炎性衰老在阿尔茨海默病发生中的作用机制

康美美，王蓉

首都医科大学宣武医院中心实验室，北京市老年病医疗研究中心，北京脑重大疾病研究院阿尔茨海默病研究所神经变性病教育部重点实验室，北京100053

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一种年龄相关的中枢神经系统退行性疾病，主要表现为进行性记忆减退，认知能力下降，以及其他神经精神症状及行为障碍，最终导致生活不能自理直至死亡[1-2]。AD 已经成为老年群体中继心脏病、恶性肿瘤、脑卒中后第4 位死亡原因[3]。相关研究统计，65 岁以上人群AD 发病率为5.14%[4]，目前我国AD 患者已经超过1000 万，预计到2050年AD 患者将接近2000 万[5]。随着人口老龄化程度的加剧，AD 患者数量还会相应增加，给患者、家庭和社会也带来了沉重的心理和经济负担。然而，对于AD 的发病机制和有效的治疗措施尚未取得突破性进展，使得AD 的研究一直处于火热状态。人体先天性免疫系统和适应性免疫系统会随着年龄增长发生变化，前者更加活跃，后者功能下降。炎性衰老是伴随免疫系统改变而来的促炎反应状态慢性进行性升高的现象，在AD 和帕金森病（Parkinson's disease，PD）等老年相关疾病中的作用越来越引起关注。本文将就炎性衰老在AD 中的作用机制进行综述。

1 炎性衰老

衰老指结构退化、内环境不平衡、功能下降、适应性、弹性、抵抗力下降的过程。越来越多的研究发现，炎症与老化的发生和发展密切相关，基于此提出了炎性衰老的概念。炎性衰老以慢性低水平炎症状态（chronic low grade inflammation state，CLIS）为特征，是老年疾病高发病率高死亡率的危险因素之一[6]。慢性低水平炎症状态又称炎性衰老，最早由意大利病理学教授Franceschi 等[7]于2000年提出，是指与年龄增长相关的长期免疫系统激活[8]，促炎因子水平高，免疫系统处于低水平获得状态[9]。

炎性衰老涉及细胞因子网络及其稳态的失调[10]，某些信号通路与其密切相关，其中NF- B 和IL-1 在炎性的级联反应中发挥了重要的作用。此外，促炎因子IL-1、IL-6、TNF- 和抗炎因子IL-10、TGF- 和IL-37 对维持细胞因子网络稳态也具有重大意义。

区别于急性炎症持续几天的就消退的局部红肿热痛，慢性炎症的病程可高达数月甚至数年，在与年龄相关的疾病如AD 和PD 等年龄相关疾病中扮演着越来越重要的角色。

2 炎性衰老的机制

1996年由Sohal 教授[11]在Harman[12]和Stadtman[13]等人的学术成果基础上提出了氧化应激（oxidative stress）假说，认为衰老相关的功能丧失是由于分子进行性和不可逆性的氧化损伤（oxidative damage）造成的。机体遭受各种有害刺激时，氧化程度超过细胞对氧化物的清除能力，氧化与抗氧化失衡，从而导致组织损伤的过程。氧化损伤在慢性炎症引起的衰老和免疫系统中扮演了重要的角色，与人老化速度和寿命密切相关[14]。此外，热量限制和抗氧化剂成功降低氧化损伤，延缓衰老的研究结果也佐证了氧化损伤与炎性衰老之间密切的关系[15]。

机体DNA 修复机制可以将受损伤的DNA 修复，但是随着年龄增加，DNA 损伤逐渐增多，损伤的DNA 聚积，并最终导致细胞死亡，DNA 损伤反应（DNA damage response，DDR）信号传导是连接DNA 损伤积累、细胞衰老和生物衰老的关键机制。衰老细胞中的DDR 激活促进了促炎性分泌表型(SASP) 的获得，后者又引发了邻近细胞的DDR 和SASP 激活，从而创造了局部和全身水平的炎性环境[16]。

糖化是内源性衰老机制之一，它可以自发发生，也可以病理性方式在糖尿病、肾衰竭和炎症（糖氧化）期间发生。晚期糖基化终产物（AGE）是糖和大分子（蛋白质、脂质和核酸）进行的有害非酶修饰后的产物，在老年人及相关神经退行性疾病患者血浆中含量增加。AGE 受体RAGE（晚期糖基化终产物受体）可以结合转导各种炎症性配子，如AGEs 和S100 钙调蛋白等调节炎症、凋亡和自噬等其他重要细胞过程[17]。Chieh-Yu 等[18]发现，AGE 可以通过MAPK-ERK 和MyD88 转导的NF- B 和p50 信号通路促进单核细胞产生IL-6，促进炎症反应。Teissier 等[19]也发现，相比于老年野生型小鼠，老年RAGE 敲除小鼠炎症标志物表达下降，老年淀粉样变性明显减少。

自噬是细胞清除细胞废物、已修饰蛋白、蛋白聚集体和受损细胞器的过程，在保持细胞产物合成、降解和回收平衡、维持促进细胞生长和发育中发挥重要作用，是控制蛋白质和细胞器质量和维持细胞稳态的过程。随着年龄的增加，细胞损伤修复机制下降，细胞自噬能力下降，导致受损的分子、蛋白、DNA 以及脂质在细胞中堆积[20]。Stranks等[21]发现，在缺少自噬基因Atg7 的情况下，巨噬细胞数量增加，吞噬作用等相关功能减少，炎性细胞因子显著增加。自噬紊乱也影响了炎症小体活性、细胞因子分泌、抗原呈递和淋巴细胞功能。

炎症小体（in ammasome）是为启动和维持先天免疫应答而激活的一种胞质多蛋白复合物，是pro IL-1 和pro IL-18加工的平台，通常由胞浆模式识别受体，即NOD 样受体（NLR）、半光天冬氨酸酶1（caspase 1）以及衔接蛋白ASC（细胞凋亡相关蛋白，含有C 末端半胱天冬氨酸酶募集结构域CARD）三者组成。根据可变氨基末端结构域显示，NLR有几个亚家族，NLRP 家族成员带有一个N 末端的吡啶结构域（PYD），可以与ASC 的吡啶结构域相互作用，而后桥联到pro caspase-1[22]。NLRP3 是含有吡啶结构域3 的NOD 样受体家族，在神经免疫调节、神经炎症和神经退行性病变中发挥重要作用。正常情况下，NLRP3 样受体3（NLRP3）炎性小体可上调自噬活性，加快免疫介质的清除[23]。在衰老细胞中，NLRP3 激活，引起一系列炎症反应反过来抑制自噬，使得免疫介质持续激活，炎性反应延长，加速衰老[24]。

3 AD 的发病机制

正常情况下，人体内淀粉样肽（amyloid protein，A ）生成后降解平衡。当-淀粉样前体蛋白（-amyloid precursor protein，APP）基因突变代谢异常时，被体内的和分泌酶切割，导致A 生成增多，或者降解减少，胞外大量A 沉积，形成老年斑。寡聚肽A 具有神经毒性，当其在脑内沉积时，会引发复杂的级联反应，最终导致神经元的死亡。

人体内Tau 蛋白磷酸化和去磷酸化处于动态平衡状态，异常磷酸化的Tau 蛋白微管上脱离，胞内沉积，形成神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs），进而导致疾病的发生。

近些年来，神经炎症(neuroinflammation) 作为神经退行性疾病的重要组成部分也得到了广泛的认可，但是炎症是引起疾病的直接原因还是间接结果还不清楚。细胞因子可以通过调控免疫反应来诱导神经退行性疾病已经得到了广泛认可，但是细胞因子如何促进AD 的具体机制还知之甚少。在炎性衰老促进AD 的反应进程中，核心事件包括淀粉样蛋白激活胶质细胞分泌的各种促炎因子和炎症小体[25]。

4 炎性衰老与AD

神经胶质细胞（neuroglial，NG）构成中枢神经系统微环境，NG 的激活在AD 病理变化中有重要作用。AD 患者脑中继发有小胶质细胞（microglial，MG）和活化的星形胶质细胞（astrocyte，AS）数量增加，它们活化后分泌大量细胞因子，释放自由基和一氧化氮（NO），启动免疫炎症反应。神经胶质细胞的炎性改变，先于神经元，在神经炎症中占主导作用[26]。

星形胶质细胞是体积最大和分布最广泛的胶质细胞，占人脑体积的20%～50%，其特点是胞体发出许多长长的突起，伸展并填充于神经元及突起之间，起支持和分隔作用。同时，作为免疫活性细胞，通过与炎症介质相关的多种方式而被激活，表现为细胞肿胀、肥大、突起增多及胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）表达增强[27]。在小鼠模型中，由小胶质细胞分泌的IL-1 、TNF 和C1q 诱导A1 反应性星形胶质细胞丧失支撑神经元的能力，并使得神经元和少突胶质细胞死亡[28]。A 可以通过激活原代星形胶质细胞NF- B 通路，诱导C3 mRNA 表达增加，进而导致突触丢失。

小胶质细胞的作用是吞噬脑组织中病原体和颗粒，是具有清除炎性斑块作用的清道夫细胞，通过调节功能性突触的数量在维持脑稳态和神经元回路可塑性中发挥重要作用。小胶质细胞脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BNDF）信号传导可促进突触形成，致炎因子长期作用下被激活并分泌多种细胞因子对神经元起毒性作用。小胶质细胞可以通过高度保守的模式识别受体（PRR）[包括Toll 样受体（TLR）、NOD 样受体（NLR）和清道夫受体（SR）和高级糖基化终产物（RAGE）受体]检测外源信号（病原体相关分子模式，PAMP）和内源信号（危险相关分子模式，DAMP）。在AD 中，小胶质细胞PRR 可以与可溶性A 结合，产生促炎因子。

有文献报道，载脂蛋白E4（APOE4）可以引起血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）的改变，BBB 破坏程度和认知障碍程度有关，是AD 的早期标志物[29]。BBB 功能的破坏也会诱发神经炎症过程，激活胶质细胞（尤其是A1 型星形胶质细胞），增加炎症性细胞因子的产生[30]。血脑屏障透过率的增加也常常伴随着细胞因子和活性氧的增加，使得相关信号通路激活，促进胶质细胞表型改变，导致认知损伤早期的自噬发生[31]。

A 可以激活NLRP3 受体，促进小胶质细胞分泌IL-1[32]。IL-1 在多种细胞中表达，包括巨噬细胞、单核细胞和中性粒细胞。在中枢神经系统中，它可以由小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元中释放[33]。在神经胶质细胞中，IL-1 激活NF- B 信号转导，上调细胞因子，溶酶体损伤；在APP/PS1 转基因小鼠中，NLRP3 可以促进A 的病理反应，IL-1激活MAPK-p38 信号，增加被BACE1 切割的分泌APP 片段，使A 沉积增多，缺乏NLRP3 基因或NLRP3 抑制剂则可以减少A 沉积[25]。

IL-18 与IL-1 类似，也是由激活的炎性小体与IL-18 受体结合后，激活NF- B、STAT3 和NFATc4，调节神经元兴奋性，抑制LTP，增强神经元可塑性，改善学习记忆。与IL-1 不同的是，NLRP3 抑制剂不会降低IL-18 的表达[33]。

5 炎性衰老的干预对AD 的影响

目前为止尚未发现有效的预防、阻止或者逆转AD 的方法，胆碱酯酶抑制剂（盐酸多奈哌齐和加兰他敏）NMDA受体拮抗剂（美金刚）等药物治疗效果也仅比姑息治疗略好。抗炎干预防治认知障碍可能会对AD 患者有益。

除传统抗氧化剂如维生素C、维生素E、辅酶Q10 具有改善认知障碍的作用外，一些新的抗氧化剂，如Twendee X[34]和Tocotrienols[35]也显示出对AD 患者的有益作用。20 mg/kg/d 的Twendee X 在CCH 新型AD 小鼠模型中显示出了明显的-淀粉样蛋白，tau 和-突触核蛋白的病理学和认知缺陷改善，并伴有氧化损伤减弱。临床研究显示Tocotrienols 可以通过减轻脑白质病变进展预防AD 的认知能力下降。

Troxerutin（维生素P4）是一种源自芦丁的具有抗氧化和抗炎作用的半合成生物类类黄酮，在AD 病模型中，降低了胆碱酯酶活性，增加抗氧化酶活性，下调NF- B 改善认知功能[36]。

治疗II 型糖尿病的一线用药二甲双胍，激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），调节细胞代谢，下调炎症因子TNF-、IL-6 和COX-2 等表达，抑制DNA 损伤，增强抗氧化等多种途径改善炎性衰老[37]。

6 小结

生理情况下炎症是清除感染和维持内环境稳态的有益过程，但是当其发展为慢性低水平炎症状态时，则成为死亡的危险因素之一。不仅是AD、PD、II 型糖尿病、心血管疾病、癌症和骨质疏松等年量相关疾病均与炎性衰老密切相关。未来工作重点应该放在解决老年人维持免疫系统稳定上，而不是干预炎症介质，以便给疾病提供更好的治疗机会。