小胶质细胞与阿尔茨海默病

刘 景(综述)，龚其海，石京山(审校)

(遵义医学院药理学教研室暨贵州省基础药理重点实验室，贵州 遵义 563099)

·综述·

小胶质细胞与阿尔茨海默病

刘 景(综述)，龚其海，石京山(审校)

(遵义医学院药理学教研室暨贵州省基础药理重点实验室，贵州 遵义 563099)

阿尔茨海默病；小胶质细胞；Aβ；细胞因子

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见于老年前期和老年期的渐进性大脑退行性疾病，是老年人发生痴呆的主要病因，占痴呆发生率的60%～70%。其主要病理特征为老年斑(senile plaque,SP)、神经纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFT)、神经元变性及缺失【1】。AD是一种多因异质性疾病，其病因及发病机制尚未完全明了，多数学者认为β-淀粉样蛋白(β -amyloid protein,Aβ)沉积,激活小胶质细胞引起的炎症反应是AD的发病核心。下文就小胶质细胞在AD发病机制中的作用作一简要综述。

1 小胶质细胞的性能与作用

1.1 小胶质细胞的特性 小胶质细胞是脑内的主要免疫效应细胞，在中枢神经系统(CNS)中所占的细胞比例在5%～20%。关于其来源，以前认为小胶质细胞来自于神经外胚层，目前多数学者认为主要起源于中胚层的原始髓系祖细胞，既是CNS的神经胶质细胞又是一种特殊的单核吞噬细胞。在正常脑内,小胶质细胞胞体小,突起细长,呈分枝状,处于静止状态，其通过胞突探测外周环境以起到监视作用，调节内环境的稳态及识别需要作出反应的信号。当CNS受到损伤时，如外伤、炎症等，小胶质细胞由静息状态的“分枝样”变为激活状态的“阿米巴样”【2】，迁移及吞噬能力增强。在大鼠小胶质细胞原代培养中给予脂多糖 (lipopolysaeeharide,LPS ) 诱导后，小胶质细胞的形态发生显著的改变，胞体变大，胞突回缩。

1.2 小胶质细胞的作用 研究发现，小胶质细胞在AD的发展中的作用是双向的：既具有神经免疫损伤作用又有神经保护作用。老龄化和大脑内Aβ沉积被认为是AD神经退行性变的主要危险因素并且与小胶质细胞的激活有关。Aβ激活小胶质细胞产生多种致炎因子和具有神经毒作用的物质，细胞炎症分子如肿瘤坏死因子(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)，趋化因子如巨噬细胞炎性蛋白-1(macrophage infl ammatory protein-1,MIP-1)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)，补体及活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)等【3】,从而引起局部或广泛中枢神经系统损伤。本研究组通过在体和离体实验均发现给予Aβ刺激后，小胶质细胞中TNF-α、IL-1β、NO表达量明显增加。这些神经毒物质及受损神经元均可以引起小胶质细胞活化，这种自我触发长期存在的神经毒性循环被称为反应性小胶质细胞循环。小胶质细胞长期的活化促使神经损伤持续发展，导致反应性小胶质细胞循环会永久性存在。因此，它对神经元的损伤是一个长期慢性的过程，最终导致AD的发生发展。

另一方面小胶质细胞可通过吞噬清除沉积的Aβ，表达抗氧化损伤基因及分泌神经营养因子产生神经保护作用。活化的小胶质细胞能迅速上调主要组织相容性复合体的表达，转化为抗原递呈细胞，具有较强的吞噬功能。其表达的抗氧化损伤基因血红素氧合酶1(heme oxygenase-1,HO-1)、核因子相关因子2(Nuclear factor erythroid 2 related factor 2,Nrf 2)等在细胞存活方面起到关键性的作用【4】。已有研究证实Nrf 2可以提高AD模型中大鼠的学习记忆能力【5】,并且活化小胶质细胞，分泌多种神经营养因子、神经生长因子、地诺前列酮等以支持组织修复，对于神经突触的再生与重建有重要作用。小胶质细胞究竟是起保护还是毒性作用,主要取决于其所处的微环境。

2 小胶质细胞与Aβ

Aβ由分泌酶裂解淀粉样蛋白前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)产生，在AD发病中起关键性作用。可溶性Aβ本身并无神经毒性，当β-折叠形成丝状纤维聚集物，变为不溶性沉淀后则具有神经细胞毒性作用。Aβ异常沉积形成的老年斑是AD典型的病理特征。Aβ1-40和Aβ1-42是Aβ最常见的亚型，它们是老年斑的最主要的组成部分。研究表明Aβ1-40和Aβ1-42原纤维和寡聚物，可导致早期树突和轴突损伤而引起神经元功能失调。Aβ可通过激活小胶质细胞和星形胶质细胞促进神经元退行性变。小胶质细胞驱动的炎症反应导致各种炎性介质，包括一系列具有神经毒性的细胞因子的释放。其中一些炎性介质反过来诱导更多的小胶质细胞趋化、活化，另一些则导致局部的组织损伤。在Aβ沉积部位，活化的小胶质细胞一旦吞噬清除Aβ，可能导致其本身进一步的活化。

研究发现激活的小胶质细胞可产生大量的谷氨酸，通过N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体信号传导通路产生兴奋毒性【6】，突触外NMDA受体的长期激活可促使Aβ沉积增加【7】。小胶质细胞表面有多种与Aβ 结合的受体，如清道夫受体 (SR)及晚期糖基化终产物受体(RAGE)等参与Aβ对小胶质细胞的趋化作用【8】。另外，Aβ激活的小胶质细胞分泌的可溶性介质，如巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor,M-CSF)也参与了趋化作用。趋化因子如MCP-1促使小胶质细胞丛集于Aβ沉积处，这些趋化因子产生的增加，又反过来招募更多的小胶质细胞向Aβ所在部位聚集【9】。活化的小胶质细胞可能通过A类清道夫受体(SCARA)、CD36等介导Aβ的吞噬,并通过释放金属蛋白酶、α分泌酶、胰岛素水解酶等水解Aβ【10】。综上可见，小胶质细胞的趋化、激活及吞噬过程是由共同的刺激物Aβ引起的。因此，小胶质细胞可被看作是Aβ与AD发病机制的中间介质，在AD的发病中起到“桥梁”的作用。

3 小胶质细胞与细胞因子

很多研究已经证实，神经元或神经胶质细胞产生的细胞因子在AD脑内、血液及脑脊液中表达持续增高。其中包括促炎性因子，如TNF-α、IL-1β、IL- 6等及抗炎性因子如IL- 1Rα、IL- 4、IL- 10等，但两者之间是否“平衡”被认为是决定疾病发展或最终结局的关键因素。

3.1 促炎性因子

3.1.1 TNF-α是一种多效性细胞因子，在炎症反应中对启动和调节细胞因子链起中心作用。TNF-α在正常脑内呈低表达，而在炎症或疾病状态时激活的小胶质细胞释放大量的TNF-α等促炎性因子。它可诱导多种炎症相关因子的表达以及自分泌,如引起诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达并产生大量NO，过量的NO通过多种途径导致神经元坏死或凋亡。它还可以通过TNF相关受体途径和激活caspases家族成员直接或间接引起细胞凋亡【11】。Takeuchi等【6】发现TNF-α可以提高小胶质细胞中谷氨酰胺酶的表达，引起谷氨酸的大量释放，直接产生神经毒作用。另有研究报道TNF-α还可通过对TNF及NMDA受体的协同刺激作用，增强其神经兴奋毒性作用【12】。由此可见，TNF-α可以通过多种途径导致神经组织的损伤,在AD的发病中起着重要作用。

3.1.2 IL-1β一般认为，Aβ刺激小胶质细胞产生IL- 1β是炎症反应的始动环节。IL-1β可刺激APP的合成，促使Aβ沉积。IL- 1β可以提高神经元内Ca2+的浓度而导致神经元细胞功能障碍或死亡。Halle等【13】的研究结果显示，细胞质内感受器NALP3炎性体参与调控IL- 1β的活化与分泌。细胞外Aβ被小胶质细胞吞噬后激活NALP3炎性体，活化caspase-1，最终产生和释放促炎细胞因子IL- 1β。而IL- 1β可启动IL- 6、TNF- α等细胞因子的释放，诱导补体、趋化因子和黏附分子的产生增加。这些免疫炎性因子反过来又激活小胶质细胞，在体内形成正反馈环路，产生炎症反应的级联放大效应，最终导致神经细胞变性坏死,引起脑内的炎症反应和神经元损伤【14】。

3.1.3 IL- 6是一种多向性的细胞因子，主要由淋巴细胞、成纤维细胞、内皮细胞、CNS神经元和胶质细胞等在炎症或经其他因素激活后产生。IL- 6可以促使神经炎斑中的急性蛋白沉积，并调节APP的合成，IL- 6/sIL- 6R复合物可以增强APP的转录和表达【15】。Chiang 等【16】研究发现，IL-6转基因小鼠脑内可形成反应性胶质细胞增生，在IL-6表达的同时，IL-1α/β、TNF-α、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和急性期反应蛋白EB 22 /5.3基因也明显上调，表明IL-6可通过急性期反应进一步促进神经元退变。因此，IL-6在AD发生发展中起着关键性的作用。

3.1.4 NO是具有血管活性和免疫特性的重要内源性介质，在中枢神经系统中,作为特殊神经递质参与神经突触可塑性、神经元发育、学习记忆和行为等众多生理机制，但其过量释放可通过多种途径损伤膜性结构、 蛋白质及DNA,导致神经元坏死或凋亡，最终损伤神经系统【17】。一氧化氮合酶(NOS)是产生内源性NO的惟一酶类，在病理情况下主要是iNOS表达。其表达不但是反应性胶质细胞增生的标志之一,还与神经元损伤有关。iNOS能够持续大量地催化NO产生,过量NO具有潜在神经毒性,是AD病理过程中氧化应激的有效来源。

3.2 抗炎性因子

3.2.1 白介素- 1受体拮抗蛋白(IL- 1Ra) IL- 1Ra是IL-1蛋白家族中可以抑制IL-1α和IL-1β活性的特异性抑制剂。IL- 1Ra由单核巨噬细胞产生并释放入血液循环中，通过竞争性的与IL- 1R结合，阻断IL-1α及IL-1β的活性。IL- 1Ra与IL- 1RⅠ比IL-1α及IL-1β与IL- 1RⅠ的亲和力相同甚至更大，而IL- 1Ra与IL- 1RⅡ的亲和力却小。在体内IL- 1Ra通过阻断IL-1β与IL- 1RⅠ结合抑制IL-1β的活性【18】，从而降低其对神经元的毒性作用。在体外胶质细胞培养中发现，IL- 1Ra还可以抑制IL-1β诱导TNF-α的产生及iNOS的表达【19】，发挥其抗炎作用。

3.2.2 IL-4是T细胞产生的一种细胞因子，可以刺激B细胞、T细胞增殖，促进巨噬细胞提呈抗原作用。在AD中IL- 4水平低于正常脑组织【20】，IL-4可以抑制单核细胞因子，包括IL-1β、TNF-α和IL-6等的释放及表达【21】，并促进IL-1ra的产生，而被认为是重要的抗炎细胞因子。有研究报道，IL-4可以减少体外培养的激活的小胶质细胞ROS及NO的产生，进而降低神经元毒性作用【22】。还有研究者认为，IL-4可能是通过诱导活化的小胶质细胞凋亡而实现其保护作用【23】。对于IL-4抗炎作用的机理，目前看法不尽相同。

3.2.3 IL-10是由多种细胞分泌的一种多效价细胞因子，是抗炎细胞因子之一，其mRNA在正常人脑组织中有表达【20】。IL-10的生物学活性是通过与靶细胞膜上IL-10受体(IL-10Rs)特异性结合而实现的。Franciosi等【24】研究发现，在体外胶质细胞培养中Aβ并不能刺激IL-10的产生，而预先给予IL-10可以抑制Aβ或LPS诱导的促炎性因子的释放【20】，揭示IL-10Rs可能存在于胶质细胞中。IL-10还可以通过抑制炎性因子受体表达及活化，下调促炎性细胞因子如IL-1、TNF-α等的基因表达，从而发挥抗AD的发生发展的作用。

3.2.4 IL-34是一种二聚体的糖蛋白，主要表达于神经元，可能是调节小胶质细胞功能的一种神经细胞因子。IL-34的主要功能是通过集落刺激因子-1受体(CSF-1R)刺激单核巨噬细胞增殖及分化。有研究显示在神经元-小胶质细胞共培养中，IL-34可以诱导小胶质细胞增殖及抗氧化因子HO-1的产生增加，并可提高胰岛素水解酶(insulin-degrading enzyme,IDE)的表达，增强Aβ的降解；还可以减少Aβ寡聚体及ROS的含量而发挥神经保护作用【25】。IDE的活性对于Aβ沉积的多少是至关重要的。研究发现，在AD中海马IDE蛋白表达量及活性均降低【26】。在IDE/APP双转基因小鼠中，增强IDE的活性可以减少Aβ沉积而防止AD的发生发展【27】。另外，Mizuno等【25】研究发现单侧脑室注射IL-34能有效降低APP/PS1双转基因AD模型小鼠学习记忆能力的损害。其原因可能是IL-34直接作用于小胶质细胞，促使IDE释放增加以迅速清除Aβ寡聚体，并通过上调HO-1的表达而发挥抗氧化作用。

4 小胶质细胞与ROS、NADPH氧化酶

ROS是细胞有氧代谢过程中产生的化学性质活泼的氧自由基和能转化为自由基的物质，主要包括羟自由基(OH)、超氧负离子(O22-)和过氧化氢(H2O2)等。低中等浓度的ROS在机体内起着重要的生理作用,参与机体的免疫过程，抵御细菌等外源性微生物对机体的损害【28】；还可作为第二信使,调节信号传导途径、控制基因表达，进而参与细胞生长、分化等诸多功能。在炎症、外伤等情况下ROS产生增加，通过脂类、糖类、蛋白质及DNA的氧化产物过度堆积和抗氧化系统缺陷时引发细胞损伤甚至凋亡。ROS可以通过多种途径产生，而经NADPH氧化酶催化是其产生的主要途径【29】。正常情况下，NADPH氧化酶复合物是静止的，Aβ沉积可使NADPH酶活化。有研究发现在AD中NADPH氧化酶的活性上调【30】，提示小胶质细胞NADPH氧化酶的激活在AD发生发展中发挥了潜在作用。本研究组在体外原代培养的小胶质细胞经LPS诱导后，发现ROS含量增加，NADPH酶活性增强。活化的NADPH氧化酶在小胶质细胞介导的神经毒性中通过两种机制起作用：①使胞外的ROS产生增加，直接对神经元产生毒性作用；②引起胞内ROS产生增加，促进炎性因子及神经毒物质的表达，间接地对神经元产生毒性作用【30】。考虑到NADPH氧化酶的活化在神经毒性中的双重作用，以及小胶质细胞活化和产生毒性ROS中的作用，可以说小胶质细胞的NADPH氧化酶是多种神经退行性疾病中神经元丢失的重要机制。

5 展望

小胶质细胞对AD具有“双面性”的作用，其既是中枢先天性固有的免疫细胞，在抵御感染、炎症，创伤的恢复以及代谢产物的清除中产生重要作用；但在AD中，小胶质细胞不仅可以引起神经元的损伤，而且可以处于持续活化的状态，不断地产生各种致炎性因子及神经毒性物质，造成持续性不可控制性的神经损伤，这些神经毒物质及受损神经元反过来又可以激活小胶质细胞导致神经毒性循环。因此，小胶质细胞及其相关的炎症反应在AD的形成过程中起着至关重要的作用。

如何选择合适的手段调控小胶质细胞的功能,抑制其有害作用,发挥其神经保护作用，已成为目前研究的热点。进一步深入研究小胶质细胞在AD中的作用，有助于揭示AD发病机制并为临床治疗AD提供理论依据。

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教育部创新团队项目(NO:IRT1197);国家自然科学基金资助项目(NO:81160400)。

石京山，男，博士，教授，研究方向：神经药理学，E-mail:shijs@zmc.edu.cn。

R745

A

1000-2715(2012)05-0447-05

【收稿2012-08-07；修回2012-09-10】

(编辑：王福军)