阿爾茨海默病中神經(jīng)炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

陳凱麗，李海琦，王俏麗，何金婷

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春130033)

阿爾茨海默病(AD)是一種進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病，是癡呆癥中最常見(jiàn)的一種，該病起病隱匿，病程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。目前已明確AD最常見(jiàn)的病理標(biāo)志是β淀粉樣蛋白沉積形成神經(jīng)炎性斑以及過(guò)度磷酸化的tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)[1]。許多研究證據(jù)表明，神經(jīng)炎癥在AD的發(fā)病機(jī)制中扮演著重要角色，神經(jīng)炎癥可能是AD發(fā)生和進(jìn)展的重要驅(qū)動(dòng)因素[2]。淀粉樣蛋白-β (Aβ)持續(xù)沉積會(huì)引起小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，會(huì)觸發(fā)多種神經(jīng)炎癥相關(guān)信號(hào)因子的產(chǎn)生，包括細(xì)胞因子、趨化因子、補(bǔ)體分子、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞黏著分子等，它們也會(huì)破壞血腦屏障[3]，加重AD進(jìn)展。因此神經(jīng)炎癥和小膠質(zhì)細(xì)胞活化已被認(rèn)為是AD的第3類(lèi)病理標(biāo)志[4]。本文圍繞AD中幾種神經(jīng)炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物及其作用機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為AD早期診斷及預(yù)防提供可檢測(cè)的生物標(biāo)志物。

1 可溶性Ⅱ型髓系細(xì)胞觸發(fā)受體(sTREM2)

Ⅱ型髓系細(xì)胞觸發(fā)受體(TREM2)是髓系細(xì)胞表達(dá)的先天性免疫受體，是一種跨膜蛋白，由胞外域、連接莖和C-末端尾巴組成[5]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，TREM2通過(guò)在小膠質(zhì)細(xì)胞選擇性表達(dá)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞吞噬、清除凋亡神經(jīng)元以及抑制小膠質(zhì)細(xì)胞促炎癥反應(yīng)[6]。研究表明TREM2在AD中可以調(diào)節(jié)淀粉樣蛋白的沉積及神經(jīng)炎癥[7]，其功能喪失及突變與AD的發(fā)病相關(guān)[8- 9]，目前已知的突變有R47H 突變[10]、R62H 突變[11]等。

sTREM2是TREM2的胞外結(jié)構(gòu)域經(jīng)蛋白水解切割后形成的，可在腦脊液和血液中檢測(cè)到。這使得sTREM2成為了小膠質(zhì)細(xì)胞活化和神經(jīng)炎癥的生物標(biāo)志物，一些研究證明了腦脊液中sTREM2作為一種新型生物標(biāo)志物在AD診斷中的價(jià)值[12-13]。2018年一項(xiàng)薈萃分析[14]表明，在阿爾茨海默病前期及整個(gè)疾病進(jìn)程中，腦脊液中sTREM2試驗(yàn)組與對(duì)照組相比呈波動(dòng)性增高(P<0.001)，其中在AD臨床前期、輕度認(rèn)知障礙(MCI)期和AD期都是顯著升高的，以MCI期試驗(yàn)組升高最顯著。有研究發(fā)現(xiàn)，AD患者腦脊液中sTREM2的濃度升高，且與腦脊液中磷酸化tau(P-tau)濃度密切相關(guān)，并且sTREM2與P-tau的比值可以預(yù)測(cè)老年人的認(rèn)知下降[15-16]。因此，腦脊液sTREM2水平可以幫助了解tau蛋白沉積對(duì)認(rèn)知功能下降的影響，并且sTREM2水平隨AD臨床分期波動(dòng)，在AD臨床前期及MCI期試驗(yàn)組均較對(duì)照組升高，也提示sTREM2可能是AD臨床前診斷的一種新的炎癥生物標(biāo)志物。

有研究在5xFAD模型小鼠直接立體定向注射重組體sTREM2蛋白后發(fā)現(xiàn)，sTREM2可以減少淀粉樣的斑塊沉積，挽救空間記憶和長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)作用的功能缺陷，并且增強(qiáng)了小膠質(zhì)細(xì)胞的增殖、遷移以及對(duì)Aβ的攝取和降解[17]，這也給sTREM2治療AD提供了臨床前證據(jù)。盡管關(guān)于sTREM2的作用尚不完全清楚，但相信隨著人們對(duì)sTREM2認(rèn)識(shí)的不斷加深，sTREM2可能成為最有潛力的生物標(biāo)志物。

2 單核細(xì)胞趨化蛋白-1 (MCP-1，也稱(chēng)為CCL2)

MCP-1在外周是將單核細(xì)胞募集到炎癥部位的關(guān)鍵細(xì)胞因子。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，MCP1是參與腦損傷部位免疫細(xì)胞遷移和浸潤(rùn)的重要趨化因子[18]，MCP-1與其受體 CCR2結(jié)合后會(huì)引起一系列細(xì)胞活化事件，誘導(dǎo)趨化反應(yīng)、細(xì)胞內(nèi)鈣離子的釋放以及海馬神經(jīng)元突觸網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)增強(qiáng)[19]。

腦脊液MCP-1水平的升高與MCI向AD的轉(zhuǎn)變及認(rèn)知能力下降速度加快有關(guān)[20]。研究發(fā)現(xiàn)，血漿MCP-1水平隨著AD加重而增加，并且與AD和MCI的2年認(rèn)知能力下降相關(guān)[21]，在無(wú)癥狀的老年個(gè)體中，血漿MCP-1水平的增加與記憶力下降有關(guān)[22]。Sanchez-Sanchez[23]等人對(duì)來(lái)自多領(lǐng)域阿爾茨海默病預(yù)防試驗(yàn)的1097名受試者進(jìn)行二次分析發(fā)現(xiàn)，較高水平的MCP-1與整體認(rèn)知功能和情景記憶的下降有關(guān)。探索性分析發(fā)現(xiàn)，MCP-1與海馬過(guò)度萎縮顯著相關(guān)，這提示我們MCP-1與認(rèn)知的關(guān)聯(lián)可能是由海馬結(jié)構(gòu)的變化介導(dǎo)的。并且根據(jù)對(duì)Aβ蛋白的測(cè)量，MCP-1與認(rèn)知能力下降的關(guān)系在淀粉樣的斑塊患者中最為密切。因此，腦脊液中MCP-1水平或許可能成為預(yù)測(cè)AD發(fā)病及進(jìn)展速度的候選生物標(biāo)志物。

3 殼多糖酶3樣蛋白1(CHI3L1，即YKL-40)

YKL-40是一種分泌型糖蛋白，在多種炎癥和癌癥中上調(diào)，可能在促進(jìn)炎癥和血管生成方面發(fā)揮作用。YKL-40在中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要由小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌，被細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1 β (IL-1β)等激活，被認(rèn)為是AD中最有希望的神經(jīng)炎癥生物標(biāo)志物之一[19,24]。

最近Bellaver等人[25]進(jìn)行的一項(xiàng)meta分析顯示，在AD患者腦脊液中YKL-40水平顯著增高(SMD=0.76;95%CI=0.63-0.89)。Ferrari-Souza等人[26]對(duì)75名認(rèn)知正常和17名AD患者進(jìn)行Aβ及tau標(biāo)志物PET-CT顯像、腦脊髓液中YKL-40測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，在AD患者中YKL-40顯著增高，YKL-40與tau蛋白的沉積一致。已經(jīng)有許多研究驗(yàn)證了腦脊液中YKL-40水平與總Tau(T-tau)和P-tau的關(guān)聯(lián)性[27-28]，并且YKL-40水平隨著年齡的增長(zhǎng)而持續(xù)增加，在ε4攜帶者中甚至更高[29]。這表明隨著年齡的增長(zhǎng)，神經(jīng)炎癥發(fā)生可能也在不斷增加。最近Prins等人[30]的一項(xiàng)對(duì)健康老年人(n=50)和臨床前AD患者(n=50)的研究發(fā)現(xiàn)，兩組YKL-40具有顯著差異，這表明YKL-40可能是診斷臨床前AD更敏感的炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物。最近一項(xiàng)在對(duì)AD組和對(duì)照組患者死后腦區(qū)進(jìn)行免疫組織化學(xué)、蛋白質(zhì)印跡和酶聯(lián)免疫吸附等檢測(cè)的研究發(fā)現(xiàn)，兩組YKL-40水平在顳葉和額葉皮質(zhì)未見(jiàn)明顯差異[31]，可見(jiàn)腦脊液YKL-40水平可能并不能反映AD患者特定腦區(qū)的YKL-40水平。目前對(duì)于YKL-40表達(dá)水平的調(diào)控通路以及如何影響神經(jīng)炎癥還不是很清楚，但有文獻(xiàn)報(bào)道YKL-40的表達(dá)可能受TNF-α和IL-1β影響[24]。關(guān)于YKL-40作為生物標(biāo)志物診斷AD及臨床前AD還需要更多研究的驗(yàn)證。

4 IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎細(xì)胞因子

研究表明，在AD的早期階段，Aβ激活小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮抗炎作用，但當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞被長(zhǎng)時(shí)間激活時(shí)，會(huì)釋放促炎細(xì)胞因子參與病理性tau蛋白的異常沉積和神經(jīng)元損傷[32]。這些炎癥因子主要是IL-1β、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、TNF-α[33]等。Wang等人[34]研究發(fā)現(xiàn)APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠大腦中更高的P-tau水平和Aβ聚集與IL-1β、IL-6、TNF-α增加相關(guān)。

IL-1β是白介素家族的成員，是一種促炎因子，在多種炎癥和自身免疫性疾病中起著關(guān)鍵作用。IL-1β在外周主要由單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，參與各種炎癥和自身免疫性疾病，IL-1β還廣泛分布于大腦，特別是在海馬和下丘腦。研究表明，IL-1β在AD中會(huì)加重神經(jīng)炎癥及tau蛋白磷酸化[35]，在AD患者的腦脊液和血清中均會(huì)發(fā)現(xiàn)IL-1β的上升[36-37]。IL-6白介素家族的一種具有趨化作用細(xì)胞因子，研究表明與健康老年人相比，IL-6在AD患者腦脊液中顯著升高[38]。TNF-α是一種由單核/巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，在AD中參與炎癥反應(yīng)。

研究表明，Aβ與小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體如Toll樣受體4(TLR4)[39]結(jié)合，激活核因子-κB(NF-κB)和MAPK信號(hào)通路，并觸發(fā)促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6的釋放[40-42]，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞還可以通過(guò)釋放TNF-α和IL-1β等因子來(lái)增強(qiáng)鄰近星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化，進(jìn)而放大神經(jīng)元的損傷[43]。其中IL-1β可以通過(guò)增加前列腺素E2(PGE2)的生成，促使突觸前谷氨酸釋放和突觸后N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體激活，從而誘導(dǎo)突觸丟失。TNF-α通過(guò)激活TNF受體和在NF-κB通路受到抑制時(shí)招募caspase 8，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[44]。還可以通過(guò)刺激γ-分泌酶活性，促使Aβ蛋白的合成增加以及TNF-α釋放的進(jìn)一步增加[45]，這樣的級(jí)聯(lián)反應(yīng)最終導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡、突觸退化和認(rèn)知功能障礙，加重AD的進(jìn)展。

最近的兩項(xiàng)meta分析顯示，與對(duì)照組相比，AD組患者血液中的IL-1β、IL-6、TNF-α升高[46- 47]。并且在炎癥相關(guān)的治療方面，有學(xué)者嘗試通過(guò)抑制炎癥因子，拮抗神經(jīng)炎癥的級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)治療AD，有研究通過(guò)抑制TNF-α信號(hào)傳導(dǎo)顯示了抑制炎癥對(duì)AD的治療作用[48]。近期Kaur等人[49]對(duì)IL-6和膽堿酯酶雙抑制劑應(yīng)用于AD的臨床前研究進(jìn)行了嘗試，相信隨著人們對(duì)炎癥因子的了解，未來(lái)在AD的診斷和治療方面，炎癥因子將發(fā)揮巨大作用。

5 總結(jié)與展望

神經(jīng)炎癥相關(guān)標(biāo)志物在AD的預(yù)防及早期診斷研究中顯示了一定的優(yōu)勢(shì)，但目前還沒(méi)有任何一個(gè)炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物單獨(dú)用于診斷AD，雖然多種生物標(biāo)志物聯(lián)合使用已被提出并應(yīng)用于預(yù)測(cè)AD的發(fā)生，并且證明優(yōu)于年齡、性別、教育和基線認(rèn)知的基本模型，但還需大樣本的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的進(jìn)一步證明[50-51]。相信隨著對(duì)神經(jīng)炎癥標(biāo)志物在AD中作用機(jī)制的不斷深入了解，以及獨(dú)立的、大規(guī)模的驗(yàn)證研究不斷被開(kāi)展，神經(jīng)炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物在AD診療中將具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和意義。