免疫細胞參與調(diào)控阿爾茨海默病的研究進展①

周卿云 夏天嬌 劉甜甜 顧小萍 （南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院，南京210008）

阿爾茨海默病（alzheimer's disease，AD）是一種慢性神經(jīng)退行性疾病，隱匿起病且持續(xù)進展，早期主要表現(xiàn)為記憶障礙、認知障礙，晚期甚至喪失生活自理能力，主要的病理特征為細胞外β 淀粉樣蛋白（amyloid β，Aβ）聚集形成的老年斑以及細胞內(nèi)微管相關蛋白Tau 磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)［1-3］。AD 的發(fā)病機制眾多，主要包括Aβ 生成及代謝紊亂機制、Tau 異常磷酸化機制、神經(jīng)炎癥機制、膽堿能機制、氧化應激機制等［2，4-7］。眾多研究提示，神經(jīng)炎癥機制在AD 的發(fā)生以及發(fā)展過程中起到重要作用。參與神經(jīng)炎癥的免疫細胞主要包括小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、肥大細胞以及T細胞。小膠質(zhì)細胞具有“雙刃劍”的作用，一方面，小膠質(zhì)細胞可以吞噬清除Aβ 和Tau，另一方面，Aβ 激活小膠質(zhì)細胞，產(chǎn)生大量炎癥細胞因子和毒性介質(zhì)，形成神經(jīng)炎癥，并參與Tau的擴散。肥大細胞被Aβ激活后，釋放炎癥介質(zhì)加重AD 神經(jīng)炎癥，破壞血腦屏障，招募外周巨噬細胞和T 細胞進入腦中。巨噬細胞具有吞噬Aβ 的能力，也參與形成AD 神經(jīng)炎癥。此外，不同類型的T 細胞也在AD 發(fā)展中起到不同的作用。在這篇綜述中，討論了AD 涉及的主要免疫細胞類型，簡述了它們在AD 中的作用，為探索AD 的發(fā)生機制以及AD的藥物研發(fā)提供思路。

1 小膠質(zhì)細胞與AD

小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細胞，具有監(jiān)測腦部微環(huán)境，調(diào)節(jié)突觸可塑性等功能。盡管只占大腦細胞總數(shù)約15%，小膠質(zhì)細胞在腦免疫炎癥中占據(jù)主導作用。活化的小膠質(zhì)細胞可以分為M1 型和M2 型，分泌不同的細胞因子并發(fā)揮不同的作用。M1型小膠質(zhì)細胞可以分泌包括IL-1、IL-6、TNF-α 等促炎因子，并上調(diào)活性氧以及具有神經(jīng)毒性的NO等基因表達，這些細胞因子和毒性介質(zhì)引發(fā)神經(jīng)炎癥，損傷神經(jīng)元。M2型小膠質(zhì)細胞可以分泌包括IL-4、IL-10、TGF-β等抑炎因子以及神經(jīng)營養(yǎng)因子，抑制神經(jīng)炎癥，促進損傷修復，起到保護性作用。

在正常情況下，小膠質(zhì)細胞可以吞噬多余的Aβ，并通過內(nèi)體-自噬-溶酶體系統(tǒng)清除Aβ，維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)。然而在衰老等因素的作用下腦內(nèi)Aβ 產(chǎn)生過多或是清除不足，Aβ 濃度升高，隨后聚集形成寡聚體。吞噬和清除Aβ，離不開小膠質(zhì)細胞的多種受體。小膠質(zhì)細胞能夠通過細胞表面受體，包括SCARA1、CD36、CD14、α6β1 整聯(lián)蛋白，CD47 和Toll樣受體（TLR2、TLR4、TLR6 和 TLR9）與 Aβ 結(jié)合［8］。2 型髓系細胞觸發(fā)受體（triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2）是一種特異高表達于小膠質(zhì)細胞的受體。TREM2 過表達可以上調(diào)小膠質(zhì)細胞的吞噬基因表達，增強小膠質(zhì)細胞對Aβ 的吞噬能力［9］。此外，TREM2 的水解產(chǎn)物 sTREM2 可以增強小膠質(zhì)細胞的增殖、遷移以及對Aβ 的攝取和降解能力，發(fā)揮神經(jīng)保護性作用［10］。與TREM2 一樣，小膠質(zhì)細胞表面受體CD33 也與AD 的發(fā)病風險密切相關。CD33 可能在TREM2 的上游發(fā)揮作用，有研究表明，通過敲除CD33 基因或是通過藥物降低CD33 表達，可以增強小膠質(zhì)細胞對Aβ 的吞噬能力，改善小鼠的認知功能［11-12］。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2（transglutaminase 2，TG2）和 MFG-E8（milk fat glob?ule EGF factor 8 protein）均參與小膠質(zhì)細胞對Aβ 的吞噬過程，有研究表明，小膠質(zhì)細胞以Aβ/MFG-E8/TG2 復合物的形式，通過VR（vitronectin receptor）受體吞噬Aβ。小膠質(zhì)細胞在Aβ的誘導下會吞噬神經(jīng)元，導致認知能力受損，這一過程是通過蛋白激酶C和NADPH 氧化酶進行的，抑制蛋白激酶C 或NADPH氧化酶可以減少神經(jīng)元丟失，改善認知功能障礙［13］。小膠質(zhì)細胞吞噬Aβ 后，通過自噬-溶酶體系清除Aβ，然而Aβ 寡聚體可以通過調(diào)節(jié)溶酶體主要轉(zhuǎn)錄因子的核轉(zhuǎn)位等途徑導致自噬-溶酶體系功能障礙［14］。

隨著AD 的進展，Tau 相關病理表現(xiàn)從內(nèi)嗅皮層擴散至海馬區(qū)。Tau 病理變化通過錯誤折疊的Tau“種子”在神經(jīng)元間傳播，小膠質(zhì)細胞對Tau 病理變化的傳播和發(fā)展具有直接作用［15］。體內(nèi)及體外實驗證明，小膠質(zhì)細胞可以內(nèi)化Tau，趨化因子CX3CL1/CX3CR1 軸在小膠質(zhì)細胞內(nèi)化Tau 的過程中起重要作用［16］。Tau 與 CX3CR1 結(jié)合后可觸發(fā)小膠質(zhì)細胞對Tau 的內(nèi)化。在AD 晚期，CX3CL1/CX3CR1軸功能受損，小膠質(zhì)細胞對Tau的內(nèi)化能力下降，進一步加重Tau病理變化。此外，小膠質(zhì)細胞還通過修飾肌動蛋白細胞骨架，參與對Tau 寡聚體的吞噬及清除［17］。小膠質(zhì)細胞可通過外泌體分泌傳播Tau，抑制外泌體的合成可減輕Tau 病理變化［18］。目前多數(shù)研究提示：Aβ 首先出現(xiàn)導致AD 發(fā)生，繼而出現(xiàn) Tau 異常磷酸化，然后 Aβ 與 Tau 共同促進AD的進一步發(fā)展［1］。除了Aβ以外，載脂蛋白E、內(nèi)吞系統(tǒng)以及膽固醇代謝可通過以不依賴于Aβ 的方式影響Tau病理變化的發(fā)展［1］。

Aβ是AD神經(jīng)炎癥的始動因子，Aβ結(jié)合激活小膠質(zhì)細胞，M1型小膠質(zhì)細胞釋放多種炎癥細胞因子和神經(jīng)毒性介質(zhì)，進而產(chǎn)生神經(jīng)炎癥，激活主要的Tau 激酶使得Tau 磷酸化增加，加重Tau 病理變化的產(chǎn)生和擴散［19］。TREM2 通過抑制小膠質(zhì)細胞的炎癥反應可以減少Tau 的磷酸化，延緩Tau 病理變化的發(fā)展［20］。神經(jīng)炎癥損傷神經(jīng)元，并進一步導致其他趨化介質(zhì)和細胞因子的釋放，使得小膠質(zhì)細胞受到持續(xù)激活，形成慢性不可逆的炎癥［21］。M1型小膠質(zhì)細胞分泌的IL-1和IL-6可以影響淀粉樣前體蛋白的合成，使得Aβ 生成增加。此外，IL-1 還可以促使Tau 磷酸化增加，加重神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成。通過調(diào)節(jié)促炎信號通路（如NLRP3 炎癥小體），可促使小膠質(zhì)細胞由M1 型轉(zhuǎn)變?yōu)镸2 型，有望成為AD 的治療思路［8］。動物研究表明，循環(huán)中高水平的糖皮質(zhì)激素可以提高小鼠腦中的Aβ和Tau水平，糖皮質(zhì)激素受體抑制劑可以減少小膠質(zhì)細胞的增殖和活化，減輕炎癥反應，可能是延緩AD 發(fā)生發(fā)展的有效治療策略［22］。持續(xù)的神經(jīng)炎癥會損傷小膠質(zhì)細胞的代謝功能，使得小膠質(zhì)細胞的代謝從氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒?，使用IFN-γ 可以改善受損的代謝功能，增強小膠質(zhì)細胞的吞噬能力［23］。此外，激活小膠質(zhì)細胞的α7煙堿乙酰膽堿受體（α7nAchR），通過一系列膽堿抗炎通路，也可以減輕神經(jīng)炎癥反應，減少對神經(jīng)元的損傷，起到保護神經(jīng)的作用［24］。

2 巨噬細胞與AD

巨噬細胞是免疫系統(tǒng)的重要組成部分，參與人體的特異性免疫以及非特異性免疫。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，巨噬細胞根據(jù)其位置分布分為三類：脈絡叢、腦膜和血管周圍巨噬細胞。在AD 中，Aβ 激活小膠質(zhì)細胞，進一步產(chǎn)生神經(jīng)炎癥，可導致血腦屏障的通透性升高，并招募外周巨噬細胞進入腦中［25］。活化的巨噬細胞可以分為 M1 型和 M2 型，參與調(diào)控神經(jīng)炎癥。作為具有吞噬能力的免疫細胞，巨噬細胞也參與Aβ 和Tau 的吞噬及消除。研究巨噬細胞與Aβ，Tau 以及神經(jīng)炎癥之間的關系，增強巨噬細胞的吞噬能力，促進巨噬細胞從M1 型轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型，有望為AD的治療提供策略。

腦血管周圍巨噬細胞位于腦血管周圍空間，參與吞噬和清除Aβ。一方面，腦血管周圍巨噬細胞聚集在Aβ 沉積的區(qū)域周圍，上調(diào) SRB1（scavenger re?ceptor class B member 1）的表達，吞噬Aβ，具有保護炎癥作用。另一方面，Aβ 介導的CD36 激活腦血管周圍巨噬細胞，釋放活性氧，加重氧化應激，具有損傷性作用［26-27］。氧化應激可以顯著降低巨噬細胞對Aβ的吞噬能力，具有抗氧化作用的姜黃素可以改善巨噬細胞的受損的吞噬能力［28］。此外，巨噬細胞的吞噬效率低下與ApoEε4 等位基因的存在有關，ApoEε4等位基因是增加AD的風險因子之一［28］。骨橋蛋白（osteopontin，OPN）是骨髓來源的髓細胞高度表達的一種細胞因子，調(diào)節(jié)免疫細胞的遷移、通訊和對腦損傷的反應。研究表明，OPN 可以調(diào)節(jié)巨噬細胞清除Aβ 的能力，上調(diào)具有高吞噬和抗炎作用的巨噬細胞表型，而抑制OPN 表達則降低了巨噬細胞對Aβ的攝取［29］。

M1 型巨噬細胞可以分泌多種促炎細胞因子以及毒性介質(zhì)，參與形成AD 的神經(jīng)炎癥。M2 型巨噬細胞可以釋放抑炎因子，具有神經(jīng)保護作用。M2型巨噬細胞還可以促進小膠質(zhì)細胞極化為M2 型，減輕神經(jīng)炎癥，改善認知功能障礙［30］。通過調(diào)節(jié)NL?RP3 炎癥小體，可以促進巨噬細胞由M1 型轉(zhuǎn)化為M2 型。NLRP3 炎癥小體也參與調(diào)節(jié)巨噬細胞的糖酵解代謝過程［31］。Aβ 激活 NLRP3 炎癥小體，導致IL-1β 等炎癥介質(zhì)的釋放。司他夫定（stavudine，D4T）是一種核苷逆轉(zhuǎn)錄酶，研究表明D4T 可以減少NLRP3 相關的炎癥，并可通過刺激巨噬細胞自噬清除Aβ，改善認知障礙［32］。

3 其他免疫細胞與AD

3.1 肥大細胞與AD 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，肥大細胞主要分布于血管及腦膜周圍。尸檢研究發(fā)現(xiàn)AD患者腦中Aβ 斑塊周圍聚集許多肥大細胞，可能是AD 神經(jīng)炎癥促使神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生肥大細胞趨化劑，吸引肥大細胞至Aβ 斑塊周圍［33］。Aβ 可以激活肥大細胞，肥大細胞活化后，一方面通過CD47/β1整合素膜復合物快速脫顆粒，釋放炎癥介質(zhì)加重AD 神經(jīng)炎癥，并激活小膠質(zhì)細胞進一步擴大炎癥。另一方面，肥大細胞活化后可以破壞血腦屏障，招募外周免疫細胞如巨噬細胞及T細胞進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，促進AD 發(fā)展［34］。使用馬西替尼抑制肥大細胞分化及脫顆粒，可以改善AD 患者的認知功能障礙［35］。此外，肥大細胞中的線粒體解偶聯(lián)蛋白（uncoupling proteins，UCPs）可能也與 AD 的發(fā)病機制有關［36］。

3.2 T細胞與AD 血腦屏障受損后，外周的T細胞可以進入AD 患者腦中。T 細胞包括CD4+T 細胞、CD8+T細胞和調(diào)節(jié)性T細胞。Aβ刺激小膠質(zhì)細胞釋放IL-1β 和TNF-α，促進內(nèi)皮細胞產(chǎn)生趨化因子CX?CL8，T 細胞表達趨化因子受體 CXCR2，CXCR2 在結(jié)合CXCL8 后T 細胞完成跨內(nèi)皮屏障的遷移。T 細胞與小膠質(zhì)細胞存在相互作用，一方面，T 細胞可通過分泌IFN-γ，改變小膠質(zhì)細胞表型，提高小膠質(zhì)細胞的運動能力和吞噬活性。另一方面，小膠質(zhì)細胞吞噬 Aβ 并提呈給 T 細胞，進一步激活 T 細胞［37］。CD4+T 細胞包括 Th1、Th2、Th17 等多種亞型，Th1 細胞導致小膠質(zhì)細胞活化和Aβ 沉積增加，還可以通過激活巨噬細胞和CD8+T 細胞，進一步加重AD。Th2細胞具有保護性作用，可以抑制Th1，延緩AD的進展。淫羊藿苷（icariin，ICA）通過調(diào)節(jié)CD4+T 淋巴細胞發(fā)揮神經(jīng)保護作用，有望成為抗AD 進展的藥物［38］。調(diào)節(jié)性 T 細胞在 AD 中的作用存在著不同的觀點，有的研究認為調(diào)節(jié)性T細胞可以阻止AD的進展［39］。也有研究發(fā)現(xiàn)抑制調(diào)節(jié)性T 細胞可以緩解AD的進展［40］。調(diào)節(jié)性T細胞在AD中的作用差異可能是由于實驗設計的不同所致。

4 總結(jié)與展望

在AD 的發(fā)生及發(fā)展過程中，免疫細胞起著重要作用。參與神經(jīng)炎癥的免疫細胞主要包括小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、肥大細胞、T 細胞等。小膠質(zhì)細胞是腦中的巨噬細胞，正常生理狀態(tài)下的小膠質(zhì)細胞起著神經(jīng)保護作用，及時清除Aβ和Tau保護神經(jīng)元免受傷害，而持續(xù)受到Aβ 刺激時，小膠質(zhì)細胞過度激活，形成慢性不可逆的神經(jīng)炎癥。增強小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞的吞噬能力，促進小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞由M1 型轉(zhuǎn)化為M2 型，抑制神經(jīng)炎癥，可以改善AD 認知功能障礙。肥大細胞活化后加重AD神經(jīng)炎癥，血腦屏障通透性增高，外周巨噬細胞和T細胞進入腦中，加重AD 進展。抑制肥大細胞脫顆粒，保護血腦屏障，調(diào)節(jié)T 細胞發(fā)揮神經(jīng)保護性作用，可以緩解AD 進展。充分理解免疫細胞在AD 中的作用可以為AD的預防及治療提供思路。