小胶质细胞及其炎性细胞因子参与阿尔茨海默病因果关系的研究

小胶质细胞及其炎性细胞因子参与阿尔茨海默病因果关系的研究

作者：陈 艳 王光楠 金 英 来源：《中国医药导报》2008年第27期

[关键词] 小胶质细胞；炎性细胞因子；阿尔茨海默病；因果关系

[中图分类号] R329.2+8 [文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2008）09（c）-016-03

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种进行性的脑内神经元退变性疾病，包括家族性AD和散发性AD。临床上主要表现为进行性的记忆减退和认知障碍。病理上主要表现为脑内神经纤维缠结(neurafibrillarytangle，NFT)和老年斑（senile plaque, SP）的联合发生。神经元内的NFT是由微管蛋白TAU的过度磷酸化和糖基化形式在细胞内聚集产生的，而在细胞外聚集的SP主要由包含40~42个氨基酸的β淀粉样蛋白（amyloid β-protein, Aβ）组成。这些病理改变主要集中在顶叶、颞叶、额叶联合区等，如大脑皮质、海马以及前脑。AD病人脑内大部分Aβ聚积在老年斑处，Aβ是由β淀粉样前体蛋白（amyloid precurso protein, APP）通过一系列酶反应降解APP的一种可溶性产物被释放[1]。Aβ的释放过程受到了3种酶的控制，即 α、β和γ分泌酶[2]， β分泌酶先在Aβ结构域的N端的蛋氨酸和天冬氨酸之间进行裂解释放较长的可溶性APP片段(solubleAPP-β, SAPP-β)，而C端的片段仍与（c-terminalfragment，CTF）膜结合，随后γ-分泌酶裂解CTF-β产生长短不等的Aβ（39~43）氨基酸，其中有病理意义的是Aβ40和Aβ42[3]，脑内Aβ40水平远远高于AB42，但Aβ42不但凝集比Aβ40快，而且触发后者的凝集，是老年斑的主要成分。AD患者死后的尸检中发现患者大脑皮质的神经炎性斑块病灶的周围常存在激活的小胶质细胞，而且帕金森病患者的黑质区则见到大量激活的表面表达HLA-DR抗原的小胶质细胞[4]，说明小胶质细胞在神经系统病变的发病中发挥重要作用[5]。目前大多数学者也认为Aβ沉积激活小胶质细胞引起的炎症反应是AD的发病核心。 1 AD的炎症机制

炎症反应在AD发生中的作用越来越受到关注。通过对AD患者的尸检，发现有激活的小胶质细胞及一系列的免疫反应物，如IL-1、IL-6、TNF-α等的高度表达，认为局部炎症反应可能是该病的重要病理特征，同时抗炎药物能够减缓AD的发病进程。最近研究发现非甾体类抗炎药物布洛芬能减少转基因小鼠小胶质细胞和星形胶质细胞的活化数量，降低前炎症酶因子环氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2），诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的产生而减轻大脑组织的氧化损伤[6]。Mattson[7]观察到纤丝状Aβ与小胶质细胞表面的晚期糖化终末产物受体（receptor for advanced glycation end product，RAGE）结合，促进细胞黏附，激活小胶质细胞，诱导氧化应激，产生一氧化氮（NO）以及TNF-α、转化生长因子-

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β（TGF-β）等细胞毒性因子。Tan等[8]用Aβ25-35或Aβ1-40处理培养的海马神经元及人胎脑细胞、神经元最终死亡，胶质细胞增生，IL-1、IL-6、TNF-α等细胞因子释放增加。Combs等[9]发现Aβ诱导酪氨酸激酶活化，并激活核因子-κβ（NF-κβ）依赖的信号途径，使小胶质细胞中TNF-α和IL-1β等细胞因子表达增加，同时诱导性的氧化氮合酶（iNOS）表达及过氧化硝酸盐产物增加，最终导致神经元凋亡或死亡。 2 小胶质细胞在AD中的作用 2.1 小胶质细胞的生理特性

小胶质细胞（microglia, MG）形态学上主要分为分枝状和阿米巴状。不同的形态代表不同的功能状态：前者代表静息的MG；后者代表激活的MG。正常成熟大脑中的MG是静止的分枝状细胞，缺乏吞噬功能，但具有吞饮功能和一定的迁移能力，加之其在脑内广泛而规律的分布，起到了液体净化的作用，可清除代谢产物，灭活损伤细胞释放的毒性物质[10]。当遇到神经元碎屑、血块、死亡细胞或中枢神经系统损伤后，分枝状MG可缩回突起，迁移到组织溃变区，膜受体密度迅速增加，呈现强大的吞噬作用。MG不仅是脑组织中的巨噬细胞，也是中枢神经系统抗原提呈细胞（APC）和免疫效应细胞，有吞噬细菌，抗原呈递，产生细胞因子和补体的能力。

2.2 MG在AD患者脑内的反应

在过度表达人淀粉样蛋白前体蛋白（APP）的转基因小鼠中，其脑内可产生大量的老年斑，主要在皮质和海马，同时这些区域也观察到了老年斑周围激活的小胶质细胞。现在认为纤维状淀粉样蛋白沉积导致了小胶质细胞的激活。Aβ可能通过持续激活小胶质细胞，将正常情况下的急性反应变为慢性炎症损伤，研究表明Aβ的N端是黏附小胶质细胞的必需结构（特别是Aβ10~16是必不可少的肽段），可捕捉小胶质细胞到SP，而Aβ的C端是诱发小胶质细胞发挥毒性的肽段，没有Aβ10~16和1~42的C端，即使Aβ能捕捉到小胶质细胞，也不能诱发小胶质细胞的神经毒性[11]。

Aβ沉积激活小胶质细胞是通过与受体相互作用，导致细胞内信号传导通路的激活，最终使多种促炎因子﹑活性氧（ROS）等基因表达。小胶质细胞表面存在多种能与Aβ结合的受体，如清道夫受体（class A scavenger receptor, SR）﹑晚期糖化终末产物受体（RAGE）﹑甲酰基蛋白受体（formly peptide receptor-like1，FPRL1）等。AD患者脑组织中老年斑周围小胶质细胞表面的SR表达显著增加[12]。AD患者SP中的Aβ呈纤维化，且其中含有其他蛋白质，如载脂蛋白-E(apolipoprotein-E，APOE)等，体积较大，只能与小胶质细胞表面的SR结合，持续激活的小胶质细胞释放神经毒性物质。Aβ结合RAGE也能激活小胶质细胞并触发其释放神经毒素。Lue等[13]实验证明Aβ与小胶质细胞的RAGE结合，促使小胶质细胞向淀粉样斑块迁移、固定并增殖，活化，分泌巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，M-CSF），导致进一步的分子学效应。FPRL1是一种有七个跨膜区段的G蛋白偶联受

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体。Le等[14]报道，Aβ1~42可通过FPRL1激活单核细胞，产生高水平的趋化性和Ca2＋外流，而激活细胞所需的Aβ浓度也可在AD患者的脑组织和血浆中测到。

小胶质细胞引起的炎症反应是引起神经元丢失的重要原因。过量的Aβ聚集和纤维化，激活补体，活化的小胶质细胞是脑内主要的抗原呈递细胞（APC），它表面上调表达的MHCⅡ分子与T细胞受体相互作用，将Aβ作为自身抗原呈给T细胞，引起AD患者外周血中T细胞对Aβ反应性增强[15]。激活的小胶质细胞产生C1q、C3、C4，Aβ还可激活补体的经典途径和（或）旁路途径，即膜攻击复合物（MAC），促使呼吸爆发产生ROS，引起神经元变性。而Bradt等[16]认为在AD中补体是主要炎性介质，其早期活化产物与小胶质细胞受体结合，导致强有力的呼吸爆发，释放大量ROS，造成神经元损伤。在AD患者的海马神经元内已经检测到激活的caspases3﹑8和9[17]。激活的小胶质细胞大量释放TNF-α促炎因子。TNF-α与神经元膜上的受体结合，激活受体上的“死亡域”，进而引起caspase联级效应，通过直接和间接途径裂解和激活caspases家族成员，导致神经元死亡。TNF-α还可通过死亡受体通路介导的凋亡加重了炎症对神经元的损伤[18]。

在SP的整个演化过程中均伴有小胶质细胞形态和功能的改变。活化的小胶质细胞在斑块的演化中可能是一个重要致病因素。Aβ能直接激活小胶质细胞释放炎性分子，并产生细胞因子和神经毒性物质，从而损害神经元[19]。退变死亡的神经元碎片及有毒物质反过来又刺激其他胶质细胞释放神经毒性物质和炎性细胞因子，这样脑内就形成一个不断增强的自身毒性环路，使炎症反应加强，最终导致患者出现临床症状。 3 激活的小胶质细胞产生的细胞因子在AD中的作用

AD患者脑内细胞因子水平持续增高，主要由激活的小胶质细胞产生。它们主要有：IL-1﹑IL-6﹑肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）﹑转化生长因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）等。AD时升高的细胞因子作用如下：

IL-1蛋白家族有三个相关蛋白IL-1α﹑IL-1β和IL-1受体拮抗蛋白（IL-1Rα）组成。IL-1α的前体蛋白和成熟蛋白均有活性，呈持续低水平表达，可能在细胞内及细胞表面介导的细胞间通讯中起重要作用；IL-1β仅在成熟状态下有活性，它从细胞分泌后作为细胞间信使发挥作用；IL-1Rα则作为IL-1的生理抑制剂发挥作用。IL-1的作用主要表现为：①能通过刺激βAPP的启动因子来上调βAPP的表达，而且促进βAPP的加工过程，使Aβ沉积。②使星形胶质细胞活化，致使IL-6、TNF-α、S-100以及APOE4表达增加。S-100能刺激体外培养的神经元轴突生长，而APOE4与Aβ相互作用易使Aβ沉积；IL-1和S-100同时表达增加可诱导营养不良性轴突生长和磷酸化tau蛋白水平增加，与NFT形成直接相关[20]。③IL-1通过神经元胆碱脂酶（AchE）表达以及调节其活性来影响AD的病生过程。研究发现活化的星形胶质细胞分泌的IL-1可诱导AchEmRNA的表达，并增强其活性[21]。④IL-1可诱导神经元P38MAPK（P38-Mitogen-Actived protein kinase，P38MAPK）信号转录因子表达增加，而使特异性位点的tau蛋

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白磷酸化，促进NFT形成[22]。因此IL-1作为AD炎性病理过程中的一个主要驱动力，可以启动“细胞因子循环”，导致神经变性、Aβ沉积及随后的神经炎性斑块的形成[23]。

IL-6是一种多向性的细胞因子，与水溶性受体或膜受体结合后形成有活性的IL-6-RC复合物，介导免疫应答和炎症反应，调节中枢神经系统（CNS）细胞生长和分化。在人发育过程中IL-6在神经系统中表达，而成人CNS在正常情况下几乎检测不到，但在病理条件下IL-6可强烈表达。IL-6大量表达是有害的，能加重CNS紊乱的病理过程。Schuman等[24]研究发现，在SH-SYS神经母细胞瘤中，IL-6可最大程度地诱导信号转导子、转录激活子3和细胞外信号调控蛋白激酶50％的激活和转位。IL-6可以调节APP的合成，IL-6/sIL-6R复合物可以增强APP的转录和表达[25]。脑室内注射或过度表达IL-6的转基因动物除引起明显的神经胶质炎症外，还有树突分叉减少，海马胆碱能神经元分布降低，突触传递长时程增强和长期记忆功能不足，补体蛋白合成增多等，整体来看则表现为明显的行为异常，学习记忆功能受损[26]。

TNF-α在外周既是一种炎性细胞因子前体（proinflammatory cytokine，PIC），也是一种细胞毒性多态，在AD患者血清、CSF（脑脊液）、脑皮层以及Aβ激活的胶质细胞中TNF-α浓度显著升高[27]。研究证实，高浓度TNF-α对人皮层神经元和类神经细胞具有毒性作用，过度表达TNF-α的转基因小鼠可发生严重的炎症、脑病和神经退行性病变，死亡率很高[28]。AD时TNF-α引起的TRADD信号通路和caspase-3异常活化造成和加剧神经元的变性，死亡。TNF-α也可使小胶质细胞Aβ1~42 趋化受体FPR2表达水平上调，针对Aβ的趋化效应。 TGF-β是一种免疫抑制因子，在脑损伤反应中起着关键作用，在AD脑内TGF-β水平增加，Grammas 等[29]研究发现，在AD患者脑中TGF-β处理培养的大脑内皮细胞，IL-1β和TNF-α的表达明显增高，表明TGF-β有助于AD的炎症进程，而且TGF-β可以激活淀粉样前体蛋白（APP）基因，促进小鼠和人星形胶质细胞生成APP和Aβ。

综上所述，高度不溶性的Aβ激活的小胶质细胞可引起炎性因子的产生，反之，炎症细胞因子可以激活小胶质细胞，它们又共同参与了脑局部炎症过程，这表明炎症在AD的病理生理过程中发挥着重要作用，预测脑特异性抗炎药物的研发将成为治疗AD药物的研究热点。 [参考文献]

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（收稿日期:2008-04-15）