小膠質(zhì)細(xì)胞在阿爾茨海默病神經(jīng)炎性反應(yīng)中作用的研究進(jìn)展

王遠(yuǎn)卓，鄭清月，張翰林，仇文穎，王 濤，馬 超*

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)學(xué)院 人體解剖學(xué)與組織學(xué)胚胎學(xué)系， 北京 100005;2.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系 八年制臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)，北京 100730)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是老年人最常見的慢性中樞性神經(jīng)退行性病變。AD以進(jìn)行性行為損害和認(rèn)知功能障礙作為主要特征，發(fā)病機制尚不明確[1]。

小膠質(zhì)細(xì)胞是一種駐留于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膠質(zhì)細(xì)胞，是大腦中的主要免疫細(xì)胞，占細(xì)胞總數(shù)的10%～15%，具有維持穩(wěn)態(tài)和支持腦功能的重要作用。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞在AD神經(jīng)炎性反應(yīng)中起重要作用。當(dāng)腦穩(wěn)態(tài)被打破時，靜息小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，發(fā)生多種形態(tài)功能變化，上調(diào)趨化因子、細(xì)胞因子和其他炎性反應(yīng)相關(guān)分子表達(dá)，增強細(xì)胞吞噬功能并參與到神經(jīng)炎性反應(yīng)病理中。本文就近年來小膠質(zhì)細(xì)胞在AD神經(jīng)炎性反應(yīng)中作用的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行簡要綜述。

1 AD分型及神經(jīng)炎性反應(yīng)

根據(jù)AD起病時間，將其分為早發(fā)型AD (early onset Alzheimer’s disease, EOAD)和遲發(fā)型AD(late onset Alzheimer’s disease, LOAD)兩種。早發(fā)型累及家族性患者，往往年輕起病，病程較急，預(yù)后較差。而遲發(fā)型患者一般散發(fā)，起病隱匿，發(fā)病年齡大于65歲，病程進(jìn)展相對緩慢。遲發(fā)型患者占病例總數(shù)的95%以上。

AD的經(jīng)典神經(jīng)炎性改變包括腦萎縮、溝回增寬、腦室擴(kuò)大、細(xì)胞外β-淀粉樣斑塊(abeta plaque，Aβ)沉積、磷酸化tau蛋白沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles, NFT)、突觸和神經(jīng)元大量丟失等。其中，β-淀粉樣斑塊沉積是AD最顯著的神經(jīng)病理學(xué)特點。這些反應(yīng)顯著影響神經(jīng)細(xì)胞的功能，成為臨床癥狀的基礎(chǔ)。然而，人群中90%在30歲時出現(xiàn)皮層tau病理改變，至40歲，幾乎所有個體表現(xiàn)出輕度NFT[2]。病理改變可能不是AD發(fā)病的根本原因，而是炎性反應(yīng)的表現(xiàn)。

2018年以來，正電子發(fā)射型計算機斷層顯像技術(shù)(positron emission tomography-computed tomography, PET-CT)在體內(nèi)實驗的應(yīng)用證實小膠質(zhì)細(xì)胞激活和β-淀粉樣斑塊沉積或tau蛋白病理改變相關(guān)[3]。早發(fā)型和晚發(fā)型AD患者大部分腦區(qū)發(fā)生小膠質(zhì)細(xì)胞激活，甚至包括嗅球和小腦，兩型患者的激活模式基本相似[4-5]。神經(jīng)炎性反應(yīng)的嚴(yán)重程度可用于評估早期患者預(yù)后。小膠質(zhì)細(xì)胞激活在AD神經(jīng)炎性反應(yīng)中可能起重要作用。

2 AD中小膠質(zhì)細(xì)胞的活化

對尸檢樣品的研究提供了小膠質(zhì)細(xì)胞活化的線索。與對照組相比，活化小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物MHC-Ⅱ和CD68陽性細(xì)胞計數(shù)升高，而泛小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物(包括靜息和激活小膠質(zhì)細(xì)胞)IBA1和CD11b陽性細(xì)胞計數(shù)無統(tǒng)計學(xué)意義，證明小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目未增加，激活卻顯著提高[6]。與無癥狀高病理受累個體相比，患者樣本中出現(xiàn)了更多激活小膠質(zhì)細(xì)胞，說明小膠質(zhì)細(xì)胞活化可能早于病理改變[7]。對AD患者腦樣本的研究顯示，激活小膠質(zhì)細(xì)胞常分布在海馬等AD受累區(qū)，伴隨AD進(jìn)展，健康小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)學(xué)的改變與正常神經(jīng)元的大量變性同時出現(xiàn)。

從AD患者腦中鑒定出一種“營養(yǎng)不良”的小膠質(zhì)細(xì)胞。“營養(yǎng)不良”是指小膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)脂褐素沉積，從具有多個胞質(zhì)突起逐漸向球形腫脹、胞質(zhì)碎裂、形成小體過渡的細(xì)胞破碎過程。在晚期AD尸檢標(biāo)本中，“營養(yǎng)不良”小膠質(zhì)細(xì)胞廣泛存在，并與神經(jīng)炎性反應(yīng)共定位。除了在腦灰質(zhì)發(fā)現(xiàn)“營養(yǎng)不良”小膠質(zhì)細(xì)胞，在白質(zhì)也發(fā)現(xiàn)表達(dá)MHC-Ⅱ的“營養(yǎng)不良”小膠質(zhì)細(xì)胞[8]。MHC-Ⅱ的高度表達(dá)代表神經(jīng)炎性反應(yīng)的發(fā)生，因此白質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞可能也參與炎性反應(yīng)過程。

單細(xì)胞RNA測序技術(shù)鑒定了另一種神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞(disease-associated microglia, DAM)。這種小膠質(zhì)細(xì)胞活化依賴于TREM2信號，并參與β-淀粉樣斑塊的吞噬清除和脂質(zhì)代謝。TREM2突變已被全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study, GWAS)鑒定為LOAD的可能致病基因[9]。TREM2信號和配體Tyrobp結(jié)合，通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞因子產(chǎn)生和分泌對炎性反應(yīng)進(jìn)行抑制，其突變可能顯著增強炎性反應(yīng)。在小鼠模型和人類中已經(jīng)證明，TREM2的純合突變可導(dǎo)致癡呆[10]。尚不清楚DAM與營養(yǎng)不良小膠質(zhì)細(xì)胞的關(guān)聯(lián)。

3 神經(jīng)炎性反應(yīng)中小膠質(zhì)細(xì)胞的致病機制

小膠質(zhì)細(xì)胞可能在神經(jīng)炎性反應(yīng)中起雙重性作用。在疾病早期，小膠質(zhì)細(xì)胞主動吞噬受損神經(jīng)元，降解胞外β-淀粉樣沉積斑塊，維持神經(jīng)穩(wěn)態(tài)。而在疾病晚期，小膠質(zhì)細(xì)胞可能進(jìn)斑塊沉積并加重炎性反應(yīng)。激活小膠質(zhì)細(xì)胞能釋放IL-1β、IL-6和TNF-α等，并通過誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生來增強氧化應(yīng)激[11]。小膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)的受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1會增強一種內(nèi)體/溶酶體組織蛋白酶抑制劑CST7蛋白的表達(dá)，從而降低初級免疫細(xì)胞的吞噬能力[12]。小鼠模型中也顯示小膠質(zhì)細(xì)胞可以在β-淀粉樣蛋白斑塊存在下破壞神經(jīng)元周圍細(xì)胞網(wǎng)(perineuronal nets, PNNs)來損傷神經(jīng)元功能[13]。

小膠質(zhì)細(xì)胞可影響補體系統(tǒng)反應(yīng)來參與神經(jīng)炎性反應(yīng)?；颊叩哪X脊液中補體C3蛋白濃度升高，提示AD補體系統(tǒng)發(fā)生改變[14]。小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)高水平的補體受體CR3蛋白，而CR3在發(fā)育過程中對突觸修剪至關(guān)重要。C3和CR3的表達(dá)共同導(dǎo)致β-淀粉樣斑塊沉積吞噬作用上調(diào)，而補體抑制或缺乏會導(dǎo)致淀粉樣蛋白斑塊加速積累。其他證據(jù)則指出抑制或敲除小膠質(zhì)細(xì)胞CR3可降低β-淀粉樣斑塊沉積水平， 應(yīng)用C3蛋白的拮抗劑可改善斑塊負(fù)荷[15]。需要進(jìn)一步研究以更好確定小膠質(zhì)細(xì)胞與補體作用在AD神經(jīng)炎性反應(yīng)中的作用。

β-淀粉樣斑塊沉積也可進(jìn)入小膠質(zhì)細(xì)胞胞內(nèi)誘導(dǎo)毒性反應(yīng)，干擾細(xì)胞的自噬和吞噬作用，進(jìn)一步促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞衰老。這就出現(xiàn)了β-淀粉樣蛋白沉積和細(xì)胞損害的惡性循環(huán)。在β-淀粉樣斑塊沉積作用下，CD68陽性小膠質(zhì)細(xì)胞中出現(xiàn)自噬小體，提示小膠質(zhì)細(xì)胞自噬能力受損。其他證據(jù)表明，鐵蓄積、IL-1β、脂多糖、前列腺素E2和叔丁基氫過氧化物可加速這一過程，降低小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬功能，從而增強β-淀粉樣斑塊沉積聚集[16]。

4 針對小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎性反應(yīng)中的作用治療AD

臨床上使用乙酰膽堿酯酶抑制劑如多奈哌齊、加蘭他敏和卡巴拉汀，以及N-甲基-D-天冬氨酸受體拮抗劑如美金剛來對癥治療AD[17]。近年來，開發(fā)了許多抗β-淀粉樣斑塊沉積的藥物。最初，這些藥物在臨床試驗早期階段能有效清除β-淀粉樣斑塊，顯示潛在臨床價值。但是，由于輕度至中度甚至某些前驅(qū)期患者的斑塊沉積水平已經(jīng)達(dá)到不可逆閾值，這些藥物未能通過III期臨床試驗[18]。近年來，新治療策略開始集中于小膠質(zhì)細(xì)胞在AD神經(jīng)炎性反應(yīng)中的作用，特別是對抗感染及抗氧化藥物的研究[19]。

Rilapladib是脂蛋白相關(guān)磷脂酶 A2的一種選擇性抑制劑，其可以減少促炎細(xì)胞因子作用以恢復(fù)血腦屏障完整性，從而減少神經(jīng)炎性反應(yīng)[20-21]。此外，過表達(dá)TREM2 可以抑制小膠質(zhì)細(xì)胞促炎作用來改善神經(jīng)炎性反應(yīng)[22]。受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1抑制劑可以恢復(fù)被小膠質(zhì)細(xì)胞抑制的吞噬細(xì)胞功能，為AD的治療提供新思路[23]。非甾體抗炎藥可以抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化并減少活化小膠質(zhì)細(xì)胞積累，因此也有潛在應(yīng)用價值[24]。此外，具有抗氧化特性的酚類化合物，如橄欖苦苷和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate, EGCG)也很受關(guān)注，可在AD早期治療中使用[25]?；謴?fù)健康小膠質(zhì)細(xì)胞活性、抑制疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞功能，可能是緩解神經(jīng)炎性反應(yīng)乃至控制患者臨床癥狀的重要治療方向。

5 問題與展望

AD發(fā)病機制不明，是老年人最常見的慢性中樞性神經(jīng)退行病變。小膠質(zhì)細(xì)胞與AD神經(jīng)炎性反應(yīng)密切相關(guān)，在腦區(qū)普遍激活，能夠加速病理進(jìn)展。已經(jīng)在患者腦中鑒定出兩種特殊類型的小膠質(zhì)細(xì)胞，即“營養(yǎng)不良”的和DAM小膠質(zhì)細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞的致病作用包括增強氧化應(yīng)激、降低免疫細(xì)胞吞噬能力、破壞神經(jīng)元周圍細(xì)胞網(wǎng)、自噬功能降低引起β-淀粉樣斑塊沉積和抑制補體系統(tǒng)。近年來，針對小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎性反應(yīng)中的作用，開發(fā)了一系列抗感染及抗氧化藥物，為減少AD神經(jīng)炎性反應(yīng)，改善臨床癥狀做出了有益的嘗試。尚需更多研究確定小膠質(zhì)細(xì)胞在AD神經(jīng)炎性反應(yīng)中的分子機制，以確定其在不同時間和空間水平上的變化，并開發(fā)針對性藥物。