小胶质细胞NADPH氧化酶与阿尔茨海默病

卢 冲 张黎明 (哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，黑龙江 哈尔滨 150001)

阿尔茨海默病(AD)是常见的老年神经系统退行性疾病，临床主要表现为进行性认知功能障碍，记忆力损害和社会生活功能减退。病理上主要表现为脑内神经原纤维缠结和老年斑以及神经元凋亡。AD病因十分复杂，其发生与遗传、代谢和环境等多种因素相关。近年来，有关活性氧(ROS)氧化应激在AD发生发展中的作用受到越来越多的关注，而小胶质细胞(MG)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶是神经系统细胞内外生成ROS的主要酶体，并且作为MG介导的淀粉样β蛋白(Aβ)神经损害的重要环节。因此本文就MG NADPH氧化酶、氧化应激和AD的关系予以综述。

1 MG及其介导的神经损害

MG广泛分布于中枢神经系统中，是脑内固有的免疫细胞，占脑实质细胞总数的10% ～15%，占胶质细胞总数的20%，MG不仅是脑组织中的巨噬细胞，也是中枢神经系统抗原递呈细胞和免疫效应细胞，有吞噬细菌，抗原呈递，产生细胞因子和补体的能力。MG的作用是双向的，既可以通过吞噬脑组织的病原体及有害颗粒，对神经元起保护作用;也可以在致炎因子的作用下被激活成反应性MG并分泌炎性细胞因子对神经元起毒性作用〔1，2〕。在AD脑内，Aβ和损伤的神经元是MG激活的始动因素。在对AD患者的脑活检或尸检中，可以观察到大量的MG在老年斑周围丛集〔3〕。激活的MG分泌并释放大量的炎症前体物质如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1(IL-1)、干扰素γ(IFN-γ)等，并可激活NADPH氧化酶，诱发MG产生呼吸爆发，生成大量ROS(如O－2、OH-、H2O2等)并导致含氮中间产物的重激活，致使MG改变其形态学特征、细胞状态，引发免疫炎性反应，最终导致神经元变性、坏死〔3〕。

2 活性氧(ROS)、氧化应激(OS)与AD

ROS是需氧生物利用氧气代谢的过程中产生的一类含氧物质，包括超氧化物(O－2)、羟基(OH－)及脂质过氧化物(LPO)等氧自由基，也包括过氧化氢(H2O2)、过氧亚硝酸离子(NO－4)及次氯酸(HCLO)等含氧的非自由基衍生物。在体内，ROS是主要由线粒体电子传递链、NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶等酶体产生。当机体活性氧产生过多和/或机体抗氧化能力降低，氧化系统和抗氧化系统平衡紊乱，造成ROS的过度蓄积就导致OS的发生。越来越多的证据表明，OS与AD发病密切相关，AD脑中可以观察到过氧化的表现，并且，检测到的大脑组织、脑脊液、血液中特定氧化应激标志物的水平也与疾病的严重程度相关〔4～6〕。Ansari等〔7〕对 21 例不同程度的 AD 组和10例非AD组进行尸检，测定其额叶特定氧化应激标志物的水平，结果显示在AD各期均观察到显著的OS现象且随病程进展而增强，提示先于细胞病理学改变发生的氧化应激不仅是AD的早期事件，而且是AD全程的共同机制，因而在AD发病中占重要地位。

体内过多的ROS通过氧化作用可诱导蛋白聚集，促进Aβ转向β折叠的构象，从而相互聚集形成纤维，加速Aβ斑块沉积〔8〕;更重要的是，沉积的Aβ通过激活MG而诱导OS产生ROS〔9，17～19〕，更加加剧了神经元的氧化损伤，氧化应激与 Aβ 相互作用，相互促进，共同加剧AD病程的发展。

3 NADPH氧化酶、OS和神经损害

3.1 NADPH氧化酶与AD 虽然在不同的组织和细胞中多种酶可以产生ROS并引发OS，但越来越多的研究表明NADPH氧化酶是线粒体外产生ROS最主要的来源〔10〕。

NADPH氧化酶是一种多亚单位复合体酶，最初发现在吞噬细胞中，其催化亚基gp91phox(NOX2)和调节亚基p22phox在细胞膜上形成异二聚体(又称为黄素细胞色素b558)，同时受到一些主要位于胞浆分子(p47phox，p67phox，p40phox以及Rac蛋白)的调节。NADPH氧化酶能被凝血酶、机械力、各种炎性细胞因子和生长因子激活，当细胞受到这些刺激后，胞浆亚基P47phox被磷酸化激活，与P67phox结合并向胞膜转位，与胞膜亚基结合组成有氧化活性的复合体，并位于一个载体平台上时，酶被迅速激活并产生超氧化物O2-，进而产生其他二级产物如 H2O2、OH－、HCLO 等〔11〕。

近来研究发现，NADPH氧化酶与AD发病机制密切相关，并有证据表明，在AD患者脑内NADPH氧化酶的表达明显上调〔12，13〕。Ansari等〔13〕通过对 AD 组、MCI组以及非 AD 组进行尸检，测定其额、颞叶NADPH氧化酶表达情况时发现，MCI组和AD组脑内NADPH氧化酶活性较非AD组明显提高，并且，NADPH氧化酶活性的增加与认知功能损害程度呈正相关，这表明，NADPH氧化酶参与AD的发病与病程进展。

3.2 MG与NADPH氧化酶 NADPH氧化酶是线粒体外产生ROS主要的来源，而其在中枢神经系统中分布于MG、星形胶质细胞和神经元中。然而，分布于星形胶质细胞和神经元中NADPH氧化酶的数量远少于MG，因此，即使这些细胞中的NADPH氧化酶被激活，产生的ROS也显著低于MG产生的ROS。Qin等用脂多糖诱发神经炎症的发生，并引发MG激活，结果显示，只有源于MG的NADPH氧化酶才能引起NADPH氧化酶介导的神经损害〔14〕。此外还发现来源于NADPH氧化酶敲除大鼠的MG未能产生细胞外的超氧化物，并且其表达的前炎症因子数量和胞内的ROS数量也显著减少〔14〕。Wilkinson等〔15〕研究证实MG NADPH氧化酶是AD氧化应激的源头，在MG介导的炎性神经损害中起重要作用。

在AD中，MG NADPH氧化酶通常能被Aβ和淀粉样前蛋白(APP)所激活〔16～19〕。然而，Aβ 激活 MG NADPH 氧化 酶产生活性氧的具体机制尚不确定。可能是通过MG表面一些受体(如清道夫受体 CD36，NMDA 受体、MAC1 受体)转导〔17～19〕，从而启动一个复杂的级联效应。Shelat等〔18〕通过对皮质神经元的研究表明，N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体与Aβ毒性作用密切相关，Aβ可以通过激活NMDA受体诱导NADPH氧化酶产生活性氧。此外 Szaingurten-Solodkin等〔20〕研究指出，在MG中，Aβ诱导NADPH氧化酶产生过氧化物这一过程是通过胞质磷脂酶A2(cPLA2α)来调控的。

3.3 NADPH氧化酶与神经损害 NADPH氧化酶激活后产生的ROS分为细胞外和细胞内两种。细胞外的ROS有直接的神经毒性，其与细胞膜上各种多不饱和脂肪酸及胆固醇反应促使脂质过氧化。脂质过氧化产物对胞膜直接修饰或与功能性、结构性蛋白质起反应造成氧化损伤，最终导致细胞凋亡。并且ROS可以使钙稳态失调，胞内钙离子的增高不仅能够激活几种钙离子依赖性的酶，如钙调蛋白激酶、磷脂酶A2以及诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)激活，导致NO增加;同时还诱导线粒体中ROS的产生，导致线粒体结构和功能的损伤。而生成的NO与ROS结合可生成具有高度的攻击性的过氧化亚硝基阴离子，后者，可分解成具有强毒性作用的OH－及二氧化氮自由基，从而导致神经细胞凋亡和坏死〔21〕。

在胞内，生理条件下线粒体电子传递链、黄嘌呤氧化酶、细胞色素P450及NADPH氧化酶都能产生ROS。然而，当胞内的ROS作为MG激活后的免疫反应产生时，ROS更多是由NADPH氧化酶产生。Qin等〔14〕用脂多糖诱导MG产生胞内氧化应激时，发现胞内50%的ROS是由NADPH氧化酶产生。Block等〔22〕证实P物质诱导胞内的氧化应激产生的ROS也主要依赖于NADPH氧化酶。细胞内NADPH氧化酶被激活后，产生的ROS起着信使作用〔23〕，通过下游区的信号分子如：蛋白激酶C、核转录因子-кB使炎症前体细胞因子基因表达增强。从而启动了细胞内的ROS信号转导路径，刺激MG活化，并放大前炎症因子的产生〔24，25〕。而这些生成的细胞因子反过来又作用于MG，促进其他炎性分子和ROS的产生，从而在体内形成一个正反馈环路使神经毒性因子不断增加，最终导致神经元变性坏死〔26〕。事实上，大部分能够激活MG物质都是通过ROS而放大炎症因子的产生。如：神经节苷脂被证实能激活MG，但当用NADPH氧化酶抑制剂联苯基三价碘(DPI)处理后可明显抑制TNF-α、IL-1β、iNOS 的产生〔27〕。此外，Pawate 等〔28〕证实 DPI和过氧化氢酶(催化分解H2O2为H2O和O2)能够抑制脂多糖诱导的细胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6)、NFκB 的表达。因此，ROS可能是整个MB活化的关键点，它是介导细胞内炎症反应发生的重要因子。

此外，NADPH氧化酶不但能放大MG介导的炎性反应，还被证实参与调解MG激活的形态学改变，并且能增加MG对其活化因素的敏感性，使先前无害的刺激转变为活化MG的因素，如：鱼藤酮被证实可通过诱导NADPH氧化酶的活性而使MG活化并产生炎性反应〔29〕。总之，NADPH氧化酶的激活并产生ROS在整个MG介导的神经损害中起重要作用，可能是MG介导的神经毒性的关键环节，推测抑制NADPH氧化酶活性消除氧化应激性损伤可能成为AD的一个理想的治疗靶点。

4 NADPH氧化酶抑制剂和神经保护

越来越多的证据表明了NADPH氧化酶在MG介导的神经损害中所起的关键性的作用。而NADPH氧化酶作为AD氧化应激的源头，如果以其为靶标，可以在MG介导的神经损害的上游区更广泛的抑制炎性因子、ROS以及活性氮的产生从而达到对神经元的保护。

目前，一些小分子化合物(右美沙芬、夹竹桃麻素、青藤碱、藻蓝素)〔30～33〕被证明具有抑制NADPH氧化酶和神经保护作用。有研究表明调节脂类代谢的他汀类药物，对NADPH氧化酶诱导的超氧阴离子有抑制作用〔34〕。此外，具有抗氧化作用的褪黑激素在AD动物模型上已被证实可通过阻碍NADH氧化酶的聚集而减少ROS的产生，大大减轻氧化应激的强度〔35〕。最近的研究表明，饮食中的一些黄酮类、多酚类物质，具有有很强的抗氧化作用，是自然界中天然的抗氧化剂，其中有些是潜在的NADPH氧化酶抑制剂〔35～38〕。绿茶多酚是从绿茶中提取的多酚类化合物，其主要成分没食子儿茶素没食子(EGCG)，He等〔37〕通过证实EGCG能通过抑制NADPH氧化酶，从而减轻AB介导的氧化应激损伤，而达到神经保护作用，具有潜在延缓AD进展的作用。此外，从葡萄籽中提取的一些多酚类物质，也被证实能通过调节NADPH氧化酶的一些亚单位的表达而起到抗氧化作用〔38〕。然而，虽已证实这些物质能够通过抑制NADPH氧化酶而达到神经保护作用，但其发挥神经保护作用的详尽分子作用机制目前尚未阐明，因此，阐明其具体作用机制并且探寻NADPH氧化酶特定的抑制剂，可能会为有效治疗AD寻找到新的途径，具有诱人的前景。

5 小结与展望

综上所述，MG NADPH氧化酶的激活并产生ROS作为MG介导的神经毒性的关键点，在整个反应中起着枢纽性作用。激活的NADPH氧化酶产生ROS一方面直接对神经元造成损害;另一方面，则起着信使作用，使MG介导的炎性反应呈瀑布式放大，并且增加MG对于其活化因素的敏感性。因此，抑制NADPH氧化酶活性及其表达可能成为改善体内氧化应激状态，治疗AD的重要切入点。目前，虽已证实一些药物能够通过抑制NADPH氧化酶而达到神经保护作用，但其发挥神经保护作用的详尽分子作用机制有待阐明。进一步研究这些药物，探寻更为特定、有效、安全的药物，将为AD治疗的药物选择和开发提供新的思路。

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