CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)調(diào)控神經(jīng)炎癥在神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展

陳雯奕，錢 玥，陳天云，顧小萍

南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院麻醉科，南京210008

神經(jīng)退行性疾病是一類以蛋白質(zhì)沉積、神經(jīng)炎癥及神經(jīng)元和軸突進(jìn)行性喪失為特征的慢性進(jìn)行性疾病，主要包括阿爾茲海默病(Alzheimer’s disease，AD)、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)、多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)及肌萎縮性側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)等。神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展與多種因素有關(guān)，包括神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、衰老、過氧化物酶功能障礙及蛋白質(zhì)的錯(cuò)誤折疊和聚集等[1- 5]。多項(xiàng)研究表明神經(jīng)炎癥反應(yīng)是多數(shù)神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展不可缺少的關(guān)鍵過程[2，6]。神經(jīng)炎癥反應(yīng)主要與小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞參與的先天性固有免疫反應(yīng)有關(guān)，該反應(yīng)通常伴隨炎癥因子的釋放，使得血腦屏障通透性增加，促進(jìn)外周免疫細(xì)胞向大腦運(yùn)輸，浸潤中樞神經(jīng)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)[7]，從而引起中樞適應(yīng)性免疫反應(yīng)。CD4+T細(xì)胞是外周免疫細(xì)胞的重要組成部分，在中樞適應(yīng)性免疫反應(yīng)中的作用不可忽視，越來越多的研究表明該類細(xì)胞在調(diào)節(jié)神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

初始CD4+T細(xì)胞受到抗原刺激后可分化成不同的亞群，包括輔助性T細(xì)胞(helper T lymphocyte，Th)1、Th2、Th17及調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells，Treg)細(xì)胞等。Th1細(xì)胞的分化依賴于白介素(interleukin，IL)- 12和γ-干擾素(interferon-γ，IFN-γ)的誘導(dǎo)，T-bet是調(diào)節(jié)Th1細(xì)胞分化的主要轉(zhuǎn)錄因子，Th1細(xì)胞主要介導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答及參與遲發(fā)性超敏反應(yīng)等。Th2細(xì)胞的分化依賴于IL- 4的誘導(dǎo)，通過啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子6參與的信號(hào)通路，激活其特異性轉(zhuǎn)錄因子GATA3完成分化，Th2細(xì)胞主要介導(dǎo)體液免疫應(yīng)答。Th17細(xì)胞的分化依賴于IL- 6及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)的協(xié)同誘導(dǎo)，維甲酸相關(guān)孤核受體γ是其重要的轉(zhuǎn)錄因子，Th17細(xì)胞主要分泌IL- 17，可參與炎癥反應(yīng)和自身免疫性疾病。Treg細(xì)胞的分化依賴于TGF-β的誘導(dǎo)，叉頭狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子3(forkhead box P3，F(xiàn)oxp3)是其特異性轉(zhuǎn)錄因子，Treg細(xì)胞在維持免疫自身耐受及調(diào)節(jié)效應(yīng)T細(xì)胞亞群穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[8]。當(dāng)不同亞型CD4+T細(xì)胞浸潤中樞時(shí)，Th1和Th17細(xì)胞可激活M1型小膠質(zhì)細(xì)胞，誘導(dǎo)大量炎癥因子產(chǎn)生，使神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)炎癥反應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)散和持久化；Th2和Treg細(xì)胞可激活M2型小膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)揮強(qiáng)烈的抗炎作用，降低炎癥因子的活性，起神經(jīng)保護(hù)作用[9]。在神經(jīng)炎癥反應(yīng)過程中，中樞巨噬細(xì)胞也可被不同亞群T細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子激活，極化成兩種不同狀態(tài)，Th1細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子IFN-γ可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1表型極化，產(chǎn)生大量促炎因子，進(jìn)一步加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)；Th2細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子IL- 4可誘導(dǎo)產(chǎn)生巨噬細(xì)胞M2表型，M2型巨噬細(xì)胞具有抗炎作用，可減弱神經(jīng)炎癥反應(yīng)[10]。以上提示CD4+T細(xì)胞亞群依據(jù)其功能表型可在神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展中產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)作用。

T細(xì)胞與AD

AD標(biāo)志性病理特征是β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)沉積和神經(jīng)原纖維纏結(jié)。AD主要的臨床表現(xiàn)包括記憶和語言喪失、視覺空間和執(zhí)行功能受損以及行為異常等[11]。在AD患者及AD動(dòng)物模型大腦中均發(fā)現(xiàn)浸潤C(jī)D4+T細(xì)胞[12]。外周CD4+T細(xì)胞缺失的AD小鼠模型腦內(nèi)淀粉樣蛋白沉積增加兩倍以上，Marsh等[13]發(fā)現(xiàn)適應(yīng)性免疫缺失可顯著影響中樞Aβ蛋白的清除，同時(shí)減弱小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬活性且促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞極化為神經(jīng)炎癥表型，進(jìn)一步加劇AD病程中神經(jīng)炎癥反應(yīng)。不同T細(xì)胞亞群在AD病程中發(fā)揮的效應(yīng)正逐漸被探究。多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提示浸潤中樞的Th1細(xì)胞可通過誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化加速AD進(jìn)展。Browne等[14]研究者也發(fā)現(xiàn)Th1細(xì)胞可促進(jìn)AD小鼠大腦中Aβ蛋白沉積，損害小鼠認(rèn)知功能；而Fisher等[15]在AD小鼠大腦中注射Aβ蛋白特異性Th1細(xì)胞(一種以Aβ蛋白作為抗原主動(dòng)免疫刺激產(chǎn)生的具有抗原特異性的Th1細(xì)胞)后觀察到Aβ蛋白清除增加且促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生。以上研究提示Th1細(xì)胞在AD發(fā)生發(fā)展過程中的作用尚存在爭(zhēng)議。Th2細(xì)胞在AD進(jìn)展中的神經(jīng)保護(hù)作用已得到證實(shí)，向AD小鼠腦中注射Aβ特異性Th2細(xì)胞可改善其認(rèn)知功能，與未經(jīng)處理的AD小鼠相比，注射Aβ特異性Th2細(xì)胞的小鼠海馬中浸潤斑塊的小膠質(zhì)細(xì)胞減少30%，血管淀粉樣變性減少，血漿中促炎因子IFN-γ、腫瘤壞死因子-α、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子等水平降低[16]。目前，AD疫苗正被逐步研發(fā)，多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明理想的AD疫苗應(yīng)誘導(dǎo)激活針對(duì)Aβ蛋白的Th2免疫反應(yīng)，并抑制Aβ蛋白誘導(dǎo)的Th1和Th17免疫反應(yīng)，以限制并預(yù)防神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性[17]。

Th17及Treg細(xì)胞在AD中的作用也被逐漸揭示。滲透到大腦實(shí)質(zhì)的Th17細(xì)胞通過釋放促炎細(xì)胞因子IL- 17和IL- 22及激活Fas/FasL凋亡途徑直接作用于神經(jīng)元參與AD的神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)變性[18]。IL- 17是Th17細(xì)胞主要分泌的細(xì)胞因子，是T細(xì)胞誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的早期啟動(dòng)因子，可放大炎癥反應(yīng)。給予IL- 17 抗體，可改善Aβ蛋白誘導(dǎo)的神經(jīng)變性和認(rèn)知功能損害[19]。AD病程中Treg細(xì)胞的作用仍存在爭(zhēng)議，Dansokho等[20]研究認(rèn)為Treg細(xì)胞在AD小鼠病程發(fā)展中發(fā)揮有益作用。Treg細(xì)胞的耗竭加速了AD小鼠認(rèn)知功能障礙的發(fā)作，而小鼠認(rèn)知功能可通過擴(kuò)增Treg細(xì)胞得以改善。而Baruch等[21]通過耗竭Treg細(xì)胞或藥理性抑制Treg細(xì)胞活性，觀察到AD小鼠大腦中Aβ蛋白清除增加、神經(jīng)炎癥反應(yīng)減輕及小鼠認(rèn)知功能改善。Zhang等[22]在AD大鼠大腦皮層及海馬中觀察到Th17細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子RORγt的mRNA表達(dá)較高，其分泌的細(xì)胞因子(包括IL- 17和IL- 22)也增加，而Treg細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Foxp3的mRNA表達(dá)較少，其相關(guān)細(xì)胞因子(包括TGF-β和IL- 35)減少。

T細(xì)胞與PD

PD被認(rèn)為是發(fā)病率僅次于AD的神經(jīng)退行性疾病，其主要病理變化是黑質(zhì)紋狀體途徑中多巴胺能神經(jīng)元逐漸丟失[23]，殘存的神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn)以α-突觸核蛋白為主要成分的嗜酸性包涵體—路易氏體。PD患者可出現(xiàn)一系列運(yùn)動(dòng)失調(diào)癥狀，包括運(yùn)動(dòng)遲緩肌肉僵硬和靜息性震顫。CD4+T細(xì)胞在趨化因子的作用下，通過受損的血腦屏障進(jìn)入中樞，對(duì)修飾的α-突觸核蛋白或其他被修飾的抗原啟動(dòng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答促使多巴胺能神經(jīng)元凋亡。研究不同品系T細(xì)胞缺陷小鼠發(fā)現(xiàn)，缺乏T細(xì)胞可導(dǎo)致PD中多巴胺能神經(jīng)元變性的顯著減弱，提示T細(xì)胞與PD具有相關(guān)性[24]。在PD患者及PD模型小鼠大腦中均發(fā)現(xiàn)CD4+T細(xì)胞浸潤，浸潤的T細(xì)胞通過Fas/FasL途徑產(chǎn)生細(xì)胞毒性導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元凋亡[25]。CD4+T細(xì)胞上表達(dá)的多巴胺受體D3(dopamine D3 receptor，DRD3)也可參與PD病程中多巴胺能神經(jīng)元的神經(jīng)變性[26]，攜帶DRD3缺陷CD4+T細(xì)胞的小鼠對(duì)神經(jīng)炎癥不敏感，藥理性抑制DRD3可以改善PD模型小鼠運(yùn)動(dòng)障礙[24]。

參與PD病程的CD4+T細(xì)胞亞群對(duì)神經(jīng)元可產(chǎn)生不同的影響。Th1細(xì)胞能夠?qū)⒙芬资象w中的α-突觸核蛋白識(shí)別為修飾的自身蛋白，加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)退行性變，促進(jìn)神經(jīng)元凋亡[27]。Th17細(xì)胞則通過病變的血腦屏障浸潤到PD模型小鼠的腦實(shí)質(zhì)，一方面通過促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化發(fā)揮神經(jīng)毒性作用，另一方面Th17細(xì)胞依賴于白細(xì)胞功能相關(guān)抗原- 1/細(xì)胞間黏附分子- 1相互作用直接損傷神經(jīng)元[28]。有研究揭示PD患者循環(huán)及死后腦組織中檢測(cè)到的Th17細(xì)胞數(shù)量增加，Th17細(xì)胞釋放的IL- 17與中腦神經(jīng)元上表達(dá)的IL- 17受體結(jié)合，通過上調(diào)核轉(zhuǎn)錄因子-κB誘導(dǎo)下游信號(hào)介導(dǎo)神經(jīng)元死亡[29]。與上述研究發(fā)現(xiàn)的PD患者循環(huán)中Th17細(xì)胞數(shù)量增加這一結(jié)果不同，另有研究提示PD患者循環(huán)中Th17細(xì)胞數(shù)量減少[30]，因此，PD病程中Th17細(xì)胞數(shù)量變化目前仍存在爭(zhēng)議。在PD背景下，Th2和Treg細(xì)胞有助于小膠質(zhì)細(xì)胞獲得M2類抗炎表型，具有神經(jīng)保護(hù)作用。Treg細(xì)胞可通過減弱PD模型動(dòng)物中Th17細(xì)胞介導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元變性及抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)作用[27]。近期有研究表明Treg細(xì)胞還可以通過CD45及半乳糖凝集素- 1相互作用防止多巴胺能神經(jīng)元丟失，減輕大腦中的炎癥反應(yīng)[31]。

T細(xì)胞與MS

MS是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種慢性脫髓鞘疾病，其特征為由自身免疫機(jī)制觸發(fā)的髓鞘損害、軸突變性和神經(jīng)炎癥[32]。MS病變的組織病理學(xué)檢查顯示，CD4+T細(xì)胞在MS病變腦區(qū)中蓄積，提示這些細(xì)胞參與MS病理過程[33]。髓鞘特異性CD4+T細(xì)胞在MS及動(dòng)物模型，即實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)中發(fā)揮主要作用[34]。

MS發(fā)生發(fā)展可由不同炎癥反應(yīng)性CD4+T細(xì)胞亞群和極化因子驅(qū)動(dòng)[35]。Th1細(xì)胞介導(dǎo)的炎性損傷以巨噬細(xì)胞浸潤和遲發(fā)型超敏反應(yīng)為主，而Th17細(xì)胞介導(dǎo)的損傷以中性粒細(xì)胞浸潤為主。Th17細(xì)胞分泌IL- 17，與血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞IL- 17受體結(jié)合，破壞血腦屏障，促使大量T細(xì)胞浸潤中樞，進(jìn)一步加重MS病灶內(nèi)的炎癥反應(yīng)。Foxp3是Treg細(xì)胞的特異性轉(zhuǎn)錄因子，MS患者腦活檢顯示Foxp3表達(dá)下調(diào)，提示MS病程中Treg細(xì)胞向神經(jīng)炎癥部位遷移受到限制；此外，病灶處Treg細(xì)胞內(nèi)的促凋亡因子表達(dá)增加。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中使用Treg細(xì)胞增殖分子吲哚胺2，3雙加氧酶的抑制劑可導(dǎo)致EAE惡化[36]。為進(jìn)一步明確Treg細(xì)胞在MS中的作用，有研究追蹤了小鼠體內(nèi)的Treg細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)髓鞘特異性Treg細(xì)胞可以浸潤中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但無法抑制神經(jīng)炎癥及預(yù)防疾病發(fā)生[37]。MS中Treg細(xì)胞功能仍需深入探究。

T細(xì)胞與ALS

ALS是一種致命性神經(jīng)退行性疾病，其特征包括上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行性變性，遠(yuǎn)端軸突病變及目標(biāo)肌群麻痹，可導(dǎo)致患者嚴(yán)重殘疾并最終因通氣衰竭而死亡[38]。Chiu等[39]觀察到在ALS小鼠模型的脊髓中有CD4+T細(xì)胞浸潤，CD4+T細(xì)胞可發(fā)揮內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)作用，其缺失可加速ALS疾病進(jìn)程；被動(dòng)轉(zhuǎn)移CD4+T細(xì)胞至缺乏功能性T細(xì)胞的ALS小鼠模型中可延長(zhǎng)小鼠生存期。CD4+T細(xì)胞可通過調(diào)節(jié)中樞小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞活化狀態(tài)保護(hù)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，使其免于退化[40]。在ALS進(jìn)展的不同階段，浸潤中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各類CD4+T細(xì)胞亞群數(shù)量會(huì)發(fā)生改變。在疾病初期，ALS小鼠模型脊髓中浸潤的Treg細(xì)胞數(shù)量增加，隨著疾病逐漸進(jìn)展，Treg細(xì)胞數(shù)量逐漸減少；在疾病迅速進(jìn)展階段，脊髓中浸潤的Th1細(xì)胞數(shù)量占主導(dǎo)地位[41]，Treg細(xì)胞數(shù)量及其特異性轉(zhuǎn)錄因子Foxp3表達(dá)均減少。ALS小鼠模型中Treg細(xì)胞的擴(kuò)增可顯著延長(zhǎng)小鼠的生存時(shí)間，抑制膠質(zhì)細(xì)胞的免疫反應(yīng)和增加神經(jīng)保護(hù)性基因表達(dá)。一項(xiàng)臨床前瞻性研究表明，Th2和Treg細(xì)胞數(shù)量增加與疾病進(jìn)展速度減慢有關(guān)[42]。Th2細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子GATA3和Treg細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Foxp3是檢測(cè)疾病進(jìn)展速度的可靠指標(biāo)，F(xiàn)oxp3水平的早期下降提示患者處于病程快速進(jìn)展階段[43]。這些研究結(jié)果明確了Treg細(xì)胞在ALS病程發(fā)展中具有有益的神經(jīng)保護(hù)作用，而Th1、Th2、Th17細(xì)胞在ALS中的作用仍未被完全揭示，需要進(jìn)一步探究。

總結(jié)與展望

正常情況下，外周免疫細(xì)胞很難進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展時(shí)，外周CD4+細(xì)胞可通過脈絡(luò)叢或受損的血腦屏障浸潤中樞。脈絡(luò)叢是介導(dǎo)外周免疫細(xì)胞與中樞免疫反應(yīng)的重要部位，循環(huán)中免疫抑制細(xì)胞過量或效應(yīng)T細(xì)胞不足均可抑制脈絡(luò)叢活化，繼而加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)[44]。CD4+T細(xì)胞作為外周免疫細(xì)胞的重要組成部分，可分化成不同的亞群，各亞群相互作用介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)在神經(jīng)退行性疾病病程中發(fā)揮不同的作用，共同調(diào)節(jié)疾病進(jìn)程。探究CD4+T細(xì)胞各亞群作用及致病機(jī)制，將會(huì)對(duì)神經(jīng)退行性疾病未來治療提供新的靶點(diǎn)。