肌萎縮側(cè)索硬化癥病理機(jī)制及治療研究進(jìn)展*

郭婕 亢愷雯 李華 白呦呦 路小偉 李智智 王強(qiáng),3,4**

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，陜西 咸陽 712046；3.陜西省針?biāo)幗Y(jié)合重點(diǎn)實驗室，陜西 咸陽 712046；4.咸陽市神經(jīng)生物學(xué)(針灸)重點(diǎn)實驗室，陜西 咸陽 712046)

肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是一種異質(zhì)性神經(jīng)退行性疾病，其特征是上下運(yùn)動神經(jīng)元的退化，導(dǎo)致運(yùn)動和非運(yùn)動癥狀，常因呼吸衰竭死亡[1]。ALS每年發(fā)病率約1～2.6例/10萬人，患病率約6例/10萬人[2]。90%ALS患者為散發(fā)性，少部分為家族性，平均發(fā)病年齡為58～60歲，平均生存期為3～4年[3]。ALS核心病理表現(xiàn)為運(yùn)動神經(jīng)元的進(jìn)行性死亡，其病理機(jī)制錯綜復(fù)雜，且目前ALS治療手段有限。本文將圍繞ALS的病理機(jī)制闡述目前ALS的治療研究現(xiàn)狀。

1 肌萎縮側(cè)索硬化癥病理機(jī)制

1.1皮層過度興奮與谷氨酸興奮性毒性 運(yùn)動皮層神經(jīng)元過度興奮是ALS早期病理生理特征，其導(dǎo)致ALS公認(rèn)臨床現(xiàn)象，即分離性肌肉萎縮[4]。其中最典型的就是裂手征[5]，皮質(zhì)功能障礙還可導(dǎo)致裂腿征和裂肘征[6-7]。ALS皮層過度興奮的發(fā)生先于下運(yùn)動神經(jīng)元功能障礙，因此ALS發(fā)病可能起源于皮層[8]。皮質(zhì)運(yùn)動神經(jīng)元高興奮性通過谷氨酸興奮性毒性介導(dǎo)運(yùn)動神經(jīng)元變性。谷氨酸是腦內(nèi)豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其興奮性影響大腦的結(jié)構(gòu)和功能。谷氨酸興奮性毒性導(dǎo)致離子型谷氨酸受體過度激活，從而激活Ca2+依賴的酶途徑并產(chǎn)生自由基，最終導(dǎo)致神經(jīng)變性[9]。Saba等[10]證實運(yùn)動皮層谷氨酸能活性異?？筛淖兩窠?jīng)元功能結(jié)構(gòu)，并使運(yùn)動皮層谷氨酸積聚增加。

1.2TDP-43與蛋白質(zhì)異常聚積 TDP-43是一種由TARDBP基因編碼的蛋白，其在細(xì)胞質(zhì)的錯誤定位是ALS的重要病理標(biāo)志[11]。雖然TARDBP基因突變可導(dǎo)致蛋白質(zhì)折疊錯誤，但大多數(shù)患者并沒有TARDBP的任何突變。Vogler等[12]認(rèn)為TDP-43是正常骨骼肌形成的一種必需蛋白，在骨骼肌再生過程中形成肌顆粒，與編碼肌節(jié)蛋白的mRNAs結(jié)合，并隨著肌纖維的成熟而清除。肌顆粒異常聚集可能是ALS細(xì)胞質(zhì)TDP-43的來源。Ditsworth等[13]發(fā)現(xiàn)TDP-43突變決定疾病的發(fā)生但似乎不參與疾病進(jìn)展。此外，Dickson[14]研究證實TDP-43在細(xì)胞質(zhì)的異常聚集是改變運(yùn)動皮層興奮性的關(guān)鍵因素之一。最近發(fā)表在Cell的一篇文章[15]證明TDP-43能夠與線粒體DNA結(jié)合，通過打開mPTP介導(dǎo)線粒體DNA向細(xì)胞質(zhì)釋放，進(jìn)一步激活CGAS/STING信號通路與炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)ALS的發(fā)生與發(fā)展。向我們揭示了ALS中TDP-43誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的具體機(jī)制。

1.3膠質(zhì)細(xì)胞激活與神經(jīng)炎癥反應(yīng) 膠質(zhì)細(xì)胞是腦中遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于神經(jīng)元細(xì)胞的另一類重要細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞參與的神經(jīng)炎癥反應(yīng)在ALS發(fā)病中的重要性不容小覷。小膠質(zhì)細(xì)胞在ALS發(fā)病的初始階段扮演著“護(hù)衛(wèi)”的角色，產(chǎn)生抗炎物質(zhì)，對疾病有保護(hù)作用；但隨著神經(jīng)損傷加劇，小膠質(zhì)細(xì)胞“變壞”了，釋放ROS和促炎因子，表現(xiàn)出神經(jīng)毒性和促炎作用。ALS患者中小膠質(zhì)細(xì)胞的激活程度與疾病的嚴(yán)重程度有關(guān)[16]。研究發(fā)現(xiàn)癥狀出現(xiàn)前所有SOD1突變病例均出現(xiàn)體內(nèi)神經(jīng)炎癥，伴隨大腦皮層和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化[17]。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過失去正常功能或獲得新特征影響ALS進(jìn)程。在ALS中，星形膠質(zhì)細(xì)胞對運(yùn)動神經(jīng)元的代謝支持減少，并喪失有效調(diào)節(jié)細(xì)胞外離子和神經(jīng)遞質(zhì)水平的能力。此外星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體受損導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸興奮性毒性增高[18]。星形膠質(zhì)細(xì)胞富含F(xiàn)ABP7，其在小鼠脊髓中過度表達(dá)直接促進(jìn)非轉(zhuǎn)基因星形膠質(zhì)細(xì)胞NF-κB驅(qū)動的促炎反應(yīng)，最終導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)元的凋亡[19]。

1.4線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激(OS)是指機(jī)體遭受有害刺激時，產(chǎn)生大量活性氧自由基(ROS)，氧化程度超出氧化物的清除能力，體內(nèi)氧化與抗氧化失衡。以往ALS的尸檢和實驗研究發(fā)現(xiàn)ALS患者腦脊液、血漿和尿液中的氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物顯著升高[20]。此外，一項Meta分析表明ALS患者外周血中8-羥基鳥苷、丙二醛水平明顯升高，而谷胱甘肽和尿酸水平降低[21]。線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)開口可維持線粒體的動態(tài)平衡。當(dāng)MPTP被激活，線粒體氧化還原環(huán)境發(fā)生改變，導(dǎo)致ROS釋放。而在較高的ROS水平下，較長的MPTP開口可能釋放一個ROS爆裂，使細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，導(dǎo)致線粒體的破壞[22]。在ALS中，線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激形成惡性循環(huán)，促進(jìn)神經(jīng)變性和肌肉萎縮。Xiao等[23]研究發(fā)現(xiàn)SOD1G93A的瞬時過表達(dá)可直接促進(jìn)線粒體ROS的產(chǎn)生，在運(yùn)動神經(jīng)元軸突完整的情況下即可導(dǎo)致線粒體功能障礙。

2 肌萎縮側(cè)索硬化治療

2.1基于抗谷氨酸興奮性毒性治療

2.1.1藥物治療 利魯唑是一種苯并噻唑衍生物，可阻斷中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的谷氨酸能神經(jīng)傳遞。1995年，美國FDA批準(zhǔn)利魯唑作為第一種治療ALS的藥物[24]。盡管利魯唑在臨床實踐中大都是安全和耐受性良好的，但其在ALS中的療效有限，僅延長了2～3個月的無氣管造口術(shù)生存期[25]。而最近有研究者[26]通過臨床試驗研究表明利魯唑治療可使患者中位生存期達(dá)到6個月到19個月。這比上述所說的2～3個月要長得多。因此利魯唑?qū)LS的治療效益還需要更多的實驗研究來證實。

2.1.2針刺治療 孫穎哲[27]通過實驗研究證實夾脊電針可通過上調(diào)SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠腰髓EAAT2的表達(dá)，降低神經(jīng)元微環(huán)境中谷氨酸水平,同時通過上調(diào)腰髓AMPA受體G1uR2亞單位的表達(dá),提高神經(jīng)元抗興奮性毒性能力。因此針刺治療可以通過抗谷氨酸興奮性毒性改善ALS患者的癥狀并延長生存時間。

2.2基于抗神經(jīng)炎癥反應(yīng)治療

2.2.1藥物治療 神經(jīng)炎癥是ALS重要的發(fā)病機(jī)制，馬賽替尼可以抑制參與炎癥的酶，有研究已證明馬賽替尼可以有效地減緩ALS的進(jìn)展[28]。Emiliano等[29]研究發(fā)現(xiàn)馬賽替尼可減少SOD1G93A大鼠變性脊髓中膠質(zhì)細(xì)胞和運(yùn)動神經(jīng)元異常病理改變，并顯著延長存活時間。此外，一項關(guān)于馬賽替尼輔助利魯唑治療ALS患者的隨機(jī)臨床試驗也表明馬賽替尼4.5 mg·kg-1·d-1口服可使ALS患者受益[30]。

2.2.2針刺治療 賀韻涵等[31]基于“治痿獨(dú)取陽明”治療原則，電針SODlG93A模型小鼠雙側(cè)天樞穴及足三里穴證實早期針刺干預(yù)可以減少腦干及脊髓中促炎因子TNF-α的釋放。此外蘇蘇等[32]也表明夾脊電針可通過抑制p38MAPK/NF-κB信號通路,對腰髓前角運(yùn)動神經(jīng)元產(chǎn)生保護(hù)作用,進(jìn)而緩解ALS病情的進(jìn)展。從分子水平探討了針刺治療ALS抗神經(jīng)炎癥反應(yīng)機(jī)制。

2.3基于抗氧化應(yīng)激治療

2.3.1藥物治療 依達(dá)拉奉是一種自由基清除劑，具有抗氧化應(yīng)激作用，可有效阻止ALS早期進(jìn)展，2017年被FDA批準(zhǔn)用于治療ALS[33]。一項臨床試驗研究發(fā)現(xiàn)依達(dá)拉奉治療后ALS患者血清和腦脊液中OXY明顯降低。證實依達(dá)拉奉能夠有效降低ALS患者的抗氧化活性[34]。Ohta等[35]也通過前臨床研究發(fā)現(xiàn)依達(dá)拉奉可有效改善ALS模型小鼠運(yùn)動癥狀，并降低血清氧化應(yīng)激標(biāo)志物dROMS水平。這項研究為依達(dá)拉奉可減輕ALS患者氧化應(yīng)激相關(guān)運(yùn)動神經(jīng)元和肌肉的變性提供了強(qiáng)有力的支持。

2.3.2針刺治療 郭靜[36]通過電針ALS模型小鼠雙側(cè)L1～2、L5～6夾脊穴，證實電針夾脊穴能通過下調(diào)ALS-SOD1G93A模型小鼠腰髓前角運(yùn)動神經(jīng)元COX-2的表達(dá),從而減輕神經(jīng)細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷，發(fā)揮對神經(jīng)的保護(hù)作用。

2.4其他治療 近年來，干細(xì)胞移植治療ALS已成熱點(diǎn)。一些臨床前研究表明干細(xì)胞具有神經(jīng)保護(hù)作用，能有效延緩疾病的發(fā)生，延長生存期。盡管干細(xì)胞技術(shù)有了很大的進(jìn)步，臨床前研究也取得了可喜的成果，但仍有幾個問題沒有得到解決，如干細(xì)胞的來源、細(xì)胞劑量、排斥反應(yīng)等[37]。用于研究治療ALS的干細(xì)胞種類繁多，其中間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)具有較高的增殖活性、免疫調(diào)節(jié)能力、多向分化潛能和分泌神經(jīng)保護(hù)因子的能力，因此間充質(zhì)干細(xì)胞似乎是治療ALS最合適的干細(xì)胞類型[38]。Sironi等[39]研究發(fā)現(xiàn)予SOD1G93A小鼠腦室多次注射人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(Huc-MSCs)，可表現(xiàn)出神經(jīng)元保護(hù)作用，伴隨著從促炎向抗炎環(huán)境的轉(zhuǎn)變。然而，這種治療仍不能有效阻止神經(jīng)肌肉變性，延緩小鼠生存時間。同樣，一項Ⅱ期隨機(jī)對照臨床試驗發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞移植可以降低ALS患者ALSFRS-R評分，延緩病程進(jìn)展，同時使腦脊液中炎性細(xì)胞減少，抗炎細(xì)胞因子增加。遺憾的是，ALS患者長期生存率并沒有明顯改善[40]。因此干細(xì)胞移植對ALS的治療效益以及機(jī)制還需要更全面更深刻地探討。

3 總結(jié)

運(yùn)動皮層神經(jīng)元過度興奮，TDP-43異常聚集，膠質(zhì)細(xì)胞激活以及線粒體功能障礙參與了ALS的病理改變，其病理機(jī)制包括谷氨酸興奮性毒性、蛋白質(zhì)異常聚集、神經(jīng)炎癥反應(yīng)以及氧化應(yīng)激，但彼此之間并不是獨(dú)立存在，而是共同作用導(dǎo)致ALS。因此積極探索ALS病理機(jī)制與其之間相互作用，對發(fā)現(xiàn)更多ALS治療靶點(diǎn)尤為重要。目前ALS治療以藥物為主，能延緩病情進(jìn)展，可悲的是，其并不能使疾病得到轉(zhuǎn)歸。中醫(yī)對ALS的治療主要采用針刺，研究證實早期針刺干預(yù)可以有效改善ALS的運(yùn)動能力并延緩其生存時間。近幾年干細(xì)胞移植治療ALS的臨床研究方興未艾，極具潛力的干細(xì)胞移植似乎給ALS患者帶來了希望之光，但其有效性和安全性還有待進(jìn)一步驗證。有研究發(fā)現(xiàn)針刺療法可促進(jìn)移植干細(xì)胞的存活、增殖、定向遷移和分化，進(jìn)一步降低神經(jīng)炎癥反應(yīng)，減少細(xì)胞凋亡并促進(jìn)生長因子高表達(dá)，從而提高干細(xì)胞移植療法的有效性，因此針刺對干細(xì)胞移植的促進(jìn)作用不容小覷。中醫(yī)特色針刺療法與現(xiàn)代干細(xì)胞移植技術(shù)的結(jié)合似乎為未來ALS治療手段提供了新的研究思路，兩者之間的協(xié)同作用對ALS的增益療效還有待積極探索。因此無論是藥物治療、針刺治療、干細(xì)胞移植治療還是聯(lián)合治療，都應(yīng)從病理機(jī)制出發(fā)進(jìn)行大量基礎(chǔ)實驗和臨床試驗作為支持，從而制定更好的方案，以推動ALS治療進(jìn)展。