阿爾茲海默病的發(fā)病機(jī)制及其先天免疫性/適應(yīng)性免疫研究

李蘇垚，王玉銀，魏文悅，李曉慧，郭敏芳，馬存根，宋麗娟*，尉杰忠，4，5*

（1.山西中醫(yī)藥大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)研究中心，山西晉中 030619；2.山西大同大學(xué)腦科學(xué)研究所，山西大同 037009；3.山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)內(nèi)科，山西太原 030001；4.大同市第五人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，山西大同 037009；5.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，北京 100101）

阿爾茲海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system,CNS）進(jìn)行性、持續(xù)性、退行性疾病。臨床表現(xiàn)主要為認(rèn)知功能障礙和記憶能力損害，主要病理特征為大腦內(nèi)細(xì)胞外β 樣淀粉蛋白沉積形成的老年斑和細(xì)胞內(nèi)tau 蛋白過度磷酸化導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)纖維纏結(jié)以及神經(jīng)元的喪失[1]，發(fā)病機(jī)制尚未明確，且缺乏有效的治療手段。隨著研究的逐步深入，越來越多的證據(jù)表明，AD 的發(fā)病機(jī)制不僅局限于神經(jīng)元，還包括大腦與免疫系統(tǒng)的相互作用[2]。新發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用在疾病的發(fā)病機(jī)制中起著因果作用，理解和控制免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用可能是預(yù)防或延遲大多數(shù)遲發(fā)性CNS 疾病的關(guān)鍵[3]。本文就非特異性先天免疫及適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的免疫細(xì)胞亞群進(jìn)行綜述，希望對AD 發(fā)病發(fā)病的免疫機(jī)制以及治療等方面進(jìn)行深入的剖析。

1 AD發(fā)病機(jī)制

1.1 Aβ假說

20 世紀(jì)初，德國精神病學(xué)家阿洛伊斯·阿爾茲海默在顯微鏡下觀察到一位認(rèn)知能力下降婦女的大腦有淀粉樣斑塊以及tau 蛋白質(zhì)的纏結(jié)，它們一起構(gòu)成了疾病的特征。經(jīng)過不斷研究，證實(shí)AD 中老年斑主要由β-淀粉樣蛋白（amyloid-protein,Aβ）組成。研究表明Aβ 就是AD 的主要致病物質(zhì)。Aβ 是由淀粉樣前體蛋白（Amyloid precursor protein,APP）經(jīng)過β、γ分泌酶2次剪切生成Aβ 肽[4]。Aβ 的沉積和過度產(chǎn)生引起神經(jīng)突觸出現(xiàn)障礙、Tau 蛋白過度磷酸化和繼發(fā)性的炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，形成AD[5]。Aβ沉積是引起神經(jīng)炎癥反應(yīng)的重要因素，研究如何清除腦內(nèi)的Aβ沉積對于AD來說是重要的防治方向。

1.2 Tau蛋白過度磷酸化假說

微管相關(guān)蛋白（Microtubule associated proteins,MAPs）是球形蛋白分子，Tau 蛋白是含量很高的微管相關(guān)蛋白，分布在神經(jīng)元軸突內(nèi)促進(jìn)微管形成并維持其穩(wěn)定。微管蛋白和微管相關(guān)蛋白組成微管，而微管系統(tǒng)是神經(jīng)細(xì)胞骨架成分，具有穩(wěn)定神經(jīng)元的作用。AD患者大腦內(nèi)Tau蛋白明顯升高，Tau蛋白過度磷酸化使其失去與管蛋白結(jié)合的能力喪失原有功能，聚集形成神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles,NFTs），而NFTs 會阻斷多種功能性蛋白產(chǎn)生和發(fā)揮作用，加重神經(jīng)元的損傷，造成病情的加重[6]。有研究[7]顯示，雖然在Aβ假說中Tau過度磷酸化被認(rèn)為是Aβ 沉積的下游病理變化，但往往兩者在AD 病程發(fā)展中是并行的，并且會相互產(chǎn)生毒性效應(yīng)。

1.3 炎癥反應(yīng)學(xué)說

由于Aβ 沉積和NFTs 的形成并不能解釋目前臨床上AD 患者的所有臨床癥狀，尤其是神經(jīng)元變性之前的早期臨床癥狀。在20 世紀(jì)90 年代中期，炎癥和AD 之間的聯(lián)系開始顯現(xiàn)時，Heneka 發(fā)現(xiàn)，服用一些抗炎藥(例如治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎)的人似乎比普通人群患AD 的風(fēng)險更低，因此他懷疑炎癥是引起AD的積極因素[8]。有證據(jù)表明，炎癥機(jī)制代表了AD 病因的第3 個組成部分，一旦由退行性變引發(fā)，可能促進(jìn)疾病發(fā)展。AD 初始病變Aβ 沉積和NFTs，他們一旦形成就會引發(fā)炎癥反應(yīng)，小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生和釋放各種神經(jīng)炎性介質(zhì)，包括補(bǔ)體激活劑和抑制劑、趨化因子、細(xì)胞因子、自由基氧化物和炎癥酶[9]。這里的炎癥反應(yīng)就是由上述因素造成的所謂的免疫反應(yīng)，當(dāng)炎癥發(fā)展到一定程度就會造成神經(jīng)元死亡，進(jìn)一步激發(fā)炎癥反應(yīng)，研究者針對這種情況提出了神經(jīng)退行性變炎癥學(xué)說。

1.4 膽堿能假說

膽堿能假說認(rèn)為乙酰膽堿是人體大腦重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與人體記憶形成和儲存聯(lián)系密切，當(dāng)膽堿能神經(jīng)傳遞損傷時，會造成AD 的產(chǎn)生[10]。但是該項假說與AD 相關(guān)特異性病理變化無關(guān)，所以可能只是AD發(fā)病的誘因。

2 AD免疫機(jī)制相關(guān)研究

2.1 AD中先天免疫系統(tǒng)研究

在健康的狀態(tài)下，先天免疫系統(tǒng)參與人體組織修復(fù)、傷口愈合以及細(xì)胞凋亡和細(xì)胞碎片的清理，是人體抵抗感染的第一層防護(hù)。在疾病過程中，過度或者不可避免的先天免疫激活會造成全身以及局部炎癥[11]。Aβ 的持續(xù)形成和沉積導(dǎo)致先天免疫系統(tǒng)被激活形成神經(jīng)炎癥，實(shí)驗(yàn)、遺傳和流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，先天免疫系統(tǒng)的激活作為一種促進(jìn)AD 病程發(fā)展的因素起著至關(guān)重要的作用[12]。

2.1.1 小膠質(zhì)細(xì)胞

先天免疫激活中最重要的是小膠質(zhì)細(xì)胞，它是炎癥和疾病聯(lián)系的中心環(huán)節(jié)。在生理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS 的常駐免疫細(xì)胞，形成先天免疫防御系統(tǒng)廣泛分布在大腦內(nèi)，并且小膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)常通過高速的運(yùn)動，檢查指定大腦區(qū)域是否存在病原體和細(xì)胞碎片，同時維持神經(jīng)元的正常工作[13]。研究證明[14]，小膠質(zhì)細(xì)胞通過釋放營養(yǎng)因子在神經(jīng)回路的維持和可塑性中起重要作用，有助于突觸的保護(hù)和重塑。當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞功能受損被錯誤折疊的蛋白質(zhì)激活后會持續(xù)釋放促炎介質(zhì)，造成AD病情進(jìn)展加速[15]。在AD 中，小膠質(zhì)細(xì)胞一旦被蛋白質(zhì)聚集體或者死亡的神經(jīng)元等病理觸發(fā)器激活就會將這個過程擴(kuò)展并且遷移到損傷的部位，啟動先天免疫反應(yīng)。其中，病理觸發(fā)的檢測是通過識別危險相關(guān)分子模式（danger-associated molecular pattern,DAMP）或者病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern,PAMP）的受體介導(dǎo)的[16]。

小膠質(zhì)細(xì)胞的激活是一個復(fù)雜的過程，激活過程中可發(fā)生表型的變化，分為經(jīng)典促炎的M1 型和非炎癥的選擇性活化M2 型[17]。其中M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞與細(xì)胞毒性基因的表達(dá)相關(guān)[18]，能夠釋放大量炎癥性細(xì)胞因子例如一氧化氮（nitric oxide,NO）、IL-1β、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα,TNF-α）、活性氧（reactive oxygen species,ROS）等，這些都會加劇腦內(nèi)免疫炎癥反應(yīng)，對神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用甚至導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[19]。而M2型小膠質(zhì)細(xì)胞則分泌抗炎癥性細(xì)胞因子如精氨酸酶1（arginase-1,ARG1）、白介素細(xì)胞4（interleukin-4,IL-4）、IL-13、IL-10、CD206等，可以吞噬細(xì)胞碎片、修復(fù)神經(jīng)元[20-22]。

2.1.2 NLRP3炎癥小體

炎癥小體是一種蛋白復(fù)合物，是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，能夠識別不同刺激信號，活化后能誘導(dǎo)免疫和炎癥應(yīng)答，其中NLRP3 炎癥小體由NOD樣受體家族NLRP3、接頭蛋白ASC 以及pro-caspase-1三部分構(gòu)成，被研究的最為廣泛，在AD 發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[23]。在內(nèi)源性細(xì)胞組織損傷或者外源性感染時，機(jī)體通過免疫細(xì)胞上的模式識別受體（pattern recognition receptors,PRRs）識 別PAMP 和DAMP 來清除病原體并且修復(fù)損傷的組織[24]。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 能夠激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的NLRP3 炎癥小體，通過釋放IL-β、IL-18，引起腦內(nèi)炎癥反應(yīng)加劇并且釋放細(xì)胞毒性因子、促炎因子，進(jìn)一步加劇神經(jīng)元的損傷，擴(kuò)大Aβ的致病作用[25]。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),大腦內(nèi)源性NLRP3 炎癥小體的激活僅限于小膠質(zhì)細(xì)胞[26]，但NLRP3 炎癥體是如何通過細(xì)胞內(nèi)配體最終激活小膠質(zhì)細(xì)胞的，則了解得不多。可喜的是，最近的體外和體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)Aβ 能激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的NLRP3 炎癥體，提示可能存在著一條導(dǎo)致AD 進(jìn)展的新途徑[27]。

2.2 AD中適應(yīng)性免疫系統(tǒng)研究

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)是一種高度特異性的、具有協(xié)調(diào)反應(yīng)的系統(tǒng)，涉及專門的免疫細(xì)胞，其中大多數(shù)是T 細(xì)胞。T 細(xì)胞具有抗原受體，在感染的免疫反應(yīng)中起重要作用，進(jìn)入腦脊液可以監(jiān)視CNS 的感染或者損傷[28]。T 細(xì)胞受體（T cell receptor,TCR）和主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex,MHC）呈遞的抗原之間的相互作用對適應(yīng)性免疫至關(guān)重要，當(dāng)T 細(xì)胞識別同源抗原時，它們會克隆擴(kuò)增[29]。蓋特等發(fā)現(xiàn)[30]，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的免疫細(xì)胞亞群可能在AD 中起一定作用，他們從健康人和患有AD 的患者以及有輕度認(rèn)知損害的人中，分離血液中的免疫細(xì)胞亞群TEMRA，發(fā)現(xiàn)這些免疫細(xì)胞亞群能夠記憶以及對特定的外來入侵者做出反應(yīng)，這也預(yù)示著這些免疫細(xì)胞亞群會對AD 起一定的作用。越來越多的證據(jù)也表明，自發(fā)性TEMRA 與AD 的病理反應(yīng)有關(guān)。研究者發(fā)現(xiàn)在體外刺激免疫細(xì)胞會讓TEMRA 細(xì)胞具有更高水平的干擾素-γ（INF-γ），造成AD 患者大腦內(nèi)T細(xì)胞增加，表示在AD 患者中T細(xì)胞進(jìn)行了克隆和擴(kuò)增，擴(kuò)增的T細(xì)胞造成大腦內(nèi)炎癥活性增強(qiáng)。研究人員通過研究死于AD 患者的大腦，發(fā)現(xiàn)TEMRA 細(xì)胞存在于腦血管周圍的血管周圍和Aβ沉積的部位，由于TEMRA細(xì)胞會切斷神經(jīng)元的活動，在附近形成神經(jīng)突起球體結(jié)構(gòu)，而神經(jīng)突起球體結(jié)構(gòu)是AD 神經(jīng)元損傷的一個特征，由此可以得出結(jié)論，即TEMRA 細(xì)胞不僅分泌毒性細(xì)胞因子，而且可以直接損傷神經(jīng)元[31]。

3 小結(jié)

在AD 先天免疫反應(yīng)中，小膠質(zhì)細(xì)胞是炎癥和疾病聯(lián)系的中心環(huán)節(jié)。正常生理狀態(tài)下，靜息小膠質(zhì)細(xì)胞正常的運(yùn)行能夠清除Aβ，但是當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞M1表型被激活，會產(chǎn)生更多的炎癥因子造成慢性炎癥的加劇，從而使患者病情加重。除此之外，NLRP3 炎癥小體是造成神經(jīng)炎癥嚴(yán)重的關(guān)鍵，成為AD 免疫治療的新靶點(diǎn)和和研究的熱點(diǎn)。通過刺激小膠質(zhì)細(xì)胞向M2 表型轉(zhuǎn)化，并且抑制NLRP3 炎癥小體的激活，以及減少適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中TEMRA 細(xì)胞分泌的干擾素-γ 減少TEMRA 細(xì)胞擴(kuò)增三者聯(lián)合來考慮作為AD患者新的治療方向。