小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病中的神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)作用

沈婕 李久勝

(三潭醫(yī)院 急診內(nèi)科 天津 300190)

小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病中的神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)作用

沈婕 李久勝

(三潭醫(yī)院 急診內(nèi)科 天津 300190)

神經(jīng)炎癥；神經(jīng)退行性疾?。恍∧z質(zhì)細(xì)胞；星形膠質(zhì)細(xì)胞；炎性細(xì)胞因子

近年來的臨床研究和動物實驗的證據(jù)表明腦內(nèi)神經(jīng)炎癥與多種急慢性神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，如阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、帕金森病(Parkinson's disease，PD)和多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)等。而小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎癥中起到了關(guān)鍵性的作用，它既能保護(hù)神經(jīng)元，又能分泌神經(jīng)毒性物質(zhì)，維持神經(jīng)元的微環(huán)境，并以此來控制神經(jīng)元的命運。小膠質(zhì)細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)是通過與神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血腦屏障和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)浸潤的T細(xì)胞之間的相互作用實現(xiàn)的。本文就該方面的研究進(jìn)展做一簡要綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞功能

神經(jīng)炎癥以小膠質(zhì)細(xì)胞的活化為特征，伴隨血腦屏障的通透性改變，外周免疫細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，釋放炎性因子導(dǎo)致神經(jīng)元損傷死亡。小膠質(zhì)細(xì)胞活化對神經(jīng)炎癥的調(diào)節(jié)發(fā)揮著重要的作用，但其機(jī)制尚未完全清楚。小膠質(zhì)細(xì)胞與外周巨噬細(xì)胞有很多不同之處，例如小膠質(zhì)細(xì)胞能被血清蛋白活化從而感知血腦屏障的破壞。小膠質(zhì)細(xì)胞在腦實質(zhì)中，不能循環(huán)，在活化時會大量增殖[1]。健康狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞有一種穩(wěn)定的表型時刻監(jiān)視著周圍的環(huán)境，它們能夠通過表達(dá)表面分子和分泌可溶性因子來影響星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的功能，促進(jìn)細(xì)胞碎片和聚合蛋白的清除，并在突觸修剪中起積極作用[2]。當(dāng)受到感染和損傷時小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出與外周巨噬細(xì)胞相似的反應(yīng)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)被損傷和感染時，小膠質(zhì)細(xì)胞暴露在含脂多糖和IFN-γ的環(huán)境中被活化，表型發(fā)生變化獲得M1樣的特征，細(xì)胞形態(tài)如變形蟲樣，高表達(dá)促炎性因子，細(xì)胞具有很強(qiáng)的吞噬能力，并表達(dá)一些標(biāo)志分子如CD86、誘生型一氧化氮合酶(iNOS)和CD16/32[3-4]。在含有IL-4、IL-10等抗炎因子的微環(huán)境中，小膠質(zhì)細(xì)胞獲得M2樣表型，細(xì)胞形態(tài)小，有分支狀突起，表達(dá)特異性標(biāo)志分子如巨噬細(xì)胞甘露糖受體1(CD206)和精氨酸酶1(arginase-1)[5]。通常中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和感染之后，最初的炎癥反應(yīng)是由M1樣小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的，它主要發(fā)揮抵抗微生物的殺菌作用和吞噬細(xì)胞的作用，這些作用有利于細(xì)胞碎片的清除以及隨后的損傷修復(fù)。早期活化之后M1樣小膠質(zhì)細(xì)胞在恢復(fù)階段有兩種不同的命運。一方面，是在最后階段M2樣小膠質(zhì)細(xì)胞參與M1樣小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的炎癥消退，隨后產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)因子促進(jìn)組織修復(fù)[5]。另一方面，也是不利的一方面，M1樣小膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)歷不受控制的活化或者過度活化，誘導(dǎo)慢性炎癥而導(dǎo)致神經(jīng)毒性因子產(chǎn)生，時間過長會導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。這種情況下小膠質(zhì)細(xì)胞成為炎性介質(zhì)的主要來源，產(chǎn)生的炎性因子和炎性介質(zhì)包括TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-1α、NO、過氧化氫、過氧化物陰離子、蛋白水解酶和谷氨酸鹽及趨化因子RANTES和MCP-1等[1]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎癥中的分子調(diào)節(jié)

傳染性病原體的炎性反應(yīng)是通過病原體相關(guān)分子模式的受體刺激啟動的，例如Toll樣受體。這些受體不僅僅識別像LPS、鞭毛蛋白或者雙鏈RNA的抗原[6]，而且它們也能識別內(nèi)源性聚合和氧化的蛋白[7]。Toll樣受體刺激包括細(xì)胞內(nèi)接頭蛋白MyD88和TRIF的募集以及隨后IκB激酶和MAP激酶的活化。IκB的磷酸化作用會導(dǎo)致NF-κB的核易位，MAP激酶活化會使AP-1轉(zhuǎn)錄因子活化。這些信號通路的協(xié)同作用導(dǎo)致了一型干擾素等促炎因子的產(chǎn)生[8]。小膠質(zhì)細(xì)胞上有許多Toll樣受體(TLR1-TLR9)及它們的共同受體。其中TLR2和TLR4與阿茲海默癥和帕金森癥等神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)炎癥和聚合蛋白的清除有關(guān)[7]。關(guān)于阿茲海默癥已經(jīng)有研究表明聚合的淀粉樣蛋白-β (Aβ)能通過TLR4刺激小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生高水平的促炎因子如NO、IL-6和TNF-α。而TLR4缺失的阿茲海默病小鼠模型中，小鼠大腦中發(fā)現(xiàn)了彌漫性的纖維素性的Aβ增生[9]。此外，LPS作用于野生型小鼠的海馬區(qū)后，刺激TLR4使聚合的Aβ的量減少，與此同時還伴隨著適度的小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。有趣的是不同型的TLR4與阿茲海默癥的發(fā)病風(fēng)險有關(guān)，而在帕金森癥中沒有這種現(xiàn)象。關(guān)于帕金森癥中TLR4的研究表明在患有帕金森癥的小鼠大腦中TLR4的表達(dá)上調(diào)。而TLR4缺失會導(dǎo)致帕金森癥小鼠模型中小膠質(zhì)細(xì)胞活化和神經(jīng)變性的敏感性降低[10]。與這些研究一致的是，給小鼠注射低劑量的LPS在中腦誘發(fā)神經(jīng)炎癥后，小膠質(zhì)細(xì)胞獲得活化的M1樣表型，進(jìn)而會導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體通路的多巴胺能神經(jīng)元損失增多，產(chǎn)生運動功能障礙[11]。因此，TLR4有助于慢性小膠質(zhì)細(xì)胞的活化進(jìn)而產(chǎn)生神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性。小膠質(zhì)細(xì)胞的TLR2也與帕金森癥和阿茲海默癥有關(guān)。例如聚集的Aβ也會導(dǎo)致TLR2介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞的活化；低聚體突觸核蛋白也可以通過與TLR2質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的吞噬作用都會減弱，聚集的Aβ激活小膠質(zhì)細(xì)胞誘發(fā)炎癥反應(yīng)[7]。此外在阿茲海默癥和帕金森癥的動物模型大腦中都會發(fā)現(xiàn)TLR2表達(dá)上調(diào)。而阿茲海默癥動物模型中TLR2缺失后，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化顯著增強(qiáng)，認(rèn)知損害加重。因此在阿茲海默癥神經(jīng)變性過程中，TLR2的作用比TLR4更顯著。在這些神經(jīng)退行性疾病中其他Toll樣受體對神經(jīng)炎癥的發(fā)生發(fā)展也有一定的作用。例如無論是在體外還是在阿茲海默癥模型體內(nèi)刺激小膠質(zhì)細(xì)胞的TLR9都能夠使Aβ介導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用減弱[11]。因此，在神經(jīng)退行性疾病中小膠質(zhì)細(xì)胞上的Toll樣受體能夠調(diào)節(jié)M1樣表型的獲取以及具有神經(jīng)毒性的慢性炎癥。

小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的TNF-α在帕金森癥和阿茲海默癥的神經(jīng)變性過程中發(fā)揮著重要的作用[12]。另一種由小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的介導(dǎo)神經(jīng)毒性的物質(zhì)是興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸。當(dāng)動物發(fā)生急性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷如腦外傷、局部缺血和癲癇癥，以及像帕金森癥、阿茲海默癥和肌萎縮性(脊髓)側(cè)索硬化等神經(jīng)退行性疾病時，腦組織中細(xì)胞外的谷氨酸都會大量聚集，從而導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性中毒。當(dāng)CNS受到損傷時，具有谷氨酸緩沖能力的星形膠質(zhì)細(xì)胞會減少，損傷部位被活化的M1樣小膠質(zhì)細(xì)胞占據(jù)。雖然神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和處于穩(wěn)態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞也會釋放高水平的谷氨酸，但是活化的M1樣的小膠質(zhì)細(xì)胞會通過連接蛋白半通道和胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)釋放大量有毒的谷氨酸。而神經(jīng)元中離子型谷氨酸受體N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)的過度刺激會造成鈣離子內(nèi)流異常從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。TNF-α能夠刺激小膠質(zhì)細(xì)胞中谷氨酰胺酶上調(diào)表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞合成和釋放谷氨酸。與此同時TNF-α還能夠抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞對谷氨酸的攝取。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的炎性因子能夠加劇細(xì)胞外谷氨酸的增加，從而加劇神經(jīng)元的損傷死亡。此外，受損的神經(jīng)元能夠刺激表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞上的Toll樣受體來進(jìn)一步促進(jìn)谷氨酸的上調(diào)表達(dá)，從側(cè)面加強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性作用[13]。并且表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞上的α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體和代謝型谷氨酸受體的自分泌作用能夠促進(jìn)TNF-α的合成和釋放[14]，因此，谷氨酸的釋放和TNF-α的產(chǎn)生形成了兩條相互促進(jìn)的神經(jīng)毒性機(jī)制，并且這兩種機(jī)制具有一致的作用。

3 神經(jīng)退行性疾病中神經(jīng)元與小膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用

雖然傳統(tǒng)上對神經(jīng)炎癥的研究主要集中在小膠質(zhì)細(xì)胞，然而在過去10 a，神經(jīng)元在神經(jīng)退行性疾病過程中對炎癥反應(yīng)的作用也倍受關(guān)注。有證據(jù)表明神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞之間相互作用對神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性具有重要的調(diào)節(jié)作用。M1樣和M2樣小膠質(zhì)細(xì)胞對神經(jīng)元的存活和穩(wěn)態(tài)分別發(fā)揮著不同的影響，相反神經(jīng)元也可以誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞開啟或關(guān)閉炎癥反應(yīng)。就這點來說，熱激蛋白60(HSP60)，它能誘導(dǎo)TLR4依賴性的神經(jīng)毒性介質(zhì)NO的合成，從而在小膠質(zhì)細(xì)胞引發(fā)氧化反應(yīng)[15]。另一個重要的開啟小膠質(zhì)細(xì)胞對中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的機(jī)制是通過代謝型的嘌呤受體6(P2Y6)。當(dāng)神經(jīng)元損傷時小膠質(zhì)細(xì)胞上的這種受體的表達(dá)會上調(diào)，而神經(jīng)元的核苷酸也會被釋放到細(xì)胞外。Koizumi等[16]發(fā)現(xiàn)表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞上的P2Y6受體可以作為一個擴(kuò)散性尿苷二磷酸的傳感器，引發(fā)吞噬作用而使神經(jīng)元受到損傷。在神經(jīng)變性過程中神經(jīng)元與小膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用也可以由高遷移率族蛋白B1(HMGB1)介導(dǎo)。在中風(fēng)和帕金森癥模型中損傷或死亡的神經(jīng)元、活化的小膠質(zhì)細(xì)胞都能夠釋放高遷移率族蛋白B1(HMGB1)，隨后再作用于小膠質(zhì)細(xì)胞，從而加劇神經(jīng)變性[17]。示蹤目標(biāo)分子HMGB1的實驗表明這種蛋白能與表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞表面的CD11b結(jié)合，刺激 NF-κB通路和NADPH氧化酶，從而產(chǎn)生大量的炎性因子和神經(jīng)毒性因子。中和掉HMGB1/CD11b或使NADPH氧化酶的基因缺失都會阻止神經(jīng)變性的發(fā)展[17]。上述證據(jù)揭示了一系列神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用機(jī)制，即活化的小膠質(zhì)細(xì)胞和損傷的神經(jīng)元形成一個惡性循環(huán)來介導(dǎo)慢性和漸進(jìn)性的神經(jīng)變性。而這些發(fā)現(xiàn)可能就是慢性帕金森癥病程發(fā)展的根本原因。不管是促炎信號還是抑炎信號都能通過神經(jīng)元對小膠質(zhì)細(xì)胞的作用來促進(jìn)。例如表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞表面的CD200與表達(dá)在神經(jīng)元表面的CD200R互相作用能夠發(fā)揮抗炎的作用。而有些研究指出CD200-CD200R信號通路能夠抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，CD200-CD200R的相互作用能引發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞中的促炎因子的下調(diào)和抗炎因子的上調(diào)[18]，由此，小膠質(zhì)細(xì)胞表型從M1樣轉(zhuǎn)變?yōu)镸2樣。在不同的神經(jīng)退行性疾病中都存在著這種相互作用。在帕金森癥模型中這種相互作用的紊亂會加重多巴胺能神經(jīng)元的變性[19]，而在阿茲海默癥模型中能促進(jìn)神經(jīng)炎癥，在多發(fā)性硬化癥小鼠模型中會更早的出現(xiàn)實驗性自身免疫性腦脊髓炎。與此一致的是，在阿茲海默癥和多發(fā)性硬化癥模型中應(yīng)用CD200R激動劑有利于癥狀的緩解[20]。并且阿茲海默癥患者中CD200和CD200R表達(dá)量均降低。另一種抗炎相互作用機(jī)制是由趨化因子CX3CL1介導(dǎo)的。CX3CL1可作為神經(jīng)元上的跨膜錨定蛋白，能夠被裂解成可溶性的同種型。可溶性的CX3CL1與表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞上的CX3CR1作用能抑制M1樣表型的活化，由此抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)變性。在帕金森癥[21-22]、肌萎縮側(cè)索硬化和阿茲海默癥動物模型中，CX3CL1介導(dǎo)的抗炎性反應(yīng)能抑制神經(jīng)變性。其他神經(jīng)元對小膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎性信號可由表達(dá)在神經(jīng)元上的CD47與小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上的SIRPα(信號調(diào)節(jié)蛋白α)的相互作用介導(dǎo)，此外還可由神經(jīng)元分泌的CD22和表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞和浸潤在CNS巨噬細(xì)胞上的CD45的相互作用介導(dǎo)[23]。

以上證據(jù)說明，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化是一個動態(tài)的可調(diào)節(jié)的過程，而這種調(diào)節(jié)作用可直接由神經(jīng)元介導(dǎo)。動態(tài)平衡時神經(jīng)元能夠誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮抗炎性作用，而當(dāng)環(huán)境或遺傳因素使平衡破壞時，神經(jīng)元釋放的信號使小膠質(zhì)細(xì)胞能夠促進(jìn)神經(jīng)炎癥發(fā)生進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)變性。

綜上所述，神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病共有的一種病理變化，小膠質(zhì)細(xì)胞在此過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)功能。小膠質(zhì)細(xì)胞接受微環(huán)境中神經(jīng)元及其他細(xì)胞或者細(xì)胞因子等刺激信號，發(fā)生活化，釋放或具有神經(jīng)損傷作用或神經(jīng)保護(hù)作用的因子，損傷神經(jīng)元或保護(hù)神經(jīng)元。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞可以作為許多神經(jīng)退行性疾病的治療靶標(biāo)，為神經(jīng)退行性疾病的治療帶來新的轉(zhuǎn)機(jī)。

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R 246.6

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2016-03-14)