阿尔茨海默病与神经胶质细胞研究进展

曹敏 刘静 王培昌

阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)是一种常见的神经退行性疾病，主要发生于老年人群，是老年痴呆最常见的一种类型，其主要临床表现为认知功能障碍，如记忆力减退、失语、失认、视空间功能障碍等[1]。AD的主要病理特征是脑组织神经元细胞外β-淀粉样蛋白(β-amyloid peptide，Aβ)聚集形成神经炎性斑(老年斑)和脑组织神经元细胞内高度磷酸化的tau蛋白聚集导致神经原纤维缠结形成[2-4]。随人口老龄化进程的加剧，AD的发病率也呈逐年上升趋势，据统计目前有570万美国人患有AD，预测截至21世纪中叶美国这一数字将增长到1380万[5]。目前，尚无有效逆转或者终止AD进展的药物。近年来越来越多研究开始关注脑白质神经胶质细胞在AD发病中的作用。神经胶质细胞主要包括星形胶质细胞、少突胶质细胞、室管膜细胞、施万细胞、卫星胶质细胞、小胶质细胞和NG2细胞等，其主要功能包括：参与免疫应答；支持、营养及保护神经元；调节神经递质、影响突触功能及保护血-脑屏障[6]。现就星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞与AD发病关系的研究进行综述。

1 星形胶质细胞与AD

星形胶质细胞主要功能是调节细胞外离子和神经递质，调节突触活动和维持谷氨酸稳态，以及保持血-脑屏障的完整性[7]。在病理情况下，星形胶质细胞发生一系列形态和功能改变，统称反应性星形胶质细胞，在反应性星形胶质细胞中，标志性的细胞骨架蛋白——胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)和一种Ca2+结合蛋白(S100 calcium-binding protein B，S100B)的表达增加。反应性星形胶质细胞主要分为两种，具有毒性作用的A1型和具有保护作用的A2型。有研究发现，活化的小胶质细胞通过分泌白细胞介素1α(IL-1α)、肿瘤坏死因子(TNF)和C1q共同诱导星形胶质细胞变为A1型，体外实验证明当拮抗IL-1α、TNF和C1q时，A1型星形胶质细胞表达无明显减少，而应用转化生长因子(transforming growth factor β，TGFβ)时，反应性星形胶质细胞的转录水平明显下降；当A1型星形胶质细胞数量生成增多，其吞噬髓鞘碎片的功能下降，并诱导突触生成的数量减少，同时A1型星形胶质细胞分泌一种可溶性毒素，导致神经元和成熟的少突胶质细胞死亡，并可减弱少突胶质细胞祖细胞(oligodendrocyte progenitor cells，OPCs)的分化能力[8]。A1型星形胶质细胞在AD中大量存在。最近研究发现星形胶质细胞参与Aβ的产生与降解，反应性星形胶质细胞可表达多种参与Aβ降解的蛋白酶，如脑啡肽酶、内皮素转换酶、胰岛素降解酶和基质金属蛋白酶[9]。这些酶作用于Aβ的一个位点或多个位点，促进Aβ的降解。反应性星形胶质细胞不仅参与Aβ的降解，还参与Aβ的生成[10]。反应性星形胶质细胞中β-淀粉样前体蛋白(β-amyloid precursor protein，APP)、β分泌酶、γ分泌酶水平升高，导致Aβ分泌增多，最终导致脑内Aβ含量升高。尽管目前AD的主流学说为脑内Aβ沉积，诊断AD的主要标志物为Aβ42，但近年来星形胶质细胞作为AD的潜在标志物越来越受到关注。星形胶质细胞的生物标志物有：GFAP、S100B和B型单胺氧化酶(monoamino oxidase B，MAO-B)等。研究发现，认知正常老年人血清S100B水平与认知能力呈正相关，血管性痴呆(vascular dementia，VaD)和迟发性AD(late-onset AD，LOAD；发病年龄≥65岁)患者血清GFAP和S100B水平升高，而早发性AD(early-onset AD，EOAD；发病年龄<65岁)患者与认知正常对照相比GFAP、S100B水平比较无统计学差异；VaD和LOAD患者发病年龄较认知正常对照组大10岁，提示GFAP、S100B的增加可能与年龄有关[11]。利用PET技术也可检测星形胶质细胞功能，目前星形胶质细胞的PET示踪剂有：[11C]-deuterium-L-deprenyl ([11C]DED)和[11C]BU99008。[11C]DED示踪剂与MAO-B结合，在转基因小鼠中，Aβ沉积的早期阶段，MAO-B的表达增加，而在Aβ沉积后期，MAO-B未明显升高[12]。[11C]BU99008与星形胶质细胞线粒体膜上2型咪唑啉结合位点(imidazoline2 binding sites，I2BSs)结合，AD患者的尸检结果发现I2BSs含量增加[13]。目前星形胶质细胞的生物标志物尚未应用于AD的诊断中，可能由于与其他疾病有重叠性或者特异性低，但通过对星形胶质细胞生物标志物的研究，将更好地用于AD的早期诊断。

2 小胶质细胞与AD

小胶质细胞是中枢神经系统( central nervous system，CNS )的主要免疫细胞，对CNS的损伤与修复发挥重要作用，并能够感知神经元活动、调节突触可塑性、影响认知功能[14]。小胶质细胞释放的细胞因子，既包括抗炎因子如IL-10和TGF-β，也包括促炎因子TNF-α，IL-1β，IL-6，IL-12和IL-18[15]。AD模型鼠脑组织中IL-10过表达，会增加Aβ斑块中载脂蛋白E(Apo lipoprotein E，APOE)RNA水平并且导致认知障碍[16]。在AD小鼠模型中，过表达IL-6或IFN-γ发现，小胶质细胞对Aβ的吞噬作用增加，TNF-α和其他炎性反应介质的释放增加[17-18]。在三转基因3xTg-AD小鼠中肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor，TNFR)缺乏与Aβ沉积增加和tau磷酸化增强有关[19]。此外，来自TNFR缺陷的3xTg-AD小鼠的小胶质细胞显示出吞噬作用减弱，表明TNF-α在促进清除机制中的保护作用。但IL-1β对Aβ的清除会产生不利影响，当Aβ聚集时，小胶质细胞被激活形成凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)，ASC激活半胱天冬酶-1(caspase-1)进一步激活IL-1β，在APP/PS1转基因小鼠中caspase-1缺陷时，减少了IL-1β的形成，可增强小胶质细胞对Aβ的清除[20]。小胶质细胞的激活对AD发展的其他不利因素包括：导致Aβ聚集、突触丢失和神经元损伤。Hong等[21]研究证明，采用寡聚Aβ刺激小胶质细胞时会引起早期突触损失，进一步在APP / PS1小鼠中阻断补体C3、C1q或CR3可减少早期突触损失[21]。另外，C3缺乏或阻断C5a可在未增加Aβ产生的情况下提高Aβ水平[22-23]。小胶质细胞合成的大量清道夫受体已被证明可与Aβ相互作用，包括CD36、A1类清道夫受体(scavenger receptor class 1，Scara1)和晚期糖基化终产物受体(the receptor of advanced glycation endproducts，RAGe)。同时实验证明在AD模型鼠的脑组织中减少Scara1的表达可导致脑内Aβ沉积增加[24]。小胶质细胞在AD中的不同作用可能与小胶质细胞状态有关。Aβ刺激小胶质细胞，从静息状态转变为激活态，急性激活的小胶质细胞表达细胞因子，增强Aβ的吞噬，摄取和清除，但是长期刺激会导致小胶质细胞增殖，从急性免疫反应转变为慢性炎症状态，最终加快AD的进展。2型髓样细胞触发受体(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)基因突变与LOAD的发生有关，研究认为TREM2基因具有增强小胶质细胞吞噬凋亡细胞碎片和Aβ的作用[25]。TREM2经过蛋白酶水解后形成可溶性TREM2(soluble TREM2，sTREM2)在脑脊液中大量存在，研究人员向AD模型鼠海马中注射sTREM2，发现sTREM2促进小胶质细胞增殖和迁移且增强对Aβ的清除能力，sTREM2通过调节小胶质细胞进而影响大脑内Aβ含量，可作为AD免疫治疗的一种新线索[26]。因此明确小胶质细胞与AD发病的关系对确定免疫治疗的最终疗效具有重要意义。

3 少突胶质细胞与AD

少突胶质细胞在CNS中起关键作用。它们与神经元紧密联系，能够产生髓鞘，进而包裹轴突，保护轴突结构完整，促进电信号沿轴突传播，降低电容，从而提高动作电位的速度和效率[27]。转录因子Olig2是少突胶质细胞分化的关键调节因子，Olig2启动OPC分化同时抑制GFAP的表达。研究表明，应用组蛋白去乙酰化酶3(histone deacetylases 3，HDAC3)抑制剂强烈抑制Olig2的表达，可使OPCs分化为星形胶质细胞，从而导致少突胶质细胞减少，进而导致髓鞘缺失[28]。当AD患者脑白质发生变化，少突胶质细胞也将受到影响。AD患者脑组织尸检结果显示，在白质组织中未成熟的少突胶质细胞数量减少[29]。AD海马旁白质中少突胶质细胞核的直径缩短，而神经元细胞核的平均直径不受影响[30]。针对AD小鼠模型的研究揭示了白质中少突胶质细胞的功能变化：与野生型(Wild-type，WT)小鼠相比，在早老素1敲除小鼠中，少突胶质细胞对谷氨酸和Aβ更敏感；在6～8月龄APP/PS1转基因小鼠中，OPCs的数量较WT小鼠增多[31]。AD脑白质的变化还包括髓鞘丢失和脱髓鞘，当脱髓鞘发生时，小胶质细胞吞噬髓鞘碎片，分泌IGF-1、TNFα、IL-1β、成纤维细胞因子-2等促进OPCs分化与增殖[32]；但随着年龄增加，TGFβ增加，衰老的小胶质细胞外基质通过BMP信号通路，阻止OPCs向少突胶质细胞的分化，进而影响髓鞘再生，髓鞘损伤后，神经元更容易受到氧化应激及Aβ毒性的影响[33]。对于AD的全基因组关联分析已经确定桥接整合因子-1(bridging integrator-1，BIN1)是LOAD的第2个最显著的易感基因位点，BIN1定位于啮齿动物和人脑中的白质束，并且大部分BIN1在成熟的少突胶质细胞中表达，在人脑白质中高度富集。同时有实验表明BIN1的表达随着出生后髓鞘形成和少突胶质细胞分化而上调。有实验表明缺乏BIN1基因的果蝇可能通过增加Aβ或者tau蛋白的产生，增加AD发生的风险[34]。了解成熟的少突胶质细胞中BIN1的功能及在髓鞘形成过程中BIN1的作用将有助于认识BIN1的变异是如何增加AD发病风险的。

4 展望

由于AD的发病机制尚不明确，临床上并没有针对AD病因治疗的药物，随着对神经胶质细胞的研究深入，以神经胶质细胞为导向的治疗将得到进一步的发展。例如减少少突胶质细胞的死亡，保护髓鞘，促进髓鞘再生；增强星形胶质细胞、小胶质细胞对Aβ的清除作用；减少炎性因子的释放等。因此，对神经胶质细胞的研究，将会为AD患者的治疗提供新思路。