肌萎縮側(cè)索硬化相關(guān)免疫細(xì)胞的研究進(jìn)展

蘇博洋，何正卿，黃旭升△

肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一種累及上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病［1］，病變主要累及大腦皮質(zhì)、腦干和脊髓的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。其基本病理特點(diǎn)是大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)的錐體細(xì)胞和脊髓前角細(xì)胞變性丟失。臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性肌無(wú)力、肌萎縮、肌束顫動(dòng)等。多數(shù)患者在起病后3～5 年因呼吸衰竭死亡［2］。越來(lái)越多的證據(jù)表明，固有免疫應(yīng)答和適應(yīng)性免疫應(yīng)答都可影響ALS的進(jìn)展［3］，因此明確ALS 過(guò)程中各類免疫細(xì)胞在兩類免疫應(yīng)答反應(yīng)中發(fā)揮的功能有助于了解ALS 的免疫機(jī)制。本文從單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞激活、自然殺傷細(xì)胞數(shù)量增加、小膠質(zhì)細(xì)胞活化、星形膠質(zhì)細(xì)胞增生及T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)等參與ALS發(fā)病進(jìn)行綜述。

1 單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞

人單核細(xì)胞主要分為3 個(gè)亞群：經(jīng)典亞群（CD14+CD16-）、非經(jīng)典亞群（CD14－CD16＋）、中間亞群（CD14+CD16+），這些亞群通過(guò)不同表面標(biāo)記和它們?cè)诩膊≈械墓δ芏舜藚^(qū)分［4］。散發(fā)性ALS（sporadic ALS，sALS）患者外周血中單核細(xì)胞的數(shù)量增加［5］，單核細(xì)胞比例發(fā)生改變，經(jīng)典單核細(xì)胞和非經(jīng)典單核細(xì)胞的比例均增加［6］。Cui 等［7］發(fā)現(xiàn)sALS 患者外周血單核細(xì)胞數(shù)量與病程呈正相關(guān)，與修訂版肌萎縮側(cè)索硬化功能評(píng)分（ALS functional rating scale revised，ALSFRS-R）呈負(fù)相關(guān)，與疾病進(jìn)展速率和生存期無(wú)關(guān)。此外，在疾病進(jìn)展過(guò)程中常伴隨單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的功能失調(diào)。Zondler等［8］發(fā)現(xiàn)sALS患者單核細(xì)胞的吞噬能力明顯下降，吞噬體到溶酶體的運(yùn)輸明顯受損。與健康對(duì)照組相比，sALS患者外周血單核細(xì)胞產(chǎn)生更多白細(xì)胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）等細(xì)胞因子，且IL-6 和TNF-α與疾病嚴(yán)重程度和進(jìn)展速度呈正相關(guān)［9］。這些研究提示，在ALS的發(fā)展過(guò)程中伴隨著單核細(xì)胞數(shù)量的增加，這些細(xì)胞可能通過(guò)分泌促炎細(xì)胞因子介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，減少外周單核細(xì)胞的激活有可能為ALS患者提供一種新的治療方法。

關(guān)于單核細(xì)胞對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）的浸潤(rùn)目前尚存在爭(zhēng)議。在發(fā)病前1～2 個(gè)月SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠脾中的Ly6chi單核細(xì)胞具有明顯的促炎性，隨著疾病進(jìn)展，Ly6chi單核細(xì)胞中的C-C趨化因子受體2和小膠質(zhì)細(xì)胞中的C-C趨化因子配體2（chemokine C-C motif ligand 2，CCL2）表達(dá)增加，導(dǎo)致Ly6chi單核細(xì)胞浸潤(rùn)到脊髓，在使用抗Ly6C單克隆抗體治療SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)減少Ly6chi單核細(xì)胞對(duì)小鼠脊髓的浸潤(rùn)數(shù)量而延緩疾病進(jìn)展并減輕神經(jīng)元損傷［10］。與上述研究結(jié)果不同的是，Zondler等［8］在SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠出生后第65天開始應(yīng)用Fc融合蛋白，增加CNS中Ly6c單核細(xì)胞浸潤(rùn)的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)疾病進(jìn)展速度有所延緩，提示單核細(xì)胞在疾病早期具有保護(hù)作用。綜上，單核細(xì)胞在ALS 的疾病進(jìn)展過(guò)程中可被激活，并浸潤(rùn)到CNS，但對(duì)ALS的具體作用尚不明確，需要更多研究闡明。

2 自然殺傷（NK）細(xì)胞

NK 細(xì)胞為先天免疫系統(tǒng)的效應(yīng)淋巴細(xì)胞，是機(jī)體抵抗感染的第一道防線，不依賴抗體和補(bǔ)體就可直接殺傷靶細(xì)胞，其功能受到體內(nèi)多種細(xì)胞因子的調(diào)控。在一項(xiàng)縱向隊(duì)列研究中，sALS 患者外周血中NK 細(xì)胞數(shù)量與病程呈正相關(guān)［11］。Garofalo 等［12］在SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)NK 細(xì)胞在大腦皮質(zhì)和脊髓中數(shù)量增多，對(duì)表達(dá)NK 細(xì)胞活化性受體（NKG2D）配體的SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)揮神經(jīng)毒性作用，利用TDP43A315T轉(zhuǎn)基因小鼠研究發(fā)現(xiàn)NK細(xì)胞耗竭可降低運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元退化的速度，增加存活率。上述動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，清除NK細(xì)胞后小鼠脊髓中的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目減少，胞體體積減小。小膠質(zhì)細(xì)胞可分泌IL-6、TNF-α和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶等促炎因子，在清除NK 細(xì)胞后這些促炎因子的分泌均減少，表明NK 細(xì)胞在ALS 發(fā)展過(guò)程中對(duì)機(jī)體免疫應(yīng)答發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用［12］。有研究發(fā)現(xiàn)，與雌性SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠相比，雄性SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠CNS中存在更多的NK細(xì)胞，且NK細(xì)胞耗竭可導(dǎo)致雌性小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少，其存活率增加，但對(duì)雄性小鼠無(wú)明顯改善，這表明ALS 進(jìn)展中不同性別可能存在不同的免疫機(jī)制［13］。這些研究結(jié)果提示NK細(xì)胞在ALS中發(fā)揮神經(jīng)毒性作用，可直接參與到CNS小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)中。不同性別之間免疫系統(tǒng)功能存在差異，有望作為評(píng)估ALS免疫治療時(shí)的關(guān)鍵變量。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS中主要的免疫細(xì)胞，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)維持起著重要作用，當(dāng)腦內(nèi)發(fā)生病變時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞可快速遷移增殖并啟動(dòng)免疫反應(yīng)。Tondo 等［14］通過(guò)11C-PK11195正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像掃描發(fā)現(xiàn)在攜帶SOD1突變的ALS 患者大腦枕葉、顳葉、小腦和延髓中均存在轉(zhuǎn)位因子蛋白的表達(dá)水平增加，提示有活化的小膠質(zhì)細(xì)胞，為進(jìn)一步分析ALS發(fā)病過(guò)程中小膠質(zhì)細(xì)胞的功能狀態(tài)、活化位置提供了依據(jù)。小膠質(zhì)細(xì)胞存在2種表型，M1毒性表型可產(chǎn)生活性氧和促炎細(xì)胞因子，M2 保護(hù)性表型可產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，在SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠疾病早期小膠質(zhì)細(xì)胞主要為M2 型［15］。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)吞噬異常蛋白起到神經(jīng)保護(hù)作用，髓樣細(xì)胞2上表達(dá)的觸發(fā)受體（trigger receptor on myeloid cell 2，TREM2）是一種位于小膠質(zhì)細(xì)胞表面的受體。最新研究表明，TREM2缺乏會(huì)損害小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)病理性TAR DNA 結(jié)合蛋白43（TAR DNA binding protein-43，TDP-43）的吞噬清除能力，而且在ALS 患者大腦皮質(zhì)和脊髓中存在TDP-43 和TREM2 的相互作用，因此在ALS中TREM2可能介導(dǎo)了小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)作用［16］。

在SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠疾病晚期小膠質(zhì)細(xì)胞主要為M1型［15］。有研究表明，超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）或TDP-43 在細(xì)胞內(nèi)聚集是M1 表型產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵因素［17-18］。此外，SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠中病理性SOD1可激活小膠質(zhì)細(xì)胞核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NLRP3）炎癥小體，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)［19］。上述研究提示，小膠質(zhì)細(xì)胞在ALS中具有神經(jīng)保護(hù)和細(xì)胞毒性功能，SOD1或TDP-43的錯(cuò)誤折疊和聚集可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，誘導(dǎo)其神經(jīng)毒性，加劇運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的損傷，TREM2和NLRP3可能是潛在的治療靶點(diǎn)。

4 星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞尚未被確認(rèn)為免疫細(xì)胞，但可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)損傷運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。Granatiero 等［22］研究發(fā)現(xiàn)抑制胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體信號(hào)通路可降低人源SOD1G93A誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞來(lái)源的星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖速度并減弱其對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的毒性作用。不僅如此，星形膠質(zhì)細(xì)胞還可以通過(guò)產(chǎn)生眾多的細(xì)胞因子來(lái)影響運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的活性［23］。SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠脊髓中可檢測(cè)到來(lái)源于星形膠質(zhì)細(xì)胞的NLRP3炎癥小體和IL-1β，兩者水平隨疾病進(jìn)展而升高，可引起運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元周圍的炎性反應(yīng)［24］。SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元上的主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ類（MHCⅠ）分子表達(dá)量減少，這使得運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)毒性更敏感，易致更多運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元上MHCⅠ的表達(dá)能夠使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元免受星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)毒性，小鼠的運(yùn)動(dòng)能力和生存率均得到改善［25］。這提示MHCⅠ的表達(dá)可影響疾病的進(jìn)展，對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元具有保護(hù)作用。一項(xiàng)涵蓋所有公開的ALS（患者和小鼠模型）星形膠質(zhì)細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行的薈萃分析顯示，星形膠質(zhì)細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)缺氧信號(hào)通路的激活，還可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)谷氨酸的含量增加，介導(dǎo)神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而損害運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元［26］。因此，減少或逆轉(zhuǎn)星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)可能是治療ALS 的方法之一，深入研究星形膠質(zhì)細(xì)胞在疾病過(guò)程中的功能變化有助于明確潛在的治療靶點(diǎn)。

5 CD4＋T細(xì)胞

淋巴細(xì)胞分類中CD4＋T 細(xì)胞屬于T 輔助細(xì)胞，占總T 淋巴細(xì)胞的40%，其數(shù)量可直接反映機(jī)體的免疫功能。研究顯示，sALS患者外周血中CD4＋T淋巴細(xì)胞數(shù)量減少，隨著這種細(xì)胞數(shù)量的減少，ALS 患者更容易發(fā)生認(rèn)知障礙，因此外周血CD4＋T 細(xì)胞數(shù)量被認(rèn)為是ALS 患者認(rèn)知功能損害的一個(gè)預(yù)測(cè)因子［27］。然而，有些sALS 患者外周血中CD4+T 細(xì)胞未減少，其免疫抑制表型如Treg、CTLA4+T細(xì)胞和PD-1+CD4＋T細(xì)胞隨疾病進(jìn)展而增多［28］。這種不同可能是由個(gè)體免疫應(yīng)答異常引起。與對(duì)照組相比，sALS患者外周血CD4+T細(xì)胞的數(shù)量隨著疾病進(jìn)展呈下降趨勢(shì)，且其下降速度與ALSFRS-R評(píng)分下降呈負(fù)相關(guān)［11］。上述研究提示CD4＋T細(xì)胞在ALS進(jìn)展過(guò)程中有保護(hù)作用，其數(shù)量的變化與疾病進(jìn)展有關(guān)，但目前尚未闡明CD4＋T細(xì)胞在疾病進(jìn)展中的作用機(jī)制。

6 CD8＋T淋巴細(xì)胞

CD8＋T 細(xì)胞又稱為細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞，占總T 淋巴細(xì)胞的30%，CD8分子是MHCⅠ類限制性T細(xì)胞識(shí)別抗原的輔助受體，能夠與MHCⅠ類分子結(jié)合而輔助T細(xì)胞抗原受體識(shí)別其提呈的抗原，在機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答中起著重要作用。SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠和sALS 患者的脊髓中均有CD8＋T 細(xì)胞的浸潤(rùn)，且CD8＋T細(xì)胞的數(shù)量與存活的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元數(shù)量呈負(fù)相關(guān)；脊髓灰質(zhì)中活化的CD8＋T細(xì)胞可以產(chǎn)生γ-干擾素，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元上MHCⅠ的表達(dá)，并通過(guò)Fas細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和顆粒酶途徑發(fā)揮細(xì)胞毒性作用，選擇性地殺死運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元［29］。CD8+T 細(xì)胞數(shù)量的下降保護(hù)了SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠頸膨大處的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，延長(zhǎng)了其生存時(shí)間［30］。此外，Nardo等［31］發(fā)現(xiàn)SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠受損的腰骶段運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中CCL2、MHCⅠ和補(bǔ)體C3 等免疫分子顯著增加，伴有周圍神經(jīng)系統(tǒng)中CD8+T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的大量浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的CD8＋T 細(xì)胞能促進(jìn)周圍神經(jīng)系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)軸突和神經(jīng)肌肉接頭的髓鞘再生。綜上，CD8＋T細(xì)胞和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間存在特異的MHCⅠ依賴性相互作用，從而促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡。但CD8＋T細(xì)胞不僅具有神經(jīng)毒性，也可以起到保護(hù)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的作用。

7 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）

Treg 的表型主要為CD4+CD25+Treg，是一類具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用的T 細(xì)胞亞群，占外周血CD4＋T 細(xì)胞數(shù)的5%～10%，其特征是在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子P3（FoxP3）。FoxP3是Treg 發(fā)育成熟和發(fā)揮功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。Treg 可通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)的方式抑制正常機(jī)體內(nèi)自身反應(yīng)性T 細(xì)胞的活化與增殖，當(dāng)Treg細(xì)胞的活性和數(shù)量處于異常狀態(tài)時(shí)易導(dǎo)致機(jī)體免疫功能失調(diào)。

有多項(xiàng)研究對(duì)ALS 進(jìn)展中各個(gè)時(shí)期的Treg 數(shù)量進(jìn)行了探索。疾病早期，SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠中的Treg可浸潤(rùn)C(jī)NS，發(fā)揮抑制炎癥反應(yīng)的作用［32］。疾病晚期，SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)的Treg 數(shù)量減少，效應(yīng)T 細(xì)胞的增殖能力變強(qiáng)，由此提示Treg功能異常，加快了疾病的進(jìn)展速度［33］。上述研究表明，疾病早期Treg 數(shù)量增加可以減弱神經(jīng)炎癥反應(yīng)，是介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)功能的淋巴細(xì)胞亞群。疾病晚期Treg數(shù)量下降，神經(jīng)保護(hù)功能減弱或消失。值得關(guān)注的是，Treg可以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞、效應(yīng)T 細(xì)胞等免疫效應(yīng)細(xì)胞，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元周圍形成抑制炎癥反應(yīng)的微環(huán)境，從而使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的生長(zhǎng)受到保護(hù)。Sheean 等［33］在SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠中通過(guò)IL-2 誘導(dǎo)內(nèi)源性Treg 增殖，可顯著抑制小膠質(zhì)細(xì)胞向促炎表型轉(zhuǎn)換，從而延緩疾病的進(jìn)展速度。此外，與健康對(duì)照組相比，sALS患者外周血中的Treg對(duì)效應(yīng)T細(xì)胞增殖的抑制能力較差，表明ALS 患者外周血中的Treg 存在功能障礙，將功能障礙的Treg 進(jìn)行體外擴(kuò)增后，其對(duì)效應(yīng)T淋巴細(xì)胞增殖的抑制能力可恢復(fù)到健康對(duì)照組Treg的水平，這表明進(jìn)行體外擴(kuò)增后的Treg可能提供了一種新的細(xì)胞療法來(lái)減緩疾病的進(jìn)展［34］。

8 小結(jié)

ALS的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，近些年越來(lái)越多的研究表明ALS的免疫系統(tǒng)存在異常，免疫細(xì)胞被激活可導(dǎo)致ALS中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)形成慢性促炎環(huán)境，驅(qū)動(dòng)免疫反應(yīng)的細(xì)胞群在數(shù)量或功能上的差異都可影響本病的進(jìn)展。這些免疫細(xì)胞的相關(guān)作用對(duì)于判斷ALS 的進(jìn)展及針對(duì)患者的個(gè)性化治療提供了診斷依據(jù)和治療的靶點(diǎn)，今后需要更多的研究討論其具體作用機(jī)制，有望發(fā)掘出新的治療方法。