全 文 ：·综述与专论·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010 年第 6 期
星形胶质细胞在神经系统疾病中的作用
王磊
(昆明理工大学生命科学与技术学院，昆明 650224)
摘 要: 激活的星形胶质细胞会产生和释放的神经递质、神经营养因子和促炎因子等，对神经元既有保护作用，也有毒
性作用，在阿尔茨海默病、帕金森症、癫痫、缺血性脑损伤等多种神经系统疾病的发生发展过程中有着重要作用。对近年来国
内外有关星形胶质细胞参与神经系统疾病进程的最新研究进展作了综述，并对今后研究工作进行了展望。
关键词: 星形胶质细胞 阿尔茨海默病 帕金森症 癫痫 缺血性脑损伤
The Roles of Astrocyte in Nervous System Diseases
Wang Lei
(Faculty of Life Science and Technology，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650224)
Abstract: Activated astrocyte can produce and release neurotransmitters，neurotrophic factors and cytokines，which could involve
in pathogenesis of nervous system diseases，such as Alzheimers disease，Parkinsons disease，epilepsy，ischemia Astrocyte may have
a protective effect or a toxic effect on neuron，and then take part in the pathogenesis of nervous system diseases This review dealed
with studies in recent years of the role of astrocyte in nervous system diseases，and research prospects were proposed.
Key words: Astrocyte Alzheimers disease Parkinsons disease Epilepsy Ischemia
收稿日期:2010-01-25
基金项目:云南省省基金项目(KKSA200826047) ，昆明理工大学科学研究基金项目(KKZ2200826090)
作者简介:王磊，女，助理研究员，研究方向:神经生物学;E-mail:leiwang513@ gmail com
星形胶质细胞(astrocyte，AS)是中枢神经系统
中数目最多的一种细胞，它作为胶质细胞的主要类
别，几乎囊括了胶质细胞的所有功能。星形胶质细
胞在病理条件或者脑损伤时会被激活。激活的星形
胶质细胞能产生和释放多种神经递质、神经营养因
子和毒性代谢产物，在受体、离子通道、抗原传递、基
因转录等各级水平全面影响和调节神经元的兴奋
性，参与神经疾病的发病过程。活化的星形胶质细
胞对神经细胞既有毒性作用又有保护作用。将对近
年来星形胶质细胞在神经疾病中的作用及研究进展
进行综述。
1 星形胶质细胞和阿尔茨海默病
阿尔茨海默病(Alzheimers disease，AD)是一
种进行性、不可逆转的，且以痴呆为主的中枢神经
系统退行性疾病。随着社会人口的老龄化，其发
病率呈上升趋势。老年斑(senile plaque，SP)、神
经纤维缠结(NFTs)和区域性的神经细胞损伤、死
亡为 AD的 3 大病理改变。其中 SP的核心是沉积
的、不溶的 β-淀粉样蛋白(amyloidβ-protein，Aβ) ，
周围围绕着营养障碍性轴突、激活的小胶质细胞
和星形胶质细胞。
Aβ 在大脑中以 SP 的方式沉积，被认为是 AD
发病机理中的关键环节。Aβ 周围有许多反应性
星形胶质细胞，其突起包绕沉积的 Aβ，有些突起
甚至可以伸入其内部［1］。研究发现，反应性星形
胶质细胞激活后产生炎性蛋白，促使可溶的 Aβ 转
化为丝状具神经毒性的不可溶沉淀［2，3］。后者引
起小胶质细胞激活，释放肿瘤生长因子(TNF-α)
和氧自由基，这些释放物进一步促使小胶质细胞
激活，并产生白介素-1(IL-1)。IL-1 可再次激活
星形胶质细胞，促使其分裂增殖，从而影响了星形
胶质细胞从胞外摄取氨基酸和释放神经营养因子
等。同时激活的星形胶质细胞会产生炎性蛋白，
增加了不溶性 Aβ 的生成。此外，Aβ 激活星形胶
质细胞后可以上调炎症因子的表达［4］。Aβ 激活
星形胶质细胞引发的炎症级联反应在 AD 发病中
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2010 年第 6 期
有重要作用。
Aβ 激活星形胶质细胞和小胶质细胞，引起细
胞因子的释放，这些细胞因子通过近邻效应、自身效
应或是胞内效应又加快了星形胶质细胞增殖、Aβ
沉积和 SP 形成，促使 NFTs 的形成。同时，星形胶
质细胞中的可诱导型 NOS(iNOS)的诱导表达增高，
间接促使神经细胞损伤、死亡，并引起反复的炎症反
应，导致 I型星形胶质细胞高表达 β-淀粉样蛋白前
体，使 AD发生、发展。
在脑内，星形胶质细胞合成的载脂蛋白 E(Apo
E)可以转运胆固醇和磷脂到神经元以供树突及突
触重塑。大脑皮层神经元摄取星形胶质细胞合成的
Apo E，进而影响神经元的代谢。通过对 Apo E转基
因小鼠的研究发现，在 AD 发病中 Apo Eε4 与发病
危险的增加有很大关系［5，6］。
另一方面，星形胶质细胞能分泌多种神经营养
因子，支持神经元存活和促进突触起生长，包括胶质
源性(GDNF)和脑源性(BDNF)能两类。研究发现，
在 AD典型病理改变出现前即可发现星形胶质细胞
对 Aβ的反应增强，通过 PCR 和 ELISA 检测发现，
Aβ可诱导星形胶质细胞快速产生 BDNF，而 BDNF
可减轻 Aβ 所致神经毒性［7］。因此，星形胶质细胞
及其产生的特殊神经营养因子可作为治疗 AD 的一
个靶点。
在 AD发病过程中，星形胶质细胞的激活会导
致 AD的进一步发生发展，但同时又可以通过分泌
多种神经生长因子减轻 AD症状。
2 星形胶质细胞和帕金森病
帕金森病(Parkinson’s disease，PD)又称震颤
麻痹(paralysis agitans) ，是发生于中老年的神经退
行性疾病，该病程渐进性发展。PD的主要病理特点
为中脑黑质多巴胺(dopamine，DA)能神经元变性、
死亡和路易氏体(Iewy小体)的出现，其发病率仅次
于阿尔茨海默病。到目前为止，PD确切的病因和发
病机制尚未明确。随着对 DA 能神经元变性、死亡
机制研究的不断深入，发现胶质细胞的增生和激活
在 PD发病过程中有一定作用。
星形胶质细胞在脑内各部位的分布并不一
致［8］。那些周围星形胶质细胞较少的多巴胺能神
经元更易于变性［9］。目前，这种神经保护作用可能
与星形胶质细胞能产生多种具有保护多巴胺能神经
元作用的神经营养因子有关。AS 分泌的胶质源性
营养因子(BDNF)可促进中脑多巴胺能神经元的存
活和形态分化，增加对多巴胺吸收的亲和力，被认为
是一种潜在的治疗 PD 药物［10，11］。研究表明，星形
胶质细胞条件培养基可以保护神经元免受鱼藤酮诱
导的神经损伤［12］。星形胶质细胞通过对抗氧自由
基而发挥对神经元的保护作用。这一过程中，星形
胶质细胞内的谷胱甘肽过氧化物酶是一个关键
因素。
星形胶质细胞内活性较高的单胺氧化酶
(MAO)与多巴胺能神经元变性有关［13］。MAO活性
是多巴胺能神经元变性的一个危险因子。静脉注射
MPTP后产生毒性物质 MPP + (1-甲基-4-苯基吡
啶) ，MPP +可杀死多巴胺细胞群，出现帕金森症状，
而 MPTP转变为 MPP +需要单胺氧化酶 B(MAOB) ，
后者就存在于星形胶质细胞内。研究发现，新型
ATP敏感的钾离子通道开放剂埃他卡林(iptakalim)
可以通过抑制星形胶质细胞的激活及其激活后促炎
因子的释放，从而保护多巴胺能神经元免受 MPP +
引起的神经元变性［14］。
在 PD 中，星形胶质细胞既可能对多巴胺能神
经元有保护作用，也可能对其有毒性作用。在 PD
的早期，可能其保护作用占主导。随着病情的发展，
其毒性作用逐渐明显。
3 星形胶质细胞和癫痫
在所有因癫痫(epilepsy)死亡的患者中几乎都
会见到星形胶质细胞的变性、坏死及增生。星形胶
质细胞的激活是其增生的基础。星形胶质细胞增生
可能导致神经细胞外 Na + /K +浓度平衡失调，使神
经细胞兴奋的阈值降低，神经活动过度而发生癫痫。
谷氨酸和 γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid，GA-
BA)也参与癫痫的发生。谷氨酸作为脑内主要递
质，在癫痫发生、扩散和癫痫活动的保持起重要作
用。在癫痫发作时，星形胶质细胞通过增加谷氨酸
的摄取及调节神经元对谷氨酸的摄取，减少细胞外
谷氨酸的浓度［15］。用药物(THPO)选择性阻断星形
胶质细胞摄取 GABA，但不阻断神经元摄取 GABA，
就能防止小鼠因声音所致的癫痫发作;若用其它物
质阻断神经元摄取 GABA，则不能防止癫痫发生，说
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2010 年第 6 期 王磊:星形胶质细胞在神经系统疾病中的作用
明神经细胞内 GABA的减少与癫痫的发生有关［16］。
癫痫发作时，星形胶质细胞合成 GABA 增加，GABA
受体表达增加。星形胶质细胞的这种改变一方面可
保护神经元，另一方面也成为加重癫痫或使其复发
的病理基础。
此外，星形胶质细胞还可能直接参与到癫痫的
发生中。Fluorocitrate (FC)是一种特异性阻断星形
胶质细胞的能量代谢途径，从而导致星形胶质细胞
功能紊乱的药物。脑内直接注射低剂量 FC(0 8
nmol，125 nL)可引起大鼠的癫痫样 EEG 放电。这
一结果说明，局部大脑皮层星形胶质细胞功能紊乱
会导致局部的癫痫样放电，并且有时会造成痉挛，此
过程可能是依赖于间隙连接(gap junction)介导［17］。
癫痫发作的病理生理变化复杂，星形胶质细胞
在其中的作用也是多方面的，其确切机制有待进一
步研究。
4 星形胶质细胞和缺血性脑损伤
缺血性脑损伤后，胶质细胞通过与神经元之间、
与胶质细胞之间的相互作用影响缺血的发展和
转归。
缺血性脑损伤导致星形胶质细胞反应增生，
数目增多，胞体变大，提示缺血性脑损伤后星形胶
质细胞的物质交换功能变得更加活跃。星形胶质
细胞是活性钾的摄取系统和 γ-氨基丁酸(GA-
BA)、5-羟色胺和谷氨酸的高亲和性摄取系统。缺
血性脑损伤后星形胶质细胞能减少细胞外间隙的
K +浓度，吸收神经元所释放的化学递质，维持神经
元网络的功能。有研究指出，缺血性脑损伤导致
谷氨酸为主的兴奋性氨基酸明显升高［18］。此时反
应性星形胶质细胞谷氨酰胺合成酶活性增加，可
减少胞外过多的谷氨酸，因而保护了神经元免受
谷氨酸毒性。但增生的星形胶质细胞在脑内占据
过大的空间，因而可能干扰神经元之间和神经元
与星形胶质细胞之间的正常联系，同时血脑屏障
也可能受到干扰而出现渗漏。
星形胶质细胞对于缺血性脑损伤等应激反应及
神经元损伤出现一种程序性激活，即上调反应。激
活的星形胶质细胞中几种蛋白质如胶质纤维酸性蛋
白(GFAP)、热休克蛋白(heat shock protein，HSP)、
转铁蛋白和载脂蛋白 E(apo E)等的表达上调。而
在缺血性脑损伤的后期，激活的星形胶质细胞
GFAP的表达明显增多。说明星形胶质细胞在缺血
性脑损伤组织修复中具有重要的作用［19］。缺血性
脑损伤中，转铁蛋白作为一种神经营养因子，在星形
胶质细胞中的表达明显增多，同时能刺激神经元的
修复和促进星形胶质细胞增生。缺血性脑损伤过程
中，反应性星形胶质细胞 Apo E 的产生和分泌明显
增加，Apo E 通过将类脂送往缺血神经细胞，从而促
进神经元的修复［20］。
缺血性脑损伤时，星形胶质细胞分泌的多种细
胞因子，如神经生长因子 (nerve growth factor，
NGF)、白细胞介素(interleukin，IL)、碱性成纤维细
胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)、转
化生长因子 β(transforming growth factor β，TGF-β)、
脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic fac-
tor ，BDNF)等，对缺血造成的脑损伤有营养、修复
等保护作用［21，22］。NGF 具有神经营养功能。缺血
性脑损伤中，激活的星形胶质细胞产生的 NGF 在
神经元修复、再生中起重要作用。直接注射 IL-6
到大鼠脑内可以明显减轻缺血性脑损害的体积。
在中枢神经系统内，IL-6 主要由胶质细胞产生。
星形胶质细胞可通过分泌 IL-6 而起到神经保护作
用［23，24］。bFGF可以作用于多种神经元，包括胆碱
能、GABA能、谷氨酸能和多巴胺能神经元。研究
显示，注射 bFGF可明显缩小大鼠缺血性脑梗死体
积［25］。缺血性脑损伤时，激活的星形胶质细胞中
bFGF的产生和分泌增加，有利于提高神经元抗损
伤能力。而 TGF-β 除可能具有神经营养作用外，
由于其可抑制星形胶质细胞谷氨酰胺合成酶的活
性而增加了外源性谷氨酸，也可能造成神经元
损伤［26］。
在缺血性脑损伤中，星形胶质细胞作用是双重
的。它和神经元之间的相互作用是缺血后脑损伤神
经元能否存活的关键。
5 其它
炎性脱髓鞘疾病、中枢神经系统损伤和一些神
经退行性疾病均会导致中枢神经系统出现反应性星
形胶质细胞增生，增殖的星形胶质细胞可参与清除
损伤部位的髓磷脂和神经元碎屑，包裹损伤区。但
单纯的胶质细胞增生却有相反的负作用。
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2010 年第 6 期
6 展望
过去星形胶质细胞仅仅被视为具有固定神经元
的功能，而现在人们逐渐认识到它在调节中枢神经
系统功能中发挥着关键作用。激活后的星形胶质细
胞可以表达多种神经递质、神经营养因子及细胞因
子等，对神经元具有保护作用的同时又具有神经毒
性作用，影响神经元的功能和存活，从而参与不同神
经系统疾病的发病机制。神经系统疾病的发病进程
多为不可逆，现有的治疗方法都难以彻底治愈。研
究星形胶质细胞在神经系统疾病中的激活以及在其
病理过程中的反应，可以为其提供新的研究思路和
治疗策略。
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