膠質(zhì)細(xì)胞在帕金森病免疫炎性反應(yīng)機制中的作用

王翠 曲明威 尚德靜

帕金森病(Parkinson disease，PD)是一種神經(jīng)退行性疾病，其病理特征為黑質(zhì)致密部(substantia nigra pars compacta，SNpc)多巴胺(DA)能神經(jīng)元進行性死亡，以及殘存的DA能神經(jīng)元胞漿內(nèi)路易小體(Lewy body)形成，基底節(jié)區(qū)DA缺乏，進而導(dǎo)致發(fā)生PD經(jīng)典運動障礙癥狀。目前，關(guān)于PD的發(fā)病機制仍有待闡明。DA能神經(jīng)元的死亡與遺傳、環(huán)境和免疫等多種因素有關(guān)系。病理及生化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)SNpc區(qū)域蛋白質(zhì)降解障礙、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、興奮性氨基酸毒性、細(xì)胞凋亡、免疫炎性反應(yīng)等多種病理機制導(dǎo)致了DA能神經(jīng)元的變性[1]。越來越多的證據(jù)表明免疫炎性反應(yīng)在PD的發(fā)生及發(fā)展中發(fā)揮了突出作用[2-3]，在年齡老化、遺傳危險因素和環(huán)境暴露因素的基礎(chǔ)上，多種免疫細(xì)胞及分子參與了PD相關(guān)免疫炎性反應(yīng)，其中小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮了及其重要的作用。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞約占腦內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的10%，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)內(nèi)固有的免疫細(xì)胞，類似于外周組織的巨噬細(xì)胞，是神經(jīng)免疫炎性反應(yīng)主要的介導(dǎo)者；同時在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、結(jié)構(gòu)修補和維護中起重要作用。在正常成熟的CNS中，小膠質(zhì)細(xì)胞具有復(fù)雜的形態(tài)，在致密的胞體上形成許多突起，處于一種高度活躍的狀態(tài)，發(fā)揮免疫監(jiān)視，清除細(xì)胞碎片及外來異物，維持腦微環(huán)境穩(wěn)態(tài)的作用。當(dāng)受到炎性反應(yīng)信號刺激后，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活、增殖，產(chǎn)生形態(tài)和功能上的改變。

1.1小膠質(zhì)細(xì)胞的激活1988年，Mcgeer等[4]研究發(fā)現(xiàn)PD患者尸檢大腦黑質(zhì)(substantia nigra，SN)區(qū)域和基底節(jié)區(qū)有大量小膠質(zhì)細(xì)胞激活。此后，PD腦內(nèi)以小膠質(zhì)細(xì)胞激活為特征的神經(jīng)免疫及炎性反應(yīng)機制受到廣泛關(guān)注。觀察神經(jīng)毒素1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)誘導(dǎo)的PD動物模型發(fā)現(xiàn)，MPTP可直接造成DA能神經(jīng)元損傷，死亡的神經(jīng)元激活小膠質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生炎性介質(zhì)及神經(jīng)毒性細(xì)胞因子，進一步損傷神經(jīng)元，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致DA能神經(jīng)元功能進行性惡化[5]。在細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)注入和α突觸核蛋白(α-syn)過表達(dá)的PD動物模型中，LPS或α-syn可直接激活小膠質(zhì)細(xì)胞，介導(dǎo)神經(jīng)免疫炎性反應(yīng)，從而選擇性損傷DA能神經(jīng)元；另外，SN區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎性反應(yīng)發(fā)生后，即使致炎事件終止，神經(jīng)炎性反應(yīng)亦會持續(xù)很久[6-7]。目前認(rèn)為，MPTP、魚藤酮、百草枯、顆粒性物質(zhì)、LPS和內(nèi)源性物質(zhì)，如α-syn、神經(jīng)黑色素、金屬基質(zhì)蛋白酶-3(metalloproteinase-3，MMP-3)、免疫球蛋白、各種炎性反應(yīng)因子等，均可激活小膠質(zhì)細(xì)胞[8]。

1.2小膠質(zhì)細(xì)胞激活的分子機制神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞之間直接相互作用，神經(jīng)元一旦受到刺激，會發(fā)出興奮性或抑制性信號，小膠質(zhì)細(xì)胞能夠識別這些信號。抑制性信號使小膠質(zhì)細(xì)胞維持在“靜息態(tài)”，拮抗促炎活性；而興奮性信號會在病理狀態(tài)下促進小膠質(zhì)細(xì)胞從靜息態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)，是有益的一面，而持續(xù)的激活會導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。小膠質(zhì)細(xì)胞保持在“靜息態(tài)”也依賴神經(jīng)元表達(dá)的配體密度。有研究結(jié)果顯示PD患者腦內(nèi)神經(jīng)元表達(dá)的配體密度下降導(dǎo)致了小膠質(zhì)細(xì)胞從靜息態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)。

DA能神經(jīng)元完整性受到破壞時，神經(jīng)元本身分泌或表達(dá)的興奮性信號增強和抑制性信號減弱共同促使小膠質(zhì)細(xì)胞的迅速激活[9-11]。小膠質(zhì)細(xì)胞表面存在內(nèi)毒素受體、細(xì)胞因子受體、化學(xué)因子受體、神經(jīng)遞質(zhì)受體、錯誤折疊蛋白受體、血清因子和ATP等多種受體。不同的遞質(zhì)受體激活后直接或間接地調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的功能，這是一個復(fù)雜且高度協(xié)調(diào)的過程[12]。LPS與Toll樣受體(Toll-like receptor，TLRs)的TLR-4結(jié)合，由此激活小膠質(zhì)細(xì)胞而產(chǎn)生的細(xì)胞因子通過與小膠質(zhì)細(xì)胞上的受體結(jié)合，進一步增強小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。Noeler等[13]發(fā)現(xiàn)TLR4缺乏的MPTP小鼠PD模型小膠質(zhì)細(xì)胞活化和神經(jīng)變性的敏感性顯著降低。α-syn寡聚體可通過TLR2激活小膠質(zhì)細(xì)胞，從而刺激核因子κB介導(dǎo)的促炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生，而經(jīng)過α-syn處理的小膠質(zhì)細(xì)胞TLR2的表達(dá)明顯增強[14-15]。ATP從受損的神經(jīng)元中分離出來，與小膠質(zhì)細(xì)胞嘌呤受體結(jié)合，改變鈉通道活性，造成小膠質(zhì)細(xì)胞鈣離子瞬變，通過Rac 1和ERK 1/2介導(dǎo)，激活小膠質(zhì)細(xì)胞向受損細(xì)胞處遷移[16]。p.R47H變異體髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體-2(Trem-2)與PD有關(guān)[17]。目前研究局限于對單個受體的了解，這些受體之間的相互作用仍是未知領(lǐng)域。

1.3小膠質(zhì)細(xì)胞激活在PD中的作用機制

1.3.1 小膠質(zhì)細(xì)胞免疫學(xué)表型的改變：目前已證實小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS固有的抗原遞呈細(xì)胞(antigen presenting cell，APC)。在健康CNS中，小膠質(zhì)細(xì)胞的主要組織相容性抗原-Ⅱ(major histocompatibility antigen-Ⅱ，MHC-Ⅱ)類分子的表達(dá)很難被檢測到。研究發(fā)現(xiàn)，PD患者SN區(qū)域相對于其他腦區(qū)的小膠質(zhì)細(xì)胞豐富，小膠質(zhì)細(xì)胞中的MHC-Ⅱ類分子表達(dá)量與α-syn沉積及DA能神經(jīng)元變性呈正相關(guān)，提示這種適應(yīng)性免疫在介導(dǎo)炎性反應(yīng)過程中選擇性損耗了DA能神經(jīng)元群體，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞的MHC抗原遞呈作用在促進PD發(fā)展中發(fā)揮重要作用[18]。

1.3.2 小膠質(zhì)細(xì)胞功能變化-細(xì)胞毒物質(zhì)的產(chǎn)生：激活的小膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞釋放多種炎性介質(zhì)，超氧化物是眾多介質(zhì)中誘導(dǎo)和擴增神經(jīng)毒性重要的物質(zhì)，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NADPH)是小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的主要超氧化物酶，激活后其胞質(zhì)內(nèi)亞單位移位并定位在細(xì)胞膜上，啟動電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生超氧自由基O2-，是PD神經(jīng)免疫炎性反應(yīng)中的始動因子，可直接損傷DA能神經(jīng)元；O2-可進入細(xì)胞內(nèi)，促進小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生其他神經(jīng)毒性介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，NADPH與位于多種免疫細(xì)胞表面參與機體防御作用及免疫反應(yīng)的重要黏附分子Mac-1緊密結(jié)合，是小膠質(zhì)細(xì)胞增殖后介導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷導(dǎo)致PD慢性炎性反應(yīng)的主要機制[19]。另外，有研究結(jié)果顯示，與對照組比較，PD患者SN區(qū)表達(dá)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的膠質(zhì)細(xì)胞明顯增加。iNOS與NADPH一樣在小膠質(zhì)細(xì)胞激活后所致氧化應(yīng)激導(dǎo)致DA能神經(jīng)元死亡過程中扮演關(guān)鍵作用。iNOS可以介導(dǎo)一氧化氮(NO)和超氧化物自由基的生成，NO迅速與O2-反應(yīng)產(chǎn)生高活性的過亞硝酸鹽，造成DNA鏈斷裂、酶及蛋白結(jié)構(gòu)的完整性受損，破壞線粒體呼吸鏈功能，造成DA能神經(jīng)元死亡[20]。其次iNOS還介導(dǎo)前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)及其合成酶環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)的生成，有研究顯示在PD患者和動物模型中二者表達(dá)的上調(diào)，是造成DA能神經(jīng)元細(xì)胞毒性損害的又一因素[21]。

1.3.3 促炎細(xì)胞因子釋放：細(xì)胞因子是PD炎性反應(yīng)的重要組成部分，由激活的膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元免疫活性細(xì)胞分泌。小膠質(zhì)細(xì)胞的TLR-4與LPS、MPP+等結(jié)合而被激活，導(dǎo)致細(xì)胞核內(nèi)DNA的轉(zhuǎn)錄與翻譯，產(chǎn)生并釋放多種炎性因子[22]。這些促炎細(xì)胞因子包括腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL-1β)、TGF-β、γ-干擾素(γ-IFN)、IL-6、IL-10、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-1、caspase-3等[23]。經(jīng)LPS處理的大鼠中腦原代細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β表達(dá)增多，直接造成DA能神經(jīng)元死亡[24]；另外，TNF-α、IL-1β、γ-IFN可誘導(dǎo)多種免疫活性細(xì)胞表面CD23分子的表達(dá)，CD23與配體結(jié)合后可均誘導(dǎo)iNOS生成，催化產(chǎn)生NO。NO反過來又可促進促炎因子的產(chǎn)生，如TNF-α和IL-6[25]。TNF-α也可與DA能神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)膜上的特異性受體結(jié)合，通過MHC-Ⅱ抗原呈遞通路，激活適應(yīng)性免疫而損傷DA能神經(jīng)元[26]。

2 星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞是CNS中數(shù)目最多的膠質(zhì)細(xì)胞，參與血-腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的構(gòu)成，調(diào)節(jié)大腦的突觸傳遞、水傳輸和血液流動，為神經(jīng)元提供最佳的微環(huán)境。目前研究表明，PD患者BBB存在損傷，活化的內(nèi)皮和BBB通透性改變使外周免疫細(xì)胞流入，再由活化的小膠質(zhì)細(xì)胞激活外周免疫細(xì)胞，針對特定的抗原引發(fā)CNS炎性反應(yīng)。這種炎性反應(yīng)可誘導(dǎo)DA能神經(jīng)元損傷，損傷的DA能神經(jīng)元又可促進炎性反應(yīng)[27]。因此，BBB通透性增加可能是PD發(fā)展過程中的催化劑。

星形膠質(zhì)細(xì)胞表面具備天然免疫的受體如Toll樣受體、核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域、雙鏈RNA依賴性蛋白激酶、清道夫受體、甘露糖結(jié)合凝集素受體和補體系統(tǒng)的表達(dá)成分，提示星形膠質(zhì)細(xì)胞在天然免疫中的作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞在PD發(fā)病中是否具有神經(jīng)保護作用和/或神經(jīng)毒性作用尚無定論。動物模型研究顯示，隨著SNpc及紋狀體區(qū)域DA能神經(jīng)元的死亡，星形膠質(zhì)細(xì)胞被激活，進而GFAP呈持續(xù)高表達(dá)，提示星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活可能發(fā)生在DA能神經(jīng)元死亡之后[28]。PD患者尸檢發(fā)現(xiàn)SNpc區(qū)域GFAP陽性星形膠質(zhì)細(xì)胞增加，伴有膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)和睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor，CNF)減少。GFAP陽性星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量與死亡的DA能神經(jīng)元呈反比，提示DA能神經(jīng)元在星形膠質(zhì)細(xì)胞較少的區(qū)域更容易變性死亡，表明星形膠質(zhì)細(xì)胞可能具有神經(jīng)元保護作用[29]。PD患者SN區(qū)存在細(xì)胞黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)陽性星形膠質(zhì)細(xì)胞，可吸引具有淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原-1(LFA-1)陽性的小膠質(zhì)細(xì)胞。有研究表明，α-syn能轉(zhuǎn)移至星形膠質(zhì)細(xì)胞并逐步累積引起與免疫功能相關(guān)的基因表達(dá)增加，產(chǎn)生IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-18和克隆刺激因子-1、2、3等促炎因子；α-syn也可促進星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)趨化因子CC配體-3(CCL-3)、4、5、12、20，CXCL-1、2、5、10、11、12、16和CX3CL1等趨化因子，這些趨化因子具有招募單核巨噬細(xì)胞，促進小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)祖細(xì)胞遷移，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞活性和星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖存活，維持突觸可塑性及信號傳遞的作用[30-31]。CCL-12和CCL-5會導(dǎo)致谷氨酸釋放，反過來再促進星形膠質(zhì)細(xì)胞重新合成細(xì)胞因子和趨化因子，提示星形膠質(zhì)細(xì)胞在膠質(zhì)細(xì)胞-膠質(zhì)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元之間信息傳遞中發(fā)揮重要作用[32]。

除細(xì)胞因子外，在PD患者和MPTP模型中的中腦背側(cè)發(fā)現(xiàn)了由激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的髓過氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)。MPO可將非活性的亞硝酸鹽氧化為NO2-，進而使蛋白質(zhì)硝基化；NO2-也可產(chǎn)生次氯酸(hypochlorous acid，HOCL)，可催化胺類成為氯胺、酚和不飽和氯化物；MPO也可直接將過氧化氫和氯離子生成HOCL，HOCL對DA能神經(jīng)元造成氧化損傷[33]。

綜上所述，PD仍是一種病因不明的退行性疾病，遺傳學(xué)、環(huán)境、神經(jīng)炎性反應(yīng)和免疫因素等多種因素多種機制共同參與了疾病的發(fā)生發(fā)展。從目前證據(jù)支持炎性反應(yīng)和免疫與神經(jīng)元變性有關(guān)，正確認(rèn)識小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎性反應(yīng)和免疫反應(yīng)中的作用非常重要，可能為研發(fā)抗炎藥物提供幫助。