TREM1及其在中枢神经系统疾病中的相关研究

刘源，张新程，刘彦超，黄逸民，何学君，马小鹏，张华楸

模式识别受体是一类主要表达于固有免疫细胞表面、可识别一种或多种病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）的识别分子，在生物体免疫系统早期识别感染性和非感染性刺激，继而在引发免疫炎症反应中起关键作用。髓系细胞触发受体家族（triggering receptor expressed on myeloid cells，TREM）是近年来发现的一类新型模式识别受体。目前，在人类6 号染色体短臂2 区1 带上发现了3 个TREM 成员（TREM1-3）和4 个TREM 样转录本（TREML1-4），这些转录本之前被命名为新型的Ig样受体[1]。TREM家族在单核细胞、巨噬细胞、树突细胞、中性粒细胞、小胶质细胞、破骨细胞和血小板等细胞中广泛表达[2,3]，同时它们也表达在自然杀伤细胞、B 细胞、T 细胞、上皮细胞和内皮细胞等细胞表面，表现出TREM家族在调节先天免疫中的重要性[4]。TREM1 和TREM2是当前TREM 家族中被研究较多的2 个成员，两者有相似的跨膜糖蛋白结构，但在对炎症反应的调节中可能扮演着不同角色。相较于TREM2的炎症抑制和促细胞吞噬作用，研究者普遍认为TREM1 信号具有活化、放大炎症效应。TREM1 作为炎症的放大器，在多种急性感染性疾病中产生了巨大的影响，例如经典的脓毒性休克、肺炎等。然而越来越多的研究发现TREM1在很多慢性非感染性炎症和自身免疫性疾病中也发挥了重要作用，如银屑病、炎症性肠病、动脉粥样硬化、肿瘤等[5]。特别是TREM1参与调控疾病的炎症微环境进程，与疾病的发生发展、转归、预后密切相关。在近几年，TREM1 逐渐成为中枢神经系统疾病中的研究热点[6]。

1 TREM1的结构及亚型

TREM1（CD354）是TREM 家族中第1 个被确定和详细描述的成员[7]，在髓系免疫反应中起扩大炎症反应的作用。该分子包括2 种亚型：膜结合型（mTREM-1）和可溶型（sTREM-1）。mTREM1 受体包括一个短细胞质尾，可以与跨膜受体DNAX激活蛋白（DNAX-activating protein 12KD，DAP12）配对，后者通过其携带的免疫受体酪氨酸激活信号转导基序（immunorecepter tyrosine-based activation motif，ITAM）以进行信号转导[8]。sTREM1 只有Ig样结构域，在抗原识别和与mTREM1竞争相同的配体过程中其重要作用，因此它被认为可以在不同的环境中起到抗炎作用[9]。sTREM1 的来源目前尚不清楚，有学者提出是由金属蛋白酶matrix metalloproteinases，MMPs），如MMP-9 对mTREM1的蛋白水解后进入血液。因此，sTREM1 的释放依赖于膜上TREM1的激活和随后的裂解[10]。

2 TREM1相关配体及信号通路

TREM1的配体包括血小板、肽聚糖识别蛋白1（peptidoglycan recognition protein 1，PGLYRP1）、高迁移率蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）、热休克蛋白70（heat shock protein 70，Hsp70）、肌动蛋白等[11]。近期有报道脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）在脑肠轴功能调节中也参与TREM1的激活[12]。但尚不清楚这一效应是否通过Toll样受体4（Toll-like receptors，TLR）4 信号通路的活化实现的。其他还有可能的配体包括酵母多糖、艾滋病病毒包膜糖蛋白（HIV gp120 hypothetical protein，HIV gp120）、曼氏血吸虫卵抗原和马尔堡病毒糖蛋白等。

mTREM1 的功能依赖于DAP12 的激活和细胞内信号转导。含有ITAM 接头蛋白的DAP12 胞质部分在酪氨酸残基上被磷酸化，为Zeta链相关蛋白激酶（Zeta-chain associated protein kinase 70kDa，ZAP70）和脾脏酪氨酸激酶（Spleen Tyrosine Kinase，SYK）提供对接位点[13]。SYK 可以促进Cbl（casitas B-lineage lymphoma）、SOS 蛋白和生长因子受体结合蛋白-2（growth factor receptor bound protein 2，Grb2）接头复合物的募集和酪氨酸磷酸化，通过Jakus激酶（Janus Kinase，JAK）、细胞外信号调节激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）和磷脂酶C γ（phospholipase-Cγ，PLCC）途径进行下游信号通路转导。磷酸化激活JAK 以后，可磷酸化下游靶蛋白的酪氨酸残基，募集并磷酸化转录因子STAT，使其以二聚体的形式进入细胞核与靶基因结合，调控下游基因的转录，调节细胞的增殖、分化、凋亡过程。ERK1/2 被磷酸化激活后，进入细胞核作用于转录因子Elk-1、NFAT、AP1 和NF-κB 等，促进基因的转录于与表达。这些通路下游的转录因子都参与炎症介质的产生，如白介素IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、IL-1B和肿瘤坏死因子TNF-α[14]，此外还诱导钙动员和肌动蛋白细胞骨架的变化[15]。mTREM1 的激活还抑制促凋亡分子（Bid、Bad和Bax）和线粒体释放细胞色素C，从而维持线粒体的完整性，延长细胞寿命。维生素D3、氧化型低密度脂蛋白、TNF-α、IL-1B、LPS 和脂磷壁酸（LTA）等可以导致mTREM1 表达上调，而PU.1（一种存在于髓系细胞和淋巴样细胞中的转录因子）和抗炎细胞因子（如IL-10 和TGF-β）、抗菌肽LL-37和CpG寡脱氧核苷酸（CpG-ODN）等可致TREM1表达下调，它们都是LPS诱导的mTREM1活性的抑制剂[16]。

3 TREM1与其他模式识别受体的相互作用

Toll 样信号受体（TLRs）是先天性免疫模式的主要受体，在机体内能及早识别病原体相关分子，TLR2和TLR4可共同介导跨膜免疫信号，形成传导通路，从而介导炎症反应。mTREM1主要可以放大TLR4信号通路，进而导致mTREM1表达增加，提示TREM1 和TLRs 之间可能存在相互协作的机制[17]。TLR4 和TREM1 之间的相互作用依赖于接头分子髓样分化初级应答基因88（myeloid differentiation factor 88，MyD88），其对它们细胞内信号的启动至关重要。MyD88的活性高低与调节TREM1表达的转录因子（如NF-κB和AP1）的激活与否直接有关。研究表明，mTREM1的抑制似乎并不直接干扰TLR4的表达，仅是下调了TLR4 细胞内信号转导的某些基因，如MyD88，从而表明TLR4 对TREM1 的活性有更大的直接影响，mTREM1 对TLR4的功能起间接作用。

核苷酸结合的寡聚结构域样受体（NLR）家族参与炎症和凋亡反应的调节，与TLR 相似，它与mTREM1 存在协同作用[18]。NLRs 和mTREM1 的相互作用导致单核细胞活化，从而触发和放大蛋白激酶B（protein kinases B，PKB/AKT）的磷酸化，此外还诱导丝裂元活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和促炎介质如IL-1B 和IL-6 的产生。TREM1 还与核苷酸结合寡聚化结构域样受体3（NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3）相互作用，NLRP3炎症小体与中性粒细胞浸润有关，同时NLRP3为procaspase1裂解提供了分子平台，使之裂解为IL-1β、IL-18的前体，成熟以后释放到细胞外环境诱导并放大炎症反应。然而，这种机制以及具有相互激活mTREM1和NLR能力的配体仍不清楚[19]。

4 TREM1与中枢系统疾病

作为脑内唯一的髓系细胞，小胶质细胞在各种病理环境下被激活，产生促炎介质和神经毒性化合物，导致白细胞向缺血部位迁移。通过活化小胶质细胞膜上的TREM1 受体，释放更多的促炎因子，促进中性粒细胞脱颗粒和吞噬作用，诱导小胶质细胞活化和焦亡等途径，影响疾病转归，接下来将在神经系统研究热点疾病中逐一介绍。

4.1 脑缺血相关疾病

缺血性脑卒中是最常见的神经系统急症，有较高的致残率，它以脑血流减少和完全堵塞为特点，包括系统性灌注减少、严重狭窄和血管闭塞。缺血性卒中后，免疫反应诱发炎症是血性损伤进展的主要原因之一。有研究表明TREM1的一个潜在影响是促进血小板聚集和血栓形成，加剧脑缺血。XU等[20]的研究证实小胶质细胞表面的TREM1 在缺血后第3 天表达明显增加；应用TREM1特异性抑制剂LP17后，梗死面积减少、海马区细胞增殖增加、突触可塑性提高、神经元损伤有所修复、长期神经功能改善。免疫共沉淀证明，缺血性损伤时TREM1 可以通过与小胶质细胞中的SYK 相互作用激活胱天蛋白酶募集域蛋白9（caspase recruitment domain family member 9，CARD9）/NF-κB和NLRP3/caspase-1信号通路，放大炎症反应。研究表明TREM1 基因的沉默可以减少小胶质细胞M1 表型的生物学标志物，证明脑缺血后TREM1 的激活可以使小胶质细胞向促炎表型重新编程。同时TREM1 可以促进小胶质细胞中白介素（IL-1B、IL-18、IL-6 等）、趋化因子生长调节基因（CXCL-1、CXCL-2）和单核细胞趋化因子（MCP-1）的产生和髓过氧化物酶（MPO）、细胞间黏附分子1（ICAM-1）等在缺血性损伤中的表达。

Liu 等[21]的研究认为外周CD11b+CD45+髓系细胞浸润可以通过激活TREM1 扩大缺血损伤，脑肠轴的参与会加重脑卒中的严重程度。研究者在大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型鼠中发现，外周髓系细胞表面的TREM1受体先被激活，在造模4.5 h后血液中、脾脏中和肠道中TREM1表达明显升高，同时肠道通透性增加，细菌移位，随后炎症细胞浸润到缺血脑组织[22]。在TREM1 基因敲除鼠MCAO 模型中，梗死面积明显减小，生存率提高，行为学检测结果改善，远期预后变好。普通MCAO模型应用TREM1拮抗剂也得到基本相同的结果。进一步研究表明是抗氧化谷胱甘肽代谢、抗炎症的TREM2和溶酶体等途径引起了脑保护效应。在缺血4.5 h普通MCAO鼠应用普萘洛尔（β受体拮抗剂）后，肠道通透性降低，外周血和脾脏中TREM1的表达量也下降，证明TREM1表达增加是由于交感神经驱动的肠道通透性改变和PAMP易位增加而引起的。即在卒中后早期，TREM1 会放大局部肠道髓系细胞对PAMPs 的免疫反应，后来随着髓系细胞浸润到缺血脑组织，TREM1会放大脑部无菌性炎症反应。当应用TREM1的拮抗剂以后，损伤性免疫反应将减弱，同时TREM2 上调，加速了脑卒中患者的康复过程。

缺血性脑卒中的早期诊断主要依赖影像学检查，缺少合适的生物学标志物来预测患者的神经功能损伤程度和预后[23]。一个前瞻性临床队列研究发现，与具有危险因素的健康人相比，缺血性脑卒中患者急性期血中TREM1和TREM2都增加，并且在前24 h内TRME1的急剧升高与预后不良（NIHSS评分＞6分且mRS评分＞2分）关系密切相关。所以TREM1似乎可以作为一个生物学标志物独立预测缺血性卒中的预后。但研究没有发现缺血性损害大小、梗死类型和住院时间长度与血中TREM1 升高之间明显的相关性[6]。

4.2 蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）

SAH是中枢神经系统常见的一类出血型脑血管病，多由于动脉瘤破裂导致。已有研究发现SAH后3 d以内的早期脑损伤（early brain injury，EBI）是预后不佳的主要原因，它与神经炎症的程度密切相关。SAH以后早期过度激活小胶质细胞、炎症细胞浸润、细胞因子产生、血脑屏障破坏等是EBI 的发生机制[24]。在SAH模型中，通过免疫荧光共定位的方法发现：TREM1可以表达在小胶质细胞表面、内皮细胞表面和中性粒细胞表面。TREM1 通过激活NLRP3 炎症小体导致小胶质细胞活化和焦亡，促进炎性细胞的浸润，诱导血脑屏障紧密连接蛋白（包括ZO1、occludin 和claudin-5）的降解和丢失，使用TREM1 的拮抗剂可以较好保护血脑屏障的完整性[25]。sun 所在课题组的研究表明，当TREM1膜受体被释放到胞外时，可以和TLR4协同，通过TLR4/MyD88/NF-κB信号通路（激活小胶质细胞）的激活，释放IL-1B、IL-6等细胞因子和化学炎症介质，导致EBI发生。通过检测SAH患者脑脊液中sTREM1的含量，发现较正常人脑脊液中sTREM1表达明显增高，同时sTREM1的浓度与Hunt-Hess量表评分所测定的患者病情轻重有关，分级越高，脑脊液中sTREM1 水平增加更明显且差异有统计学意义，提示sTREM1可能成为SAH后判断早期脑损伤程度，预测病情严重程度的生物学标记物[26]。

4.3 脑胶质瘤

近年来研究证明慢性炎症参与了脑胶质瘤的癌变过程中，TREM1 在肿瘤的发生发展侵袭转化中起重要作用。单核巨噬细胞被招募到炎症、感染和肿瘤生长部位，通过上调TREM1对微环境刺激（如感染、炎症因子和缺氧）作出反应。TREM1通过PAMP、DAMP 配体促进单核巨噬细胞分泌促炎、趋化、血管生成和基质重塑等细胞因子，导致持续炎症过程的放大，并促进炎症相关恶性肿瘤的发展和进展[27]。在各种临床前小鼠模型中，TREM1 特异性抑制剂可减轻单核巨噬细胞介导的慢性炎症和肿瘤进展，这表明TREM1 是一种新的有吸引力的癌症免疫治疗靶点。有研究表明全身性炎症对胶质瘤患者的总体生存有影响，外周血中TREM1/TREM2＞125 的胶质瘤患者（III 期和IV期）生存时间明显短于其他患者，单核细胞TREM1的表达与血浆IL-6 和IL-10 水平密切相关，CD14+TREM2+单核细胞的百分比在存活率较高的患者中较高。此外，由脑肿瘤坏死细胞释放或由肿瘤相关巨噬细胞产生的HMGB1 可以招募TREM1 阳性的单核细胞进入肿瘤。这些研究表明外周血单核细胞TREM表达有助于预测胶质瘤患者预后，CD14+TREM2+单核细胞能下调肿瘤的过度炎症反应，增强对肿瘤的吞噬作用[28]。到目前为止，TREM1抑制剂的治疗应用仅限于临床前模型，仅开展了旨在衡量炎症相关癌症患者样本中TREM1表达和/或sTREM1水平的预后、诊断价值的研究。LR12是首个针对TREM-1进入临床开发阶段的药物，预计未来将对该药物进行癌症治疗评估。

4.4 阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）

D 典型的病理特征之一是淀粉样蛋白β肽（amyloid β，Aβ）在脑中沉积，TRME1 可以通过促进吞噬Aβ在AD 中起保护作用，它与DAP12 结合增强炎症反应和小胶质细胞的吞噬功能。有研究表明，TREM1 与AD 密切相关，其内含子变体rs6910730G 与老年受试者大脑中Aβ水平和总淀粉样蛋白负担的增加有关[29]。有研究团队通过2个独立健康人群队列中分离出巨噬细胞进行体外实验，检测巨噬细胞对Aβ吞噬能力，结果显示内含子变体的携带者Aβ的内吞能力比不携带者降低22%。（老年组降低33%）。研究者通过注射慢病毒上调小鼠原代小胶质细胞中TREM1 的表达，可以促进小胶质细胞对Aβ的内吞作用[30]。为了进一步证明TREM1在AD进展中的作用，研究者在APP/PSEN1小鼠（AD转基因鼠）大脑中敲低TREM1后，发现可以明显增加Aβ和总淀粉样蛋白斑块，而在小胶质细胞中选择性过表达TREM1 或用激动性抗体激活TREM1 信号通路可以改善Aβ神经病理，并改善AD 相关的空间认知障碍，提示TREM1在AD进展中发挥了保护效应。

综上所述，TREM1 通过增强髓系细胞的免疫炎症反应过程，调控疾病的炎症微环境、炎症细胞浸润、细胞因子产生、血脑屏障破坏和增强吞噬细胞的吞噬能力等，在中枢神经系统疾病的发生发展中产生非常重要的影响。目前相关的中枢系统中TREM1的研究已经出现了重要的进展：在蛛网膜下腔出血、脑肿瘤等疾病中TREM1 可以用来判断病情和疾病预后；TREM1的拮抗剂可作为有前景的药物治疗缺血性脑卒中等疾病[31]，仍需进一步临床试验确定效果；TREM1可以作为AD治疗的靶点之一等。然而在脑外伤及其他血管病（如烟雾病、动脉瘤）[32]中TREM1 的相关作用及机制研究仍然很少，同时TREM1 在各个疾病中起作用的天然配体仍不清楚，有待进一步探究。