阿爾茨海默病免疫炎癥機(jī)制的研究進(jìn)展

米彩云 王虎平

(甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

阿爾茨海默病(AD)是常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，以神經(jīng)退行性病變?yōu)橹?，漸進(jìn)性記憶缺失、整體認(rèn)知障礙、行為異常等為主要臨床表現(xiàn)，多影響60歲以上的中老年人群〔1〕。隨著人口老齡化，AD患病率正逐漸上升，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)研究預(yù)測(cè)〔2〕，到2050年我國(guó)AD患者人數(shù)將超過3 000萬人，給家庭和社會(huì)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前，AD的發(fā)病機(jī)制還不十分明確，沒有確切有效的治療方案，但其公認(rèn)的主要病理特征是含有β-淀粉樣蛋白(Aβ)的神經(jīng)炎性斑塊、tau蛋白異常磷酸化聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)和神經(jīng)炎癥〔3〕。據(jù)此，學(xué)者提出了諸多病機(jī)假說，其中針對(duì)免疫炎癥學(xué)說，相關(guān)流行病學(xué)研究明確證實(shí)〔4，5〕，持續(xù)使用非甾體抗炎藥可以降低AD發(fā)病率，非甾體抗炎藥可以作為AD的預(yù)防性治療方案。因此，近年來免疫炎癥假說得到了廣泛認(rèn)可。

炎癥反應(yīng)是機(jī)體在內(nèi)、外界損傷因子的刺激下，自行產(chǎn)生的一種防御性反應(yīng)，是非特異性免疫的重要組成部分〔6〕。當(dāng)機(jī)體識(shí)別到損傷因子時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)免疫性炎癥反應(yīng)，其目的為清除體內(nèi)損傷因子，完成損傷部位組織修復(fù)。然而，如果炎癥因子持續(xù)存在，就會(huì)逐漸發(fā)展成慢性炎癥〔7〕。慢性神經(jīng)炎癥可通過炎性細(xì)胞增殖、活性氧(ROS)生成和廣泛的DNA改變誘導(dǎo)細(xì)胞損傷〔8〕。大量實(shí)驗(yàn)研究表明〔9～12〕，神經(jīng)炎癥與AD的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，它參與AD的病理過程。

1 MG在AD中的作用

MG是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常駐免疫細(xì)胞，充當(dāng)抗原呈遞細(xì)胞的角色，并具有吞噬毒性產(chǎn)物、釋放抗炎因子的作用〔26〕。在穩(wěn)態(tài)下，MG處于靜息狀態(tài)，監(jiān)測(cè)體內(nèi)微環(huán)境，保證機(jī)體穩(wěn)態(tài)。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損時(shí)，MG迅速被激活，釋放抗炎因子，并能吞噬細(xì)胞碎片、改變分泌物(如抗淀粉樣蛋白聚集素和NFT)以保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，因此MG在預(yù)防炎癥中具有保護(hù)神經(jīng)元的作用〔27，28〕。但是，當(dāng)炎癥反應(yīng)較劇烈時(shí)，MG會(huì)被過度激活，產(chǎn)生和釋放炎癥細(xì)胞因子、神經(jīng)毒性物質(zhì)。炎癥細(xì)胞因子導(dǎo)致炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，神經(jīng)毒性物質(zhì)直接損傷神經(jīng)纖維，故大多數(shù)的研究將激活的MG劃分為兩種表型即促炎癥表型(M1表型)和抗炎表型(M2表型)〔29，30〕。M1表型由脂多糖(LPS)刺激誘導(dǎo)，其特點(diǎn)是過度釋放多種促炎細(xì)胞因子，如TNF-α、IL-1β和IL-6等，并具有顯著的吞噬能力。M2表型由IL-4、IL-10等刺激誘導(dǎo)，其特征是釋放多種神經(jīng)生長(zhǎng)因子，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)-1、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)和神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)等〔31〕。故而，向M1表型的轉(zhuǎn)變會(huì)加劇炎癥反應(yīng)，向M2表型的轉(zhuǎn)變有助于神經(jīng)損傷的修復(fù)和愈合。研究認(rèn)為MG狀態(tài)在促炎性M1表型和神經(jīng)保護(hù)性M2表型之間沒有明顯的區(qū)分，根據(jù)刺激的性質(zhì)和暴露于刺激之前的細(xì)胞原始激活狀態(tài)，M1 和 M2 型標(biāo)記的表達(dá)是交叉進(jìn)行的〔32，33〕。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)〔34〕，MG所介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在AD早期是有益的，因?yàn)榛罨腗G可以通過增加吞噬、清除和降解Aβ以減少聚集和沉淀。此外，MG還可以分泌一些可溶性細(xì)胞因子，如膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)，有利于受損神經(jīng)元的存活。但隨著病情的進(jìn)展，Aβ的聚集會(huì)改變MG的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平〔35，36〕，造成清道夫受體(SR)、晚期糖化終末產(chǎn)物受體(RAGE)、甲?；鞍资荏w(FPR)-1等Aβ結(jié)合受體表達(dá)降低，IL-1β及TNF-α等促炎性細(xì)胞因子表達(dá)升高，從而導(dǎo)致MG對(duì)Aβ的清除能力降低和炎癥上調(diào)，加重Aβ沉積。過度活化的MG也被證明能產(chǎn)生ROS自由基、一氧化氮(NO)和神經(jīng)毒性物質(zhì)，進(jìn)一步損傷神經(jīng)元〔37，38〕。在一項(xiàng)針對(duì)年輕和衰老轉(zhuǎn)基因小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)〔39〕，與健康年輕的大腦相比，衰老的大腦中激活的MG水平升高，這些MG與典型的促炎和抗炎細(xì)胞因子生物標(biāo)記物(如TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-6和IL-10等)的表達(dá)增加有關(guān)。

2 AS在AD中的作用

AS位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是大腦中最豐富的細(xì)胞，主要作用是維持離子平衡，為神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)，并在Aβ與神經(jīng)元之間形成保護(hù)性屏障〔40，41〕。研究發(fā)現(xiàn)〔42〕，在AD炎癥反應(yīng)中，TNF-α和干擾素(INF)-γ共同刺激AS的活化，導(dǎo)致Aβ分泌增多，最終提高腦內(nèi)Aβ的含量，同時(shí)，Aβ反過來又可激活A(yù)S，釋放多種炎癥因子，包括ILs、IFNs、TNFs、NO等，從而加重神經(jīng)炎癥反應(yīng)。炎癥因子的過度表達(dá)，又可能導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生和AS的丟失，高水平的ROS可引起氧化應(yīng)激，刺激Ca2+的釋放，從而導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，細(xì)胞器損傷，直至神經(jīng)細(xì)胞凋亡〔43〕。有學(xué)者在癡呆患者大腦神經(jīng)炎斑塊中發(fā)現(xiàn)了豐富的膠質(zhì)細(xì)胞，且分析顯示AS增多的程度與認(rèn)知障礙之間存在相關(guān)性〔44〕。另有報(bào)道指出〔45〕，AS除了能夠產(chǎn)生Aβ外，還可以攝取和內(nèi)化細(xì)胞外環(huán)境中的Aβ，并將這些 Aβ進(jìn)行降解，這表明AS還具有神經(jīng)保護(hù)作用。

3 促炎細(xì)胞因子在AD中的作用

促炎細(xì)胞因子與Aβ之間的相互作用是AD的主要特征。Aβ在大腦中的慢性沉積通過激活MG來驅(qū)動(dòng)腦神經(jīng)炎癥，據(jù)報(bào)道〔46〕MG是AD中促炎細(xì)胞因子的主要來源，與MG表面結(jié)合的Aβ誘導(dǎo)促炎基因表達(dá)，并導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18的升高，從而導(dǎo)致tau高磷酸化和神經(jīng)元丟失。

3.1IL-1β IL-1β是一種小的可溶性糖蛋白，是大腦中存在主要的促炎細(xì)胞因子，是AD疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵分子。IL-1β是由激活的MG和AS在細(xì)胞質(zhì)中以前體蛋白(pro)-IL-1β的形式合成和釋放，以應(yīng)對(duì)各種刺激。pro-IL-1β無生物活性，必須經(jīng)過天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspase)-1裂解才具有活性，而pro-caspase-1被稱為炎癥小體的胞質(zhì)多蛋白復(fù)合物激活〔47〕。曾有文獻(xiàn)報(bào)道〔48〕，可溶性寡聚Aβ(oAβ)通過ROS依賴性激活NLRP3炎癥小體，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞中pro-IL-1β向成熟IL-1β的轉(zhuǎn)化。有證據(jù)表明〔49〕，Aβ寡聚體可誘導(dǎo)IL-1β成熟，增強(qiáng)神經(jīng)毒性，增加caspase-1活性，從而增強(qiáng)氧化應(yīng)激。但是，并非所有IL-1β所致炎癥均與核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(NLRP)3和caspase-1有關(guān)，caspase-1缺陷小鼠也可發(fā)生IL-1β所導(dǎo)致的炎癥疾病。此外，IL-1β可能在AD病理過程中發(fā)揮有益作用，在AD小鼠模型和細(xì)胞培養(yǎng)模型中，IL-1β的持續(xù)高表達(dá)通過調(diào)節(jié)MG依賴性斑塊降解或促進(jìn)非淀粉樣蛋白APP的裂解，能夠減少Aβ相關(guān)的病理學(xué)改變〔50〕。因此，IL-1β在AD發(fā)病中可能起著復(fù)雜的作用。

3.2IL-6 IL-6是一種促炎癥分子，主要由激活的MG、不同腦區(qū)的AS產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)〔51〕，AD患者和大鼠模型中，IL-6在腦脊液和血漿中顯著升高，尤其是在淀粉樣斑塊周圍。許多研究已經(jīng)探討了IL-6與AD結(jié)合的分子機(jī)制，首先，IL-6在神經(jīng)元中具有促進(jìn)APP加工和產(chǎn)生的作用，同時(shí)，APP的羧基末端 105 個(gè)氨基酸可激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，從而增加IL-6的合成和釋放〔52〕。IL-6的產(chǎn)生依賴于MG的TLR2-MyD88信號(hào)通路和人腦內(nèi)皮細(xì)胞Jun N-末端激酶(JNK)-活化轉(zhuǎn)錄因子催化蛋白(AP)1信號(hào)通路的激活。其次，IL-6處理的海馬細(xì)胞通過細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)5/p35誘導(dǎo)tau磷酸化或通路解除調(diào)控，促進(jìn)NFT的形成〔53〕。再者，IL-6還可以激活Janus激酶(JAK)/信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(STATs)、N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體和絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)-p38蛋白激酶都參與了神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白的異常磷酸化〔29，54〕。此外，IL-6在神經(jīng)炎癥和神經(jīng)退行性變中也起著復(fù)雜的調(diào)節(jié)認(rèn)知功能的作用，研究證實(shí)〔55〕，在炎癥條件下，由于衰老或炎癥引起的神經(jīng)元NADPH氧化酶的激活而產(chǎn)生過量的IL-6可能損害認(rèn)知過程。

3.3TNF-α TNF-α是由膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和神經(jīng)元產(chǎn)生的一種多效促炎性細(xì)胞因子，參與炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答。TNF-α在AD患者的大腦和血漿中顯著升高，并且可誘導(dǎo)Aβ的產(chǎn)生，加重炎癥反應(yīng)〔56〕。報(bào)道〔57〕稱當(dāng)用腺相關(guān)病毒(AAV)載體在三轉(zhuǎn)基因AD小鼠中慢性高表達(dá)神經(jīng)元特異性TNF-α?xí)r，短期內(nèi)細(xì)胞中Aβ增加，炎癥和tau病理增強(qiáng)，長(zhǎng)期內(nèi)可導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡。該研究表明，TNF-α信號(hào)的過度表達(dá)可增強(qiáng)AD相關(guān)的病理學(xué)，并對(duì)神經(jīng)元活性有害。

然而，對(duì)TNF-α的神經(jīng)保護(hù)作用也有報(bào)道。例如，早在1995年〔58〕已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在存在Aβ肽的情況下，用TNF-α預(yù)處理的解離的神經(jīng)元培養(yǎng)物可通過NF-κB依賴性信號(hào)傳導(dǎo)抑制ROS和Ca2+的積累，從而使細(xì)胞免于Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡。也有報(bào)道稱TNF-α對(duì)大鼠海馬神經(jīng)元具有營(yíng)養(yǎng)作用，并能在豐富的原代神經(jīng)元培養(yǎng)物中抵御谷氨酸、ROS和Aβ毒性〔59〕。此外，研究證明〔35〕鞘內(nèi)的TNF-α水平與腦細(xì)胞凋亡和神經(jīng)元降解呈負(fù)相關(guān)，人類神經(jīng)元細(xì)胞與TNF-α的孵育導(dǎo)致bcl-2的產(chǎn)生，bcl-2是一種已知下調(diào)神經(jīng)元凋亡的分子〔60〕。這些數(shù)據(jù)表明了TNF信號(hào)通路的復(fù)雜性，值得進(jìn)行更多的研究以更好地了解AD背景下TNF-α的細(xì)胞特異性作用。

綜上，盡管AD的確切病因病機(jī)尚未十分明確，但免疫炎癥在AD病理過程中的作用已被證實(shí)。MG、AS、IL-1β、IL-6、TNF-α通過多種途徑參與AD炎癥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展。炎癥介質(zhì)在AD中的作用是復(fù)雜的，我們對(duì)其認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)未完成，今后應(yīng)著重于深入研究其對(duì)AD病理的影響，闡明AD每個(gè)階段中免疫炎癥的變化，澄清防御性和致病性的發(fā)生機(jī)制，為阻止或延緩AD的發(fā)生、發(fā)展開辟治療的新途徑、新靶點(diǎn)。