阿尔茨海默病小胶质细胞神经毒性研究进展

　　作者：蔡志友 晏勇 作者单位：重庆医科大学附属第一医院神经内科 重庆市神经病学重点实验室，重庆 400016

　　【关键词】 阿尔茨海默病;小胶质细胞;炎症;神经毒性

　　阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)是一种以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病。小胶质细胞(microglia,MG)是中枢神经系统的免疫细胞,在致炎因素作用下小胶质细胞被激活成反应性小胶质细胞，反应性小胶质细胞既具有保护神经元的作用,也能分泌细胞毒因子、补体蛋白而损害神经元。尽管目前其发病机理还不清楚,但大多数学者认为Aβ沉积激活小胶质细胞引起的炎症反应和神经毒性作用是AD的核心病理机制。本文就小胶质细胞神经毒性作用与阿尔茨海默病发病机制的相关性研究进展作一综述。

　　1 概 述

　　激活的MG分泌炎症因子(TNF-α、IL-1β等)、趋化因子、炎症介质，在AD脑内可以见到明显增高的炎症因子和趋化因子。慢性持续性小胶质细胞炎症反应释放炎症介质介导神经毒性作用的发生，可损伤神经元。近来研究发现阿尔茨海默病不同发病环节，即异常神经递质含量、过多的中枢神经系统氨基酸含量、过强的免疫炎症反应、细胞因子过度表达、淀粉样β蛋白沉积和tau蛋白异常磷酸化、神经元代谢异常、自由基产生和氧化应激损伤等和被激活的MG有联系。

　　2 小胶质细胞释放炎症介质发挥神经毒性作用

　　2.1 活性氮介质

　　被Aβ激活的MG不仅有形态学上的改变，激活的MG也活化了诱导性一氧化氮合酶(iNOS)，一氧化氮产物增加，还原代谢产物降低，导致神经元损伤和调亡。NOS目前发现并定名有3类：脑型(bNOS)或神经型(nNOS)、内皮型(eNOS)、诱导型(iducible NOS，iNOS)。免疫反应和炎症刺激可以激活NOS，使细胞释放NO，NO可以直接抑制参与线粒体电子传递及柠檬酸循环有关的酶。另外NO可能是毒性更大、生物半衰期更长的过氧化亚硝基阴离子的前体物，后者分解成具有强毒性作用的-OH及二氧化氮自由基。中枢神经系统NO表达水平的增高和神经炎症性疾病、神经变性性疾病密切相关，在AD中发现了NO表达水平的增高。由于神经炎症和神经变性刺激，激活了小胶质细胞和星型胶质细胞，激活的小胶质细胞和星型胶质细胞大量表达iNOS,产生大量的NO〔1〕。Aβ激活小胶质细胞并产生一氧化氮，同时，激活的小胶质细胞是脑氧自由基的主要来源，氧自由基与一氧化氮结合形成高度攻击性的过氧化亚硝基阴离子，损伤神经元。

　　2.2 活性氧介质

　　被Aβ激活的MG能够产生ROS (reactive oxygen species)等活性氧介质，ROS诱导了Aβ的神经毒性作用，激活了NF-kappaB (nuclear factor-kappa B，NFκB)，增加了caspase-3酶的活性，加速了细胞调亡。氧化损伤主要表现为脂质过氧化反应和蛋白氧化产物的生成，而这些对神经元都具有毒性作用。神经元对氧化损伤之所以具有特有的敏感性，是因为神经元本身依赖氧化磷酸化反应、高呼吸链流量提供能量，加之神经元表达抗氧化霉能力较弱，所以神经元自身防卫能力不强，是神经元易损性的原因之一。氧化磷酸化作用是需氧细胞生命活动的基础，是主要的能量来源。尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH氧化酶)是生成活性氧的主要酶体，它能被凝血酶、机械力、各种炎性细胞因子和生长因子激活，它的激活受蛋白激酶C等信号途径介导，现已研究证实NADPH氧化酶参与了AD的发生和发展过程。Wilkinson〔2〕研究证实小胶质细胞NADPH氧化酶是AD氧化应激的源头，细胞内信号瀑布效应引发了NADPH氧化酶聚集，Aβ激活的MG释放大量的超氧化物，激活的MG产生的ROS、NO进一步促使有效的氧自由基(过氧化亚硝酸盐)的产生，过氧化亚硝酸盐的形成促使了蛋白质的氧化、脂质的过氧化和DNA损伤，最终导致细胞死亡，推测抑制NADPH氧化酶活性来消除Aβ诱导的氧化应激性损伤可能是AD一个有效的治疗靶点。

　　Jekabsone等〔3〕体外细胞培养发现Aβ1-40诱导的小胶质细胞增生是由于激活的MG释放的TNF-α和NADPH氧化酶活化而产生的H2O2介导的。Aβ毒性与活性氧介质自由基的关系还表现在Aβ对小胶质细胞的激活〔4〕，研究发现，Aβ1-42可与MG的CD36结合，激活MG产生过氧化物，增加对皮质和中脑神经元的毒性，这种神经毒性可以被纳洛酮所拮抗〔5〕。另外，CD36抗体能抑制过氧化物的产生(可减少50%)〔6〕。

　　3 小胶质细胞释放炎症因子发挥神经毒性作用

　　激活的MG分泌炎症因子TNF-α、IL-1、TGF-β等。AD患者脑内细胞因子水平持续增高，主要由于激活状态的MG产生。衰老与MG的反应性增高有关，而反应性增高增加脑对损伤的易感性〔7〕。

　　3.1 IL-1

　　IL-1 在AD患者过度表达,并与AD的主要神经病理改变的发生、发展直接相关。Mrak报道〔8〕，IL-1是AD潜在性的炎症生物标记物;Lindberg等〔9〕证明IL-1在AD的早期和晚期都保持着相对稳定的水平。IL-1可通过NF-κB途径上调MG的活性，使后者分泌更多的前炎症细胞因子，造成炎症损害作用的放大。损伤、炎症、老化或者其他因素可以引起小胶质细胞的激活引发脑损伤瀑布效应，脑损伤瀑布效应最显著的特征就是炎症过程。在AD患者由于MG的激活过度表达IL-1，所以脑损伤瀑布效应首先被炎症前体因子IL-1介导。IL-1通过各种途径损伤神经元，激活更多的MG，相应有更多的IL-1从激活的MG中释放。这样IL-1通过自身维持、自身级联放大效应，使得脑中长期慢性炎症存在，引发大量的神经细胞的死亡，AD的痴呆症状逐渐出现〔10〕。Lindberg等〔11〕研究发现Aβ蛋白结构决定着MG具体不同的细胞因子释放，但是Aβ单聚体和多聚体都可以激活MG，激活的MG都有IL-1β的释放，进而推测IL-1β有可能是AD最重要的致病因子。IL-1 、IL-6可通过蛋白激酶C(protein kinase C，PKC) 途径进一步刺激MG合成APP，形成恶性循环，最终导致APP高表达。IL-1还可刺激NO产生和增加胞内Ca2+水平，MG可通过分泌IL-1促进培养的神经元发生Tau 蛋白的磷酸化和突触体素的合成下降〔12〕。Craft等〔13〕给予敲除IL-1受体拮抗体基因鼠脑室内灌注人Aβ蛋白，使MG激活增强，神经元死亡加重。也有资料表明IL-1基因敲除鼠激活的MG明显减少，痴呆症状减轻。

　　3.2 IL-6

　　机体内多种有核细胞都可能产生IL-6，脑组织内产生IL-6的细胞主要是星形细胞和小胶质细胞。IL-6在神经系统具有重要功能：具备神经生长因子样的生物学的作用，促进神经生长和分化的作用;参与神经内分泌活动，如刺激促肾上腺皮质激素的分泌;刺激星形胶质细胞合成神经生长因子(NGF)和神经营养因子(NTF);协同加强IL-1和TNF-α的作用。IL-6大量表达是有害的，Schumann等〔14〕发现在SHSY5Y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的激活和转位。

　　Orellana等〔15〕研究证实胞质钙增高诱导tau蛋白高度异常磷酸化，tau蛋白高度异常磷酸化是依赖JAKs/STATs通道和NMDA受体;IL-6诱导的钙离子内流分子瀑布效应由JAKs/STATs通道介导的，依赖于NMDA受体通道内流实现的。Orellana等推测IL-6和tau蛋白异常磷酸化有关，增高的IL-6可以加速神经元纤维缠结的形成。总之，激活的MG过度表达IL-6对于AD来说是一个危险致病因素。

　　3.3 TNF-α

　　TNF-α最初被描述为一种肿瘤细胞毒性物质，能够选择性杀伤肿瘤细胞，后来发现TNF-α还在细胞信息传递、感染及创伤后炎性反应过程中发挥重要功能。TNF-α可出现在中枢神经系统内许多类型的细胞中，包括小胶质细胞和星形胶质细胞〔16，17〕。TNF-α可以诱导其他细胞因子的产生(如IL-1、IL-6、IL-8等);增强嗜中性白细胞及单核细胞的黏附作用;促进内皮细胞黏附因子的产生;加大血管内皮的通透性等，因此认为TNF-α与组织损伤密切相关。TNF-α可以诱导花生四烯酸代谢物的释放及脂过氧化物及氧自由基的产生，上述物质均有严重损害细胞膜的作用，另外氧自由基作用于内皮细胞可以破坏其紧密联接使血管壁通透性增加。因此TNF-α的增高可能是脑创伤后血管源性脑水肿形成的重要原因之一。在AD患者血清、CSF、脑皮层以及Aβ激活的胶质细胞中，TNF-α浓度都显著升高。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，毒性作用表现为TNF-α可通过受体引起神经细胞凋亡〔18〕。TNF-α可以诱导其他细胞因子的产生〔19〕，TNF-α还可诱导MG合成集落刺激因子(colony stimulating factors，CSF)，进一步放大炎症。研究发现，TNF-α可影响神经元细胞膜电位、细胞内Ca2+平衡〔20〕和长时程增强、细胞凋亡〔18〕，这些与AD炎症过程中的细胞功能异常有关〔21〕。Takeuchi等〔22〕研究发现TNF-α诱导神经毒性是通过激活的MG自分泌谷氨酸盐实现的，Jekabsone等〔3〕体外细胞培养发现激活的MG释放的TNF-α和NADPH氧化酶活化产生的H2O2可以介导Aβ1-40诱导的小胶质细胞增生。

　　3.4 补体

　　中枢神经系统的补体主要来源脑内胶质细胞。补体协调了星型胶质细胞、小胶质细胞和神经元之间的功能，维持正常脑功能环境。补体系统异常级联放大和机能不全可以激活MG，激活的MG释放炎症因子，大量的氧化产物的生成，脑内炎症损伤导致神经元死亡，最终AD发生〔23，24〕。Aβ能够直接独立地激活补体的经典活化途径〔25〕，补体激活后产生的C3a、C4a和C5a等小片段具有炎性刺激物特性,其中C5a通过与小胶质细胞膜上的受体结合,导致强力的呼吸爆发产生大量有毒的过氧化物自由基,造成神经元损伤。临床研究证实，AD患者脑MG分泌补体的组成部分C1q〔26～28〕、一氧化氮和M-CSF较非痴呆患者明显增多〔29，30〕。老年斑中的MG可表达补体受体CR3和CR5，活化C3产生的补体片段可与其结合介导炎症过程和MG的活化;活化C5 产生的补体片段与C5aR结合可激活MG和募集MG。Aβ可直接激活补体系统，C1q分子胶原蛋白样部分在无抗体存在的情况下，可直接与Aβ末端结合,进一步激活补体C3及Aβ与C3活性片段的结合物〔26〕，使C5a大量产生，造成脑细胞受损。正常人和AD患者脑组织中的CD59抑制剂、C1抑制剂、C反应蛋白和两种MG标记物(HLA-DR和CD11b)，AD患者脑组织中这些炎症反应调节物的mRNAs明显上调，而正常人脑组织几乎没有变化〔31〕。Webster等证实新生鼠的MG表达C1qRp有助于MG的试吞噬作用〔32〕。在AD激活的MG可以产生补体，补体又可以激活MG产生更多的补体及细胞因子，导致更严重的损害。

　　从总体上看，慢性激活状态的MG所产生的细胞因子在AD发病的不同环节主要起放大炎症过程和细胞毒性作用，部分抑制性细胞因子可能参与抑制MG，从而导致炎症的局限化。细胞因子所起的有益作用十分有限，不起决定作用，因而最终表现为通过慢性局部炎症导致选择性脑区胆碱能神经元的变性死亡。

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