胶质细胞和小胶质细胞二者不同的细胞亚型是其发生交互串扰的关键
小胶质细胞和星形胶质细胞之间的相互作用显著影响神经炎症，其主要依赖于小胶质细胞和星形胶质细胞不同的细胞表型及其功能，局部细胞外和细胞内信号决定了它们的特征和表型的转换。目前较为公认的小胶质细胞和星形胶质细胞可被激活为2种极化状态：促炎表型（小胶质细胞的M1型和星形胶质细胞的A1型）和抗炎表型（小胶质细胞的M2型和星形胶质细胞的A2型）。前期研究发现，在脂多糖诱导的神经炎症过程中，小胶质细胞对病原体或损伤更加敏感，通过与损伤或病原体相关的分子模式被激活为M1型，促进TNF-α、IL-1等炎症介质分泌，从而转化为星形胶质细胞（A1型），放大神经炎症[34-35]。随着损伤的限制和神经血管的重塑，局部环境因素发生改变，使得小胶质细胞和星形胶质细胞的表型转变。活化的M2型小胶质细胞产生抗炎细胞因子IL-10，与主要在A2型星形胶质细胞中表达的IL-10受体相匹配，从而使星形胶质细胞分泌TGF-β，减少小胶质细胞的活化[36]。
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M2型小胶质细胞和A2型星形胶质细胞之间的串扰则显著减少了神经炎症，促进了神经元的存活和修复。2021年最新发表于Nature的研究，通过使用高通量流式细胞术筛查及单细胞RNA测序技术，研究者在小鼠中鉴定出一类新的星形胶质细胞亚型，其主要表达溶酶体相关膜蛋白（Lysosomal-associated Membrane Protein 1，LAMP1）和肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（Tumor Necrosis Factor-related Apoptosis-inducing Ligand，TRAIL）。这类星形胶质细胞亚型可通过TRAIL-死亡受体5（Death Receptor 5，DR5）信号诱导效应T细胞凋亡，从而抑制中枢炎症[37]。“星形胶质细胞-小胶质细胞”二者是否具有不同的细胞新亚型，二者之间的交互串扰，为研究中枢性炎症疾病的发展过程及治疗新靶标提供了新的思路。
2.2 “小胶质细胞-星形胶质细胞”途径促进中枢炎性激活
IL-18是IL-1超家族的重要成员，主要由巨噬细胞（小胶质细胞）产生，广泛参与免疫、肿瘤生长以及疼痛过程[13-16]。在啮齿动物模型中，IL-18主要在小胶质细胞中表达并介导小胶质细胞和星形胶质细胞之间的相互作用，产生神经性疼痛等表现。在神经性疼痛中，IL-18信号的激活可促进星形胶质细胞中核因子κB的磷酸化，并激活星形胶质细胞[15]。偏头痛动物模型研究证实，神经胶质细胞的激活以及随后释放的各种炎症介质，如IL-1β和TNF-α，可引起偏头痛的痛觉过度或异常性疼痛[18-19]。而一项最新的研究则发现，小胶质细胞衍生的IL-18可主要作用于在星形胶质细胞中表达的IL-18受体，增加核因子κB磷酸化，激活星形胶质细胞;阻断IL-18可减弱炎性汤诱导的痛觉行为，抑制核因子κB磷酸化和星形胶质细胞的激活。因此，小胶质细胞来源的IL-18，可能介导了星形胶质细胞-小胶质细胞作用途径，诱发中枢炎症，产生偏头痛痛觉过敏[20]。
2.3 “星形胶质细胞-小胶质细胞”途径抑制中枢炎症激活
IL-3主要来源于大脑星形胶质细胞的一个亚群，是在生理和病理状态下中枢功能的重要免疫调节细胞因子，能够促M免疫细胞的增殖、成熟和分化[38]。多发性硬化和阿尔茨海默病（Alzheimer′s Disease，AD）是临床常见的中枢性炎症疾病，有研究者前期发现来源于星形胶质细胞的IL-3有助于多发性硬化患者脑损伤中检测到的巨噬细胞和小胶质细胞的积聚[31]。且有研究者提出，拥有IL-3 mRNA的星形胶质细胞可能参与了小胶质细胞的激活[38]。而最新一项来自Nature的研究则点明，IL-3是“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰的关键介质。在AD过程中，AD的病理和严重程度可驱动小胶质细胞IL-3受体的表达，并调控小胶质细胞的激活[39]。因此，由星形胶质细胞产生的IL-3可能是“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰中反向调控小胶质细胞中枢炎症激活的关键介质。
3 针刺可通过调控星形胶质细胞和小胶质细胞发挥治疗作用
偏头痛属于中医学“头痛”范畴，又称“头风”“偏正头痛”和“偏头风”等。偏头痛患者常表现为头部一侧或两侧手、足少阳经循行部位疼痛，按针灸经络辨证当属少阳经病变，故常被称为“少阳头痛”。针刺治疗本病当以通络止痛、疏调少阳为治疗原则。前期临床研究发现，针刺在预防慢性偏头痛发作，降低发作频率和疼痛程度，提高患者生命质量等方面表现出了极大的优势[40]。发表于国际头痛协会会刊Headache的系统评价中纳入了7项针刺治疗偏头痛的随机对照临床研究，结果显示针刺与目前使用的诸多阳性药物（例如：氟桂利嗪、托吡酯、美托洛尔等）比较，在预防偏头痛发作方面疗效相当，且不良反应更少[41]。
前期机制研究则表明，针刺可抑制小胶质细胞和星形胶质细胞活化，提高机械痛阈值，减轻机械痛敏化的发生[42-43]，提示针刺的镇痛作用可能是通过抑制中枢神经胶质细胞活化和炎症反应，但针刺对神经胶质细胞的调控机制尚未明确。
在炎症条件下，小胶质细胞向M1型（促炎型）极化，并释放炎症介质，进而诱导星形胶质细胞活化;而在针刺治疗后，针刺可促使小胶质细胞向M2型（抑炎型）极化，抑制星形胶质细胞激活，减少炎症介质（IL-1β、TNF-α和IL-6）释放，同时增加抗炎细胞因子（IL-4和IL-10）表达[44-45]。由此可见，针刺可通过调控星形胶质细胞-小胶质细胞，抑制炎症反应发挥治疗效应。前期也有其他研究表明，针刺可通过抑制小胶质细胞和星形胶质细胞活化，减少炎症介质产生，从而缓解神经病理性疼痛[46-47]。由此可见，针刺可通过调控星形胶质细胞及小胶质细胞功能，抑制炎症反应，发挥治疗效应，但针刺对“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰的调控作用仍需要进一步研究。见图1。
4 讨论
针灸是我国独具特色的传统治疗方法，是我们最具原始创新价值的医疗资源和文化资源。但由于对其机制研究的不足导致其仍未获得足够的国际认可，随着现代科学技术的发展，针刺机制研究也获得了长足的进步，2022年4月美国TIME发表了题为《为什么针灸正在进入主流医学》的文章，揭开中医针灸走入主流医学的序幕。而“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰是神经免疫学领域最新的研究热点，对其深入研究将为针刺治疗偏头痛等中枢炎症性疾病提供新的证据。
本文从“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰角度，从“IL-3/IL-18”途径为针刺调控慢性偏头痛的中枢炎症机制研究提供了新的研究思路，并提出星形胶质细胞细胞与小胶质细胞不同细胞亚型可能是研究“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰的关键。而单细胞转录组和空间转录组是当前最新的细胞生物信息分析研究方法，单细胞组学技术让我们在了解生物异质性和从更高分辨率较多解决生物学问题等方面提供了极大的方便。空间转录组能够保留组织空间位置并同时解析组织切片转录组信息，在细胞间相互作用的研究中，从转录组数据和已知的配体-受体复合物推断不同细胞类型相互作用[48]，能够定位和区分功能基因在特定空间位置的表达，识别特定细胞亚群的空间异质性，以及在大脑中识别不同细胞亚型，同时能够获得这些亚型细胞的形态、活性或连接性等信息。近年来，单细胞转录组和空间转录组的联合技术已被成熟应用于阿尔茨海默病等中枢炎症性疾病的研究中[49-50]，不仅可以有效测量患者受炎症影响的组织结构紊乱，同时还可以评估临床干预治疗后的疗效，帮助阐释干预手段的疗效机制。2021年，美国科研人员在Nature Reviews Genetics发表综述文章[51]，系统回顾了整合二者的热门研究。目前已知小胶质细胞可分为促炎型和抗炎型（M1/M2），星形胶质细胞也可分为促炎型和抗炎型（A1/A2）各2种表型。通过此2种最新技术的应用可深入进行区域-细胞-细胞相互作用分析，以构建驱动疾病发展及治疗疾病的动态细胞图谱[52]，可创新性发现在慢性偏头痛疾病进程和针刺治疗过程中对“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰产生关键作用的新细胞亚型及其功能特点，为针刺治疗慢性偏头痛等中枢炎症性疾病是否通过调控了“星形胶质细胞-小胶质细胞”串扰提供新颖、直观的科学证据。
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（2022-06-22收稿 本文辑：吴珊）
nlc202211031557
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