小胶质细胞活化表型与帕金森病

·综述·

小胶质细胞活化表型与帕金森病

Phenotypes of microglia activation and Parkinson’s disease

单明慧1,3，苏炳银2,3，李淑蓉1,3(1.成都医学院病理学与病理生理学教研室,四川 成都 610500;2.成都医学院人体解剖与组织胚胎学教研室，神经科学研究所，四川 成都 610500;3.发育与再生四川省重点实验室,四川 成都 610500)

[关键词]帕金森病；小胶质细胞；巨噬细胞；表型；α-突触核蛋白

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一种常见的中枢神经系统退行性疾病。平均发病年龄60～65岁，发病率随年龄增长而增加。该病以运动迟缓、共济失调、肌强直和静止性震颤为主要临床特征，以中脑黑质致密部多巴胺能神经元丢失和大量α-突触核蛋白蓄积形成lewy小体为主要病理改变[1]。近年来，有关PD发生发展中黑质致密部的炎症反应经多次研究并得到初步证实。最初，研究者在对PD患者进行尸体解剖时发现其脑组织中含有不同类型的免疫细胞及免疫因子[2]。随后，人们在PD早期和晚期患者脑脊液中检测到参与免疫细胞活化的特异性配体[3]。一些关于抗炎治疗的回顾性研究也证实炎症反应是PD发生的机制之一[4]。小胶质细胞是中枢神经系统重要的免疫细胞，具有免疫监视、炎症调理和识别吞噬等功能[5]。深入了解PD病程中的炎症反应以及小胶质细胞的活化情况，可能会为减少神经系统炎症损伤，保护神经元，进而预防或治疗PD等神经系统退行性疾病提供帮助。本文综述了巨噬细胞和小胶质细胞M1/M2活化表型，及其与PD发生发展的密切关系，为研究PD的病因及发病机制、研发靶向药物和制定治疗方案提供新的思路。

1免疫活化巨噬细胞

1.1M1型巨噬细胞

巨噬细胞作为重要的天然免疫细胞和抗原提呈细胞，在不同外界环境因素刺激下可分化成为具有不同吞噬和分泌能力的巨噬细胞活化亚型。M1型巨噬细胞，即经典活化巨噬细胞，以分泌促炎因子为主，主要发挥抗原呈递、吞噬和促炎功能。M1型细胞的活化主要依赖CD4+辅助性T细胞(Th1)产生的干扰素γ(IFN-γ)、革兰氏阴性菌细胞壁成分脂多糖(LPS)、粒-单系集落刺激因子(GM-CSF)及病毒的双链DNA等(表1)，经核因子-κ B(NF-κ B)，丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK) 途径，促进Th1免疫反应[6-7]。M1型细胞主要的表面标志物有CD86、CD16/32、组织相容性复合

体Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ，MHCⅡ)等，细胞内部标志物是诱导型一氧化氮合酶(iNOS)。M1型细胞可以分泌大量促炎因子，如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素6(IL-6)、IL-12、IL-1β以及化学趋化因子配体10(CXCL10)等[8]，从而强效吞噬细菌及胞内病原体，发挥杀伤作用，甚至可能导致机体正常组织的炎症损伤。

1.2M2型巨噬细胞

M2型巨噬细胞，即替代激活的巨噬细胞，与M1型细胞在细胞表面受体表达、胞内信号转导、细胞因子及趋化因子释放、炎症反应中的功能和作用等方面存在明显差异甚至相互抑制。M2型细胞有多种亚型，主要包括M2a、M2b和M2c 3种(表1)。M2a型细胞主要参与抗寄生虫感染，通过Th2分泌的IL-4或IL-13激活，经由JAK激酶家族-信号转导和转录激活因子6(JAK/STAT6)相关通路，发生不同于经典激活途径的特异性改变。M2a型细胞内Ⅰ型精氨酸酶(Arginase1)编码基因(Arg1)表达上调，Arginase1可与iNOS竞争底物精氨酸，从而抑制iNOS介导的免疫杀伤作用[9]。同时，甘露糖受体(CD206/MR)、几丁质酶1/2(YM1/2)等也表达增加，促炎因子分泌下降，免疫抑制细胞因子IL-10等分泌增加。M2b型细胞主要由免疫复合物及部分Toll样受体配体诱导激活，引起部分促炎因子(IL-1、IL-6、TNF-α)和免疫抑制因子IL-10表达升高[10]。M2c型细胞由糖皮质激素和开环甾体类激素(如维生素D)诱导产生，可高表达IL-10、转化生长因子-β(TGF-β)等，其作用与M1型细胞相拮抗。总之，M2型细胞的主要功能是抑制炎症反应，参与组织修复、血管再生等，对机体具有保护作用。

2小胶质细胞与巨噬细胞

许多研究认为，小胶质细胞来源于中胚层的间充质细胞，在胚胎发育后期形成血管时以单核细胞形式侵入脑内[11]。进入中枢神经系统的单核细胞先转变成为阿米巴样小胶质细胞，然后再分化成为成熟的分支状静息态小胶质细胞。还有观点认为，在血管系统未成熟前，部分巨噬细胞可能通过细胞迁移的方式进入大脑形成非成熟小胶质细胞[12-13]。尽管对小胶质细胞的起源存在部分分歧，但毋庸置疑的是，小胶质细胞和巨噬细胞存在许多共通之处。例如，小胶质细胞能够表达巨噬细胞特异性抗原F4/80,Fc受体及补体3受体；在形态上，活化的小胶质细胞常表现为胞体增大、突起回缩等巨噬细胞样改变；在功能上，小胶质细胞与巨噬细胞均可释放多种炎性介质并在吞噬异己成分和碎片过程中发挥重要作用。同样的，小胶质细胞也可以在外界条件刺激下活化成不同表型的小胶质细胞，其诱导剂及相关表型标志物和分泌因子与巨噬细胞基本一致[14]。但也有研究显示，小胶质细胞和巨噬细胞在某些基因的表达量上存在差异。例如，CD45在巨噬细胞上高表达而在小胶质细胞表达量极低[15]；CD169可作为一项重要标志用于区分不同类型的巨噬细胞，而在成熟小胶质细胞中几乎不表达[16]。

表1　M1/M2型细胞的激动剂、标志物及释放因子

与阿尔兹海默病(AD)等其他神经系统退行性疾病不同，在人类PD患者及动物PD模型中有关小胶质细胞和巨噬细胞的独立研究并不多见。直到近几年，人们才开始关注PD进程中神经系统内小胶质细胞及外周血中巨噬细胞的变化和作用。最新研究显示，PD患者外周血中CCR2+细胞数量明显下降而中枢神经系统中CCR2+细胞的含量却有所上升[17]，这提示我们机体内部可能存在某些条件下可跨越血脑屏障的迁移或补给机制，为我们研究神经系统相关疾病中小胶质细胞和巨噬细胞的关系及作用提供新的可能。

3PD病程中的M1型小胶质细胞

临床研究显示，PD患者的脑脊液中，TNF-α、IL-6等与M1型细胞密切相关的炎症因子表达升高，并且其含量与PD患者的临床症状和预后关系密切[18]。此外，研究者对PD患者进行尸体解剖后发现其脑内MHCⅡ阳性细胞数与α-突触核蛋白沉积水平正相关，而MHCⅡ正是M1型小胶质细胞的表面标志之一[19]。这些研究从某些方面揭示了PD病程中患者体内与炎症相关的特定标记细胞及因子的表达情况。一项研究使用正电子发射断层扫描技术(PET)对苯二氮卓类受体(PBRs)相关配体进行检测，为我们从PD初期追踪相关免疫细胞的活化及转化提供了可能。活化的小胶质细胞线粒体膜表面PBRs的表达较未活化小胶质细胞有所增高，PET检测发现在基底神经节等与PD发病密切相关的脑区，早期PD患者与同龄同性别非PD患者相比PBRs表达增加了25%～50%[20]。这提示我们疾病发生初期已出现了小胶质细胞的活化。研究者还试图通过PET检测不同脑区活化小胶质细胞的表型，但结果并不理想。

此外，PD中存在M1型小胶质细胞相关信号通路的激活，也为M1型小胶质细胞的存在提供了证据。包括PD在内的绝大多数神经系统退行性疾病均存在相关脑区的特异性病理改变，α-突触核蛋白异常蓄积，就是PD最具代表性的改变。经研究发现，α-突触核蛋白与M1型炎症反应关系密切。α-突触核蛋白复合体可以与CD36、CD11b、TLR2、TLR4等相互作用，引起M1型炎症反应，而单体核蛋白则不具备这种功能[21-22]。离体实验发现，用α-突触核蛋白复合体刺激未活化的小胶质细胞，诱导其向M1型活化细胞转变时效果甚微，而将未活化小胶质细胞与CD4+T细胞共培养，再用α-突触核蛋白复合体刺激，小胶质细胞活化明显，且伴发一系列炎症反应[23]。研究者认为，相关通路如CX3CR1等可能参与了α-突触核蛋白复合体与小胶质细胞的相互作用。

随着人们对PD研究的日渐深入，病程中存在活化的M1型小胶质细胞及相关炎症反应的理论也在基因水平得到证实。全基因组关联研究(GWAS)已经证实PD存在重大遗传风险。PD基因易感性调查发现，人类白细胞抗原DR(HLA-DR)与PD具有明显相关性[24]。HLA-DR编码的MHCⅡ是炎症反应中抗原提呈细胞(APCs)的主要标志，也是M1型小胶质细胞的表面标志之一。动物实验发现，敲除MHCⅡ可以减少M1型炎症反应，并且能在一定程度上减轻α-突触核蛋白的过度蓄积[23]。LRRK2(leucine-rich repeat kinase 2)基因突变是引起家族性PD的原因之一，体内体外实验均证实，敲除、敲降或使用LRRK2抑制剂可以减少M1型小胶质细胞的活化，还可以减少小鼠PD模型中LPS诱导的M1型炎症反应引起的多巴胺能神经元损伤[25]。

4PD病程中的M2型小胶质细胞

迄今为止，研究者已基本确定PD病程中存在M1型小胶质细胞，并且M1型小胶质细胞及相关炎症反应在PD发生发展中起到了重要作用。然而，随着研究的深入，人们开始质疑PD中仅存在M1型小胶质细胞吗？是否存在与其互补的M2型细胞及反应？两者关系如何？为此人们进行了大量实验。研究发现，在脊髓损伤小鼠模型中，可持续观察到M1型小胶质细胞及M1型炎症反应，同时也伴随一过性的M2型炎症反应及少量以Arg1和CD206为标志的M2型小胶质细胞出现。并且随着M2型小胶质细胞数量下降，损伤范围有所扩大，脊髓神经元死亡数量随之上升。相反，向损伤部位注入外源性M2型小胶质细胞和条件培养基，可在一定程度上减缓神经元死亡和损伤范围的扩大[26]。同样的结果在外伤性脑损伤的啮齿类动物模型上得到证实[27]。在另一种慢性神经系统炎症损伤疾病-多发性硬化症(MS)的研究中发现，无论急性发作期还是慢性损伤过程中均可检测到Arg1和CD163阳性的M2型小胶质细胞，尽管它的数量明显少于M1型小胶质细胞[28-29]。实验性变态反应性脑脊髓炎动物模型(EAE)实验证实,M1型小胶质细胞与M2型小胶质细胞的比例与神经系统慢性炎症是否发生密切相关：M1型活化细胞占主导地位，可以加快神经系统损伤；如果通过人为干预使M2型小胶质细胞比例上升，疾病的损伤进程会减缓，甚至出现小范围损伤修复和再生[30]。

在PD漫长的病程中，极有可能存在作用互补的M1型和M2型活化小胶质细胞。这种假说为合理解释临床回顾性研究及动物实验时得到的关于炎症反应的相反结果提供可能。离体实验也证实，α-突触核蛋白的形成与M2型小胶质细胞的比例以及TLR样受体活化有关[31]。遗憾的是，有关M2型小胶质细胞在PD病程中的保护作用还未得到临床证实，通过小胶质细胞的不同表型重新认识传统意义上的帕金森病并探索相应的治疗方案还为时尚早。

5结语

更好地理解M1/M2型小胶质细胞及炎症反应在PD发生发展中的作用，不仅有助于了解疾病不同阶段的发病机制和病理变化，而且为寻找防治神经系统炎症损伤的潜在药物作用靶点提供了新的方向。已经明确的是，M1型小胶质细胞至少可以通过2种途径引起黑质致密部多巴胺能神经元的损伤：一种是通过激活相关的炎症通路直接引起神经炎症;另一种是通过对α-突触核蛋白的影响间接引起多巴胺能神经元损伤。目前看来，无论何种损伤途径，阻止或减少神经系统小胶质细胞向M1型活化细胞转变，激动或增强与其互补的M2型小胶质细胞及反应，都对PD的防治具有重大意义和可行性。此外，寻找更精准的炎症反应药物作用靶点来替代目前临床上泛泛的抗炎治疗，可能有助于达到更好的疾病防治效果，改善预后的临床目标。

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(编辑：周小林)

[收稿日期]2015-01-16[修回日期] 2015-02-13

[通讯作者]李淑蓉，E-mail:lsrsus@163.com

[基金项目]国家自然科学基金面上项目(31371215)；发育与再生四川省重点实验室基金(NO.SYS13-001，NO.SYS12-001)

doi:10.11659/jjssx.01E015083

[中图分类号]R322.81

[文献标识码]B

[文章编号]1672-5042(2015)03-0330-04