T細胞在阿爾茲海默氏病中的研究進展

侯青松， 霍 燕， 方煥煥綜述， 段淑榮審校

阿爾茨海默氏病(Alzheimer'’s disease，AD)是一種與年齡相關性的慢性、進行性和不可逆性神經(jīng)退行性疾病，其特征是認知和記憶障礙，是最為常見的癡呆類型。AD的病理學改變包括神經(jīng)元外蛋白片段β-淀粉樣蛋白(稱為β-淀粉樣蛋白,β-amyloid，Aβ)和神經(jīng)元內(nèi)蛋白tau蛋白(稱為tau纏結(jié))的異常形式的積累[1]。Aβ的積累會干擾突觸中神經(jīng)元與神經(jīng)元的通訊，Tau纏結(jié)會阻止營養(yǎng)物質(zhì)和其他必需分子在神經(jīng)元內(nèi)部的運輸，導致細胞死亡。淀粉樣蛋白級聯(lián)假說被認為在AD的發(fā)展中起著決定作用，該假說指出聚集的Aβ積累是導致神經(jīng)變性和癡呆的起始事件，導致了腦損傷和破壞，出現(xiàn)記憶力減退和阿爾茨海默氏病其他癥狀。但近些年還提出了其他幾種可能導致神經(jīng)變性的機制，包括炎癥假說、線粒體功能障礙、氧化應激、遺傳和環(huán)境因素、以及細胞凋亡等[2]。近年來越來越多的研究結(jié)果表明，炎癥過程在AD的病理生理中起著重要作用，其中對小膠質(zhì)細胞的研究較多，然而T細胞在AD發(fā)病過程中的作用尚不明確，本文將對T細胞在AD病理過程中可能參與的機制進行闡述。

1 AD的流行病學研究

我國2013年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示約有500萬AD患者，2017年社區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)60歲以上老年人群的AD患病率為16.18%，80歲以上老年人的AD 患病率為45.16%[3]。阿爾茨海默病協(xié)會2016年報告顯示，到2050年，預計每33 s就會出現(xiàn)1例新的AD病例[4]。2020年報告顯示，美國約有580萬65歲及以上的人患有AD，在美國總?cè)丝谥?5歲以上的人患有AD的比例達到32%[5]。據(jù)疾病控制和預防中心(Centers for Disease Control and Prevention，CDC)的數(shù)據(jù)，2018年有122,019人死于AD，其被列為美國第六大死亡原因。

在2019年，超過1,600萬家庭成員和其他無償護理人員為AD或其他癡呆癥患者提供了約186億小時的護理，這項護理的價值將近2440億美元，但其成本卻擴大到了家庭護理人員增加的情緒困擾和負面的身心健康風險[5]。一項對太原市小樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示女性、高齡、認知能力的下降加重了AD患者的經(jīng)濟負擔[6]。由此可見，AD在全球給個人和社會經(jīng)濟造成重大負擔。

2 AD的炎癥改變

近些年神經(jīng)炎癥被認為是AD發(fā)病機制中不可或缺的重要因素。腦膜和脈絡叢等特定的腦區(qū)室，以及腦實質(zhì)本身都具有高度的免疫能力，可以容納多種外周衍生的免疫細胞[7]。近期研究提示大腦的脈絡叢(choroid plexus，CP)是白細胞進入CNS的選擇性通道，能夠在神經(jīng)組織損傷后募集單核細胞來源的巨噬細胞和T細胞，并依賴IFN-γ的信號控制著脈絡叢中白細胞的運輸。APP-Tg小鼠中CP表達的白細胞歸巢和運輸決定簇水平降低，包括細胞間粘附分子1(intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1)，血管細胞粘附分子1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)，CXC基序趨化因子10(CXC motif chemokine 10，cxcl10)和趨化因子CC基序配體2(chemokine CC motif ligand 2，ccl2)，其在CP白細胞的上皮遷移過程中表達上調(diào)[8]。炎癥假說強調(diào)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的免疫反應失調(diào)是AD病因的關鍵因素。

目前發(fā)現(xiàn)，在AD中小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞可以通過專門的模式識別受體(Pattern recognition receptor，PRR),例如Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、核苷酸結(jié)合寡聚化域樣受體(nucleotide binding oligomerization domain-like receptors，NLR)、識別腦內(nèi)沉積的Aβ、補體、晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和清除劑受體(scavenger receptor，SR)，使小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞激活并誘導促炎細胞因子和趨化因子的分泌。小膠質(zhì)細胞活化后分泌促炎細胞因子IL-1、腫瘤壞死生長因子α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)、IL-6和IL-8、巨噬細胞炎癥蛋白-1、單核細胞趨化肽-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、巨噬細胞集落刺激因子，反應性星形膠質(zhì)細胞分泌MCP-1，調(diào)節(jié)T細胞表達和分泌TNF-α和IL-1，具有TLRs激動劑或細胞因子的活化小膠質(zhì)細胞也通過核因子κB介導的信號傳導激活NALP3炎性體，從而導致促炎性介質(zhì)的產(chǎn)生。而CD36、TLR2、TLR4和TLR6的連接導致促炎信號的轉(zhuǎn)導[9]，進而實現(xiàn)了對Aβ的吞噬作用，但自我維持型促炎介質(zhì)會誘導可誘導的一氧化氮(nitric oxide，NO)合酶亞型和局部NO產(chǎn)生，從而誘導神經(jīng)元凋亡，軸突和突觸損傷以及抑制線粒體呼吸[10]，導致神經(jīng)元的功能障礙和死亡，并最終導致AD的發(fā)展。除此之外，淋巴細胞、巨噬細胞[11]、自然殺傷細胞、中性粒細胞[12]等也被證實在AD病理發(fā)展過程中發(fā)揮一定作用。

3 T細胞在AD發(fā)病中的機制

在嚙齒動物中發(fā)現(xiàn)，在正常腦衰老過程中，CD4+和CD8+T細胞以較高的數(shù)量滲入CNS[7]。Ferretti等人同樣發(fā)現(xiàn)在APP-Tg小鼠的Aβ負荷的腦區(qū)域中發(fā)現(xiàn)浸潤性T細胞數(shù)量增加，并伴隨著ICAM-1和VCAM-1的上調(diào)，故提出Aβ誘導的內(nèi)皮細胞活化可能是AD中T細胞浸潤的原因[13]。當前對AD大腦中T細胞的了解，其激活過程是首先由外周免疫器官如在淋巴結(jié)中的外周抗原呈遞細胞(antigen presenting cell，APC)引發(fā)，然后通過CNS中的小膠質(zhì)細胞進行局部再刺激，從而調(diào)節(jié)大腦中的T細胞表型和T細胞反應[14]。而Ferretti則揭示了適應性T細胞對Aβ的反應低下，包括弱激活和增殖，效應細胞因子IFN-γ表達降低，抗原提呈下調(diào)，APC表現(xiàn)出不成熟的表型[13]，可能提示了Aβ對局部自身免疫反應的抑制作用。

研究顯示在輕度AD患者中，腦脊液中CD8+和CD4+淋巴細胞的激活水平與經(jīng)典領域(記憶和視覺空間技能)的神經(jīng)認知能力下降顯著相關，特別是腦脊液中高比例的HLA-DR+活化CD8+細胞與AD典型神經(jīng)心理缺陷(尤其是記憶和視覺空間缺陷)以及海馬旁區(qū)域的微結(jié)構(gòu)損傷顯著相關[15]。進一步研究表明，THY-Tau22動物的海馬T細胞浸潤與觸發(fā)選擇性的大腦內(nèi)CD8+T細胞募集相關。提示tau病理學的發(fā)展與T細胞海馬募集有關，后者在沒有主要的血腦屏障滲漏的情況下發(fā)生，可能涉及CCL3介導的趨化過程[16]。另有研究發(fā)現(xiàn)AD患者中檢測到CD4+CD28+CD27+CD45RA+幼稚T淋巴細胞減少，而這種減少與通過MMSE評估的癡呆惡化之間存在顯著相關[17]，AD中的CCR6+和CCR4+CD4+T細胞明顯增加，CCR4和CCR6結(jié)合趨化因子促進淋巴細胞和單核細胞向CNS的遷移。故T淋巴細胞的定量和表型改變的使用可能有助于癡呆的早期生物標記物，但需要進一步研究。

3.1 CD4+T細胞 眾所周知，Th1細胞產(chǎn)生高水平的IFN-γ和低IL-4和IL-17，Th2細胞分泌高水平的IL-4和低IL-17和IFN-γ，Th17細胞則表達IL-17、IL-22、IL-23和少量的IL-5。大量證據(jù)表明Th2或Treg細胞可能在大腦中發(fā)揮保護作用，但Th1或Th17細胞募集進入正在發(fā)生炎癥變化的大腦，可能會加劇炎癥級聯(lián)反應。Th1和Th17細胞加劇了Aβ誘導的神經(jīng)炎性細胞因子釋放，而Th2細胞減弱了這種作用[18]。

3.1.1 Th1細胞 Aβ特異的Th1細胞增加了APP/PS1小鼠的Aβ沉積和小膠質(zhì)細胞激活，上調(diào)了炎癥因子TNF-α和IL-1β的表達，并對空間學習產(chǎn)生了負面影響，而用抗IFN-γ抗體治療小鼠后可減輕這些變化，提示Th1細胞釋放IFN-γ加速了AD的病理發(fā)展[19]。同樣，體外實驗發(fā)現(xiàn)Aβ可引起神經(jīng)膠質(zhì)細胞(包括小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞)表達促炎因子IL-6和TNF-α，從而誘導Th1細胞產(chǎn)生IFN-γ，而Th1細胞又能增強小膠質(zhì)細胞表面上MHCII、CD80、CD86和CD40的表達，激活小膠質(zhì)細胞，從而激活了一個正反饋回路，加重AD腦內(nèi)炎癥。

然而有研究指出IFN-γ在調(diào)節(jié)免疫細胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的運輸過程中發(fā)揮了重要作用，可誘導小膠質(zhì)細胞分化為成熟的專業(yè)APC，并促進小膠質(zhì)細胞的運動和Aβ的攝取，以及T細胞的運動和免疫突觸的形成。與上述結(jié)果一致的是，在腦室內(nèi)注射Aβ-Th1細胞的5XFAD小鼠中IFN-γ等細胞因子表達增加，促進小膠質(zhì)細胞表達MHCII，誘導小膠質(zhì)細胞的某些亞群向APC的分化，增強了吞噬和抗原呈遞能力，進一步刺激T細胞活化，促進IFN-γ和趨化因子CXCL9、CXCL10和CXCL11的表達，以達到調(diào)節(jié)Aβ病理的炎性反應以及增強對Aβ的攝取的目的[20]。

3.1.2 Th2細胞 與Th1和Th17的作用相反，Th2細胞不誘導產(chǎn)生IL-1β、IL-6及TNF-α，并且不影響小膠質(zhì)細胞的共刺激分子表達，但其能夠抑制了以膠質(zhì)細胞為APC的Th1細胞產(chǎn)生的IFN-γ和Th17細胞的IL-17產(chǎn)生，其實通過抑制混合膠質(zhì)細胞對Th17細胞誘導的IL-1β和IL-6的產(chǎn)生，并減弱Th1細胞誘導的小膠質(zhì)細胞CD86和CD40的表達，但對星形膠質(zhì)細胞的MHCII和CD86表達的增強并未被Th2細胞減弱，表明Th2細胞可部分抑制Th1和Th17細胞的炎癥反應[21]。

早有研究證實，Terrence等人對C57BL/6小鼠和Tg APPSw兩種AD小鼠模型注射Aβ1-42后發(fā)現(xiàn)IL-2和IFN-γ表達減少，IL-4和IL-10分泌增加，并顯著減少Aβ的沉積，表明用Aβ1-42免疫后，增強了Th2免疫，而使Th1免疫下調(diào)[21]。與上述結(jié)論一致的是，服用鹽酸多奈哌齊后，AD患者的促Th2分化的陽性調(diào)節(jié)劑MCP-1和外周血單個核細胞的抗炎細胞因子IL-4的表達增加，反映了向Th0/Th2型細胞因子的轉(zhuǎn)變趨勢，對AD產(chǎn)生一定的保護作用[22]。同樣，研究發(fā)現(xiàn)對APP+ PS1小鼠輸注Aβ反應性Th2細胞可以通過減少斑塊相關性小膠質(zhì)細胞及海馬腦血管淀粉樣蛋白沉積，升高血漿可溶性Aβ水平，以及降低血漿中細胞因子IFN-γ、TNF-α、GM-CSF、IL-2和IL-4的水平，以逆轉(zhuǎn)認知障礙，改善其工作記憶和識別能力[23]。

3.1.3 Th17細胞 Th17細胞的特征是分泌IL-17，在IL-23誘導下表達IL-22并抑制IL-10和IFN-γ表達，通常表達海馬區(qū)維甲酸相關孤核受體γ (retin-oid-related orphan nuclear receptor γ，RORγ)與IL-17F形成同二聚體或異二聚體的IL-17A，并與其他促炎性細胞因子協(xié)同作用，促進中性粒細胞和單核細胞募集到炎癥部位。一項德國的病例對照研究結(jié)果顯示，與沒有認知障礙和其他MCI的受試者相比，患有MCIAD的受試者的外周血中CD3+、CD8+、 IL-17A+、IFN-γ、Th17細胞數(shù)量增加[24]。IL-17可與TNF和IL-1β協(xié)同作用，是趨化因子CCL20的有效誘導劑，其對淋巴細胞包括Th17細胞具有很強的趨化作用，這些Th17細胞通過CCL20受體CCR6被吸引到IL-17所在的炎癥部位[25]。

海馬中的Th17細胞產(chǎn)生的促炎細胞因子IL-17和IL-22在腦脊液和血清中的水平升高，提示外周組織和中樞系統(tǒng)在AD病理中起協(xié)同作用，外周中的IL-17和IL-22與表達于BBB的內(nèi)皮細胞上的受體的結(jié)合破壞了BBB緊密連接，使Th17細胞通過破壞的BBB滲入腦實質(zhì)中，從而在大腦中產(chǎn)生更多的IL-17和IL-22，加劇了神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性。但過表達的IL-17A被證實可以改善葡萄糖代謝、焦慮和學習障礙，并通過上調(diào)ERK1/2信號通路上調(diào)ATP結(jié)合亞家族成員A1(ATP-binding cassette subfamily A member 1，ABCA1)的表達而降低大腦中的Aβ水平，IL-17A可能在AD的發(fā)病機制中起保護作用[26]。此外，最新研究顯示注射IL-17的ICR小鼠在空間學習方面有所改善，這與促進已經(jīng)形成的成神經(jīng)細胞成熟和抑制神經(jīng)祖細胞有關[27]。許多報道表明IL-17在AD發(fā)病機制中的重要作用，然而，尚不清楚AD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)中IL-17上調(diào)的確切機制。

3.1.4 Treg細胞 CD4+CD25+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cells，Tregs)在調(diào)節(jié)炎癥和免疫耐受之間的平衡以預防自身免疫性疾病中起關鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)在AD患者中CD4+CD127lowCD25+Tregs細胞的比例與總tau、ptau181和Aβ40正相關，揭示CD4+CD127lowCD25+Treg與神經(jīng)退行性標志物tau存在一定的關聯(lián)[24]。

IL-2促進Tregs的存活和功能，從而控制炎癥和自身免疫。低劑量的IL-2在人體內(nèi)不激活效應T細胞的情況下選擇性激活和擴展Tregs，有研究發(fā)現(xiàn)AD患者中海馬活檢中IL-2水平降低，而在小鼠中，IL-2誘導全身和大腦Tregs擴增和活化，及Aβ周圍星形膠質(zhì)細胞活化和募集，使Aβ42/40的比例和Aβ斑塊負荷降低，并改善了突觸可塑性[28]，這與之前Tregs在AD小鼠模型的疾病發(fā)展過程中發(fā)揮有益作用的結(jié)論一致。而星形膠質(zhì)細胞已被認為是大腦中IL-2的主要來源，提示Treg與星形膠質(zhì)細胞之間的緊密相互作用，其中IL-2/STAT5信號傳導途徑的激活與星形膠質(zhì)細胞介導的Treg的維持有關[29]。

關于Treg對AD發(fā)病機制的影響，最近在若干實驗模型中的研究得出了不同的結(jié)果。通過抗體介導的耗竭，純化細胞的過繼轉(zhuǎn)移以及低劑量IL-2誘導的外周擴張，多個研究小組獨立提供了實驗證據(jù)，這些證據(jù)共同表明Tregs在改善記憶缺陷、減少斑塊負荷和減少膽固醇方面具有保護作用[30]。研究顯示Tregs的耗竭加速了Aβ沉積觸發(fā)的認知功能障礙的發(fā)作，這種認知障礙與小膠質(zhì)細胞向Aβ沉積的募集減少以及相關基因如Il1r12和Usp18的表達譜的改變有關。相反，選擇性擴增Tregs可改善APPPS1小鼠的認知功能[31]。

但Baruch等人研究表明Tregs的短暫耗竭導致AD-Tg/DTR+小鼠的CP提高了白細胞轉(zhuǎn)運分子的mRNA表達水平，并降低促炎性細胞因子IL-12p40和TNF-α的mRNA的表達，減輕了大腦的Aβ斑塊負擔，明顯改善認知功能，提示了Treg細胞與AD進展之間的負相關[32]。得出結(jié)論不同的原因最有可能是由于AD動物模型和疾病階段的差異性。這些明顯矛盾的結(jié)果強調(diào)了Treg在疾病進展過程中的復雜作用和相互作用。因此，Tregs如何調(diào)節(jié)Aβ病理的機制仍有待充分探討。

3.2 CD8+細胞 最新研究結(jié)果表明，AD患者CD8+T細胞較對照組增加，同時CD4+與CD8+T細胞的比率降低，且來自MCI或AD患者的外周血中CD8+T細胞亞群也發(fā)生了改變：效應細胞CD45RA+被過度表達，而記憶細胞CD45RA-未被充分表達。同樣在AD中發(fā)現(xiàn)，CD4+T輔助細胞的百分比顯著著增加，而CD8+T細胞亞群則明顯減少，CD4/CD8比率與被確定為MMSE的認知退化顯著相關。Unger[33]進一步得出結(jié)論，即人類AD海馬區(qū)中CD8+T細胞的數(shù)量增加，且其數(shù)量與Braak和Thal分期成正相關。而AD患者大腦中的CD8+T細胞的浸潤受到CCL3水平的調(diào)控，已有研究證實，P2X7受體通過調(diào)節(jié)CCL3、CCL4和CCL5的釋放，來增加CD8+T細胞募集進而促進AD神經(jīng)病理學過程[34]。

Gate等人在MCI和AD中發(fā)現(xiàn)了一種名為CD8+T效應記憶CD45RA+細胞(T effector memory CD45RA+cell，TEMRA)的免疫細胞亞群，且血液中TEMRA細胞的數(shù)量與認知之間呈負相關。其可能作用機制是TEMRA細胞通過T細胞受體(T cell receptor，TCR)與抗原分子結(jié)合而被激活、增殖以產(chǎn)生TEMRA細胞克隆庫，繼而直接損傷神經(jīng)元突觸或通過釋放炎性和細胞毒性分子而間接地促進神經(jīng)元損傷[35]。并對TEMRA擴增發(fā)現(xiàn)細胞毒性效應基因的表達增加，包括自然殺傷細胞顆粒蛋白7(natural killer cell granzyme 7，NKG7)和顆粒酶A、H和K及較高水平的MHC，人類白細胞抗原C(human leukocyte antigen C，HLA-C)和，β-2-微球蛋白(β-2-microglobulin，B2M)，加速認知能力的損害。同樣，在APP/PS1小鼠中CD8+T細胞可使海馬神經(jīng)元和突觸相關基因如Npas4和Arc基因表達嚴重降低，而消融CD8+T細胞后相關基因表達上調(diào)，并且改變了鈣信號和大腦中突觸的可塑性[33]。

4 總 結(jié)

綜上所述，大量實驗結(jié)果已證明T細胞在AD病理過程中發(fā)揮著重要作用，但從目前的研究看來，AD的發(fā)病機制仍十分復雜，仍不清楚T細胞具體作用機制及其與tau病理學之間的相互作用，可能對探討AD發(fā)病機制及治療具有重要意義。隨著人口老齡化的不斷增加，全球AD患者的數(shù)量日益攀升，然而目前尚無針對AD的特效藥物，故亟需進一步探索AD的作用機制。期待針對炎癥因子的特定抑制和T細胞的靶向治療可作為AD的新的治療方法，減緩AD的進展，為AD患者帶去福音。