炎性反應與帕金森病的研究進展

陳清 趙楊

帕金森病（Parkinson disease，PD）為僅次于阿爾茨海默病的第二大進行性中樞神經系統(tǒng)退行性疾病，其主要病理改變是腦內黑質致密部（substantia nigra pars compacta，SNpc）多巴胺（dopamine，DA）能神經元變性、死亡，殘存神經元胞質內嗜酸性包涵體即路易小體（Lewy body，LB）形成［1］。自1817年詹姆士·帕金森首次撰述PD至今，PD復雜的致病因素和發(fā)病機制仍未完全闡明。PD發(fā)病涉及氧化應激反應、細胞凋亡、線粒體功能障礙、神經營養(yǎng)因子下調、鈣超載、興奮性氨基酸毒性作用和免疫炎性反應等病理機制。慢性炎性反應是大多數神經退行性疾病（包括阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化及肌萎縮側索硬化等），特別是PD的病理特征［2］。越來越多證據表明，炎性反應參與了DA能神經元的變性及PD的疾病進展［3］。

年齡老化、遺傳危險因素和環(huán)境暴露可致中樞或外周神經系統(tǒng)炎性反應的啟動［4］，誘發(fā)機體產生免疫應答，中樞和外周神經系統(tǒng)炎性反應在PD的前驅期發(fā)生并維持疾病的進展。固有免疫應答是大腦免疫系統(tǒng)的第一道防線，其機制包括血－腦脊液屏障、細胞吞噬和殺傷、補體系統(tǒng)，以及體液內多種因子的作用。固有免疫相關的效應細胞和效應分子也廣泛參與適應性免疫應答的啟動、效應和調節(jié)。適應性免疫應答是另一種防御機制，包括B淋巴細胞介導的體液免疫和T淋巴細胞介導的適應性免疫。本文就近年來炎性反應在PD發(fā)病中的相關研究進展進行綜述。

1 固有免疫應答

有證據顯示PD患者的中樞神經系統(tǒng)存在明顯的固有免疫參與的炎性反應的激活，對死亡PD患者進行尸檢發(fā)現(xiàn)，與同齡健康人相比，其腦脊液和黑質紋狀體區(qū)包括白介素－1β（interleukin－1β，IL－1β）、轉化生長因子－β（transforming growth factor－β，TGF－β）、γ干擾素（interferon－γ，IFN－γ）和IL－6等細胞因子水平增高［5］。此外，這些死亡PD患者的神經元外LB中還出現(xiàn)補體蛋白［5］。腦實質（神經元、星形膠質細胞、內皮細胞）內小膠質細胞的激活和反應性星形膠質細胞的出現(xiàn)被認為是中樞神經系統(tǒng)神經炎性反應的標志［6］。

1.1 腦內的固有免疫細胞——小膠質細胞 小膠質細胞通常被認為是腦內主要的天然免疫細胞，約占神經膠質細胞總數的10%，在中腦部位的分布最密集，是其他腦區(qū)的4.5倍，正常情況下，小膠質細胞在腦實質區(qū)發(fā)揮免疫監(jiān)視功能，對維持所處微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要作用［7］。病理情況下，小膠質細胞可被激活，發(fā)揮免疫吞噬等作用。α－突觸核蛋白（α－synuclein）是 LB的主要組成部分，α－突觸核蛋白能夠直接激活小膠質細胞［8］，介導炎性反應，釋放腫瘤壞死因子－α（tumor necrosis factor－α，TNF－α）、IL－1β、IL－6、一氧化氮（nitric oxide，NO）和自由基等物質［8］，導致神經元變性和壞死。α－突觸核蛋白在PD的進展中也發(fā)揮重要作用，凋亡的DA能神經元周圍的氧化應激反應可以誘導α－突觸核蛋白硝化并聚集，進一步激活小膠質細胞，同時，硝化的α－突觸核蛋白也可作為抗原介導適應性免疫應答。

對人類和其他靈長類動物的研究顯示，小膠質細胞在DA能神經元變性的早期迅速被激活，并分化為不同的表型，在其后數年間只要小膠質細胞產生的激活物的類型、成分、劑量、持續(xù)時間及其信號轉導途徑等條件，能夠達到維持其激活的最低炎性水平，小膠質細胞則一直保持激活狀態(tài)，并且可以在腦組織中存在相當長的時間［9］。這意味著小膠質細胞一旦被激活，對DA能神經元的損害將是持久的。有研究表明，神經元不僅是小膠質細胞被動的作用靶標，它還能控制小膠質細胞的激活［10］。神經元通過興奮性和抑制性信號調控小膠質細胞功能，神經元的抑制性信號使小膠質細胞在生理情況下處于“靜息態(tài)”且具有抗炎作用，興奮性信號在病理條件下誘導小膠質細胞激活轉為有益或有害的表型。因此，各種信號分子的活動可以調節(jié)小膠質細胞的功能并可促成PD的炎性環(huán)境。神經元的抑制性信號分為釋放信號與膜結合信號，神經元釋放抑制性信號有CD22、趨化因子CX3C配體1（C－X3－C motif chemokine ligand 1，CX3CL1）、TGF－β、腦源性神經營養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）、神經營養(yǎng)因子－3（neurotrophin－3，NT－3）、神經生長因子（nerve growth factor，NGF）等信號分子或神經遞質（如多巴胺、去甲腎上腺素、五羥色胺等）。神經元膜結合神經元抑制性信號包括免疫球蛋白超家族中的CD200、CD22和CD47分子，所有的神經元抑制性信號均由神經元分泌或表達，并與小膠質細胞上的受體相結合，這些免疫受體包含抑制小膠質細胞激活的細胞質基序［11］。小膠質細胞保持“靜息態(tài)”的機制還取決于神經元表達的配體密度，在PD中配體密度的減少導致小膠質細胞從抑制基態(tài)轉為激活狀態(tài)［12］。神經元釋放興奮性信號包括趨化因子〔如趨化因子 CC配體21（C－C motif chemokine ligand 21CCL21，CX3CL1）、趨化因子 CXC配體10（C－X－C motif chemokine 10，CXCL10）〕、谷氨酸、嘌呤〔三磷酸腺苷 （adenosine triphosphate，ATP）和三磷酸尿苷（uridine triphosphate，UTP）〕以及基質金屬蛋白酶－3（matrix metalloproteinase，MMP－3），它們可以調節(jié)小膠質細胞的各方面功能［11］。綜上所述，神經元和小膠質細胞協(xié)同作用，使中樞神經系統(tǒng)內的大部分小膠質細胞在正常情況下處于“靜息態(tài)”，然而，當PD發(fā)生時神經元的完整性遭到破壞，神經元直接激活的信號產生或抑制性信號缺失，使小膠質細胞迅速激活。

1.2 血－腦脊液屏障（blood cerebrospinal fluid barrier，BCB）及其重要組成——星形膠質細胞在PD的相關的研究中，BCB損害及中腦黑質（substantia nigra，SN）外周免疫細胞的浸潤可能參與了PD的發(fā)病過程。固有免疫激活釋放的促炎因子可以增加BCB的通透性，BCB通透性增加一方面導致外周神經系統(tǒng)炎性因子和免疫細胞的滲出，這些適應性免疫細胞可被特異性的抗原激活，促進中樞神經系統(tǒng)含相似抗原區(qū)的炎性反應；另一方面，BCB通透性增加可導致中樞神經系統(tǒng)的抗原流向外周淋巴組織，誘導適應性免疫應答產生。適應性免疫應答的直接參與，增加的細胞因子、趨化因子、前列腺素、補體蛋白和活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）／活性氮（reactive nitrogen species，RNS）等在腦炎、腦外傷及全身感染等情況下也可致BCB的破壞［13］。

星形膠質細胞的膠質膜包裹在BCB中的腦毛細血管壁外，它起到維持BCB完整性的重要作用，并通過積極控制腦血流，控制突觸釋放的神經遞質的胞外水平，為神經元提供最佳的微環(huán)境。在神經退行性疾病和炎性反應條件下，與年齡相關的星形膠質細胞的變化會影響B(tài)CB的通透性［14］。星形膠質細胞還能分泌多種神經營養(yǎng)因子，如膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子（gialderived neurotrophic factor，GDNF）、BDNF、NT－3以及中腦的膠質神經源營養(yǎng)因子（mesencephalic astrocyte－derived neurotrophic factor，MANF）等［15］，從而發(fā)揮對 DA 能神經元的保護和修復作用，但星形膠質細胞也通過產生和釋放促炎細胞因子導致炎性環(huán)境和促進神經元的持續(xù)變性［16］。此外，星形膠質細胞與小神經膠質細胞有著直接關聯(lián)，星形膠質細胞的顯性炎性反應表型可增加小膠質細胞介導的炎性反應的范圍和持續(xù)時間［17］。

2 適應性免疫應答

適應性免疫由B細胞抗原受體（B cell receptor，BCR）、T細胞抗原受體（T cell receptor，TCR）特異性識別、主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）系統(tǒng)，以及各種細胞因子等多因素參與發(fā)揮生物學效應。

2.1 T淋巴細胞 在PD動物模型和死亡PD患者尸檢的腦中均發(fā)現(xiàn)，伴隨著反應性HLA－DR陽性的小膠質細胞的出現(xiàn)，其SN區(qū)均顯示出T細胞的浸潤［18］。通過BCB進入大腦中的抗原性異物，可以被腦小膠質細胞捕獲并呈遞給T淋巴細胞。T細胞對DA神經元區(qū)被修飾的α－突觸核蛋白或其他被修飾的抗原產生免疫應答，啟動適應性免疫應答促進神經元死亡，這些應答根據固有免疫細胞表面的抗原遞呈背景的不同而變化。有研究表明，參與PD炎性反應的主要是CD4＋T淋巴細胞［19］，其產生的炎性細胞因子中以INF－γ及TNF－α的激活作用最明顯，CD4＋T淋巴細胞產生的細胞因子通過死亡受體（FAS－FasL）的信號通路間接誘導DA能神經元凋亡。初始CD4＋T細胞接受抗原刺激后首先分化為Th0細胞，然后分化為Th1細胞、Th2細胞和Th17細胞等多種細胞亞群，它們可以合成并分泌不同的細胞因子。Th1細胞（分泌炎性因子IFN－γ）和Th17細胞具有免疫損傷作用，Th2細胞（分泌炎性因子IL－4）和調節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg）發(fā)揮神經保護作用，Treg具有免疫抑制功能，在免疫應答的負調節(jié)中發(fā)揮重要作用。為了進一步了解PD患者的適應性免疫應答機制，有少數研究檢測了外周血中T細胞亞群的成分，發(fā)現(xiàn)淋巴細胞總數減少，但其頻率分布無變化；與其他神經系統(tǒng)疾病相比，PD患者的記憶T細胞比例增加，初始T細胞比例減少［20］。

除了CD4＋T細胞介導的神經毒性，神經元的直接死亡也可能是由MHCⅠ分子表面呈遞的神經元抗原激活的CD8＋T細胞所引起［21］，CD8＋T細胞識別抗原肽－MHCⅠ，通過死亡受體Fas或TNF－α的參與，或直接通過顆粒酶和穿孔素的釋放溶解殺死細胞。因此，T細胞通過直接裂解細胞、細胞中FAS－FasL的參與，并通過識別固有免疫細胞表面的抗原肽－MHC分子分泌的細胞因子，進而介導神經毒性，導致DA能神經元的壞死。

2.2 B淋巴細胞和抗體 PD患者中樞神經系統(tǒng)及外周血中都發(fā)現(xiàn)各種抗體水平的升高，提示B細胞免疫應答的存在。B淋巴細胞是免疫系統(tǒng)的抗體分泌細胞，B細胞通過固有免疫細胞炎性因子環(huán)境中表面的免疫球蛋白受體或通過直接識別模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）的刺激，激活分泌抗體，抗體通過激活補體系統(tǒng)或免疫球蛋白受體表面的效應細胞促進炎性反應，在炎性條件下，B淋巴細胞進一步浸潤，加重炎性反應。B淋巴細胞也可以再次加工其分泌的抗體，這一過程發(fā)生在二級淋巴器官比如脾臟和淋巴結，稱為親和力的成熟，經歷親和力成熟的B細胞可以產生對靶標更高親和力的抗體，并可以成為長壽命的記憶細胞［22］，B細胞以這種方式在適應性免疫應答中發(fā)揮著重要作用，這在很大程度上也取決于來自固有免疫細胞和CD4＋T細胞的信號。部分研究考慮到PD是緩慢進展的炎性反應過程，認為T細胞免疫應答參與PD發(fā)病的早期，體液免疫則對疾病的進展發(fā)揮了重要作用［23］。

在大鼠模型中使用PD患者免疫球蛋白的研究，進一步支持了PD患者中抗DA神經元抗體的致病作用。PD患者的免疫球蛋白被注入大鼠的SN區(qū)，導致酪氨酸羥化酶（tyrosine hydroxylase，TH）陽性神經元減少，而內側隔區(qū)的乙酰膽堿酯酶陽性神經元未見減少。Orr等［24］的研究顯示，在PD患者腦切片中可見免疫球蛋白與免疫酶染色的DA神經元共定位在靠近Fcγ受體（fcγreceptor，F(xiàn)cγR）＋小膠質細胞的區(qū)域，IgG＋神經元數目確定與MHCⅡ＋小膠質細胞數量相關，提示抗體介導的神經元損傷與抗原呈遞有關聯(lián)，這些小膠質細胞含色素顆粒，提示抗體介導了小膠質細胞對染色DA神經元的吞噬。同樣，F(xiàn)cγR敲除小鼠對1－甲基－4－苯基－1，2，3，6－四氫吡啶（1－methyl－4－phenyl－1，2，3，6－tetrahydropyridine，MPTP）慢性給藥耐受但不耐受急性給藥方式［25］，這些結果提示在小鼠模型中，缺失FcγR可能影響許多類型的細胞（包括單核細胞、小膠質細胞、嗜中性粒細胞、嗜堿性粒細胞、肥大細胞和自然殺傷細胞）發(fā)揮免疫效應，并降低了這些細胞通過多種機制結合IgG的應答能力。通過腺相關病毒（adeno associated virus，AAV）誘導人野生型α－突觸核蛋白黑質內過表達引起小鼠神經退行性變和小膠質細胞活化［26］，同時導致大量的IgG沉積，提示體液免疫、BBB的破壞發(fā)揮了加重慢性炎性反應的作用。以上結果表明DA神經元的損傷、體液免疫應答能夠在炎性反應中發(fā)揮作用。

近年來大量研究已經證實炎性反應能導致神經變性疾病癥狀惡化，并加快其病程進展。固有免疫和適應性免疫應答系統(tǒng)的協(xié)同作用在PD發(fā)病機制和病理生理學方面的研究變得越來越清晰。適應性免疫系統(tǒng)通常對特定的病原體或抗原產生應答，并產生各種效應機制來清除它們，包括直接的細胞毒性、細胞因子和抗體的生產。為了對特定抗原所識別的特異性受體產生應答，適應性免疫系統(tǒng)必須接收固有免疫細胞釋放的正確信號才能被激活，T細胞識別MHC分子表面的抗原肽，而B細胞則通過細胞表面的受體識別抗原。充足的證據表明，炎性反應在人類PD以及動物模型的神經退行性疾病中發(fā)揮著作用，但對于PD病理的適應性免疫應答系統(tǒng)以及其呈遞的特定抗原肽方面發(fā)揮的作用仍需進一步的研究。

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