神经胶质细胞与阿尔茨海默病炎性反应

范 悦，商亚珍

(承德医学院，河北承德 067000)

神经胶质细胞与阿尔茨海默病炎性反应

范 悦，商亚珍

(承德医学院，河北承德 067000)

阿尔茨海默病;小胶质细胞;星形胶质细胞;少突胶质细胞

老年性痴呆症是一种进行性、致死性神经退行性疾病，临床表现为认知和记忆功能不断恶化，日常生活能力进行性减退，并有各种神经精神症状和行为障碍。老年痴呆分为阿尔茨海默病(AD)、血管性痴呆、混合行痴呆等，其中AD是知晓最多，也是较为普遍的一种老年痴呆症。AD的特征性病理改变是脑内出现β-淀粉样蛋白(Aβ)聚集而形成的老年斑(SP)和tau蛋白过度磷酸化而产生的神经原纤维缠结(NFT)。另外，神经胶质细胞结构和功能的异常变化也与AD的病理生理发生密切相关。

神经胶质细胞是神经组织中除神经元以外的另一大类细胞，其数量为神经元的10-50倍，主要包括小胶质细胞(MG)、星形胶质细胞(AS)、少突胶质细胞(oligodendrocyte)等。过去认为神经胶质细胞主要起着支持、营养作用，随着研究推进，发现神经胶质细胞构成大脑微环境，调节神经递质代谢，影响突触传导，影响脑高级整合功能;神经胶质细胞还分泌多种生长因子，在神经生成和早期发育中，促进神经元分化、增殖[1]。大量尸检结果表明，AD患者脑内存在严重的的局灶性炎症反应，皮质及神经炎性斑中都发现大量活化的小胶质细胞和星形胶质细胞，及一系列免疫反应产物的高表达，而正常人无此反应[2]。表明它们可能在AD中神经病理中发挥重要作用。

1 MG与AD

MG最早由Hortega描述，占脑内所有胶质细胞的5%-10%，属于脑内的单核-巨噬细胞系统。正常情况下，MG全部处于静息状态，当它受到某种刺激后被激活，一方面, 活化的MG可以通过吞噬和清除Aβ, 降低Aβ对神经的毒性;另一方面, 活化的MG可产生大量生物活性物质，伴随着细胞表面受体上调和炎性因子高表达，脑内异常的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)、一氧化氮合酶(NOS)、补体、氧自由基、兴奋性氨基酸及神经毒素等都能促进脑内的炎症反应, 导致神经元凋亡或死亡,加速AD的发展[3]。因此，目前认为激活的MG及炎症反应与老年痴呆症的发病密切相关。

1.1 MG的激活机制 引发其活化的因素很多，如内毒素脂多糖(LPS)、ATP、Aβ、前炎性细胞因子、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)等。目前，已经有很多关于Aβ的聚集状态和MG激活作用方面的研究，Aβ刺激MG产生的慢性炎症反应、氧化应激反应,导致程序性细胞死亡途径的失调是神经元缺失的重要机制。脑内Aβ浓度升高诱使MG激活, 并通过p38 MAPK途径释放促炎细胞因子[4],邻近神经元受高表达的促炎细胞因子作用, 受累脑区内补体激活, 活性氧成分和急性期蛋白增加, 进而损伤神经元。对离体培养的MG用Aβ25-35或Aβ1-42刺激后，A25-35不能激活MG，而聚集的A1-42激活MG和引起MG树突状分支改变，增加增殖指数和诱导TNF-α释放[5]。

1.2 MG对Aβ的吞噬作用 动物实验发现, 将原代培养的MG移植入AD动物模型脑内，可以清除模型动物脑内的Aβ,并可减少老年斑的产生[6]。选择性地除去具有补充及更新脑内MG作用的骨髓源性树突状细胞, 会使AD动物模型脑内的老年斑增加[7],说明补充脑内MG可有效提高Aβ的清除。而有研究表明,在AD发病早期,MG对神经起到保护作用,随着年龄的增加和AD的病程发展,MG大量增殖,而Aβ的沉积并未显著减少[8],提示MG对Aβ的清除能力是有限的。

1.3 MG与细胞因子 在中枢神经系统(CNS)内,MG除了具有清除受损神经元和神经元内代谢废物的作用外，还会引起神经元的炎症反应。激活的MG能释放出许多炎性因子，包括炎症因子前体、TNF-α、IL-1、IL-6、NO及多种蛋白溶解酶。动物模型实验[9]检测到，APP转基因小鼠TG2567、TNF α、IL-1α、IL-1β、单核细胞趋化因子-1(MCP-1)、环氧化酶(COX)-2、C1q表达的增加,导致非特异性炎细胞浸润,产生慢性炎症,使神经系统受损。炎症因子介导的炎性反应又可以促进APP代谢为 Aβ，加重炎性反应, 形成恶性循环。IL-1有两种亚型:IL-1α和IL-1β，主要分布于嗅球、小脑和齿状回的颗粒细胞层、海马的锥形细胞层及下丘脑腹内侧核的神经元，MG是IL-1的主要来源。IL-1β释放到细胞外，通过作用于其它细胞而发挥作用。在AD中，IL-1β的过度表达促进了Aβ的沉积和SP的形成，同时促进神经元表达淀粉样前体蛋白(APP)、乙酰胆碱酯酶(AchE)及其它斑块相关蛋白。IL-1β还可诱导α-2巨球蛋白和抗胰凝乳蛋白酶的分泌，前者是已知最强的蛋白酶抑制剂，加速了AD的恶化[10]。IL-6分布于嗅球、小脑和齿状回的颗粒细胞层、海马的锥形细胞层及下丘脑腹内侧核的神经元。在AD患者的SP中存在大量IL-6，并且IL-6的表达先于SP的变化，而在非痴呆型患者SP中则无IL-6的检出，提示IL-6参与AD脑内炎症病变和SP的形成，但不是炎症反应的结果。IL-6的过度表达还可导致海马部胆碱能神经元选择性的丢失。另外，还发现IL-6可诱导神经元凋亡[11]。TNF-α与神经营养素受体具有同源性，因此，能激活相似的信号转导系统，从而引起TNF-α与神经营养素相互竞争，导致神经元的老化。另外，TNF-α协同IL-1能强烈诱导IL-6产生，使APP增加，Aβ沉积，SP形成。而APP通过募集酪氨酸激酶和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK),介导原代MG和一种单核细胞系的促炎症反应激活[12]。

iNOS以存在于白细胞等炎症细胞的细胞质中为代表(也发现于脑、胰、视网膜、肝、肺、心脏、肾脏等许多器官组织)，与炎症、肿瘤、退行性变等许多疾病有关。激活的MG活化iNOS，使NO产物增加，还原型代谢产物降低，导致神经元氧化损伤。中枢神经系统NO表达水平的增高与神经炎症性疾病、神经变性疾病密切相关，在AD中发现了NO高表达。由于神经炎症和神经变性刺激激活MG和AS，活化的MG和AS又大量表达iNOS，引起大量的NO产生[13]。1.4 MG与tau蛋白在AD中的关系 正常情况下，tau蛋白位于轴索和神经元胞体中，多与细胞内微管上的微管蛋白相结合，呈可溶性，有促进微管聚合和稳定作用。而AD脑内tau蛋白过度磷酸化，从微管上解离出来，由可溶性的tau蛋白变为不溶性的tau蛋白，形成双螺旋状或直的神经原纤维，导致神经原纤维缠结。MG激活释放IL-1，不仅可以导致神经元内APP明显表达，而且也可以加速神经原纤维缠结形成，说明了IL-1在AD病理进展上发挥着重要作用。有研究者在神经母细胞株SH-SY5Y体外培养的基础上，采用全细胞膜片钳技术，发现MG受体TLR3(Toll-1ike receptor 3)可以介导神经母细胞株SH-SY5Y中tau蛋白过度磷酸化，进一步证实MG激活和AD神经原纤维缠结形成的相关性[14]。

2 星形胶质细胞与AD

大量尸检结果表明，AD患者的齿状回及海马各区胶质纤维酸性蛋白(GFAP)阳性星形胶质细胞均有明显的增加。

2.1 Aβ对AS的增殖活化作用 Aβ的神经毒性涉及到复杂的分子机制，主要包括促进自由基的形成，破坏细胞内的Ca2+稳态，降低K+通道的功能，增强致炎细胞因子引起的炎症反应等[15]。许多研究认为，AS在AD发病机制中起重要作用，这些研究观察到AS的增殖在AD患者脑内异常显著。大鼠海马注入Aβ后发现AS增殖、增生，数目增多，细胞肥大，密度增强，故Αβ在激活MG的同时也激活了AS。有实验将Aβ注入大鼠海马，诱导大鼠学习记忆减退，较为接近临床AD，在模型组中观察到NOS表达阳性的AS，且实验结果相关性分析表明，NOS阳性神经元数量减少与AS数量增多呈负相关[16]，提示Aβ诱导大鼠学习记忆能力减退中，NO所造成的系统性损害与反应性AS增殖增生有关，因此，AS在AD模型大鼠早期学习记忆功能减退中起重要作用。一系列的转基因AD动物模型显示，星型胶质细胞激活引起的TNF-а过度表达能产生慢性炎症和Aβ沉积，引起行为异常和神经退行性病变[17]。Aβ沉积激活MG释放TNF-α和氧自由基, 并产生IL-1,IL-1再次激活AS，促使其分裂、增殖, 影响AS正常生理功能，如谷氨酸摄取、神经营养因子释放及毒性Aβ的清除等[18]。另外，在AS中，Aβ随时引起Ca2+瞬时增加，伴随Ca2+的增加，产生活性氧类似物(ROS)和谷胱甘肽损耗，这一过程可以引起线粒体电位的缓慢性消失，而在此过程中，这种突发性钙依赖的瞬时去极化是有顺序的，因此，通过增加AS中Ca2+浓度，Aβ激活NADPH氧化酶NOX，产生氧化性压力，这种压力传递到神经元，引起神经元坏死[19]。氧化应激产生的ROS如何影响细胞功能，引起神经元损伤，脑能量代谢障碍与AD的发病有密切关系，线粒体作为能量代谢的主要场所，对维持神经元的功能有着重要意义。线粒体DNA(mtDNA)编码细胞色素氧化酶(COX)，且mtDNA位置靠近易产生氧自由基的线粒体内膜附近，极易受到自由基的攻击发生突变，Aβ本身产生或其它途径产生的活性氧使神经细胞胞浆中自由基浓度升高，从而使脂质过氧化,形成的过氧化产物损伤细胞膜结构，线粒体和内质网的膜结构氧化损伤后，将使大量的钙进入胞质，细胞发生钙超载[19]，线粒体肿胀，造成功能障碍，影响COX活性。由于COX是电子传递链的关键酶，其活性下降导致ATP水平下降，进一步使钙内流增加，损伤线粒体。线粒体功能下降还会使更多的APP被加工为有毒性的Aβ。另外，线粒体损伤，COX活性下降，可以导致细胞色素C(cyt-c)的释放，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)的活化，启动神经元凋亡。许多抗氧化植物药提取物通过抗氧化作用而减轻Aβ引起的损伤。

目前，Aβ活化胶质细胞的分子机制尚不清楚，可能是通过调节细胞表面复合物及细胞内信号转导来完成的。AS表面晚期糖化终产物受体(RAGE)、清道夫受体(SR)受体都能与Aβ相互作用，活化细胞内信号转导机制，诱导前炎性递质的产生[20-21]。一系列实验证明:在培养条件下的神经元，只有在AS存在的情况下，神经元的树突才能发育成熟;缺乏AS时，神经元只形成轴突，不形成树突[22]。

2.2 AS与AD的其它联系 近年来研究发现，AS参与学习、记忆过程，葡萄糖是正常状态哺乳动物脑的主要燃料，而脑的葡萄糖利用率占全身利用率的20%，不仅为神经细胞提供能量，其代谢中间产物与重要神经递质的合成有关，如乙酰胆碱、谷氨酸等。脑内葡萄糖供应一旦停止，会造成严重的神经病变，甚至发生不可逆的损伤。AS的葡萄糖的基础代谢率高于神经元，是脑内唯一具有储存糖原的细胞，通过非能量依赖的葡萄糖转运体，从流经内皮细胞的血液中摄取葡萄糖，在缺血及生理神经传递过程中短暂供应能量及底物[23]。GFAP是AS内8-9nm中间丝蛋白，神经系统受刺激或损伤后，AS表现快速反应，其标志之一是GFAP的表达，因此，目前将GFAP的表达与否作为AS活动状态的标志。有实验免疫组化结果显示，Aβ注射后，脑内GFAP表达明显增加，在14d达到最高，以后有所下降，但仍维持在较高水平[24]，表明Aβ侧脑室注射后，静止期AS转化为反应性胶质细胞，代表了胶质细胞对脑损伤的反应。载脂蛋白E(ApoE)在CNS可以稳定细胞内Ca2+，调节突触再生和分支。ApoE主要存在于AS，人皮层神经元能摄取由AS合成的ApoE，影响神经元代谢，其异构体与Tau蛋白结合，对AD的病理变化产生影响[1]。

3 少突胶质细胞与AD

少突胶质细胞的主要功能是，在中枢神经系统中包绕轴突，形成绝缘的髓鞘结构，协助神经信号的跳跃式高效传递，维持和保护神经元的正常功能。少突胶质细胞的异常，除导致中枢神经系统脱髓鞘病变之外，还会导致神经元损伤。

内质网膜(RTN)蛋白拥有多个家族成员，最近发现其成员之一的Nogo及其受体NgR不仅参与了中枢神经系统的发育和再生过程，也参与了Aβ的代谢，与AD的病理过程相关。Nogo最初被发现是位于CNS少突胶质细胞膜上，可通过神经元上的受体NgR介导信号传递，抑制神经元突起生长[25]。Nogo主要有Nogo-A、B和C三种亚型。Gil对正常老化及AD患者的大脑进行检查后发现，Nogo-A在海马少突胶质细胞和神经元中均有表达，颗粒细胞和苔藓纤维也有Nogo-A分布[26]。AD患者的海马和大脑皮层中Nogo-A的水平较高，分别是正常老人的1.17倍和1.4倍。NgR是最先明确的Nogo的受体分子。Zhu等人对AD患者海马中NgR表达的研究发现，与正常海马相比，AD患者海马锥体层神经元胞体和突起中NgR的表达显著增高，与其它脑区相比增高更为明显[27]。另外，免疫组化结果显示，海马CA1区神经元胞浆内AT-8阳性的过磷酸化tau蛋白含量有很显著的升高，并与NgR在细胞内有共表达，但是tau蛋白与NgR的共表达在神经炎斑中却没有观察到[27]。由此推测，NgR在AD发生中可能参与了神经元细胞内神经原纤维缠结的形成过程。

4 小结

关于AD的发病机制，至今仍然没有完全定论，越来越多的研究显示胶质细胞参与了AD的发病过程，对检测诊断及提供治疗依据上有重要作用。本文通过综述胶质细胞与AD的关系，可以总结出胶质细胞的激活是诱发CNS一系列反应的前提，MG和AS或单独作用，或协同作用。虽然关于神经胶质细胞与AD的关系还没有一个统一的结论，但提示我们在AD的发病机制和治疗手段的研究过程中，神经胶质细胞具有深刻的研究价值。

[1]冯征,张均田.神经胶质细胞及其在Alzheimer’s病中的作用[J].中国药学杂志,2001,36(4):217-220.

[2]Cagnin A, Brooks DJ, Kennedy AM, et al.In-vivo measurement of activated microglia in dementia[J].Lancet,2001,358(9280):461-467.

[3]Vehams A, Kamas C, Stewart W, et al.Immune reactive cells in senile plaques and cognitive in Alzheimer’s disease[J].Neurobiol Aging,2003,24(2):321-331.

[4]Culbert A,Skaper D,Howllet R,et al.MAPK activated protein kinase 2 deficiency in microglia inhibits proinflammatory mediator release and resultant neurotoxicity. Relevance to neuroin fl ammation in a transgenic mouse model of Alzheimer’s disease[J].J Biol Chem,2006,281 (33):23658-23667.

[5]Casal,Serratosa J,Tusell JM.Relationship between beta AP peptide aggregation and microglial activation[J].Brain Res,2002,928(1-2):76-84.

[6]Takata K, Kitamura Y, Yanagisawa D, et al.Microglial transplantation increases Aβ clearance in Alzheimer’s model rats[J].FEBS Lett,2007,581(3):475-478.

[7]Butovsky O, Kunis G, Koronyo M, et al.Selective ablation of bane marrow derived dendritic cells increases amyloid plaques in a mouse Alzheimer’s disease model[J].Eur J Neurosci,2007,26(2):413-416.

[8]Hickman SE,Allison EK,Khoury JE.Microglial dysfunction and defective-amyloid clearance pathways in aging Alzheimer’s disease mice[J].Neurosci,2008,28:8354-8360.

[9]Sastre M, Walter J, Gentleman SM.Interactions between APP secretases and inflammatory mediators [J].J Neuroin fl ammation,2008,5:25.

[10]张强.阿尔茨海默病与免疫炎性反应[J].医学综述,2007,13(16):1250-1252.

[11]Su JH, Anderson AJ, Cribbs DH, et al.Fas and Fas Ligand are associated with neuritic degeneration in the AD brain and participate in Beta-amyloid-induced neuronal death[J].Neurobiol Dis,2003, 12(3):182-193.

[12]Sondag CM, Combs CK.Amyloid precursor protein mediates proin fl ainmatory activation of monocytic lineage cells[J].Biol Chem,2004,279:14456-14463.

[13]蔡志友,晏勇.小胶质细胞与阿尔茨海默病[J].生命科学,2008,20(1):95-100.

[14]Nessa BN,Tanaka T,Kaminok,et al.Toll-like receptor 3 mediated hyperphosphorylation of tau in human SH-SY5Y neuroblastoma cells[J].Psychiatry Clin Nwurosci,2006,60(1):27-33.

[15]Sutton ET,Thomas T,Bryant MW,et al.Amyloid-beta peptide induced inflammatory reaction is mediated by the cytokines tumor necrosis factor and interleukin-1[J].Subrnicrose Cytol Pathol, 1999,31(3):313.

[16]李培春,凌雁武，陈秉朴.β-淀粉样蛋白诱导大鼠行为学改变及星形胶质细胞变化[J].神经解剖学杂志,2004,20(3):251-256.

[17]Minghetti L, Ajmone-Cat MA, De Berardinis MA, et al.Microglial activation in chronic neurodegenerative disease:roles of apoptotic neurons and chronic stimulation[J].Brain ResRev, 2005,48(2):251-256.

[18]Suk K,Lee J,Hur J,et al.Activation induced cell death of rat astrocytes[J].Brain Res,2003, 900(2):342-347.

[19]Andrey YA,Michael RD.The role of an astrocytic NADPH oxidase in the neurotoxicity of amyloid beta peptides[J].Biological Science,2005,360(1464):2309-2314.

[20]Miller MC,Tavares R,Johanson CE,et al.Hippocampal RAGE immunoreactivity in early and advanced Alzheimer’s disease[J].Brain Res Rev,2008,1230:273-280.

[21]Ghidoni R,Benussi L,Glionna M, et al.Decreased plasma levels of soluble receptor for advanced glycation end products in mild cognitive impairment[J].J Neural Transm,2008,115(7):1047.

[22]Ullian EM,Sapperstein SK,Christopherson KS,et al.Control of synapse number by glia[J].Science, 2001,291:657-661.

[23]Jolivert R, Magistretti PJ, Weber B. Deciphering neuron-gliacompartmentalization in cortical energy metabolism[J].Front Neuroenergetics,2009,1(4):1-10.

[24]高长越,王延江，方传勤，等.β-淀粉样蛋白脑室注射对大鼠海马星型胶质细胞活化和细胞增殖的作用[J].第三军医大学学报,2009,30(21):2131-2133.

[25]赵喆,邓其跃.阿尔茨海默病与Nogo/NgR[J].现代医药卫生,2010,26(2):229-230.

[26]Gil V. Nogo-A expression in the human hippocampus in normal aging and in Alzheimer’s disease[J].J Neuropathol Exp Neurol,2006,65(5):433.

[27]Zhu HY.Increased impression of the Nogo receptor in the hippocampus and its relationship to the neuropathology in Alzheimer’s disease[J].Hum Pathol,2007,38(3):426.

R592

A

1004-6879(2012)03-0310-04

2012-03-05)