小膠質細胞引起和促進阿爾茨海默病的研究進展

王紫涵，羅金定，田英入，奉水東，凌宏艷

(南華大學 1.衡陽醫(yī)學院 生理學教研室; 2.衡陽醫(yī)學院 2017級臨床21班;3.公共衛(wèi)生學院 社會醫(yī)學與衛(wèi)生事業(yè)管理學教研室，湖南 衡陽 421001)

小膠質細胞(microglia)是大腦固有的免疫細胞，在應對病原體和組織損傷等危險信號時，小膠質細胞會增強免疫反應，進行趨化和吞噬。小膠質細胞在發(fā)育的大腦中起著塑造神經(jīng)回路和消除凋亡神經(jīng)元的重要作用，成年后繼續(xù)參與神經(jīng)保護和重塑突觸，使神經(jīng)回路保持適當?shù)目伤苄訹1]。小膠質細胞可能在阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)疾病進展中發(fā)揮兩面性作用。一方面，小膠質細胞對大腦微環(huán)境非常敏感，不斷對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的微環(huán)境進行采樣，并通過清除錯誤折疊的蛋白質和控制炎性反應來維持腦內(nèi)動態(tài)平衡，從而抑制AD的發(fā)生；另一方面，隨著機體衰老，小膠質細胞有時會失去其原本有益的功能，對炎性反應從抑制轉變?yōu)榇龠M，且清除蛋白質的能力下降，從而促進AD的發(fā)生。

AD是老年癡呆的一種，起病隱匿，以記憶障礙、失語、失用、失認、執(zhí)行能力障礙和人格行為改變?yōu)榕R床特征，其主要的病理特征為β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)的異常沉積和過度磷酸化的tau蛋白以及這些異常蛋白導致的神經(jīng)炎性反應[2]。本研究發(fā)現(xiàn)：2型糖尿病大鼠可引起并促進阿爾茨海默病和帕金森病，同時腦組織中小膠質細胞炎性反應因子表達增加。目前研究發(fā)現(xiàn)，在AD病程中，小膠質細胞的信號傳導、基因表達和活化表型也發(fā)生了變化，并通過先天性免疫等途徑影響AD[3]。

本綜述主要從小膠質細胞的基因表達、促炎表型、免疫調(diào)控3個方面闡述小膠質細胞誘發(fā)和促進AD的途徑及機制[4-6]。

1 小膠質細胞的基因表達

在小膠質細胞中高度表達的許多編碼蛋白都與免疫應答、內(nèi)吞作用和脂質生物學等密切相關[3, 7]。通過單核苷酸多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn)許多位點 (如APOE、CR1、BIN1、CD33、TREM2和PICALM) 與免疫功能有關，其中CD33和髓系細胞觸發(fā)受體2(triggering receotor expressed on myeloid cell 2,TREM2)是最重要的基因位點，小膠質細胞CD33表達增加和TREM2表達減少與Aβ積累增加有很強的相關性[6]。

CD33在大腦的小膠質細胞中表達并編碼小膠質細胞上的一個受體。小膠質細胞CD33表達增加會減弱小膠質細胞對大腦中Aβ的清除作用并增加神經(jīng)炎性反應，從而增加AD的風險性[8-9]。而與CD33具有相反作用的是TREM2基因，TREM2基因可編碼小膠質細胞Aβ受體，受體結合Aβ后介導小膠質細胞中Aβ通過蛋白酶體降解途徑降解；此外，增加TREM2基因表達可以增強小膠質細胞的吞噬作用，抑制其炎性反應信號傳導；TREM2基因的變異體(如rs75932628等)使AD的風險性增加2～3倍[10-11]。小膠質細胞表面受體蛋白TREM2，經(jīng)水解酶切割后在胞外釋放一種可溶性蛋白sTREM2(soluble TREM2,sTREM2)也可以觸發(fā)炎性反應并導致體內(nèi)小膠質細胞活化[12-14]。TREM2表達產(chǎn)物還可以通過mTOR 信號的激活影響小膠質細胞的代謝，從而導致小膠質細胞的炎性反應和Aβ清除能力改變，進而促進AD的發(fā)生[15]。簡而言之，小膠質細胞CD33基因表達引發(fā)并促進神經(jīng)炎性反應從而加重AD，而TREM2則起了相反作用。想要通過調(diào)控小膠質細胞基因表達來治療AD、CD33 和TREM2基因可能是最佳藥物靶點[16]。

另外，小膠質細胞ApoE4基因變異也在AD病變中起決定性作用，在形成小膠質細胞表型中也發(fā)揮了作用，其影響與TREM2相似[17]。

2 小膠質細胞的促炎表型

長期暴露在損傷因素之下會導致小膠質細胞活化，小膠質細胞既可以活化為抗炎表型，也可以活化為促炎表型，但在衰老環(huán)境下小膠質細胞活化更傾向于促炎而不是抗炎[6]。一直以來小膠質細胞的活化表型普遍被歸類為經(jīng)典的促炎(M1)表型與抗炎(M2)表型[18]，小膠質細胞活化為抗炎表型(M2)后，吞噬清除能力增強，釋放IL-4、IL-13等抗炎因子，維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)，起到保護腦的作用；而活化為促炎表型(M1)后，吞噬能力受損，無法清除沉積的毒性Aβ原纖維，并且產(chǎn)生高促炎性細胞因子，包括腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素IL-1、IL-6和IL-12等(圖1)。由于活化為促炎表型的小膠質細胞的清除能力降低，使淀粉樣斑塊積聚，再加上其釋放的促炎因子會誘發(fā)神經(jīng)炎性反應，導致神經(jīng)元死亡，從而誘發(fā)AD[19]。而且淀粉樣纖維會反過來作為刺激物繼續(xù)激活小膠質細胞，導致惡性循環(huán)，進而加重AD[20]。將小膠質細胞從促炎表型轉為抑炎表型可能成為AD新的治療方向[5]。

圖1 小膠質細胞在激活為M1/M2表型時的作用Fig 1 Functions of activated microglia in M1/M2 phenotype

3 小膠質細胞的免疫調(diào)控

先天免疫又稱非特異性免疫和固有免疫，是一種快速協(xié)調(diào)的細胞防御反應，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，主要由小膠質細胞、星形膠質細胞和巨噬細胞介導，而其中起著關鍵作用的就是小膠質細胞[5]。小膠質細胞一旦被病理性物質(如神經(jīng)元死亡或蛋白質聚集物)激活，會遷移到損傷部位，并啟動先天免疫反應。所以小膠質細胞的免疫調(diào)控對AD有著重要的影響。

小膠質細胞通過細胞因子、先天免疫受體、炎性小體、補體以及其他多種途徑參與AD的發(fā)病機制。

3.1 細胞因子

小膠質細胞在免疫過程中會產(chǎn)生多種細胞因子，如促炎細胞因子(pro-interleukin-1β,pro-IL-1β;interleukin-6,IL-6;TNF-α)，巨噬細胞炎性肽(macrophage inflammatory protein-1α,MIP-1α)和巨噬細胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor, M-CSF)等[5]。小膠質細胞分泌的細胞因子幾乎可以影響神經(jīng)炎性反應的各個方面，包括促炎和抗炎過程、神經(jīng)元損傷和小膠質細胞對Aβ沉積物的反應。并且小膠質細胞分泌的細胞因子會調(diào)節(jié)其自身的活化，IL-1β、TNF-α和其他細胞因子甚至可以在導致結構改變之前就通過如抑制突觸傳遞的長期增強(long-term potentiation,LTP)等途徑損害神經(jīng)元功能[5]。這些作用在AD的發(fā)生與發(fā)展過程中產(chǎn)生了一定影響。

3.2 先天免疫受體

小膠質細胞中表達的免疫受體，如Toll樣受體和NOD樣受體[21]，可以介導炎癥信號，參與小膠質細胞對Aβ積聚的反應，觸發(fā)小膠質激活和促炎細胞因子的分泌，促進炎性反應，從而促進AD的發(fā)生和發(fā)展[1]。

3.3 炎性小體

炎性小體是胞質中的多蛋白復合物，組裝后激活促炎caspase-1，被激活的caspase-1通過分泌炎性細胞因子IL-1β和IL-18等，誘導先天性免疫應答、建立腦內(nèi)慢性炎性反應環(huán)境、引起神經(jīng)元功能障礙并最終導致神經(jīng)變性，進而加重AD的病程。小膠質細胞可以通過參與腦內(nèi)異常沉積的蛋白對炎性小體的激活來促進AD的病程[22]。如小膠質細胞參與Aβ誘導的寡聚化結構域樣受體家族pyrin結構域蛋白3(NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3,NLRP3)炎性小體的活化，所產(chǎn)生的炎性反應介質通過介導有害的慢性炎性組織反應，導致突觸功能障礙、認知功能障礙和小膠質細胞清除功能障礙，從而促進AD的進展[23]。

3.4 補體

補體系統(tǒng)是先天免疫系統(tǒng)的主要成分，主要參與防御病原體。小膠質細胞可通過補體途徑消除突觸，引起AD的認知能力下降[5]。在AD小鼠模型中，補體和小膠質細胞在AD早期介導突觸損失，當受到毒性Aβ刺激時，成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質細胞會吞噬突觸。抑制小膠質細胞補體受體CR3可減少吞噬小膠質細胞的數(shù)量，減輕早期突觸丟失的程度。小膠質細胞參與的補體激活在以往被認為是神經(jīng)炎性反應的繼發(fā)事件，然而新的研究表明：小膠質細胞和免疫相關通路可作為斑塊形成前AD中突觸丟失和認知功能障礙的早期介質[24]。

3.5 內(nèi)吞作用

LC3介導的自噬(LC3-associated endocytosis, LANDO)是在小膠質細胞中存在的一種與自噬標記輕鏈3(autophagy marker light chain 3, LC3)相關的內(nèi)吞作用[20]。小膠質細胞中的LANDO可以去除AD小鼠模型中免疫介導的聚集物，并且調(diào)節(jié)小膠質細胞激活。由于LANDO缺陷型AD小鼠的海馬中促炎細胞因子和神經(jīng)毒性β-淀粉樣蛋白的水平明顯增加，并且表現(xiàn)出加速的神經(jīng)變性，神經(jīng)元信號受損和記憶缺陷。因此在小膠質細胞中的LANDO可能對AD有改善作用[20]。

4 問題與展望

目前認為小膠質細胞通過影響基因表達、促炎表型、免疫調(diào)控等途徑促進AD發(fā)生與發(fā)展，但小膠質細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性反應和疾病中的作用的認識還不完整[1, 6]，并且由于小膠質細胞具有較強的可塑性難以獲得可以簡單分類的穩(wěn)定表型，由一組標志物定義的M1/M2分型過度簡化，功能障礙的小膠質細胞往往缺乏特定的分子特征[4]，對小膠質細胞炎性作用認識的深化與其分型的確定都需要進一步探究。通過尋找更多小膠質細胞分型標志物進而轉變小膠質細胞表型、或調(diào)控其基因表達等方法調(diào)節(jié)其免疫機制，都是潛在的治療AD的可行方法。以小膠質細胞作為靶點，進行抗神經(jīng)炎性反應治療可能能為AD的預防與治療帶來新思路。