胶质细胞在帕金森病免疫炎性反应机制中的作用

王翠 曲明威 尚德静

帕金森病(Parkinson disease，PD)是一种神经退行性疾病，其病理特征为黑质致密部(substantia nigra pars compacta，SNpc)多巴胺(DA)能神经元进行性死亡，以及残存的DA能神经元胞浆内路易小体(Lewy body)形成，基底节区DA缺乏，进而导致发生PD经典运动障碍症状。目前，关于PD的发病机制仍有待阐明。DA能神经元的死亡与遗传、环境和免疫等多种因素有关系。病理及生化学研究发现SNpc区域蛋白质降解障碍、线粒体功能障碍、氧化应激、兴奋性氨基酸毒性、细胞凋亡、免疫炎性反应等多种病理机制导致了DA能神经元的变性[1]。越来越多的证据表明免疫炎性反应在PD的发生及发展中发挥了突出作用[2-3]，在年龄老化、遗传危险因素和环境暴露因素的基础上，多种免疫细胞及分子参与了PD相关免疫炎性反应，其中小胶质细胞和星形胶质细胞发挥了及其重要的作用。

1 小胶质细胞

小胶质细胞约占脑内神经胶质细胞总数的10%，是中枢神经系统(CNS)内固有的免疫细胞，类似于外周组织的巨噬细胞，是神经免疫炎性反应主要的介导者；同时在神经系统发育、结构修补和维护中起重要作用。在正常成熟的CNS中，小胶质细胞具有复杂的形态，在致密的胞体上形成许多突起，处于一种高度活跃的状态，发挥免疫监视，清除细胞碎片及外来异物，维持脑微环境稳态的作用。当受到炎性反应信号刺激后，小胶质细胞被激活、增殖，产生形态和功能上的改变。

1.1小胶质细胞的激活1988年，Mcgeer等[4]研究发现PD患者尸检大脑黑质(substantia nigra，SN)区域和基底节区有大量小胶质细胞激活。此后，PD脑内以小胶质细胞激活为特征的神经免疫及炎性反应机制受到广泛关注。观察神经毒素1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)诱导的PD动物模型发现，MPTP可直接造成DA能神经元损伤，死亡的神经元激活小胶质细胞，产生炎性介质及神经毒性细胞因子，进一步损伤神经元，形成恶性循环，导致DA能神经元功能进行性恶化[5]。在细菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)注入和α突触核蛋白(α-syn)过表达的PD动物模型中，LPS或α-syn可直接激活小胶质细胞，介导神经免疫炎性反应，从而选择性损伤DA能神经元；另外，SN区小胶质细胞介导的神经炎性反应发生后，即使致炎事件终止，神经炎性反应亦会持续很久[6-7]。目前认为，MPTP、鱼藤酮、百草枯、颗粒性物质、LPS和内源性物质，如α-syn、神经黑色素、金属基质蛋白酶-3(metalloproteinase-3，MMP-3)、免疫球蛋白、各种炎性反应因子等，均可激活小胶质细胞[8]。

1.2小胶质细胞激活的分子机制神经元和小胶质细胞之间直接相互作用，神经元一旦受到刺激，会发出兴奋性或抑制性信号，小胶质细胞能够识别这些信号。抑制性信号使小胶质细胞维持在“静息态”，拮抗促炎活性；而兴奋性信号会在病理状态下促进小胶质细胞从静息态转变为激活态，是有益的一面，而持续的激活会导致神经元损伤。小胶质细胞保持在“静息态”也依赖神经元表达的配体密度。有研究结果显示PD患者脑内神经元表达的配体密度下降导致了小胶质细胞从静息态转变为激活态。

DA能神经元完整性受到破坏时，神经元本身分泌或表达的兴奋性信号增强和抑制性信号减弱共同促使小胶质细胞的迅速激活[9-11]。小胶质细胞表面存在内毒素受体、细胞因子受体、化学因子受体、神经递质受体、错误折叠蛋白受体、血清因子和ATP等多种受体。不同的递质受体激活后直接或间接地调控小胶质细胞的功能，这是一个复杂且高度协调的过程[12]。LPS与Toll样受体(Toll-like receptor，TLRs)的TLR-4结合，由此激活小胶质细胞而产生的细胞因子通过与小胶质细胞上的受体结合，进一步增强小胶质细胞的活化。Noeler等[13]发现TLR4缺乏的MPTP小鼠PD模型小胶质细胞活化和神经变性的敏感性显著降低。α-syn寡聚体可通过TLR2激活小胶质细胞，从而刺激核因子κB介导的促炎性细胞因子产生，而经过α-syn处理的小胶质细胞TLR2的表达明显增强[14-15]。ATP从受损的神经元中分离出来，与小胶质细胞嘌呤受体结合，改变钠通道活性，造成小胶质细胞钙离子瞬变，通过Rac 1和ERK 1/2介导，激活小胶质细胞向受损细胞处迁移[16]。p.R47H变异体髓样细胞触发受体-2(Trem-2)与PD有关[17]。目前研究局限于对单个受体的了解，这些受体之间的相互作用仍是未知领域。

1.3小胶质细胞激活在PD中的作用机制

1.3.1 小胶质细胞免疫学表型的改变：目前已证实小胶质细胞是CNS固有的抗原递呈细胞(antigen presenting cell，APC)。在健康CNS中，小胶质细胞的主要组织相容性抗原-Ⅱ(major histocompatibility antigen-Ⅱ，MHC-Ⅱ)类分子的表达很难被检测到。研究发现，PD患者SN区域相对于其他脑区的小胶质细胞丰富，小胶质细胞中的MHC-Ⅱ类分子表达量与α-syn沉积及DA能神经元变性呈正相关，提示这种适应性免疫在介导炎性反应过程中选择性损耗了DA能神经元群体，激活的小胶质细胞的MHC抗原递呈作用在促进PD发展中发挥重要作用[18]。

1.3.2 小胶质细胞功能变化-细胞毒物质的产生：激活的小胶质细胞细胞释放多种炎性介质，超氧化物是众多介质中诱导和扩增神经毒性重要的物质，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NADPH)是小胶质细胞产生的主要超氧化物酶，激活后其胞质内亚单位移位并定位在细胞膜上，启动电子转移，产生超氧自由基O2-，是PD神经免疫炎性反应中的始动因子，可直接损伤DA能神经元；O2-可进入细胞内，促进小胶质细胞产生其他神经毒性介质。研究发现，NADPH与位于多种免疫细胞表面参与机体防御作用及免疫反应的重要黏附分子Mac-1紧密结合，是小胶质细胞增殖后介导的氧化应激损伤导致PD慢性炎性反应的主要机制[19]。另外，有研究结果显示，与对照组比较，PD患者SN区表达诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的胶质细胞明显增加。iNOS与NADPH一样在小胶质细胞激活后所致氧化应激导致DA能神经元死亡过程中扮演关键作用。iNOS可以介导一氧化氮(NO)和超氧化物自由基的生成，NO迅速与O2-反应产生高活性的过亚硝酸盐，造成DNA链断裂、酶及蛋白结构的完整性受损，破坏线粒体呼吸链功能，造成DA能神经元死亡[20]。其次iNOS还介导前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)及其合成酶环氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)的生成，有研究显示在PD患者和动物模型中二者表达的上调，是造成DA能神经元细胞毒性损害的又一因素[21]。

1.3.3 促炎细胞因子释放：细胞因子是PD炎性反应的重要组成部分，由激活的胶质细胞和神经元免疫活性细胞分泌。小胶质细胞的TLR-4与LPS、MPP+等结合而被激活，导致细胞核内DNA的转录与翻译，产生并释放多种炎性因子[22]。这些促炎细胞因子包括肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL-1β)、TGF-β、γ-干扰素(γ-IFN)、IL-6、IL-10、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-1、caspase-3等[23]。经LPS处理的大鼠中脑原代细胞培养发现，细胞因子TNF-α、IL-1β表达增多，直接造成DA能神经元死亡[24]；另外，TNF-α、IL-1β、γ-IFN可诱导多种免疫活性细胞表面CD23分子的表达，CD23与配体结合后可均诱导iNOS生成，催化产生NO。NO反过来又可促进促炎因子的产生，如TNF-α和IL-6[25]。TNF-α也可与DA能神经元细胞质膜上的特异性受体结合，通过MHC-Ⅱ抗原呈递通路，激活适应性免疫而损伤DA能神经元[26]。

2 星形胶质细胞

星形胶质细胞是CNS中数目最多的胶质细胞，参与血-脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的构成，调节大脑的突触传递、水传输和血液流动，为神经元提供最佳的微环境。目前研究表明，PD患者BBB存在损伤，活化的内皮和BBB通透性改变使外周免疫细胞流入，再由活化的小胶质细胞激活外周免疫细胞，针对特定的抗原引发CNS炎性反应。这种炎性反应可诱导DA能神经元损伤，损伤的DA能神经元又可促进炎性反应[27]。因此，BBB通透性增加可能是PD发展过程中的催化剂。

星形胶质细胞表面具备天然免疫的受体如Toll样受体、核苷酸结合寡聚结构域、双链RNA依赖性蛋白激酶、清道夫受体、甘露糖结合凝集素受体和补体系统的表达成分，提示星形胶质细胞在天然免疫中的作用。星形胶质细胞在PD发病中是否具有神经保护作用和/或神经毒性作用尚无定论。动物模型研究显示，随着SNpc及纹状体区域DA能神经元的死亡，星形胶质细胞被激活，进而GFAP呈持续高表达，提示星形胶质细胞的激活可能发生在DA能神经元死亡之后[28]。PD患者尸检发现SNpc区域GFAP阳性星形胶质细胞增加，伴有胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)和睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor，CNF)减少。GFAP阳性星形胶质细胞数量与死亡的DA能神经元呈反比，提示DA能神经元在星形胶质细胞较少的区域更容易变性死亡，表明星形胶质细胞可能具有神经元保护作用[29]。PD患者SN区存在细胞黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)阳性星形胶质细胞，可吸引具有淋巴细胞功能相关抗原-1(LFA-1)阳性的小胶质细胞。有研究表明，α-syn能转移至星形胶质细胞并逐步累积引起与免疫功能相关的基因表达增加，产生IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-18和克隆刺激因子-1、2、3等促炎因子；α-syn也可促进星形胶质细胞表达趋化因子CC配体-3(CCL-3)、4、5、12、20，CXCL-1、2、5、10、11、12、16和CX3CL1等趋化因子，这些趋化因子具有招募单核巨噬细胞，促进小胶质细胞和神经祖细胞迁移，调节小胶质细胞活性和星形胶质细胞增殖存活，维持突触可塑性及信号传递的作用[30-31]。CCL-12和CCL-5会导致谷氨酸释放，反过来再促进星形胶质细胞重新合成细胞因子和趋化因子，提示星形胶质细胞在胶质细胞-胶质细胞和胶质细胞-神经元之间信息传递中发挥重要作用[32]。

除细胞因子外，在PD患者和MPTP模型中的中脑背侧发现了由激活的星形胶质细胞产生的髓过氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)。MPO可将非活性的亚硝酸盐氧化为NO2-，进而使蛋白质硝基化；NO2-也可产生次氯酸(hypochlorous acid，HOCL)，可催化胺类成为氯胺、酚和不饱和氯化物；MPO也可直接将过氧化氢和氯离子生成HOCL，HOCL对DA能神经元造成氧化损伤[33]。

综上所述，PD仍是一种病因不明的退行性疾病，遗传学、环境、神经炎性反应和免疫因素等多种因素多种机制共同参与了疾病的发生发展。从目前证据支持炎性反应和免疫与神经元变性有关，正确认识小胶质细胞、星形胶质细胞在神经炎性反应和免疫反应中的作用非常重要，可能为研发抗炎药物提供帮助。