Toll樣受體2在阿爾茲海默病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

劉 欣,邵 衛(wèi),陳國華

(1.湖北中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)臨床學(xué)院，湖北 武漢 430065 2.湖北省武漢市第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，湖北 武漢 430000)

阿爾茲海默病(AD)是一種慢性隱匿進(jìn)展且不可逆的損害認(rèn)知功能的年齡相關(guān)性腦部退行性疾病，常伴有精神行為異常和日常生活能力障礙。越來越多的證據(jù)表明小膠質(zhì)細(xì)胞活化是AD除淀粉樣斑塊沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)外的又一重要病理特征。小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特異性巨噬細(xì)胞，其活性的增加在AD的病理過程中起到雙刃劍的作用，它通過活化成M1型產(chǎn)生神經(jīng)毒性促炎介質(zhì)損傷神經(jīng)元細(xì)胞表現(xiàn)有害的一面[1]；或者活化成M2型產(chǎn)生抗炎和神經(jīng)營養(yǎng)因子以及增加淀粉樣斑塊的清除表現(xiàn)有利的一面。因此進(jìn)一步研究小膠質(zhì)細(xì)胞活化的分子機(jī)制可能為不可治愈的AD提供新的治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)TLR2分布在小膠質(zhì)細(xì)胞表面，且在AD患者及動(dòng)物模型中高表達(dá)，TLR2的激活可以改變M1/M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的極化[2]。特異性靶向TLR2可能是AD病理過程中調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞活化的重要步驟，故針對(duì)以上熱點(diǎn)問題作者就TLR2在AD發(fā)病機(jī)制中的作用做了綜述。

1 TLR2概述

TLR2是由富含亮氨酸重復(fù)區(qū)胞外域、跨膜區(qū)和胞質(zhì)內(nèi)Toll白介素-1(IL-1)受體結(jié)構(gòu)域(TIR結(jié)構(gòu)域)三個(gè)具有特定作用成分組成的一種I型跨膜蛋白，在嚙齒動(dòng)物和人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中包括小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和神經(jīng)元祖細(xì)胞在內(nèi)的各種細(xì)胞均有表達(dá)。TLR2有其相應(yīng)的配體，除了能識(shí)別革蘭氏陽性細(xì)菌的脂肽、脂磷壁酸和肽聚糖等外源性分子，還能識(shí)別高遷移率族蛋白B1、熱休克蛋白、人糖胺聚糖透明質(zhì)酸、雙糖鏈蛋白聚糖、β防御素-3、β淀粉樣蛋白(Aβ)和α-突觸核蛋白等內(nèi)源性分子，引發(fā)先天性免疫應(yīng)答，進(jìn)一步在適應(yīng)性免疫應(yīng)答的激活中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]。至于TLR2相關(guān)信號(hào)通路則是其形成同源二聚體或與TLR1或TLR6形成異源二聚體復(fù)合物來識(shí)別配體，主要通過髓樣分化因子88(MyD88)依賴通路進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，增加促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生、啟動(dòng)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級(jí)聯(lián)反應(yīng)或刺激干擾素調(diào)節(jié)因子激活。此外，部分研究也表明TLR2可能依賴誘導(dǎo)干擾素β包含TIRs結(jié)構(gòu)域的接頭分子(TRIF)的通路產(chǎn)生保護(hù)性細(xì)胞因子干擾素β(IFNβ)。同時(shí)為了避免過度激活而產(chǎn)生對(duì)機(jī)體損傷的炎癥反應(yīng)，TLR2似乎通過增加其下游激酶Dok1和Dok2酪氨酸磷酸化或通過磷脂酰肌醇(PI3K/AKT)信號(hào)通路及細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)抑制因子家族蛋白(SOCS)途徑來發(fā)揮其負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制[4]。

2 TLR2與AD

TLR2與AD之間的聯(lián)系主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，其一TLR2在AD中出現(xiàn)相對(duì)于健康者的血液或組織中差異表達(dá)；其二通過使TLR2過表達(dá)或沉默的方法發(fā)現(xiàn)AD癥狀和病理特征的改善或惡化來體現(xiàn)TLR2在小膠質(zhì)細(xì)胞活化中的潛在作用機(jī)制;最后進(jìn)一步通過藥物干預(yù)AD細(xì)胞或動(dòng)物模型來發(fā)現(xiàn)靶向TLR2的潛在價(jià)值。

2.1TLR2在AD中的表達(dá):TLR2作為模式識(shí)別受體中的一種主要免疫受體，在誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)各種內(nèi)源性和外源性危險(xiǎn)信號(hào)的固有免疫應(yīng)答中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其在AD中存在明顯差異性表達(dá)。據(jù)報(bào)道[5,6]，在AD動(dòng)物模型中，暴露于Aβ導(dǎo)致TLR2 mRNA水平的升高，在AD患者的顳葉皮層和培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)TLR2基因的上調(diào)。研究者也發(fā)現(xiàn)AD患者外周血單核細(xì)胞TLR2表達(dá)增加，且AD患者血清中TLR2水平與MMSE評(píng)估的大腦功能成負(fù)相關(guān)，因此認(rèn)為血清TLR2水平有助于區(qū)分AD疾病中癡呆的嚴(yán)重程度或跟蹤癡呆的進(jìn)展，有望成為AD的外周血標(biāo)志物，而與之相反的是Si-Han Chen等研究了外周血單核細(xì)胞在認(rèn)知正常受試者和散發(fā)性AD患者衰老過程中攝取Aβ的改變，發(fā)現(xiàn)與Aβ攝取相關(guān)受體TLR2在AD患者單核細(xì)胞中的表達(dá)降低。此外，全基因組測(cè)序技術(shù)開展發(fā)現(xiàn)AD中的TLR2存在基因多態(tài)性，在TLR2基因的內(nèi)含子2中，報(bào)道了不同數(shù)量的鳥嘌呤-胸腺嘧啶(GT)重復(fù)序列多態(tài)性，攜帶16個(gè)或少于16個(gè)GT重復(fù)(稱為“S”等位基因)的個(gè)體在漢族人群中有較高的晚發(fā)型AD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn),此外，13個(gè)GT重復(fù)在AD患者中最為普遍。雖然上述研究發(fā)現(xiàn)TLR2在AD外周血單核細(xì)胞中的表達(dá)存在增高或降低的矛盾之處，但可能與疾病的不同分期及觀測(cè)時(shí)間不同有關(guān)，而TLR2相對(duì)于健康者的血液或組織中差異表達(dá)及全基因測(cè)序結(jié)果仍說明其在AD中起重要作用，未來需要開展更多類似的研究提供支持依據(jù)。

2.2TLR2參與AD發(fā)病機(jī)制

2.2.1TLR2在小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬Aβ中的作用:在AD發(fā)病前10年或更長時(shí)間內(nèi)，腦內(nèi)的Aβ斑塊就已經(jīng)開始積累，通常會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)原纖維纏結(jié)數(shù)量的增加和腦認(rèn)知能力的下降，因此通過減少Aβ的沉積來改善AD成為重要的治療策略，而已有研究發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞上的TLR2與Aβ吞噬有一定的關(guān)聯(lián)。Zhou,C等[7]研究表明TLR2缺失的APP/PS1 AD模型小鼠相較于正常表達(dá)TLR2的小鼠顯示出大腦中較高的Aβ負(fù)荷和認(rèn)知功能的快速下降，并伴有神經(jīng)膠質(zhì)活性下降。Chen K等研究表明通過肽聚糖激活TLR2受體可以誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)AD相關(guān)Aβ發(fā)揮吞噬作用，從而改善小鼠認(rèn)知行為學(xué)表現(xiàn)[8]。這些研究從TLR2的缺失或激活說明了TLR2的表達(dá)升高可能介導(dǎo)了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬。然而與此結(jié)果相反，另外一部分研究者從TLR2的缺失或抑制說明了TLR2的表達(dá)降低反而促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬。研究者發(fā)現(xiàn)將TLR2基因缺失的骨髓細(xì)胞移植到經(jīng)輻射過的APP/PS1小鼠體內(nèi)導(dǎo)致其在Barneswater迷宮中行為表現(xiàn)改善與TLR2缺失降低了所謂的M1小膠質(zhì)細(xì)胞表型標(biāo)記的表達(dá)，增加了M2標(biāo)記的表達(dá)，從而增強(qiáng)了Aβ的吞噬能力有關(guān)，這與Ma,K等報(bào)道的TLR2缺失可增強(qiáng)M2小膠質(zhì)細(xì)胞表型的表達(dá)一致[9]。Ana Rubio-Araiz等[10]發(fā)現(xiàn)使用LPS+Aβ能誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞炎性小體的激活，增加小膠質(zhì)細(xì)胞的糖酵解代謝和驅(qū)動(dòng)糖酵解酶的表達(dá)，減弱了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬作用，而使用TLR2抗體后上述炎癥和代謝變化被減弱，觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞的氧化磷酸化，增加了對(duì)Aβ的吞噬作用，說明了以TLR2為靶點(diǎn)的抗體能減弱脂多糖和Aβ介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥和代謝變化，從而影響吞噬功能。上述研究不難發(fā)現(xiàn)TLR2確實(shí)與AD中小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬Aβ密切相關(guān)，一方面研究者從正反兩方面說明了TLR2表達(dá)增高可能增強(qiáng)了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬，但具體機(jī)制仍不明確；另一方面，研究者僅僅從TLR2的缺失或抑制說明了TLR2的表達(dá)降低可能促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬，其機(jī)制可能與改變小膠質(zhì)細(xì)胞向吞噬型M2型極化或改變其炎癥和代謝變化有關(guān)。TLR2可能直接或間接參與小膠質(zhì)細(xì)胞機(jī)制復(fù)雜的吞噬功能，對(duì)于TLR2在此體現(xiàn)出的矛盾之處，未來需要開展更多研究來明確TLR2發(fā)揮的作用。

2.2.2TLR2在調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞抗炎/促炎因子水平中的作用:在AD患者及動(dòng)物的腦內(nèi)不僅發(fā)現(xiàn)了活化的小膠質(zhì)細(xì)胞，也存在細(xì)胞因子、趨化因子等炎癥指標(biāo)明顯升高所形成的神經(jīng)炎癥，從而進(jìn)一步介導(dǎo)了Tau蛋白磷酸化和神經(jīng)元凋亡，與AD的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。而小膠質(zhì)細(xì)胞作為腦內(nèi)產(chǎn)生炎性因子的主要細(xì)胞，其細(xì)胞膜上的TLR2在調(diào)節(jié)抗炎/促炎因子水平中起到一定作用。部分研究者發(fā)現(xiàn)TLR2的激活可以抑制促炎因子、增加抗炎因子的表達(dá)，TLR2在AD中發(fā)揮有利作用。Hamid Gholami Pourbadiea等[11]通過細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用TLR2激動(dòng)劑早期輕微激活小膠質(zhì)細(xì)胞能改善AD模型大鼠空間記憶和工作記憶障礙，恢復(fù)其Aβ誘導(dǎo)的LTP損害，減少腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平，并增加了Aβ干預(yù)后的大鼠海馬區(qū)轉(zhuǎn)化生長因子、IL-10和精氨酸酶的表達(dá)，使海馬小膠質(zhì)細(xì)胞向抗炎表型極化，從而保護(hù)大鼠突觸功能和記憶。Nooshin Heshmati-Fakhr等[12]研究發(fā)現(xiàn)使用TLR2配體Pam3Cys預(yù)處理Aβ低聚體誘導(dǎo)的老年癡呆癥大鼠模型和BV-2細(xì)胞能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IFNβ，從而可能在一定程度上通過對(duì)抗低聚體Aβ發(fā)揮抗炎的神經(jīng)保護(hù)作用，說明Pam3Cys的神經(jīng)保護(hù)作用可能部分與激活TLR2介導(dǎo)的TRIF-IRF3途徑導(dǎo)致IFNβ的生成有關(guān)。然而與上述研究結(jié)果相反，其他研究發(fā)現(xiàn)TLR2的沉默或拮抗會(huì)降低促炎因子水平，TLR2在AD中發(fā)揮有害作用。Claire L.McDonalda等[13]用抗TLR2抗體(OPN-301)干預(yù)7月齡APP/PS1轉(zhuǎn)基因AD模型小鼠7個(gè)月，發(fā)現(xiàn)小鼠空間學(xué)習(xí)能力的改善，伴有小膠質(zhì)細(xì)胞和星型膠質(zhì)細(xì)胞活性降低，炎性因子水平降低，從而證明了在AD小鼠中TLR2參與了炎癥變化進(jìn)展。也有研究者證明了與AD病理相關(guān)的非病原性神經(jīng)毒性纖維狀A(yù)β1-42能通過特定的TLR2來轉(zhuǎn)導(dǎo)下游細(xì)胞內(nèi)信號(hào)反應(yīng)，他們發(fā)現(xiàn)無論是用抗轉(zhuǎn)錄療法沉默或用抗TLR2抗體阻斷BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中的TLR2，還是在敲除了TLR2基因的小鼠中分離的小膠質(zhì)細(xì)胞，都能抑制Aβ1-42誘導(dǎo)的促炎分子或小膠質(zhì)細(xì)胞表面的整合素蛋白標(biāo)志物的表達(dá)，同樣在敲除了TLR2基因的小鼠皮質(zhì)內(nèi)注射Aβ1-42的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證明了上述體外實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從而充分說明了TLR2信號(hào)通路介導(dǎo)了纖維狀A(yù)β誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞活化及炎癥反應(yīng)。

總之，TLR2參與AD的發(fā)病機(jī)制主要涉及在AD的發(fā)病中互為因果、相互促進(jìn)，形成惡性循環(huán)的Aβ和神經(jīng)炎癥，且兩者都與小膠質(zhì)細(xì)胞的活化有關(guān)，而針對(duì)上述機(jī)制中TLR2表現(xiàn)出的相互矛盾現(xiàn)象被部分研究者解釋為與AD處于疾病不同階段有關(guān)，即在AD的初始階段TLR2發(fā)揮抗炎和吞噬作用，介導(dǎo)Aβ的清除，而在AD的后期階段慢性刺激下TLR2則發(fā)揮促炎作用，加劇Aβ的沉積。狄婷婷等[14]的研究就與此相契合，其通過對(duì)大鼠海馬CA1區(qū)注射不同濃度的Aβ25-35模擬了AD的不同階段，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TLR2介導(dǎo)了Aβ誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，而且不同劑量的Aβ誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的Aβ攝取和清除以及炎性因子釋放能力不同，當(dāng)Aβ劑量增加到一定濃度時(shí)，TLR2促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬和清除Aβ的能力不足，使Aβ積聚過多并激活NF-κB，從而促進(jìn)釋放更多的炎性因子TNF-α、IL-1β，最終導(dǎo)致大鼠神經(jīng)細(xì)胞的損傷。當(dāng)然這一爭議也被解釋為不同實(shí)驗(yàn)條件如動(dòng)物模型、觀察時(shí)間點(diǎn)和細(xì)胞類型差異的結(jié)果，而很明顯的是TLR2確實(shí)在AD的發(fā)病過程起重要作用，雖然確切的影響還有待闡明。

2.3TLR2作為AD治療靶點(diǎn)的可能性:TLR2在AD的發(fā)病機(jī)制中所起的作用與其介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化密切相關(guān)，因此靶向TLR2來調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞向保護(hù)通路激活可能成為治療AD的一種策略。隨著技術(shù)的進(jìn)步，雖然研究者已經(jīng)通過高通量篩選和分子對(duì)接技術(shù)等從小分子化合物庫、天然產(chǎn)物及其類似物庫中篩選出諸多TLR1/2、TLR2/6的激動(dòng)劑和抑制劑，但主要作用于腫瘤、感染等疾病，在AD的直接研究中較少。但仍有部分研究者發(fā)現(xiàn)了可能靶向TLR2來治療AD的藥物。Garcez等[15]研究發(fā)現(xiàn)二甲胺四環(huán)素可能通過抑制TLR2及其適配器蛋白MyD88水平的表達(dá)，從而顯著改善AD樣小鼠的空間記憶和厭惡記憶。Yue Qi等[16]在研究文冠果殼苷改善腦室內(nèi)注入Aβ1-42建立的AD小鼠模型認(rèn)知障礙機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，其抑制了模型小鼠腦組織中GFAP和CD11b的過表達(dá)和IL-6、iNOS及COX-2水平的升高，且文冠果殼苷還降低了海馬TLR2 mRNA水平，并阻斷了NF-κB p50和p65易位進(jìn)入細(xì)胞核、ERK的磷酸化及JNK和p38的表達(dá),因此文冠果殼苷可能通過抑制TLR2/NF-κB和MAPK通路來改善AD小鼠的學(xué)習(xí)和記憶障礙。Shima Mehrabadi等[17]研究探討了缺氧脂肪組織間充質(zhì)干細(xì)胞條件培養(yǎng)液(ATSC-CM)對(duì)大鼠雙側(cè)海馬注射Aβ所致記憶損傷的影響，發(fā)現(xiàn)ATSC-CM干預(yù)的治療組AD大鼠空間記憶、認(rèn)知記憶明顯改善，β淀粉樣斑塊減少，并增強(qiáng)AD大鼠腦內(nèi)神經(jīng)元存活，降低TLR2及IL-1β和TNF-α這兩種炎癥標(biāo)志物的表達(dá)，從而說明ATSC-CM可能通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞及其重要受體TLR2來發(fā)揮作用。上述以TLR2為靶標(biāo)來治療AD的手段不僅包括西藥、中藥單體、中藥復(fù)方等藥物，還涉及細(xì)胞條件培養(yǎng)液，它們均因具有抗炎、抗氧化等藥理作用而與AD的小膠質(zhì)細(xì)胞活化或神經(jīng)炎癥機(jī)制相聯(lián)系，但在改善AD的研究中均只涉及單一的細(xì)胞或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，而且沒有更深入的挖掘TLR2上游或下游的分子機(jī)制，未來在進(jìn)行此類研究時(shí)可以將AD動(dòng)物及細(xì)胞模型相結(jié)合,并開展TLR2可能改善AD的分子生物學(xué)研究，同時(shí)對(duì)藥物量效關(guān)系以及治療的時(shí)間窗進(jìn)一步研究，以期為靶向TLR2治療AD提供更堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3 展 望

TLR2作為小膠質(zhì)細(xì)胞上模式識(shí)別受體中的重要一員，與小膠質(zhì)細(xì)胞的活化同步，在AD的發(fā)病機(jī)制中可能起到有利或有害的雙重作用。一方面誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬和清除Aβ并產(chǎn)生抗炎因子，以避免神經(jīng)細(xì)胞的損傷，另一方面誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，與AD病理狀態(tài)密切相關(guān)。目前TLR2激動(dòng)劑或抑制劑已在疫苗佐劑、抗腫瘤、抗菌和免疫類疾病的治療方面展現(xiàn)出巨大的潛力，未來需針對(duì)不同配體對(duì)活化AD小膠質(zhì)細(xì)胞上的TLR2所起的作用開展更多研究，從中發(fā)現(xiàn)促進(jìn)或抑制AD進(jìn)展的因素，為靶向TLR2干預(yù)小膠質(zhì)細(xì)胞活化來治療AD提供更多依據(jù)。