转基因阿尔茨海默病模型炎症调节机制

张 美 狄婷婷 王瑞婷 赵 杨 申家钰

(承德医学院，河北 承德 067000)

转基因阿尔茨海默病模型炎症调节机制

张 美 狄婷婷 王瑞婷 赵 杨1申家钰2

(承德医学院，河北 承德 067000)

炎性反应；小胶质细胞；星形胶质细胞；淀粉样蛋白；tau蛋白；转基因；抗炎

衰老是阿尔茨海默病(AD)进展的最大风险，近十年对AD及炎症机制研究不断增加。β-淀粉样蛋白(Aβ)可以启动炎症反应，激活小胶质细胞(MG),募集星型胶质细胞,引起与神经、突触损伤有关的细胞因子、化学因子、活性氧(ROS)和神经毒性因子的释放〔1〕。表达突变型双转基因淀粉样前体蛋白(APP)和tau蛋白的小鼠没有呈现出明显的神经脱失，因此，设想通过增加炎性成分可能会建立更合理的AD模型。本文旨在总结不同基因、药物处理AD动物模型,通过研究炎症机制来确定AD的炎性标志物。

1 AD模型建立

高表达人类APP家族性AD 突变的小鼠Tg2567和APP23(均携有瑞典型APP突变，APPSWE)可激活MG和星型胶质细胞,并且发现脑内肿瘤坏死因子(TNF)-α、干扰素(IFN)-γ、白细胞介素(IL)-1β、IL-1α、化学引诱蛋白-1、环氧合酶(COX)-2、补体成分1q水平增加〔1〕。3个月龄APPV717I小鼠模型炎症特点显示胶质细胞激活聚集发生在淀粉样蛋白斑块形成之前〔2〕，同时伴随长时程增强作用(LTP)降低。但小鼠模型如何更好地模拟人类AD病变仍存在争议，因为目前鼠模型没有很好地呈现出人类出现的tau磷酸化及神经元死亡。集APPSWE、PS1M146V和tau P301L 3种基因于一体的转基因模型3×Tg-AD呈现出进行性斑块沉积、纤维缠结形成、MG激活、促炎症因子TNF-α和单核细胞趋化蛋白(MCP)-1、细胞趋化因子受体(CCL)2上调,这些变化仅局限于皮质〔3〕。tau病理鼠模型显示有神经炎症特点，包括聚集tau蛋白、IL-1β、COX-2、反应性星状胶质细胞增多，激活的MG沉积围绕在tau蛋白阳性神经元周围。有趣的是在3个月P301S小鼠脑内，MG激活先于纤维缠结形成〔4〕，因此推测神经炎症在Aβ沉积和神经纤维缠结形成中有重要作用。培养同时表达人类APPSWE和PSIΔE9的大鼠模型对研究AD更有意义〔5〕。F344-AD转基因大鼠不仅呈现出一般转基因AD鼠的病理特征(依赖年龄的脑内淀粉样变性，神经胶质细胞激活和记忆缺失)，还产生了tau病变和神经元凋亡,更接近模拟人类AD病变。

2 炎症调节

2.1 APP转基因模型调节 近十年相关的转基因研究多数仅关注对淀粉样沉积物的影响，缺少对认知和纵向活动目标影像的观察。试验结果提示了一些炎症诱导AD病变的可能机制，如诱生型一氧化氮合酶(iNOS)信号缺失的APP/早老蛋白(PS)1小鼠和敲除iNOS基因的Tg2576型小鼠，两者产生的Aβ负荷不同〔6〕。一般认为高表达促炎性介质会加快疾病发展，因此治疗AD疾病应采取相应的抗炎措施。如消除APP/PS1小鼠中常见亚基p40来阻断促炎性细胞因子IL-12和IL-23的信号表达,可减少神经胶质细胞活化和淀粉样蛋白斑〔7〕。 Tg2576型APP小鼠〔基因敲出(GRKO)小鼠〕在敲除IFN-γⅠ型受体基因后,神经胶质变性和淀粉样蛋白斑块减少〔8〕。和同窝APP小鼠相比，APP/GRKO 小鼠阳性β分泌酶(BACE)1星形胶质细胞数量明显下降，而且缺失TNF受体(TNFR)Ⅰ的P23小鼠的BACE1蛋白减少并降低了活性〔9〕。这些实验证实体内炎症可加强BACEI的表达〔10〕。

2.2 炎性介质调节 Aβ聚集增多是导致AD病变的另一种可能机制。Aβ硝基化可促进其聚集，出现在APP/PS1 AD小鼠模型和AD患者脑内斑块核心。敲除iNOS基因的APP/PS1小鼠3NTyr(10)-Aβ明显减少，其总Aβ沉积量及认知紊乱程度均明显减低〔6〕。炎性复合体(NLRP)3〔由半胱氨酸蛋白酶(Caspase)1,凋亡相关斑点样蛋白(PYCARD)和噬中性白细胞碱性磷酸酶(NALP)组成的多蛋白低聚物,有时也包括Caspase 5〕在受到与病原菌缔合的巨噬细胞刺激时增加。与同龄未杂交小鼠(一种重要的效应酶Caspase 1被删除)相比，APP/PS1小鼠和NLRP3-/-小鼠杂交后,重现了空间记忆力和突触可塑性，同时Aβ减少。这与MG吞噬活性增强、胰岛素降解酶增加有关〔11〕。另外，缺乏NLRP3的APP/PS1小鼠毒蕈碱受体(M)2表现型标记物(包括炎症因子FIZZ1，精氨酸酶-1和IL-4)增加,氧化氮合酶(NOS)2表达减少。许多通过脂多糖(LPS)或IL-1β诱导的炎症研究显示Aβ斑减少，这种作用和MG活性增强及随后Aβ被清除有关〔12〕。但试验过程像是人为激活MG，表现出的急性应答没有模拟出人类AD慢性炎症变化，并且LPS和IL-1β诱导了啮齿类动物记忆损伤。总之，APP模型研究表明炎症可能通过Aβ增殖、聚集、清除来加强APP转基因AD小鼠的病变。

2.3 tau模型调节 目前,没有充足实验来明确评估炎症在tau病变 AD中的作用。但APP进程与tau高磷酸化可能存在免疫应答关系。因为促炎细胞因子会改变激酶/磷酸酶的底物专一性，而激酶/磷酸酶在病理位点上会导致tau高度磷酸化〔13〕。最近几种炎症调节实验表明tau转基因模型神经炎症会导致tau磷酸化加重。P301Ltau转基因小鼠高表达补体抑制因子sCrry抑制炎症可减少tau病理改变〔14〕。LPS处理的3×Tg-AD小鼠急性免疫反应激活后通过一种依赖细胞周期依赖性蛋白激酶(Cdk)5的机制诱导tau高度磷酸化〔15〕，但没检测到淀粉样蛋白的病理变化。同样,3×Tg-AD小鼠经滤过性毒菌感染诱导的急性或慢性炎症加重了tau病变并引起小鼠空间记忆力损伤，该过程通过依赖于3β的糖原合酶激酶(GSK-3β)机制完成〔16〕。还有其他诱导3×Tg-AD小鼠大脑炎症的方法,如控制性皮层撞击(CCI)外伤性脑损伤(TBI)引起轴突内Aβ急性聚集及tau磷酸化增加〔17〕。与只高表达APP转基因的小鼠模型相比，高表达IL-1β的3×Tg-AD小鼠tau磷酸化水平增加〔18〕。重组腺病毒群介导干扰素-γ基因试验(载体rAAV1-干扰素γ)可减少3×Tg-AD小鼠tau磷酸化〔19〕，而破坏3×Tg-AD小鼠TNF-α信号可加重AP和tau蛋白病变〔20〕。

3 神经胶质细胞调节

3.1 AP调节 MG/巨噬细胞应答是大脑免疫反应的关键中介物。受到外因或内因刺激后MG通过各种受体被激活成M1或M2类型，清除毒性产物和受损组织,但同时也会引发炎症。MG/巨噬细胞表达的补体受体(如清道夫受体及和识别病原体有关的细胞因子/趋化因子受体)可促进吞噬和清除靶向Aβ。当MG表现出更具抗感染性和吞噬作用时，转变为M2表现型有关的信号因素能够促进清除Aβ并改善其他症状，提示MG激活是一种特定AD效应。实验表明小胶质细胞MG激活负性调节剂可减少淀粉样蛋白斑块和神经元损伤〔21〕。Toll样受体(TLRs)及其辅助受体可识别体内病原体并参与MG对纤维状Aβ的反应〔22〕,可能参与了体内Aβ清除过程,产生神经保护作用〔23〕。实验证实在MG培养物中CD33能够抑制Aβ42的摄取和清除，而在体研究也表明APP(Swe)/PS1(ΔE9)/CD33(-/-)小鼠大脑难溶性Aβ42和淀粉样蛋白斑块水平明显降低，提示CD33失活可能会减缓Aβ病理改变〔24〕。很多研究认为浸润性单核细胞或血管周的巨噬细胞有清除淀粉样蛋白作用〔25〕，但这些外围单核细胞在神经退行性疾病中的作用还不明确。最近发现，在不考虑起源情况下，巨噬细胞/MG可以像干细胞一样通过局部增殖自我更新〔26〕，而MG增殖是慢性神经退行性疾病的一个主要部分。

3.2 星形胶质细胞调节 星形胶质细胞在AD中的作用研究少于MG，但它在AD中发挥着重要作用。APP/PS1小鼠缺失胶原纤维酸性蛋白(GFAP)和波形蛋白会引起星型细胞活性衰减并加重淀粉样蛋白斑形成，但该斑和APP进程及Aβ产生无关〔27〕，提示星型胶质细胞对淀粉样蛋白清除很关键。APP/PS1小鼠模型研究显示通过腺相关病毒-GFAD(AAV-Gfa)2带菌者阻断星形胶质细胞活性也会降低MG活性，改善认知和突触功能，减少淀粉样蛋白斑〔28〕，由于研究采用年老鼠模型(16～18个月龄)，该研究早期所用鼠是8～12个月龄，提示研究AD免疫反应可能和月龄有关。AD大脑淀粉样蛋白周围被激活的星形胶质细胞可高度表达抗胰凝乳蛋白酶α1(α1-ACT，一种急性时相反应蛋白)，并促进Aβ纤维化。但星形胶质细胞是促进清除淀粉样蛋白还是恶化沉积还不确定。

综上，炎性的增强与Aβ增殖聚合、tau蛋白磷酸化增加有关。虽然APP和tau转基因模型试验表明免疫调节存在差动效应，但也有少数研究发现脑内一般的免疫活性增强会加强病变。另外，促进淀粉样蛋白吞噬和清除的靶向活性因素也可能减少tau高度磷酸化。而3×Tg-AD模型炎症调节实验显示tau蛋白磷酸化改变可能与炎症介导的Aβ水平改变无关。需要进一步研究评估追踪特定炎性过程在AD中的作用，以阐明更有效的治疗方法，加深对AD中炎症信号复杂程度的理解。

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〔2015-09-26修回〕

(编辑 苑云杰/王一涵)

河北省卫生厅资助项目(No.20120161)；河北省科技厅资助项目(No.08276101D-21)

王瑞婷(1969-)，女，博士，教授，硕士生导师，主要从事中药抗痴呆作用及机制研究。

张 美(1989-)，女，硕士，主要从事心脑血管疾病研究。

R749.16

A

1005-9202(2016)24-6322-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.24.132

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