阿爾茨海默癥小膠質(zhì)細(xì)胞免疫相關(guān)受體研究進(jìn)展

徐慧琳，范 震，李 鳳，張文生，馮成強(qiáng)

(北京師范大學(xué)中藥資源保護(hù)與利用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天然藥物教育部工程研究中心，北京 100875)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種慢性神經(jīng)退行性疾病，患者表現(xiàn)出認(rèn)知功能障礙、記憶能力衰退、情緒失控等癥狀，嚴(yán)重者生活難以自理。該病在中老年人群體中的發(fā)病率占所有癡呆癥的50%～60%，預(yù)計(jì)到2050年，全球患者數(shù)量會(huì)超過1.5億。AD主要的病理學(xué)特征包括患者腦中出現(xiàn)β-淀粉樣蛋白沉積(amyloid beta protein，Aβ)形成的老年斑塊、微管相關(guān)蛋白(tubulin-associated unit，tau)過度磷酸化形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)，隨著研究的深入，神經(jīng)炎癥逐漸被看做是一個(gè)核心特征[1]。而小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎癥過程中扮演著重要的角色，其髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)、髓系細(xì)胞分化抗原33(cluster of differentiation 33，CD33)、補(bǔ)體受體1型(complement receptor type 1，CR1)、跨膜蛋白4結(jié)構(gòu)域亞家族A(membrane-spanning 4-domains subfamily A，MS4A)等免疫相關(guān)受體參與這一過程的免疫功能調(diào)控。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞起源于胚胎卵黃囊祖細(xì)胞，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細(xì)胞，占膠質(zhì)細(xì)胞族群的10%，是大腦的第一道防線。靜息狀態(tài)時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞通過細(xì)胞突起的高速伸縮，發(fā)揮免疫監(jiān)視功能；當(dāng)其被毒性物質(zhì)激活后，突起逐漸消失，體積增大，免疫吞噬功能和遷移作用加強(qiáng)[2]。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞具有M1、M2兩種類型，活化的M2型具有吞噬細(xì)胞碎片和Aβ的作用，同時(shí)可釋放白細(xì)胞介素4(interleukin 4，IL-4)、IL-10、IL-13和腫瘤壞死因子β(tumor necrosis factor β，TNFβ)等抗炎因子減少炎癥反應(yīng)，保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)。但當(dāng)腦內(nèi)出現(xiàn)AD病變時(shí)，M1型細(xì)胞被過度活化，吞噬作用降低，同時(shí)產(chǎn)生IL-1β、IL-6、TNF-α、TNF-γ等促炎因子，促進(jìn)一氧化氮及活性氧的合成，產(chǎn)生毒性作用，損傷神經(jīng)元細(xì)胞。

小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的免疫相關(guān)受體參與免疫監(jiān)視，識(shí)別和遞呈抗原，吞噬Aβ等有害物質(zhì)，分泌免疫效應(yīng)因子，對(duì)于維持AD期間神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)具有重要作用。通過人類全基因組測(cè)序篩選發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞免疫相關(guān)受體的基因變體與AD患病風(fēng)險(xiǎn)具有顯著的遺傳學(xué)關(guān)聯(lián)，例如TREM2、CD33、CR1、MS4A[3]，尤其是2012年發(fā)現(xiàn)的TREM2基因突變體rs75932628使遲發(fā)型AD的患病風(fēng)險(xiǎn)增加了2～4倍[4]，這意味著先天性免疫可能是AD發(fā)病機(jī)制的重要組成部分。同時(shí)模式動(dòng)物相關(guān)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，由這些基因表達(dá)的膜受體與由Aβ誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞增殖、免疫應(yīng)答及對(duì)Aβ的清除等功能相關(guān)[5]。除此之外，Toll樣受體( Toll-like receptors，TLRs)、晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)等模式識(shí)別受體，被視為治療AD的免疫藥物靶點(diǎn)得到了廣泛的研究[2]。探究小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫相關(guān)受體在AD損傷環(huán)境中的作用，能為更好地理解AD發(fā)病機(jī)制、研發(fā)AD藥物提供依據(jù)。

2 由AD風(fēng)險(xiǎn)基因表達(dá)的小膠質(zhì)細(xì)胞免疫相關(guān)受體

2.1 髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體2髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)是一種具有保守序列的先天性免疫識(shí)別受體，其基因位于人染色體6p21.1的基因簇上，在中樞系統(tǒng)中僅表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞表面，參與調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、增殖、吞噬過程[6]。TREM2蛋白包括胞外V型免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)短小的尾域三部分。TREM2能被解整合素金屬蛋白酶10等α-分泌酶分解，隨后N端胞外域脫落，釋放可溶性的sTREM2到胞外，余下的C端部分可被γ-分泌酶分解[7]。TREM2與酪氨酸激酶結(jié)合蛋白(tyrosine kinase binding protein，TYROBP)通過賴氨酸和天冬氨酸之間的離子相互作用結(jié)合在一起，TREM2能夠識(shí)別細(xì)菌脂多糖、磷脂等陰離子配體，并將信號(hào)傳遞給TYROBP，TYROBP富含賴氨酸的免疫受體酪氨酸激活基序區(qū)域被磷酸化，募集并激活蛋白質(zhì)酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，SYK)，SYK酶可誘導(dǎo)下游磷脂酰肌醇-3激酶、蛋白激酶B、絲裂原活化蛋白激酶的活化以及Ca2+動(dòng)員等，這些通路參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖分化、吞噬作用、趨化作用、炎癥反應(yīng)[8]。

基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，TREM2基因中rs75932628變異體最能增加人類患AD的風(fēng)險(xiǎn)，它氨基酸47位上的精氨酸被組氨酸替換，配體親和力降低，信號(hào)傳導(dǎo)被削弱，小膠質(zhì)細(xì)胞免疫功能被抑制[9]。細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，TREM2是Aβ的受體，其胞外域可識(shí)別并結(jié)合Aβ，通過調(diào)節(jié)K+內(nèi)向電流使小膠質(zhì)細(xì)胞膜電位去極化，加快吞噬Aβ，并通過蛋白酶體降解途徑介導(dǎo)Aβ降解代謝[10]。模式動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，敲除TREM2基因，會(huì)導(dǎo)致5xFAD和APP/PS1模型小鼠腦中老年斑塊沉積面積增加，斑塊質(zhì)地變疏松，小膠質(zhì)細(xì)胞增殖受到抑制，營養(yǎng)不良的神經(jīng)元數(shù)量增加，并指出TREM2通過與小膠質(zhì)細(xì)胞相互作用，能將斑塊壓實(shí)，減少神經(jīng)元接觸到毒性斑塊的面積，進(jìn)而保護(hù)神經(jīng)元[11]。而增加TREM2基因的劑量，可以減輕AD小鼠病理癥狀，改善記憶缺陷[12]。Bemiller等[13]發(fā)現(xiàn)TREM2缺乏會(huì)加劇6月齡鼠皮質(zhì)tau蛋白病變，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖，過度活化應(yīng)激激酶，造成神經(jīng)細(xì)胞損傷。Holtzman等發(fā)現(xiàn)缺乏TREM2基因的老年的tau蛋白病變模型小鼠表現(xiàn)出神經(jīng)炎癥緩和，神經(jīng)退行性病變減少等特點(diǎn)[14]。這些說明TREM2對(duì)于AD病理進(jìn)展作用是階段性的，在早期促進(jìn)病變tau蛋白和損傷神經(jīng)元碎片的清除，起到神經(jīng)保護(hù)作用，在中后期有致病作用，研究這種雙重作用對(duì)于靶向TREM2的潛在治療具有重要意義。

腦脊液和血液中的可溶性sTREM2均被看做是AD的生物標(biāo)志物。患者腦脊液中sTREM2濃度與阿爾茨海默病呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，其濃度變化趨勢(shì)與磷酸化tau蛋白濃度的變化趨勢(shì)具有一致性，且與認(rèn)知學(xué)習(xí)能力減退等癥狀具有顯著一致性[6]。最新結(jié)果顯示，腦脊液中sTREM2可作為病理學(xué)生物標(biāo)記物，有約60%的準(zhǔn)確度，低于在臨床診斷程序中常用的80%～90%[15]。而2019年，日本研發(fā)小組利用10年時(shí)間追蹤調(diào)查久山町約1300名未患癡呆癥的高齡居民，發(fā)現(xiàn)隨著人體血清中可溶性的sTREM2值的升高，所有類型的癡呆癥，包括阿爾茨海默型癡呆癥以及血管性癡呆癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)均顯著升高，通過監(jiān)測(cè)血清sTREM2的值，能顯著提高未來癡呆癥發(fā)病的預(yù)測(cè)精度[16]，這為癡呆癥提供了新的預(yù)測(cè)方法。

2.2 髓系細(xì)胞分化抗原33髓系細(xì)胞分化抗原33蛋白(cluster of differentiation 33，CD33)是一種結(jié)合唾液酸的免疫球蛋白型凝集素，為Ⅰ型跨膜蛋白，是一種先天性免疫受體，主要表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞。CD33能夠識(shí)別和結(jié)合唾液酸化的病原體，抑制TYROBP免疫受體酪氨酸基抑制基序信號(hào)，進(jìn)而抑制小膠質(zhì)細(xì)胞抗炎信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞黏附和內(nèi)吞作用[17]，這與前文提到的TREM2通過激活TYROBP來促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞增殖與吞噬作用的功能正好相反。

目前，CD33被認(rèn)為是AD的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素之一，是與遲發(fā)型AD相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞免疫網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要的組成部分。CD33的編碼基因位于人類染色體19p13.33位點(diǎn)，在AD患者的大腦中，CD33的蛋白、mRNA的含量以及CD33陽性的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量均顯著增加，并與認(rèn)知能力的衰退和淀粉樣神經(jīng)變性的增多表現(xiàn)出正相關(guān)性[18]。全基因組測(cè)序結(jié)果表明，CD33基因的突變體rs3865444攜帶者比非攜帶者更易患AD，因?yàn)樵撏蛔凅w能夠提高CD33的表達(dá)量，導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬活性降低，進(jìn)而增加AD風(fēng)險(xiǎn)[19]。而在基因水平抑制CD33的表達(dá)，能下調(diào)APP/PS1突變小鼠腦中Aβ水平，緩解AD病癥[20]，進(jìn)一步說明CD33通過干擾小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的清除促進(jìn)AD，從治療的角度來說，通過降低CD33的表達(dá)的方法有可能改善AD病癥。

2.3 補(bǔ)體受體1型補(bǔ)體受體1型(complement receptor type 1，CR1)蛋白是一種單鏈Ⅰ型跨膜糖蛋白，包括信號(hào)肽、胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域4個(gè)部分，CR1的編碼基因位于1號(hào)染色體1q32位，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中僅表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞，在外周系統(tǒng)中還存在于紅細(xì)胞等血細(xì)胞上。它是補(bǔ)體系統(tǒng)的一員，屬于先天免疫機(jī)制，通過結(jié)合補(bǔ)體3b(complement 3b，C3b)、C4b、C1q，調(diào)節(jié)補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)、免疫粘附、細(xì)胞吞噬，發(fā)揮保護(hù)機(jī)體免受感染和損傷的作用，在神經(jīng)系統(tǒng)中，激活的補(bǔ)體系統(tǒng)還參與對(duì)突觸的修剪過程[21]。

Karch等[22]在對(duì)AD死者腦組織進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，其CR1的表達(dá)顯著上調(diào)，這一現(xiàn)象與認(rèn)知記憶功能的衰退以及Aβ積累量表現(xiàn)出了相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)，AD患者腦中神經(jīng)纖維纏結(jié)和老年斑塊的存在可以激活補(bǔ)體系統(tǒng)：Aβ聚集激活并結(jié)合補(bǔ)體C3b，CR1能夠結(jié)合補(bǔ)體C3b，介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的清除；tau蛋白能夠結(jié)合并激活C1q，隨后C1q結(jié)合CR1可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞應(yīng)答損傷相關(guān)的信號(hào)，發(fā)揮保護(hù)作用[23]。但隨AD病情加重，被毒性物質(zhì)過度激活的CR1會(huì)促使小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生超氧化物，使其分泌TNF-α、IL-1β等炎癥因子，降低神經(jīng)元存活率[24]。目前結(jié)果表明，CR1對(duì)AD的作用，主要是通過參與補(bǔ)體系統(tǒng)調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞功能實(shí)現(xiàn)的，其相關(guān)研究依然較少，有待于進(jìn)一步探究其在AD病理進(jìn)程中的功能。

2.4 跨膜蛋白4結(jié)構(gòu)域亞家族A跨膜蛋白4結(jié)構(gòu)域亞家族A(membrane-spanning 4-domains subfamily A，MS4A)蛋白包括N-端和C-端胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域、胞外環(huán)和胞內(nèi)環(huán)4個(gè)部分，在人體中存在于造血細(xì)胞和免疫應(yīng)答有關(guān)的細(xì)胞，在神經(jīng)中樞中多表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞。

研究表明MS4A4E和MS4A6A在AD腦中表達(dá)均明顯升高，且其單核苷酸多態(tài)性與遲發(fā)型AD的發(fā)病存在顯著相關(guān)性[20]。MS4A6A在大腦頂葉的過度表達(dá)，能夠明顯加重AD病理變化[25]。細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)傳導(dǎo)失調(diào)會(huì)導(dǎo)致Aβ積累過多，tau蛋白磷酸化，最后使神經(jīng)元受損，推動(dòng)AD的發(fā)病進(jìn)程，而MS4A家族中的一些蛋白，例如MS4A1、MS4A2等參與調(diào)節(jié)鈣信號(hào)[26]。雖然MS4A簇蛋白在阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，但其對(duì)AD病理進(jìn)程起到了重要的作用。

3 其他小膠質(zhì)細(xì)胞免疫相關(guān)受體

3.1 Toll樣受體Toll樣受體( Toll-like receptors，TLRs)是模式識(shí)別受體家族的重要成員，是研究比較多的與AD相關(guān)的免疫受體。在哺乳動(dòng)物中，能檢測(cè)到12種類型的TLRs，在人小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)TLR1-9。TLRs是由高度保守的結(jié)構(gòu)域組成的跨膜蛋白，含有配體結(jié)合位點(diǎn)，識(shí)別特定配體后啟動(dòng)炎癥過程，激活信號(hào)分子，如轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，以促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬作用，細(xì)胞因子釋放以及適應(yīng)性免疫反應(yīng)所需的共刺激分子的表達(dá)。與AD相關(guān)的Toll樣受體主要有TLR2、TLR4、TLR9，其中TLR2和TLR4位于小膠質(zhì)細(xì)胞膜上，他們與配體結(jié)合后被激活能誘導(dǎo)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞活化，對(duì)AD起著有害作用，另一方面TLR4可以通過上調(diào)CD14、清道夫受體A(scavenger receptor A，SRA)的表達(dá)促進(jìn)Aβ的吞噬和清除，而位于內(nèi)體膜上的TLR9通過絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、p38絲裂原活化蛋白激酶、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)等通路的激活發(fā)揮抗炎、抗凋亡的作用，對(duì)AD具有有益作用[27]。

3.2 晚期糖基化終末產(chǎn)物受體晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)是表達(dá)于細(xì)胞表面的免疫球蛋白超家族的成員，它由胞內(nèi)區(qū)、單次跨膜區(qū)、胞外區(qū)組成，可與晚期糖基化終末產(chǎn)物、Aβ、鈣粒蛋白和神經(jīng)突觸生長因子等配體結(jié)合，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，誘導(dǎo)產(chǎn)生炎癥因子、NO、ROS等物質(zhì)，引發(fā)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，加重AD[28]。同時(shí)RAGE的高表達(dá)能夠增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)β分泌酶的活性，從而增加Aβ的產(chǎn)生。RAGE被視為一種極具戰(zhàn)略性的AD治療靶點(diǎn)，其抑制劑的研究被廣泛的關(guān)注。

4 受體間的功能聯(lián)系

這些參與小膠質(zhì)細(xì)胞免疫應(yīng)答反應(yīng)的受體在功能上具有著密切的聯(lián)系，例如位于小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)體上的TLR9能夠促進(jìn)TREM2和CCR1的表達(dá)，發(fā)揮改善AD病情的作用[27]；Ana等[29]發(fā)現(xiàn)在5xFAD模型小鼠中，敲除TREM2基因可以抵消敲除CD33基因帶來的影響，而反之不可抵消，首次證明了TREM2是在CD33的下游發(fā)揮調(diào)節(jié)認(rèn)知能力、淀粉樣蛋白的沉積、神經(jīng)變性、小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生和蛋白表達(dá)等作用。

5 總結(jié)與展望

小膠質(zhì)細(xì)胞參與免疫反應(yīng)，具有調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥的功能，被國內(nèi)外視為治療AD的新的藥物靶點(diǎn)，TREM2、CD33、CR1、MS4A、TLRs、RGAE等免疫相關(guān)受體的參與其在AD病理中的增殖活化、免疫吞噬作用，調(diào)控免疫功能。而他們對(duì)AD的作用可能在不同的發(fā)病階段各不相同，整體來看，TREM2、TLR9等在AD中發(fā)揮有益的治療作用，阻止AD進(jìn)程，CD33、TLR2、RAGE發(fā)揮有害作用，加重AD，CR1的功能可能是兩面性的。MS4A家族的作用有待進(jìn)一步闡明。除了阿爾茨海默癥外，TREM2的基因多態(tài)性、蛋白表達(dá)、蛋白功能與帕金森病、路易體癡呆、額顳葉癡呆等許多神經(jīng)退行性疾病都具有相關(guān)性[30]。研究這些受體的功能及其靶向藥物，對(duì)于AD等神經(jīng)退行性疾病的治療具有著深遠(yuǎn)的意義，但需要注意的是，AD的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，多靶點(diǎn)、多方位的藥物更符合其治療需要，小膠質(zhì)細(xì)胞的功能是一把雙刃劍，其會(huì)根據(jù)疾病的環(huán)境、嚴(yán)重程度、患病階段和受試者的個(gè)體差異進(jìn)行表型的切換，或者同時(shí)存在不同的表型，可能會(huì)產(chǎn)生有益和或有害的影響，在這種情況下，需要對(duì)藥物療效進(jìn)行綜合性考量，并通過生物標(biāo)記來跟蹤藥物的效果和疾病進(jìn)展?？紤]到AD病理的復(fù)雜性，未來需要付出巨大的努力來挖掘在AD病理的背景下的精確靶點(diǎn)，從而開發(fā)出針對(duì)正確免疫靶點(diǎn)的正確藥物，并在正確的治療方案下應(yīng)用。