阿尔茨海默病脑内小胶质细胞的极化状态及电针的影响研究进展①

李珑，柳维林，王志福，陶静，陈立典

阿尔茨海默病脑内小胶质细胞的极化状态及电针的影响研究进展①

李珑，柳维林，王志福，陶静，陈立典

脑内免疫细胞小胶质细胞有两种极化状态M1和M2。M2状态可吞噬β-淀粉样蛋白、防止Tau蛋白过度磷酸化，还可清除部分病理产物。针刺发挥作用的机制可能与转变小胶质细胞的极化状态有关。

阿尔茨海默病；小胶质细胞；极化；电针；综述

[本文著录格式]李珑，柳维林，王志福，等.阿尔茨海默病脑内小胶质细胞的极化状态及电针的影响研究进展[J].中国康复理论与实践,2017,23(7)：779-782.

CITED AS：Li L,Liu WL,Wang ZF,et al.Role of microglia polarization in Alzheimer's disease and association to electroacupuncture (review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(7)：779-782.

阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)是一种起病隐匿的神经系统退行性疾病，多发生于65岁以上人群。该病以认知功能及身体其他功能进行性减退为主要特征，严重者丧失生活自理能力[1]。目前AD已成为继心脏病、肿瘤、脑卒中后第4位死因[2]。根据2016年全球AD报告显示，全世界现有痴呆患者4700万，治疗及照顾费用8180亿美元；预计到2050年，患病人数会超过1.31亿[3]。AD是导致痴呆的重要病因之一，给家庭和社会带来巨大负担，已成为重要的公共卫生问题。

AD以大脑神经元损害为主要病理改变，公认有两大核心病理标志，一是神经元外β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)沉积，二是神经元内Tau蛋白过度磷酸化引起的神经纤维缠结(neurofibrillary tangle,NFT)[4]。小胶质细胞(microglia,MG)作为中枢神经系统的免疫细胞，在疾病中表达为不同的极化状态，在AD病理变化中发挥重要作用。

AD的治疗临床上缺乏行之有效的药物和治疗方法，针刺作为一种多靶点、多通路的治疗手段，在临床上运用广泛。针刺可能通过多种机制发挥作用，调节小胶质细胞功能。

1 小胶质细胞及其功能

小胶质细胞起源于中胚层，主要存在于人体大脑和骨髓系统中，相当于中枢神经系统的巨噬细胞，在多种神经退行性疾病中发挥抗原提呈、吞噬病原体、分泌多种细胞因子和修复神经损伤的作用[5]。

小胶质细胞对外界环境变化十分敏感，可针对多种微环境变化迅速作出反应。在正常生理状态下，小胶质细胞缺乏吞噬功能，呈静息态，表现为细长的分枝状小细胞形态，通过其分枝随时监测微环境变化，清除凋亡细胞和其他的碎片，具有“清道夫”的作用。在非感染病理条件下，如神经退行性疾病等，小胶质细胞迅速激活为阿米巴形态，增殖并迁移到损害部位，表现出强大的吞噬能力，其细胞表面受体的表达也随之上调，同时产生大量促炎因子，如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、干扰素γ(interferon γ,IFN-γ)、白细胞介素1(interleukin-1,IL-1)等，以及蛋白酶、活性氧等炎性介质，引发免疫炎性反应。在中枢神经系统，各种炎性反应和细胞凋亡构成系列级联病理变化，小胶质细胞通过对这些物质进行调节，发挥神经保护和毒性损伤双重作用。

目前认为，小胶质细胞存在M1和M2两种极化状态[6-8]，类似于中医学中的“阴”和“阳”对立属性的描述，这与小胶质细胞受到不同的环境刺激有关。

在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、INF-γ等因子的诱导下，小胶质细胞会分泌一氧化氮(nitric oxide,NO)、TNF、IL-6和IL-lβ等促炎因子，可能加重组织损伤，这种状态下的小胶质细胞为M1极化状态，也称为“经典激活途径(classical activation)”。在IL-4、IL-13的作用下，小胶质细胞可分泌精氨酸酶(arginase,Arg)和IL-10等因子，具有促进组织修复和血管再生作用，为“可选择激活途径(alternative activation)”，这种状态下的小胶质细胞为M2极化状态[9]。

一般来说，M1是抵御各种损伤的第一道防线。但由于它在对入侵的病原体造成破坏的同时，也释放促炎症因子、产生神经毒性，常常在神经元受损与急性炎症之间建立恶性循环。

M2是抑制促炎免疫应答、增加修复基因表达的状态，其拮抗炎症反应的作用主要与白介素家族中IL-4、IL-13、IL-10和转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)四种抗炎细胞因子有关。IL-4和IL-13发挥抗炎作用，抑制促炎细胞因子IL-8、IL-6和TNF-α的产生，减少NO释放，防止脂多糖诱导的神经元损伤。TGF-β是多效细胞因子，在AD中主要参与抑制小胶质细胞功能[10]。此外，M2还可以增强胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)等神经营养因子的表达，促进神经元生长和炎症恢复[11]。在清除凋亡细胞或髓磷脂碎片时，有Arg1、甘露糖受体(CD206)等M2标志物产生，帮助组织重建。这些神经保护因子相互影响，共同作用，以对抗M1引起的炎症反应。

2 小胶质细胞极化状态对AD病理变化的影响

20世纪70年代以来，人们逐渐认识到小胶质细胞是中枢神经系统的免疫效应细胞，参与炎症和神经损伤，是神经退行性疾病的始动因子和促进因素[12-13]。在AD的病理过程中，小胶质细胞M1和M2状态对Aβ斑块的清除、Tau过度磷酸化以及其他病理因素产生影响。

2.1 Aβ

Aβ是淀粉样蛋白前体蛋白(β-amyloid precursor protein, APP)在早老素-1(presenilin-1,PS1)的帮助下，被蛋白水解酶α、β和γ水解变性后形成的，首先形成淀粉样蛋白原纤维和寡聚体，随后逐渐堆积形成老年斑。Aβ的形成、累积和降解贯穿AD的整个病理过程，也是导致脑内神经元功能障碍的重要原因。

淀粉样斑块吸引小胶质细胞在其附近聚集，而小胶质细胞的吞噬能力可能与Aβ斑块数量和年龄有关[14]。促炎症细胞因子，如IFN-γ、IL-1β和TNF-α等表达增多，可能降低M2对Aβ的吞噬能力，并可能促使其转变为促进炎症反应的M1型。

少量Aβ即可激活小胶质细胞，使其胞体变大，转变为阿米巴样巨噬细胞形态，迅速到达斑块周围清除Aβ，发挥神经保护作用[15-16]；随着Aβ的增多，小胶质细胞被过度激活，吞噬功能减弱，同时释放IL-1β、TNF-α等促炎症因子，产生神经兴奋毒性，反而加快Aβ沉积[17-18]。研究显示，脑内注射IL-4和IL-13可以减少APP23小鼠脑内Aβ斑块沉积，改善其认知功能，同时伴有Arg1和M2型表型的表达上调[19]。Weekman等[20]对APP/PS1转基因小鼠行双侧颅内腺相关病毒注射，在小鼠4月龄时成功诱导出M1表型，在6月龄时发现小胶质细胞转变为混合表型，伴有淀粉样蛋白沉淀增多。这可能表示在AD的病理改变中，M1和M2两种极化状态受不同刺激或年龄的影响，相互转化、协同作用，共同导致AD的病情发展。

2.2 Tau磷酸化

Tau蛋白是微管相关蛋白的一种。正常大脑中，Tau蛋白的主要功能是与微管蛋白结合，促进微管的形成；与微管结合，维持其稳定性，并诱导微管成束。AD患者脑内Tau蛋白含量高于健康人群，且呈过度磷酸化状态；过度磷酸化的Tau蛋白是大脑神经纤维变性的主要因素，也是NFTs的主要成分。研究表明，NFTs在AD患者大脑皮层的形成数量与患者认知功能下降的程度呈正相关[21]。

无论是NFTs形成早期[22]还是晚期[23]，其周围均能检测到活化的小胶质细胞。在突变型人Tau蛋白转基因小鼠中，也发现小胶质细胞的活化与过度磷酸化的Tau蛋白沉积相关[24]。研究显示，Tau寡聚体体外诱导花生四烯酸，可增加小胶质细胞亚硝酸盐和促炎细胞因子IL-6的产生[25]。在Tau结构变态的早期，一些促炎细胞因子，如IL-1、IL-6、TNF-α和fractalkine (CX3CL1)可修饰Tau磷酸化模式，并改变Tau蛋白的结构和功能[26]；破坏CX3CR1(一种抗炎CX3CL1受体)，能增强小胶质细胞的促炎活化，加速NFTs的形成[27]。在老化过程中，神经元释放Tau蛋白，可引起小胶质细胞过度激活。在P301L Tau突变小鼠身上发现，活化的小胶质细胞具有从M2型转变为M1型的倾向，在这个过程中，Tau-微管蛋白激酶-1(Tau-tubulin kinase-1,TTBK1)有重要作用[28]。骨髓细胞触发受体2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2,TREM2)过度表达可以诱导小胶质细胞极化为M2型，抑制神经炎症反应，从而防止Tau蛋白的过度磷酸化，减少大脑神经病理损害，改善小鼠空间认知功能障碍[21]。

2.3 其他病理因素

除了两大主要病理产物外，小胶质细胞还可以减少神经元损伤和突触丢失，减少认知功能障碍的发生。小胶质细胞可以释放诸如TGF-β的生物活性物质，以支持组织修复；同时抑制损伤和胶质细胞瘢痕形成，从而发挥神经保护作用。小胶质细胞也释放神经生长因子，减少扩张性损伤和抑制形成新的病变，帮助突触再生。在AD早期，小胶质细胞活化通过降解Aβ、修复损伤细胞、调节神经免疫炎症反应，发挥神经保护作用；后期小胶质细胞被过度激活，Aβ清除能力降低，分泌大量神经炎性因子，产生神经兴奋毒性，导致胆碱能神经元损伤[29]。研究发现，脊髓神经损伤时，小胶质细胞被迅速诱导为M1型，并在损伤部位持续表达，妨碍成体感觉轴突的再生[30]。

3 针刺与小胶质细胞极化状态的关系

针刺因其副作用小而疗效确切，受到越来越多医学工作者和患者青睐，已广泛应用于心血管疾病、精神疾病和各种急慢性疼痛[31]。针刺可以有效改善AD患者认知功能障碍，提高患者日常生活能力[32]。本课题组前期研究显示，电针可显著提高AD早期(4月龄)APP/PS1双转基因小鼠的认知功能[33-34]；电针预处理可以抑制脑缺血损伤大鼠小胶质细胞活化，降低TNF-α、IL-1β和IL-6的表达，改善其运动功能[35]。

大量研究证实，电针可调节小胶质细胞功能[36-37]。电针内关、曲池和地机穴可抑制大脑中动脉缺血大鼠小胶质细胞Toll样受体4/核转录因子-κB信号通路活性，海马区神经元数量增多[38]；电针显著缓解机械性痛觉过敏，可能与p38丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化表达降低，从而抑制神经性疼痛中小胶质细胞的活化有关[39]；电针还可能通过下调IFN的过度表达，降低P2X4受体表达[40]，抑制IL-1β的产生[41]，并促进神经营养因子-3的神经保护作用等，对小胶质细胞产生影响。

4 小结与展望

小胶质细胞作为中枢神经系统中的免疫细胞，与神经炎症的发展密切相关，在AD的神经病理变化中起至关重要的作用。在不同时期和不同刺激下表现为M1、M2两种极化状态。大量研究证明，针刺可以有效调节小胶质细胞功能。推测针刺也可能调节小胶质细胞的极化状态，减少脑内Aβ沉积，抑制Tau过度磷酸化，防止神经损害，从而改善认知功能。值得进一步研究。

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Role of Microglia Polarization inAlzheimer's Disease andAssociation to Electroacupuncture(review)

LI Long,LIU Wei-lin,WANG Zhi-fu,TAO Jing,CHEN Li-dian
College of Rehabilitation Medicine,Fujian University of Traditional Chinese Medicine,Fuzhou,Fujian 350122, China

CHEN Li-dian.E-mail：fjtcm1958@sina.com

There are two phenotypes of microglia,M1 and M2.Microglia in M2 polarization may associate with the phagorytosis of beta-amyloid and inhibition of Tau hyperphosphorylation,as well as in other pathology.Electroacupuncture can impact the phenotypes of microglia,which may play a role in the treatment forAlzheimer's disease.

Alzheimer's disease;microglia;phenotypes;electroacupuncture;review

R749.1

A

1006-9771(2017)07-0779-04

2017-02-14

2017-03-10)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.07.008

福建省康复技术协同创新中心课题(No.755010017-协同)。

福建中医药大学康复医学院，福建福州市350122。作者简介：李珑(1992-)，女，汉族，重庆市人，硕士研究生，主要研究方向：神经康复与认知科学研究。通讯作者：陈立典(1963-)，男，汉族，福建政和县人，博士，教授，博士研究生导师，主要研究方向：神经康复与认知科学研究。E-mail：fjtcm1958@sina.com。