《Neurobiology of Disease》：The M1-like microglia-A1-like astrocyte Axis: A central hub linking BDNF dysregulation in chronic stress to anxiety disorders
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这篇综述系统阐述了慢性应激如何通过“M1样小胶质细胞-A1样星形胶质细胞轴（M1-A1轴）”这一核心枢纽，介导脑源性神经营养因子（BDNF）失调，进而导致焦虑障碍的分子机制。文章整合了从外周（如肠道菌群紊乱、血脑屏障破坏）到中枢（神经炎症级联反应、胶质细胞代谢异常）的多层次证据，揭示了神经炎症通过抑制BDNF转录、破坏乳酸代谢、损害突触可塑性等途径诱发焦虑样行为，并探讨了靶向胶质细胞表型转化、修复血脑屏障等潜在干预策略，为理解焦虑障碍的病理生理机制和开发新疗法提供了重要理论依据。
慢性应激与焦虑障碍的神经炎症机制：聚焦M1-A1轴介导的BDNF失调
焦虑障碍是全球最常见的精神障碍之一，其高患病率及现有治疗的局限性构成了严峻的公共卫生挑战。慢性应激作为核心环境诱因，其通过神经炎症介导脑源性神经营养因子（BDNF）失衡的机制日益受到关注。本综述旨在系统探讨“M1样小胶质细胞-A1样星形胶质细胞轴”（简称M1-A1轴）在连接慢性应激与BDNF失调中的潜在作用，并为靶向该轴的干预策略提供理论依据。
神经炎症的细胞与分子机制：从外周至中枢的级联反应
慢性应激通过下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴激活和肠道菌群破坏，引发外周和中枢级联反应。在中枢神经系统（CNS）内，应激诱导小胶质细胞向促炎性小胶质细胞亚群（以下简称M1样小胶质细胞）极化。M1样小胶质细胞释放的信号，如白细胞介素-1α（IL-1α）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和补体成分1q（C1q）（合称ITC信号），驱动星形胶质细胞转化为神经毒性星形胶质细胞状态（以下简称A1样星形胶质细胞），从而形成“M1-A1轴”。
小胶质细胞的双重角色
M1样小胶质细胞的激活是中枢神经炎症的起始事件。慢性应激升高皮质酮（CORT）水平，进而促进小胶质细胞上Toll样受体4（TLR4）的表达及其在细胞膜上的定位。TLR4可被应激诱导内源性释放的配体（如热休克蛋白70（HSP70）、高迁移率族蛋白B1（HMGB1））激活，从而通过髓样分化初级反应蛋白88-核因子κB（MyD88-NF-κB）通路触发M1样小胶质细胞转化。此外，应激导致的细微神经元损伤引起三磷酸腺苷（ATP）释放，通过小胶质细胞上的P2X7嘌呤受体激活NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体，促进促炎细胞因子白细胞介素-1β（IL-1β）的成熟和释放，进一步加剧M1样极化。小胶质细胞线粒体功能障碍，如线粒体去极化和过量活性氧（ROS）产生，会加剧此过程。
从M1样小胶质细胞驱动BDNF失调的角度看，其分泌的TNF-α、IL-1β等促炎细胞因子直接抑制神经元BDNF合成。这些细胞因子激活神经元内的c-Jun N末端激酶/p38丝裂原活化蛋白激酶（JNK/p38MAPK）通路，干扰环磷腺苷效应元件结合蛋白（CREB）的磷酸化激活，或促进其抑制性磷酸化，从而抑制BDNF表达。M1样小胶质细胞还通过释放IL-1β和TNF-α直接损伤神经元并激活星形胶质细胞，诱导其向A1样星形胶质细胞转化。A1样星形胶质细胞继而释放IL-1β、IL-6、IL-18、TNF-α等更多炎症因子，放大神经炎症，进一步抑制BDNF表达，形成“小胶质细胞-星形胶质细胞”协同抑制BDNF的病理网络。
在生理条件下，M2表型小胶质细胞通过抗炎和神经营养作用维持BDNF稳态。然而，在慢性应激下，其功能受损，使得M1样小胶质细胞占据主导。M2小胶质细胞的极化主要依赖于Th2细胞因子如IL-4、IL-13的诱导。这些细胞因子与小胶质细胞上的受体结合，激活信号转导和转录激活因子6（STAT6）信号通路，促进抗炎因子IL-10、转化生长因子-β（TGF-β）和神经营养因子胰岛素样生长因子1（IGF-1）的表达。稳定的线粒体功能和完整的线粒体自噬对于维持M2功能至关重要。M2小胶质细胞分泌的IL-10可抑制神经元中的NF-κB炎症通路，缓解促炎细胞因子对CREB的磷酸化抑制，恢复BDNF转录。IGF-1作为BDNF的“协同因子”，通过激活神经元中的磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B（PI3K-AKT）通路，增强BDNF-TrkB信号的下游效应。然而，慢性应激可通过多种机制抑制M2小胶质细胞功能。维持M1样与M2小胶质细胞表型之间的平衡对于维持BDNF稳态和CNS正常功能至关重要。
星形胶质细胞的促炎表型转化
慢性应激可通过激活中枢神经炎症通路，诱导星形胶质细胞从稳态、支持性表型（A2）转化为A1样星形胶质细胞。此转化的核心驱动信号是M1样小胶质细胞释放的“A1诱导信号三联体”ITC。其中，IL-1α与星形胶质细胞表面的白细胞介素-1受体I型（IL-1R1）结合是启动NF-κB通路的关键步骤。A1样星形胶质细胞表现出明确的神经毒性作用，通过分泌高浓度的S100钙结合蛋白β（S100β）、促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β）和诱导型一氧化氮合酶（NOS2）产生的活性氮物质，直接损伤神经元并抑制突触功能。
稳态星形胶质细胞是大脑乳酸代谢的核心调节者，通过有氧糖酵解将葡萄糖转化为乳酸。乳酸通过单羧酸转运蛋白4（MCT4）释放到突触间隙，随后被神经元通过MCT2摄取，为突触传递、可塑性和BDNF合成提供能量底物。乳酸还可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）间接增强BDNF表达。然而，当慢性应激诱导神经炎症时，小胶质细胞来源的炎症因子如IL-1α和TNF-α驱动星形胶质细胞向A1样状态转化。这导致这些细胞中糖酵解通路异常激活（己糖激酶2（HK2）和乳酸脱氢酶A（LDHA）表达上调），乳酸产量较稳态增加。积累的乳酸导致局部微环境酸化，而酸化的微环境是小胶质细胞的强效激活信号，促进其向促炎表型极化，从而建立放大神经炎症的正反馈循环。神经元和星形胶质细胞通过星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭（ANLS）进行能量交换。在慢性应激和神经炎症条件下，ANLS可能被破坏，导致能量供应不足，进而损害神经元功能并影响BDNF的转录和翻译。
血脑屏障破坏与外周免疫细胞浸润
慢性应激主要激活HPA轴。升高的CORT水平能直接破坏肠粘膜屏障的结构完整性，导致肠漏症。肠道屏障破坏不仅引起肠道菌群失调，还启动了双重病理效应，为后续的血脑屏障（BBB）损伤奠定了基础。短链脂肪酸（SCFAs）是肠道菌群的重要代谢产物。在正常条件下，它们通过循环进入CNS，通过与G蛋白偶联受体（GPR43, GPR41）相互作用或抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs）发挥效应。肠道菌群破坏导致大量脂多糖（LPS）释放，肠道渗漏使LPS易位至外周循环，引起“内毒素血症”。
BBB由脑微血管内皮细胞、星形胶质细胞终足、周细胞和基底膜构成，其完整性依赖于内皮细胞间紧密连接的稳定性。在慢性应激期间，外周循环中的LPS通过多种途径破坏BBB的结构和功能。例如，LPS可直接作用于脑内皮细胞（BECs），诱导细胞凋亡、线粒体功能障碍和氧化应激，从而破坏紧密连接蛋白（如Claudin-5, Occludin）的表达，增加BBB通透性。更重要的是，LPS还能上调基质金属蛋白酶（MMPs），特别是MMP-9的表达，降解紧密连接蛋白和基底膜成分，进一步增加BBB通透性。
BBB受损后，外周免疫细胞（如T淋巴细胞）会靶向BBB上的粘附分子。随后，免疫细胞通过小窝蛋白介导的跨细胞转运以及早期中性粒细胞表达的MMPs穿过基底膜等方式进入CNS。浸润脑实质的免疫细胞释放TNF-α、IL-1β等因子，这些分子激活JNK/p38MAPK信号通路，导致BDNF转录因子CREB的磷酸化受阻，减少神经元BDNF mRNA表达。同时，TNF-α促进神经元表达MMP-9，加速突触间隙内BDNF前体蛋白（proBDNF）的降解，减少成熟BDNF的生成。中性粒细胞释放的ROS可直接导致神经元线粒体氧化损伤，导致ATP产生不足，抑制BDNF蛋白合成。
外周免疫细胞侵入后，与中枢M1小胶质细胞和A1星形胶质细胞发生功能协同。外周巨噬细胞不仅通过释放的IL-1β激活小胶质细胞中的TLR4/NF-κB通路，促进其向M1样表型转变，还能激活小胶质细胞上的TLR4，启动CNS内炎症细胞因子和趋化因子的分泌过程。星形胶质细胞被M1样小胶质细胞释放的ITC诱导向A1样星形胶质细胞转化。A1样星形胶质细胞不仅破坏乳酸代谢，减少对神经元的能量支持，还分泌S100β等神经毒性物质， destabilize BDNF-TrkB受体复合物，损害BDNF的神经营养作用。
BDNF的神经营养功能及其调控网络
BDNF-TrkB信号通路的分子基础
BDNF的生物学效应与其成熟状态密切相关。成熟BDNF（mBDNF）是一个13 kDa的多肽，最初在内质网中以前体蛋白preproBDNF的形式合成。前体蛋白proBDNF通过细胞内（如弗林蛋白酶、激素原转化酶1（PC1））和细胞外（如组织型纤溶酶原激活剂（tPA）/纤溶酶或MMPs）蛋白酶的催化活性转化为mBDNF。proBDNF和mBDNF通过结合不同的受体系统发挥功能拮抗作用。mBDNF优先以高亲和力与TrkB（特别是全长TrkB（TrkB.FL））结合，通过受体二聚化和自磷酸化启动下游信号级联。相反，proBDNF优先与p75神经营养因子受体（p75NTR）和分拣蛋白受体结合。这种受体选择性导致相反的生理效应：mBDNF通过TrkB增强海马突触效能，而proBDNF通过p75NTR激活促进海马长时程抑制（LTD），实现突触可塑性的双向微调。
BDNF-TrkB信号对突触可塑性的调节部分是通过PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路介导的，该通路是连接神经可塑性和能量代谢的中心整合节点。mBDNF与TrkB结合后，受体胞内酪氨酸残基发生自磷酸化。这募集衔接蛋白（如Shc, Gab1）激活PI3K，催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）转化为磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3），从而促进Akt在Ser473位点的磷酸化。Akt通过磷酸化直接调节mTOR活性。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，作为蛋白质合成调节的中心开关。激活的mTOR通过两个复合物（mTORC1和mTORC2）发挥作用，其中mTORC1主要通过磷酸化下游效应物如p70核糖体S6激酶（p70S6K）和真核起始因子4E结合蛋白1（4E-BP1）来促进翻译起始。p70S6K的激活增加核糖体蛋白合成，而4E-BP1的磷酸化解除其对真核起始因子4E（eIF4E）的抑制，加速帽子依赖性mRNA翻译。在海马晚期长时程增强（L-LTP）中，mTOR活性对于维持晚期是必需的，通过调节新蛋白质合成来支持长时程增强。
BDNF的表观遗传调控机制
多层次的表观遗传机制对BDNF的表达进行精确控制，包括转录水平的DNA甲基化、转录后水平的microRNA介导的调控，以及新兴的代谢-表观遗传交叉对话机制——组蛋白乳酸化。在慢性应激下，这些机制共同导致持续的BDNF失调。
BDNF基因包含九个启动子，是应激调控的关键靶点。大鼠暴露于慢性不可预见温和应激（CUMS）会导致其海马内BDNF P4启动子甲基化程度显著增加。这种改变与BDNF mRNA表达量下降约40%以及显著的焦虑样行为相关，证实DNA高甲基化是转录沉默的核心机制。一类称为微小RNA（miRNAs）的小非编码RNA通过靶向mRNA的3'非翻译区（3' UTR）来调节基因表达。miR-124是CNS中含量最丰富的miRNA，也是靶向BDNF的关键miRNA。通过与BDNF mRNA的3' UTR上的两个保守位点结合，它抑制BDNF蛋白翻译。组蛋白修饰，以组蛋白乙酰化为典型代表，也对BDNF基因表达的调节有显著影响。组蛋白乳酸化（HL）是一种由乳酸衍生的新型组蛋白修饰。随后，越来越多的证据表明，赖氨酸乳酸化（Kla）发生在多种非组蛋白上，广泛的Kla精确协调许多生物过程，包括转录、代谢和炎症反应。更重要的是，HL在神经发育、神经干细胞分化和神经退行性疾病中扮演重要角色。作为大脑中乳酸的主要来源，星形胶质细胞可通过乳酸积累促进HL，从而影响基因表达。值得注意的是，在这种A1样状态下，增强的糖酵解与乳酸外流失败（由于MCT4下调）相结合，导致细胞内乳酸滞留。这种代谢失衡被认为会通过压倒细胞pH缓冲系统驱动细胞外酸化。因此，积累的乳酸可能无法用于核表观遗传信号，如HL，最终导致神经营养基因表达的丧失。
BDNF在焦虑网络中的协同作用
虽然BDNF是突触可塑性的重要调节因子，但其效应与其他系统相整合。研究表明，BDNF不仅促进谷氨酸能神经传递，还与γ-氨基丁酸能（GABAergic）抑制相互作用以调节恐惧消退。BDNF和5-羟色胺（5-HT）的协同作用可能通过前额叶皮层-杏仁核回路调节焦虑反应。在焦虑亚型异质性方面，临床研究表明，与未患创伤后应激障碍（PTSD）的个体相比，PTSD患者BDNF启动子四个CpG位点的DNA甲基化水平更高。最近的研究表明，腺苷可能通过调节BDNF表达和信号通路协同调节焦虑网络功能。腺苷A1受体的激活抑制过度的谷氨酸能神经元兴奋，减少焦虑相关的突触过度激活。
讨论与结论
在关注M1-A1轴介导慢性应激相关焦虑障碍中BDNF失调的背景下，必须承认传统M1/M2和A1/A2二分法的局限性，并使用促炎性小胶质细胞亚群和神经毒性星形胶质细胞状态等短语。这些简易框架虽然最初有助于简化胶质细胞激活模式，但过度简化了胶质细胞固有的复杂性。
本综述阐明了神经炎症通过M1-A1轴介导BDNF失衡，是慢性应激向焦虑障碍转变的关键分子节点。未来的研究应基于临床和临床前发现，聚焦于炎症-神经营养素网络的动态调控机制，并基于精准医疗原则开发多靶点干预策略，为难治性焦虑提供突破性的治疗解决方案。
