黑質小膠質細胞激活誘導帕金森病的機制

楊 麗 (淄博職業(yè)學院護理學院人體形態(tài)教研室，山東 淄博 255300)

黑質小膠質細胞激活誘導帕金森病的機制

楊 麗 (淄博職業(yè)學院護理學院人體形態(tài)教研室，山東 淄博 255300)

帕金森病;小膠質細胞;凋亡

帕金森病(PD)是中老年人常見的以黑質部位的多巴胺能(DA)神經元變性為主要病理特征的中樞神經系統(tǒng)變性疾病。實驗證明脂多糖(LPS)可以成功誘導大鼠PD模型。LPS本身對神經元沒有直接的毒性損傷作用，離體實驗結果已證實LPS單純與神經元細胞孵育不能產生殺傷作用，僅在加入小膠質細胞后才能對神經元產生毒性作用;在暴露于1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)、魚藤酮的猴子，可發(fā)現(xiàn) Mic被激活，并導致PD進展〔1〕。活化的Mic可以釋放多種細胞毒性物質，對DA神經元產生毒性作用，造成DA神經元變性。可見有必要鑒定兩種細胞之間相互作用的信息分子，并深入探討二者之間這種關聯(lián)的分子機制，為PD的治療進展提供理論依據(jù)。

1 特異性膜表面分子

Mic激活后開始大量表達一些與抗原識別和提呈有關的特異性膜表面分子，如主要組織相容性復合物(MHC)Ⅱ和補體受體CR3。

在外來抗原的刺激下，抗原呈遞細胞(APC)表達MHCⅡ分子，它能與CD4+T細胞表面的同源受體結合，從而激活T細胞，啟動免疫反應〔2，3〕。許多研究發(fā)現(xiàn)活化的Mic能增強培養(yǎng)的CD4+T細胞的活性(包括幼稚及記憶T細胞)，是中樞神經系統(tǒng)(CNS)中的APC，MHCⅡ的表達是MIC活化的標志之一。MHCⅡ由α和β鏈組成，它們與一種被稱作不變鏈的伴侶蛋白質在內質網上組裝而成，這種伴侶蛋白質既可起到穩(wěn)定αβ異源二聚體，也能抑制不合適的抗原結合到MHCⅡ肽連接溝。新形成的αβ-伴侶蛋白復合物脫離內質網，穿過高爾基復合體和高爾基外側網絡，最后到達細胞膜〔4〕。在多發(fā)性硬化(MS)、阿爾茨海默病(AD)、PD及艾滋病的CNS損害等疾病過程中，均能發(fā)現(xiàn)Mic表達MHCⅡ類分子。MS急性發(fā)作時，活化的Mic(尤其是在硬化斑塊中的Mic)能表達MHCⅡ類分子、B71及CD40、CD4+Th細胞數(shù)目及IFN-γ分泌量增多。研究表明，在誘導MHCⅡ類分子表達或使其表達量增加的諸多細胞因子中，以干擾素(IFN)-γ的作用最為顯著。因此，當活化的Mic通過表達MHCⅡ抗原并呈遞給T細胞，啟動T細胞遷入中樞神經系統(tǒng)，并釋放IFN-γ，后者又可誘導Mic再次活化，從而放大和延長炎癥反應，如此反復，導致PD進展。同時，IFN-γ增加細胞誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶-2(COX-2)的表達，促進白細胞穿過血管到達炎癥區(qū)域，促進自由基的合成和釋放。IFN-γ可增加神經元上磷脂酶A2(PLA2)的表達及前列腺素E2(PGE2)的釋放，從而增強神經元對淀粉樣蛋白的敏感性;IFN-γ增強膠質細胞內β位點淀粉樣蛋白切割酶表達，因此它可以促進淀粉樣蛋白生成、沉積，并且抑制淀粉樣蛋白的清除。因此，在Mic激活存在的情況下，IFN-γ通過誘導MHCⅡ的大量表達對DA神經元具有殺傷能力，可加重炎癥反應和DA神經元的脫失。

補體受體CR3為天然免疫的基本組成部分，是一個重要的模式識別受體。CR3主要表達于吞噬細胞、NK細胞以及少數(shù)CD5+B細胞和CD8+T細胞。CR3的一個顯著特點是能識別各種各樣的配體。它除了可識別大量的內源性配體如C3bi、細胞外基質(ECM)蛋白、凝聚蛋白等外，還能與許多外源性配體如多種蛋白和非蛋白性質的微生物及其產物結合。補體介導的細胞毒作用是細胞損傷的重要機制之一。

將PD患者的血清進行熱滅活后加入培養(yǎng)的DA神經元中，酪氨酸羥化酶(TH)陽性神經元的數(shù)目并無明顯改變，但加入兔重組補體后，高親和力DA的攝取顯著下降，TH陽性神經元的數(shù)目明顯減少，表明PD患者血清能夠通過補體介導的細胞毒作用造成DA神經元損傷。因此，作為補體受體的CR3在PD整個病程中的作用不容忽視，可作為治療的靶點之一對其進行深入研究。

2 毒性細胞因子

PD早期的Mic的激活不但包括上述免疫功能分子表達的升高，還釋放出毒性細胞因子，包括白介素(IL)-1、腫瘤壞死因子(TNF)-α 等。

在這些細胞因子中，IL-1是主要起免疫調節(jié)作用的致炎細胞因子，包括IL-1α、IL-1β和IL-1受體拮抗物(IL-1ra)。Mic活化早期，產生大量 IL-1α、IL-1β〔5〕。IL-1ra 在 IL-1α、IL-1β 表達1～3 h后由神經元表達，拮抗IL-1的作用〔6〕。IL-1促進其他炎性因子合成，擴大炎性反應。研究發(fā)現(xiàn)，MPTP小鼠模型紋狀體IL-1 mRNA在MPTP中毒后迅速表達，在6 h達高峰，而TNF-α、IFN-γ及iNOS的mRNA在6 h開始表達增加，并在24 h達峰值。IL-1可促進自由基的產生，增強氧化應激，最終增加iNOS的表達，使一氧化氮(NO)和自由基產量增加。NO迅速與超氧陰離子反應產生高活性的過亞硝酸鹽，使DNA堿基修飾及DNA鏈斷裂，破壞酶的功能及結構蛋白的完整性，造成細胞凋亡。IL-1同時通過作用于磷脂酶A2，刺激花生四烯酸(AA)的釋放，從而產生大量氧自由基，增強氧化應激反應。而這些自由基又可以反作用于鄰近Mic，使其表達和釋放細胞因子，擴大炎性反應。IL-1增加α-突觸核蛋白(synuclein)的合成，促進路易小體的形成。IL-1能夠促進谷氨酸激活N-甲基-D-天冬氨酸受體，而其激活后又可促進IL-1 mRNA的表達，從而直接或間接增強興奮性氨基酸的毒性，導致神經元死亡〔7〕。

TNF-α也是重要的對DA能神經元具有潛在毒性作用的細胞因子。PD患者腦脊液和紋狀體中TNF-α水平顯著高于對照組，而且PD患者黑質DA神經元表面TNF-1R水平升高。敲除TNF-α基因的小鼠，與正常小鼠相比，MPTP對其DA神經元造成的毒性損傷明顯減輕。TNF-α能誘導膠質細胞釋放一氧化氮、AA、谷氨酸等神經毒性物質，促進炎癥因子合成，擴大炎癥反應，并影響細胞內鈣離子平衡，加重細胞損傷。另外，TNF-α與TNF-1R結合可通過半胱氨酸天冬氨酸酶(caspases)途徑導致細胞凋亡。

3 炎性介質

近年，愈來愈多的實驗證據(jù)表明，炎癥反應可能是構成PD神經系統(tǒng)進行性退變的病理學基礎〔8〕。因COX-2為炎癥介質PGE2合成的限速酶，故COX-2與PGE2可作為炎癥反應的重要生物學指標〔9〕。實驗研究表明蛋白酶體抑制劑Lactacystin能激活大鼠黑質Mic，誘導炎性介質COX-2表達，導致DA神經元變性缺失〔10〕。

COX-2在PD研究中所受到的關注來源于流行病學數(shù)據(jù)，服用布洛芬(ibuprofen)等非甾體抗炎藥(NSAIDs)可能會對PD的發(fā)病起到預防或延遲作用。對PD病人的死后尸檢顯示，COX-2在黑質DA神經元及Mic中表達量較正常人升高，PGE2在PD患者腦組織中含量升高〔11〕，提示COX-2在PD的發(fā)病中起關鍵作用。對PD動物模型的研究得到了類似結果，小鼠注射MPTP后，中腦COX-2表達量升高，且其升高時相與神經元死亡相吻合。Mic作為參與神經炎性反應的主要細胞類型，在靜息狀態(tài)下僅少量表達COX-2，而在LPS等促炎分子刺激下，MIC中的COX-2 mRNA與蛋白水平迅速升高。

那么，COX-2表達量及其催化產物的升高是如何參與PD發(fā)病過程的呢?首先，COX-2在過氧化物酶催化階段造成的氧化應激是產生DA能神經元損傷的主要原因。一方面，氧自由基可將DA氧化為多巴胺醌。多巴胺醌可將DA能神經元的標志性酶-酪氨酸羥化酶(TH)氧化為醌蛋白，使DA神經元失去其正常的TH表型。另一方面，氧自由基還可使神經元中的DA與α-synuclein形成加合物，導致α-synuclein形成初原纖維并異常積聚，產生神經毒性。其次，COX-2所介導的Mic活化是導致DA神經元進行性死亡的另一重要原因。Mic在PD發(fā)病的早期就已活化，并持續(xù)整個發(fā)病過程。Mic抑制劑可減輕PD模型神經變性程度。當刺激因素通過JNK通路激活COX-2，COX-2的催化產物PGE2釋放到細胞外間隙后，可通過EP2受體激活Mic，同時增加COX-2在Mic中的表達量，而激活的Mic細胞一方面可以通過旁分泌釋放TNF-α、過氧化亞硝酸鹽、氧自由基等對DA能神經元產生二次損傷，另一方面會通過COX-2的催化作用產生并釋放更多的PGE2，聚集更多的Mic，共同參與DA神經元的損傷過程，由此通過炎性級聯(lián)反應形成惡性循環(huán)，導致DA神經元進行性丟失，病情進行性加重。敲除或抑制COX-2基因可減輕MPTP等神經毒劑對Mic的激活及DA神經元的損傷程度〔12〕。

現(xiàn)實驗研究結果提示Mic內存在呼吸爆發(fā)系統(tǒng)，在刺激因素的作用下，Mic被激活，COX-2、PGE2等炎性因子在短時間呈爆發(fā)式釋放，激發(fā)炎癥反應，產生大量的神經毒性物質，從而啟動免疫應答，加重和擴大DA神經元的損傷。

4 凋亡機制

Mic的激活誘導PD DA神經元的進行性缺失，不論中間經過何種分子途徑，最終結局都與DA神經元的異常凋亡有關。在羥多巴胺介導的嗜鉻細胞瘤細胞(PC12)及MN9DPD細胞模型中，發(fā)現(xiàn)前凋亡分子CHOP/GADD153表達明顯增加形成，使用其他神經毒劑如MPTP+和魚藤酮會出現(xiàn)類似的結果，但伴隨激活的通路不盡相同〔13〕。同時，在PD動物模型中發(fā)現(xiàn)Mic激活的同時Caspase-3的表達增高。因此可以推測，強烈而持久的Mic激活會刺激啟動多種凋亡機制，而CHOP/GADD153、Caspase-3的轉錄激活分別是其中之一。

目前已有多項研究證實Mic的激活可引起氧化應激和線粒體功能障礙，加重神經元的損傷〔14〕。而在PD與凋亡的研究中，除了經典的死亡受體和線粒體凋亡途徑外，近年來新發(fā)現(xiàn)的內質網應激(ERS)反應性凋亡途徑逐漸引起人們的關注。值得注意的是PD發(fā)病時氧化應激與ERS之間存在對話機制，表現(xiàn)為氧化應激可以直接或間接誘導ERS，而ERS又可產生繼發(fā)的氧化損傷〔15〕，其中CHOP/GADD153是聯(lián)合損傷的中介之一，因為其作用靶點之一的氧化還原酶ERO1α參與減輕ERS的蛋白二硫鍵合成過程，同時也會促進活性氧的產生〔16〕。

非應激狀態(tài)下，CHOP/GADD153存在于胞質溶膠，表達量極低，在各種理化及應激刺激時能夠被大量誘導并轉位于細胞核。實驗研究表明CHOP/GADD153的過度表達或微量注射會引起細胞周期阻斷和(或)凋亡，而缺乏該基因二聚體形成部分的細胞對凋亡有抵抗作用，提示CHOP/GADD153作為轉錄因子調節(jié)與細胞存活和死亡相關的基因，在細胞凋亡過程中發(fā)揮重要作用。研究顯示抗凋亡蛋白Bcl家族成員與細胞凋亡密切相關，是生理性或病理性神經元死亡的關鍵因子。而Bcl-2可與促凋亡蛋白Bax拮抗，抑制細胞色素C自線粒體釋放至胞質，阻止細胞色素C對Caspase蛋白酶的激活，從而抑制凋亡。研究發(fā)現(xiàn)CHOP/GADD153的過度表達會減少Bcl-2蛋白和細胞內的谷胱甘肽并促進反應性氧中介物(ROIs)的生成，引起細胞的凋亡。CHOP/GADD153是第一個發(fā)現(xiàn)的與ERS凋亡有關的分子，作為此通路激活的標志物之一，其在ERS相關凋亡機制中發(fā)揮重要作用。

Caspase是一組天門冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白酶，目前普遍認為Caspase-3是凋亡中的關鍵蛋白酶。活化的Mic分泌大量可溶的因子，如活性氧產物ROS。有研究顯示，ROS能上調一系列與凋亡相關的基因如p53和Bax的表達，致使細胞色素C的釋放并激活Caspase-3的表達〔17〕。Caspase-3活化后的效應機制包括以下幾方面：①活化脫氧核糖核酸(CAD)，CAD在細胞中以無活性的ICAD復合物的形式存在，當發(fā)生凋亡時，Caspase-3抑制ICAD的活性而釋放出CAD，后者發(fā)揮核酸酶的功能而導致DNA的斷裂;②裂解Bcl-2蛋白，使后者失活，而且裂解產物可以促進細胞凋亡;③分解核結構蛋白，致蛋白水解而使染色質濃縮;④切斷細胞與周圍細胞的聯(lián)系，重組細胞骨架，阻斷DNA的復制與修復，干擾剪切、破壞DNA，摧毀核結構，誘導細胞表達吞噬信號，使細胞分解為凋亡小體而被其他細胞吞噬〔18〕。

5 小結

黑質Mic激活損傷DA神經元的分子機制十分復雜，而這些分子共同作用啟動或促發(fā)了免疫異常、氧化應激、線粒體功能障礙、內質網應激等多種機制，最終通過多種級聯(lián)反應導致多巴胺能神經細胞凋亡。雖然目前對于各因素的具體環(huán)節(jié)和因素間錯綜復雜的作用仍缺乏確切的了解，但隨著人們對以上分子水平致病機制的深入研究，可望為PD的藥物治療開辟新的思路和途徑。

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A

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10.3969/j.issn.1005-9202.2012.17.131

楊 麗(1976-)，女，主治醫(yī)師，碩士，主要從事帕金森病的基礎與臨床研究。

〔2011-07-14收稿 2012-01-15修回〕

(編輯 趙慧玲/張 慧)