帕金森病与免疫炎症的相关性研究进展▲

曾冠文 张媛媛 苏家宜 李朝晖 卓文燕

(珠海市人民医院暨南大学附属珠海医院神经内科,广东省珠海市 519000)

【提要】 帕金森病是一种常见的慢性神经系统退行性疾病,主要病理特征为黑质多巴胺能神经元的变性缺失、神经元α-突触核蛋白沉积及路易小体形成,其病因包括环境因素、遗传因素、神经系统老化、多因素交互作用等。研究表明,帕金森病不仅是一种中枢神经系统疾病,而且很可能与全身亚炎症状态相关。因此,本文就帕金森病的神经炎症和免疫相关性的研究进展进行综述。

帕金森病是仅次于阿尔茨海默病的第二常见的神经退行性疾病[1]。帕金森病以静止性震颤、运动迟缓、姿势不稳和肌肉强直为典型症状[2],其最典型的病理特征是黑质致密部多巴胺能神经元变性缺失、α-突触核蛋白聚集及路易小体出现[3]。帕金森病是一种多因素疾病,大多数患者属散发病例,仅有不足10%的病例为遗传性病例[4]。帕金森病的病因目前尚存在争议,但大多数学者发现,帕金森病患者的大脑黑质中存在炎症反应,表现为小胶质细胞活化和相关细胞因子表达增加等[5],因此神经炎症被认为是帕金森病发病的关键因素。而肠道可能在帕金森病的神经退变过程中扮演十分重要的角色。研究发现,帕金森病患者在中枢神经系统症状出现之前就可在结肠组织中检测出α-突触核蛋白的异常积聚[6],提示帕金森病可能源于肠道。本文就帕金森病与免疫炎症的相关性的研究现状进行综述,以更深刻地理解帕金森病的本质,为临床上防治该病提供参考。

1 帕金森病的炎症本质

1988年,McGeer等[7]首先提出了帕金森病病理的神经炎性假说,该研究团队在帕金森病患者尸体中发现黑质致密部中的多巴胺能细胞被大量的反应性小胶质细胞吞噬破坏,而非帕金森病患者尸体的黑质致密部中反应性小胶质细胞较少。随后的多个研究均证实激活或增强炎症反应可导致线粒体功能障碍、氧化应激和多巴胺能神经元凋亡,且正电子发射断层扫描成像提示帕金森病患者的大脑中广泛存在炎性变化[8-9]。

小胶质细胞作为大脑免疫系统的重要组成部分,在维持脑微环境稳态方面起着至关重要的作用。异常激活的小胶质细胞可大量分泌肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白细胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β等促炎细胞因子[10],同时导致星形胶质细胞增生,吸引外周免疫细胞(其中大部分是T淋巴细胞)涌入,共同作用形成恶性炎症网络[11]。既往观点认为炎症是帕金森病发病的次要因素,但以下几种观点表明免疫炎症在帕金森病的发病中起到直接作用:(1)对动物进行免疫处理后可以改变动物对帕金森病的易感性,且病情更为严重[12];(2)人类的主要组织相容性复合体基因与帕金森病发病风险之间存在显著相关性[13];(3)流行病学研究表明,定期服用非甾体抗炎药的人患帕金森病的风险较低[14]。

研究发现,与健康人群相比,帕金森病患者外周血细胞因子,包括TNF、可溶性TNF受体、IL-1β及IL-6水平均升高[15]。IL-1α、IL-1β和IL-6是炎症细胞因子,它们主要是由被激活的小胶质细胞和星形胶质细胞产生。研究显示,IL-1β参与帕金森病的整个病理过程[16]。Lindqvist等[17]发现,帕金森病患者的IL-6水平高于健康对照组,TNF-α水平升高与慢性病治疗疲劳功能评估评分高度相关,而帕金森病患者的非运动症状(如疲劳和抑郁症状)可能是通过炎症机制产生的。采用蒙哥马利抑郁量表对帕金森病患者进行评估发现,基线IL-6水平较高的患者2年后更容易表现出抑郁症状[18]。此外,脑脊液C反应蛋白水平也被证实与统一帕金森病评定量表第Ⅲ部分及蒙特利尔认知评估量表得分相关,多因素回归分析结果显示,脑脊液C反应蛋白水平可以预测6.9%的统一帕金森病评定量表第Ⅲ部分评分的变化情况[19]。因此,对于帕金森病患者,无论运动或非运动症状均被证实与炎症机制相关。

1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)是一种神经毒素,可诱导帕金森病样特征,包括独特行为、多巴胺能神经元变性,上调α-突触核蛋白水平并且激活黑质致密部和纹状体的小胶质细胞和星形胶质细胞[20]。IL-32能诱导其他促炎细胞因子(如TNF-α、IL-1β和IL-6等)的产生,进一步促进炎症发展[21-22]。动物实验表明,诱导IL-32过表达可增强神经炎症反应,增加MPTP的多巴胺能神经毒性,而抗感染治疗能大幅度地减轻MPTP介导的多巴胺能神经毒性[23]。另外,有研究证实,小鼠缺乏某种细胞因子受体(如Ⅰ型干扰素受体)可表现出相应的神经保护作用,神经炎症反应减弱[24]。这些结果进一步证实帕金森病是一种慢性神经系统炎症,可能还伴有全身亚炎症状态。目前虽尚未明确炎症机制在帕金森病各阶段中的作用,但其造成的临床症状和解剖结构损害均已被证实[7,19]。

除上述机制外,炎症细胞因子在帕金森病发病机制中的作用可能还涉及诱导脑内急性时相反应、抗原提呈与吞噬、增强细胞介导的细胞毒性、与皮质醇相互作用、抑制线粒体氧化还原酶活性、能量耗竭、促进氧化应激、增加血脑屏障对铁的通透性及刺激神经胶质细胞产生毒素等。

2 免疫炎症的一体性

尽管有血脑屏障的保护,中枢神经系统仍会受到外周免疫的影响。动物实验表明,经外周循环注射脂多糖可刺激促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-17A和TNF-α)的表达,这些细胞因子会穿过血脑屏障并作用于中枢神经系统,导致老年大鼠的行为和认知能力降低[25]。因此,外周免疫炎症可能是神经退行性变的病因之一[26]。目前,低剂量脂多糖诱导的内毒素耐受是检测免疫耐受的常用方法之一[27],给予脂多糖诱导后动物表现出炎症细胞因子的减少和小胶质细胞活化的降低。研究发现,经外周循环注射脂多糖诱导免疫耐受可以保护大鼠免受神经炎症诱导的神经退行性变,从而提高大鼠黑质多巴胺能神经元存活率和减少行为损伤[28]。此外,长期使用非甾体抗炎药亦可降低帕金森病的发生率[29],提示中枢神经系统或可从外周免疫耐受中获益,这表明外周炎症与神经退行性疾病的发生及发展密切相关。

单核细胞作为外周天然免疫的启动者和组织者,在免疫系统中发挥多重作用,其在中枢神经系统中的作用也受到众多学者关注。有研究显示,减少小鼠外周血单核细胞数量不仅可以减轻外周炎症,还可以减轻经外周注射脂多糖引起的神经炎症[30]。此外,单核细胞和小胶质细胞被认为与髓系同源[31]。研究发现,单核细胞可以发育成小胶质细胞[32],或者发育成一组特殊的巨噬细胞[33]。这些细胞从外周迁移到大脑,提示活跃的外周炎症对大脑免疫反应性有重要影响。巨噬细胞是外周免疫系统的关键调节细胞。M1型巨噬细胞释放促炎细胞因子和趋化因子,如IL-1β、TNF-α、单核细胞趋化蛋白1,以及氧化代谢产物,从而招募更多的炎症细胞[34]。巨噬细胞通过主要组织相容性复合体Ⅱ呈现更强的抗原提呈能力[35],从而进一步激发T淋巴细胞的能力。研究发现,给予小鼠MPTP处理后,小鼠外周M1型巨噬细胞数量和主要组织相容性复合体Ⅱ的表达增加,核因子κB炎症通路被激活[36]。这一研究结果提示了活化的T淋巴细胞渗透到脑内并导致大脑中多巴胺能神经元死亡的相关机制。而使用氯膦酸盐脂质体消耗外周M1型巨噬细胞后,可明显减少T淋巴细胞向脑内的渗透,最终减轻神经炎症及减少多巴胺能神经元细胞的死亡[36]。还有研究表明,M1型巨噬细胞数量减少会导致帕金森小鼠模型纹状体和黑质区域炎症细胞因子的释放减少,同时减少小胶质细胞的活化[37]。

Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)是一种模式识别受体,是非特异性免疫和特异性免疫的连接桥梁,在小胶质细胞膜上高表达[38]。敲除TLR4可显著减轻MPTP诱导的运动缺陷及α-突触核蛋白功能障碍,降低神经炎症程度[39]。促进T淋巴细胞向结肠黏膜的转运是帕金森病患者一个重要的肠道病理特征[40]。动物实验表明,口服鱼藤酮的小鼠结肠黏膜中CD3+T淋巴细胞和TLR4+细胞数量增加,该炎症状态导致结肠肌间神经丛中胶质细胞数量增加并发生α-突触核蛋白的病理改变[41],提示肠道炎症可导致肠胶质细胞的激活。免疫炎症会增加α-突触核蛋白的错误折叠并促使其以类似于朊病毒的方式扩散[42]。而敲除TLR4同样可减轻鱼藤酮对小鼠肠屏障完整性的破坏,减少肌间神经丛胶质纤维酸性蛋白的表达、结肠α-突触核蛋白的活化,以及减少小鼠黑质小胶质细胞激活、大脑多巴胺能细胞丢失和运动功能损害[43]。因此,TLR4介导的炎症反应参与了帕金森病的病理生理过程,敲除TLR4可减轻帕金森病的神经炎症损害。

综上所述,神经退行性变可能是一种全身性疾病,并非局限于中枢神经系统,换言之,中枢神经系统慢性炎症可能是全身亚炎症状态的一部分。

3 α-突触核蛋白引起的免疫反应

α-突触核蛋白是大脑中一种未折叠的可溶性蛋白,主要在神经元中表达,在生理条件下可调节突触的可塑性和多巴胺的释放。在病理条件下α-突触核蛋白是路易小体的主要构成成分,并以类似于朊病毒的行为在神经元之间扩散[44]。单体α-突触核蛋白可以转化为聚集体,继而通过抑制微管蛋白聚合和激活炎症反应加速神经元死亡[45]。另外,α-突触核蛋白的磷酸化水平与帕金森病的发病密切相关,在帕金森病患者的路易小体中约有90%的α-突触核蛋白发生磷酸化,而健康人群的大脑中只有不到4%的α-突触核蛋白发生磷酸化[46]。

错误折叠的α-突触核蛋白不仅在中枢神经系统中普遍存在,还存在于外周的神经元间隙,它可以穿越血脑屏障,改变白细胞分布,还能够激活小胶质细胞,并参与诱导炎症反应[47]。黑质多巴胺能神经元在被小胶质细胞释放的细胞因子激活后与α-突触核蛋白结合,而与α-突触核蛋白结合的神经元可以被CD8+T淋巴细胞杀灭[48]。研究表明,以源于α-突触核蛋白的一组特定的肽作为抗原表位,可驱动帕金森病患者的辅助性和细胞毒性T细胞反应,约有40%的帕金森病患者表现出对α-突触核蛋白表位具有免疫反应[49],而20%～50%的典型自身免疫性疾病患者亦表现出这些反应[50]。另外,T淋巴细胞还可渗入帕金森病患者的大脑黑质[51],在多巴胺能神经元附近可检测到大量的CD4+和CD8+T淋巴细胞[9]。

研究发现,B淋巴细胞缺乏的小鼠对MPTP诱导的神经变性有一定的抵抗作用[52],提示B淋巴细胞在帕金森病的发生与发展过程中起到一定作用。外周血淋巴细胞亚群分布与帕金森病的发病密切相关,当外周血淋巴细胞表达异常时,帕金森病的发生风险呈上升趋势[53-54],分析其原因:(1)α-突触核蛋白在中枢神经系统和外周血异常积聚,并作为抗原表位来促进自然杀伤细胞、CD4+T淋巴细胞和CD8+T淋巴细胞的免疫应答[55],同时通过改变帕金森病患者外周血淋巴细胞的表达诱导细胞凋亡[56];(2)自然杀伤细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞分布在脑膜和血脑脊液屏障,这些细胞可以往返于外周血和中枢系统[57-58];(3)各淋巴细胞亚群通过细胞因子与其他亚群相互作用,使得机体固有免疫和获得性免疫共同影响帕金森病的发展[59]。综上,α-突触核蛋白在病理条件下可诱发免疫反应,激活了全身炎症反应及中枢神经系统炎症,最终造成脑内多巴胺神经元的死亡。

4 肠道微生物与α-突触核蛋白

便秘是帕金森病患者常见的非运动症状之一,有70%～80%的帕金森患者受到便秘的困扰[60]。一般情况下,帕金森病患者胃肠功能障碍出现的时间早于运动障碍出现的时间[61]。Braak等[62]认为,α-突触核蛋白最初在肠道聚集,随后沿着迷走神经进入脑干到达中脑的黑质,并以类似朊病毒的方式进行传播。相关的病理生理学研究发现,在帕金森病的早期,α-突触核蛋白包涵体便出现在肠神经系统及舌咽和迷走神经中[63-64],而切断迷走神经后帕金森病的发病风险降低[65]。动物实验表明,肠道微生物通过激活α-突触核蛋白以促进小鼠小胶质细胞增殖,导致小鼠神经元退化和运动功能障碍[66]。将α-突触核蛋白纤维注射到健康啮齿动物的肠道组织中,亦能在迷走神经和脑干内诱导出帕金森病病理反应[67]。以上结果提示,帕金森病可能始发于肠道,而肠道微生物群参与了帕金森病病理生理的始动环节。

与健康人相比,帕金森病患者可能会出现普氏菌科水平降低、肠杆菌科水平升高等肠道菌群异常现象[68]。普氏杆菌丰度的下降与肠道通透性增加呈正相关[69],其原因是低水平的普氏杆菌会导致粘蛋白合成减少,进而引起肠道渗漏和肠道免疫反应异常。与震颤型帕金森患者相比,非震颤型帕金森病患者进展更快,结肠神经元中α-突触核蛋白的病理改变表现更严重,而且其肠道类杆菌属的丰度与血浆中的TNF-α浓度呈正相关[70]。研究发现,肠杆菌通过脂多糖途径刺激巨噬细胞和单核细胞产生TNF-α,从而激活免疫反应[71]。

帕金森病早期阶段的肠道通透性增加及肠道中α-突触核蛋白的积聚表明肠膜渗漏可能促进疾病的进展[72]。帕金森病患者由于肠道普氏杆菌数量的减少,导致肠道黏液减少和肠道通透性增加,从而使局部和全身对细菌抗原及内毒素的敏感性增加,所引起的局部炎症可能导致大量α-突触核蛋白的表达和错误折叠[73]。研究显示,在运动症状出现之前,帕金森病患者结肠组织中已经出现α-突触核蛋白的异常积聚[74]。α-突触核蛋白纤维被证明可以在大鼠神经退行性变发生之前招募外周免疫细胞[63]。免疫激活与炎症作用使得肠道神经系统启动α-突触核蛋白错误折叠的病理过程,并通过迷走神经以朊病毒样的方式依次扩散到延髓、黑质[75]。总之,肠源性细菌产物或外周炎症反应可通过全身性机制(包括破坏血脑屏障等)影响大脑组织。

5 小 结

α-突触核蛋白过表达会导致局部免疫和系统免疫反应的异常,同时还伴随着血浆炎性细胞因子的级联反应,其主要效应细胞为小胶质细胞、单核-巨噬细胞及T淋巴细胞,在全身和颅内均会引起广泛的炎症反应,而颅内黑质多巴胺能神经元因受到炎症刺激而逐渐死亡,而随着该过程的缓慢发展最终导致帕金森病的发生。近年来许多研究表明,由于帕金森病患者肠道普氏杆菌数量减少,导致肠道黏液减少和肠道通透性增加,从而使局部和全身对细菌抗原及内毒素的敏感性增加,可能导致大量α-突触核蛋白的表达和错误折叠,继而导致上述异常的免疫过程。目前,帕金森病的治疗仍是以替代多巴胺类神经递质为基础,虽在一定程度上能够减轻患者的临床症状,但不能减少多巴胺能神经元的丢失。因此,针对肠道微生物组成的新型治疗方案(益生菌、合生菌),特别是在帕金森病运动症状出现前或前驱阶段进行干预,或许具有潜在的应用价值。