小膠質(zhì)細(xì)胞及其炎性細(xì)胞因子參與阿爾茨海默病因果關(guān)系的研究

小膠質(zhì)細(xì)胞及其炎性細(xì)胞因子參與阿爾茨海默病因果關(guān)系的研究

[關(guān)鍵詞]小膠質(zhì)細(xì)胞；炎性細(xì)胞因子；阿爾茨海默??；因果關(guān)系

阿爾茨海默病是一種進(jìn)行性的腦內(nèi)神經(jīng)元退變性疾病，包括家族性AD和散發(fā)性AD。臨床上主要表現(xiàn)為進(jìn)行性的記憶減退和認(rèn)知障礙。病理上主要表現(xiàn)為腦內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurafibrillarytangle，NFT)和老年斑的聯(lián)合發(fā)生。神經(jīng)元內(nèi)的NFT是由微管蛋白TAU的過度磷酸化和糖基化形式在細(xì)胞內(nèi)聚集產(chǎn)生的，而在細(xì)胞外聚集的SP主要由包含40~42個(gè)氨基酸的β淀粉樣蛋白組成。這些病理改變主要集中在頂葉、顳葉、額葉聯(lián)合區(qū)等，如大腦皮質(zhì)、海馬以及前腦。AD病人腦內(nèi)大部分Aβ聚積在老年斑處，Aβ是由β淀粉樣前體蛋白通過一系列酶反應(yīng)降解APP的一種可溶性產(chǎn)物被釋放[1]。Aβ的釋放過程受到了3種酶的控制，即α、β和γ分泌酶，β分泌酶先在Aβ結(jié)構(gòu)域的N端的蛋氨酸和天冬氨酸之間進(jìn)行裂解釋放較長的可溶性APP片段(solubleAPP-β,SAPP-β)，而C端的片段仍與膜結(jié)合，隨后γ-分泌酶裂解CTF-β產(chǎn)生長短不等的Aβ氨基酸，其中有病理意義的是Aβ40和Aβ42，腦內(nèi)Aβ40水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于AB42，但Aβ42不但凝集比Aβ40快，而且觸發(fā)后者的凝集，是老年斑的主要成分。AD患者死后的尸檢中發(fā)現(xiàn)患者大腦皮質(zhì)的神經(jīng)炎性斑塊病灶的周圍常存在激活的小膠質(zhì)細(xì)胞，而且帕金森病患者的黑質(zhì)區(qū)則見到大量激活的表面表達(dá)HLA-DR抗原的小膠質(zhì)細(xì)胞，說明小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)病變的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。目前大多數(shù)學(xué)者也認(rèn)為Aβ沉積激活小膠質(zhì)細(xì)胞引起的炎癥反應(yīng)是AD的發(fā)病核心。

1AD的炎癥機(jī)制

炎癥反應(yīng)在AD發(fā)生中的作用越來越受到關(guān)注。通過對AD患者的尸檢，發(fā)現(xiàn)有激活的小膠質(zhì)細(xì)胞及一系列的免疫反應(yīng)物，如IL-1、IL-6、TNF-α等的高度表達(dá)，認(rèn)為局部炎癥反應(yīng)可能是該病的重要病理特征，同時(shí)抗炎藥物能夠減緩AD的發(fā)病進(jìn)程。最近研究發(fā)現(xiàn)非甾體類抗炎藥物布洛芬能減少轉(zhuǎn)基因小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化數(shù)量，降低前炎癥酶因子環(huán)氧合酶2，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的產(chǎn)生而減輕大腦組織的氧化損傷。Mattson觀察到纖絲狀A(yù)β與小膠質(zhì)細(xì)胞表面的晚期糖化終末產(chǎn)物受體結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞黏附，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，產(chǎn)生一氧化氮以及TNF-α、轉(zhuǎn)化生長因子-β等細(xì)胞毒性因子。Tan等用Aβ25-35或Aβ1-40處理培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元及人胎腦細(xì)胞、神經(jīng)元最終死亡，膠質(zhì)細(xì)胞增生，IL-1、IL-6、TNF-α等細(xì)胞因子釋放增加。Combs等發(fā)現(xiàn)Aβ誘導(dǎo)酪氨酸激酶活化，并激活核因子-κβ依賴的信號途徑，使小膠質(zhì)細(xì)胞中TNF-α和IL-1β等細(xì)胞因子表達(dá)增加，同時(shí)誘導(dǎo)性的氧化氮合酶表達(dá)及過氧化硝酸鹽產(chǎn)物增加，最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡或死亡。

2小膠質(zhì)細(xì)胞在AD中的作用1小膠質(zhì)細(xì)胞的生理特性

小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)學(xué)上主要分為分枝狀和阿米巴狀。不同的形態(tài)代表不同的功能狀態(tài)：前者代表靜息的MG；后者代表激活的MG。正常成熟大腦中的MG是靜止的分枝狀細(xì)胞，缺乏吞噬功能，但具有吞飲功能和一定的遷移能力，加之其在腦內(nèi)廣泛而規(guī)律的分布，起到了液體凈化的作用，可清除代謝產(chǎn)物，滅活損傷細(xì)胞釋放的毒性物質(zhì)[10]。當(dāng)遇到神經(jīng)元碎屑、血塊、死亡細(xì)胞或中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后，分枝狀MG可縮回突起，遷移到組織潰變區(qū)，膜受體密度迅速增加，呈現(xiàn)強(qiáng)大的吞噬作用。MG不僅是腦組織中的巨噬細(xì)胞，也是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抗原提呈細(xì)胞和免疫效應(yīng)細(xì)胞，有吞噬細(xì)菌，抗原呈遞，產(chǎn)生細(xì)胞因子和補(bǔ)體的能力。2MG在AD患者腦內(nèi)的反應(yīng)

在過度表達(dá)人淀粉樣蛋白前體蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠中，其腦內(nèi)可產(chǎn)生大量的老年斑，主要在皮質(zhì)和海馬，同時(shí)這些區(qū)域也觀察到了老年斑周圍激活的小膠質(zhì)細(xì)胞?，F(xiàn)在認(rèn)為纖維狀淀粉樣蛋白沉積導(dǎo)致了小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。Aβ可能通過持續(xù)激活小膠質(zhì)細(xì)胞，將正常情況下的急性反應(yīng)變?yōu)槁匝装Y損傷，研究表明Aβ的N端是黏附小膠質(zhì)細(xì)胞的必需結(jié)構(gòu)，可捕捉小膠質(zhì)細(xì)胞到SP，而Aβ的C端是誘發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮毒性的肽段，沒有Aβ10~16和1~42的C端，即使Aβ能捕捉到小膠質(zhì)細(xì)胞，也不能誘發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性[11]。

Aβ沉積激活小膠質(zhì)細(xì)胞是通過與受體相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通路的激活，最終使多種促炎因子﹑活性氧等基因表達(dá)。小膠質(zhì)細(xì)胞表面存在多種能與Aβ結(jié)合的受體，如清道夫受體﹑晚期糖化終末產(chǎn)物受體﹑甲?；鞍资荏w等。AD患者腦組織中老年斑周圍小膠質(zhì)細(xì)胞表面的SR表達(dá)顯著增加[12]。AD患者SP中的Aβ呈纖維化，且其中含有其他蛋白質(zhì)，如載脂蛋白-E(apolipoprotein-E，APOE)等，體積較大，只能與小膠質(zhì)細(xì)胞表面的SR結(jié)合，持續(xù)激活的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)毒性物質(zhì)。Aβ結(jié)合RAGE也能激活小膠質(zhì)細(xì)胞并觸發(fā)其釋放神經(jīng)毒素。Lue等[13]實(shí)驗(yàn)證明Aβ與小膠質(zhì)細(xì)胞的RAGE結(jié)合，促使小膠質(zhì)細(xì)胞向淀粉樣斑塊遷移、固定并增殖，活化，分泌巨噬細(xì)胞集落刺激因子，導(dǎo)致進(jìn)一步的分子學(xué)效應(yīng)。FPRL1是一種有七個(gè)跨膜區(qū)段的G蛋白偶聯(lián)受體。Le等[14]報(bào)道，Aβ1~42可通過FPRL1激活單核細(xì)胞，產(chǎn)生高水平的趨化性和Ca2＋外流，而激活細(xì)胞所需的Aβ濃度也可在AD患者的腦組織和血漿中測到。

小膠質(zhì)細(xì)胞引起的炎癥反應(yīng)是引起神經(jīng)元丟失的重要原因。過量的Aβ聚集和纖維化，激活補(bǔ)體，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)主要的抗原呈遞細(xì)胞，它表面上調(diào)表達(dá)的MHCⅡ分子與T細(xì)胞受體相互作用，將Aβ作為自身抗原呈給T細(xì)胞，引起AD患者外周血中T細(xì)胞對Aβ反應(yīng)性增強(qiáng)[15]。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生C1q、C3、C4，Aβ還可激活補(bǔ)體的經(jīng)典途徑和旁路途徑，即膜攻擊復(fù)合物，促使呼吸爆發(fā)產(chǎn)生ROS，引起神經(jīng)元變性。而Bradt等[16]認(rèn)為在AD中補(bǔ)體是主要炎性介質(zhì)，其早期活化產(chǎn)物與小膠質(zhì)細(xì)胞受體結(jié)合，導(dǎo)致強(qiáng)有力的呼吸爆發(fā)，釋放大量ROS，造成神經(jīng)元損傷。在AD患者的海馬神經(jīng)元內(nèi)已經(jīng)檢測到激活的caspases3﹑8和9[17]。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞大量釋放TNF-α促炎因子。TNF-α與神經(jīng)元膜上的受體結(jié)合，激活受體上的“死亡域”，進(jìn)而引起caspase聯(lián)級效應(yīng)，通過直接和間接途徑裂解和激活caspases家族成員，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。TNF-α還可通過死亡受體通路介導(dǎo)的凋亡加重了炎癥對神經(jīng)元的損傷[18]。

在SP的整個(gè)演化過程中均伴有小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)和功能的改變?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞在斑塊的演化中可能是一個(gè)重要致病因素。Aβ能直接激活小膠質(zhì)細(xì)胞釋放炎性分子，并產(chǎn)生細(xì)胞因子和神經(jīng)毒性物質(zhì)，從而損害神經(jīng)元[19]。退變死亡的神經(jīng)元碎片及有毒物質(zhì)反過來又刺激其他膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)毒性物質(zhì)和炎性細(xì)胞因子，這樣腦內(nèi)就形成一個(gè)不斷增強(qiáng)的自身毒性環(huán)路，使炎癥反應(yīng)加強(qiáng)，最終導(dǎo)致患者出現(xiàn)臨床癥狀。

3激活的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子在AD中的作用

AD患者腦內(nèi)細(xì)胞因子水平持續(xù)增高，主要由激活的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生。它們主要有：IL-1﹑IL-6﹑腫瘤壞死因子-α﹑轉(zhuǎn)化生長因子-β等。AD時(shí)升高的細(xì)胞因子作用

IL-1蛋白家族有三個(gè)相關(guān)蛋白IL-1α﹑IL-1β和IL-1受體拮抗蛋白組成。IL-1α的前體蛋白和成熟蛋白均有活性，呈持續(xù)低水平表達(dá)，可能在細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞表面介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊中起重要作用；IL-1β僅在成熟狀態(tài)下有活性，它從細(xì)胞分泌后作為細(xì)胞間信使發(fā)揮作用；IL-1Rα則作為IL-1的生理抑制劑發(fā)揮作用。IL-1的作用主要表現(xiàn)為：①能通過刺激βAPP的啟動因子來上調(diào)βAPP的表達(dá)，而且促進(jìn)βAPP的加工過程，使Aβ沉積。②使星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，致使IL-6、TNF-α、S-100以及APOE4表達(dá)增加。S-100能刺激體外培養(yǎng)的神經(jīng)元軸突生長，而APOE4與Aβ相互作用易使Aβ沉積；IL-1和S-100同時(shí)表達(dá)增加可誘導(dǎo)營養(yǎng)不良性軸突生長和磷酸化tau蛋白水平增加，與NFT形成直接相關(guān)[20]。③IL-1通過神經(jīng)元膽堿脂酶表達(dá)以及調(diào)節(jié)其活性來影響AD的病生過程。研究發(fā)現(xiàn)活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的IL-1可誘導(dǎo)AchEmRNA的表達(dá)，并增強(qiáng)其活性[21]。④IL-1可誘導(dǎo)神經(jīng)元P38MAPK信號轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)增加，而使特異性位點(diǎn)的tau蛋白磷酸化，促進(jìn)NFT形成[22]。因此IL-1作為AD炎性病理過程中的一個(gè)主要驅(qū)動力，可以啟動“細(xì)胞因子循環(huán)”，導(dǎo)致神經(jīng)變性、Aβ沉積及隨后的神經(jīng)炎性斑塊的形成[23]。

IL-6是一種多向性的細(xì)胞因子，與水溶性受體或膜受體結(jié)合后形成有活性的IL-6-RC復(fù)合物，介導(dǎo)免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞生長和分化。在人發(fā)育過程中IL-6在神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，而成人CNS在正常情況下幾乎檢測不到，但在病理?xiàng)l件下IL-6可強(qiáng)烈表達(dá)。IL-6大量表達(dá)是有害的，能加重CNS紊亂的病理過程。Schuman等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在SH-SYS神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，IL-6可最大程度地誘導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子、轉(zhuǎn)錄激活子3和細(xì)胞外信號調(diào)控蛋白激酶50％的激活和轉(zhuǎn)位。IL-6可以調(diào)節(jié)APP的合成，IL-6/sIL-6R復(fù)合物可以增強(qiáng)APP的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[25]。腦室內(nèi)注射或過度表達(dá)IL-6的轉(zhuǎn)基因動物除引起明顯的神經(jīng)膠質(zhì)炎癥外，還有樹突分叉減少，海馬膽堿能神經(jīng)元分布降低，突觸傳遞長時(shí)程增強(qiáng)和長期記憶功能不足，補(bǔ)體蛋白合成增多等，整體來看則表現(xiàn)為明顯的行為異常，學(xué)習(xí)記憶功能受損[26]。

TNF-α在外周既是一種炎性細(xì)胞因子前體，也是一種細(xì)胞毒性多態(tài)，在AD患者血清、CSF、腦皮層以及Aβ激活的膠質(zhì)細(xì)胞中TNF-α濃度顯著升高[27]。研究證實(shí)，高濃度TNF-α對人皮層神經(jīng)元和類神經(jīng)細(xì)胞具有毒性作用，過度表達(dá)TNF-α的轉(zhuǎn)基因小鼠可發(fā)生嚴(yán)重的炎癥、腦病和神經(jīng)退行性病變，死亡率很高[28]。AD時(shí)TNF-α引起的TRADD信號通路和caspase-3異常活化造成和加劇神經(jīng)元的變性，死亡。TNF-α也可使小膠質(zhì)細(xì)胞Aβ1~42趨化受體FPR2表達(dá)水平上調(diào)，針對Aβ的趨化效應(yīng)。

TGF-β是一種免疫抑制因子，在腦損傷反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，在AD腦內(nèi)TGF-β水平增加，Grammas等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在AD患者腦中TGF-β處理培養(yǎng)的大腦內(nèi)皮細(xì)胞，IL-1β和TNF-α的表達(dá)明顯增高，表明TGF-β有助于AD的炎癥進(jìn)程，而且TGF-β可以激活淀粉樣前體蛋白基因，促進(jìn)小鼠和人星形膠質(zhì)細(xì)胞生成APP和Aβ。

綜上所述，高度不溶性的Aβ激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可引起炎性因子的產(chǎn)生，反之，炎癥細(xì)胞因子可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞，它們又共同參與了腦局部炎癥過程，這表明炎癥在AD的病理生理過程中發(fā)揮著重要作用，預(yù)測腦特異性抗炎藥物的研發(fā)將成為治療AD藥物的研究熱點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Selkoeandabnormalbiologyofthebeta-amyloidprecursorprotein[J].AnnuRevNeurosci,1994,17:489-517．

PanchalM，Rholam，BrakchofpeptidemetabolisminAlzheimer′sdisease[J].CurrNeurovascRes,2004,1:317-323．

馬波,張建軍.與阿爾茨海默病密切相關(guān)的α-、β-、γ-分泌酶的研究進(jìn)展[J].ForeignMedicalSciencesSectiononPharmacy,2005,32(1):22-26．

LiuB,HongJS.Roleofmicrogliainflammation-mediatedneurodegenerativediseases:mechanismsandstrategiesfortherapeuticintervention[J].JPharmacolExpTher,2003,304(1):1-7．

李柱一,苗建亭,林宏,等．β-淀粉樣蛋白對AD大鼠腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞的影響作用研究[J].卒中與神經(jīng)疾病,2002,9:325-327．

HenekaMT,SastreM,Dumitrescu-OzimekL，etal.AcutetreatmentwiththePPARγagonistpioglitazoneandibuprofenreducesglialinflammationandAβ1-42levelsinAPPV717Itransgenicmice[J].Brain,2005,128(6):1442-1453.

MattsonMP.Apoptosisinneurodegenerativedisorders[J].NatPevMolCellBiol,2000,1(2):120.

TanJ,TownT,MoriT,etopposesbeta-amyloidpeptide-inducedmicroglialactivationviainhibitionofp44/42mitogen-actinatedproteinkinase[J].Neurosci,2000,20(20):7587.

CombsCK,KaloJC,KaoSC,etofmicrogliaandmonocytesresultsinTNFalpha-dependantexpressionofinduciblenitricoxidesynthaseandneuronalapoptosis[J].Neurosci，2001,21(4):1179.

[10]WardSA,MolnarP,Nadramittogliaintissuepinocytosisandmotility[J].JNeurosciRes,1991,29:13-18.

[11]GiulianD,HaverkampLJ,YuJH,etdomainsofbeta-amyloidfromAlzheimerplaqueelicitneuronkillinginhumanmicroglia[J].JNeurisci,1996,16(19):6021-6037.

[12]ChristieRH,FreemanM,HymanBT.Expressionofthemacrophagescavengerreceptor，amultifunctionallipoproteinreceptor，inmicrogliaassociatedwithsenileplaquesinAlzheimer‘sdisease(AM)[J].Pathol,1996,148(2):399-403.

[13]LueLF,WalkerDG,BrochovaL,etofmicroglialreceptorforadvancedglycationendproducts(RAGE)inAlzheimer‘sdisease:identifcationofacellularactivationmechanism[J].ExpNeurol,2001,171(1):29-45.

[14]LeY,GongW,TiffanyHL,et(beta)42activatesaG-protein-coupledchemoattractantreceptor，F(xiàn)PR-like-1[J].Neurosci，2001,21(2):RC123.

[15]MonsonegoA,ZotaV,KamiA,etTcellreactivitytoamyloidβproteininorderhumansandpatientswithAzheimerdisease[J].JClinInvest,2003,112(3):415-422.

[16]BradtBM,KolbWP,CooperproinflammatorypropertiesoftheAlzheimer‘sdiseasebeta-peptide[J].JExpMed,1998,188(3):431-438.

[17]MedaL,BaronP,ScarlatoactivationinAlzheimer’sdisease:theroleofAβanditsassociatedproteins[J].NeurobiolAging,2001,22:885-893.

[18]Wyss-CorayT,MuckeL.Inflammationinneurodegenerativedisease-adouble-edgedsword[J].Neuron,2002,35(3):419-432.

[19]MedaL,BaronP,ScarlatoactivationinAlzheimer‘sdisease:theroleofAβanditsassociatedproteins[J].NeurobiolAging,2001,22:885-893.

[20]ShengJG,ZhuSG,JonesRA,etpromotesexpressionandphosphorylationofneurofilamentandtauproteinsinvivo[J].ExpNeurol,2000,163(2):388.

[21]LiY,LiuL,KangJ,etmediatedbyinterleukin-1enhanceneuronalacetylcholinesteraseactivityandmRNAexpression[J].Neurosci,2000,20(1):149-155.

[22]ShengTG,JonesRA,ZhouXQ,etpromotionofMAPK-p38overexpressioninexperimentalanimalsandinAlzheimer‘sdisease:potentialsignificancefortauproteinphosphorylation[J].NeurochemInt,2001,39(5-6):341.

[23]李曉青,張俊武.炎性因子遺傳多態(tài)性與Alzhermer病[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床,2004,24(1):7-11.

[24]SchumannG,HuellM,MacheinU,etactivatessignaltransducerandactivatoroftranscriptionandmitogen-activatedproteinkinasesignaltransductionparhwaysandinducesdenovoproteinsynthesisinhumanneuronalcells[J].JNeruroche,1999,73(5):2009-2017.

[25]RingheimGE,SzczepanikA