小胶质细胞上α7 nAChR的功能及相关疾病的研究进展

李志冉，沈 磊

(大理大学药学与化学学院，云南 大理 671000)

α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7 nAChR)是烟碱型乙酰胆碱受体超家族的主要亚型之一。在大脑中，α7 nAChR除在神经元细胞中表达外，还表达于小胶质细胞、内皮细胞和前体细胞等非神经元细胞，被看作细胞功能的重要调节因子[1]。以往关于神经炎症的研究主要集中在神经元细胞，近年来，越来越多的研究开始关注非神经元细胞的参与。周围神经损伤后胶质细胞发生多种形态和功能的改变，尤其是小胶质细胞改变最为明显[2]。虽然小胶质细胞在正常情况下可清除细胞碎片，修复受损组织，但其过度激活参与了多种神经系统疾病的发生。小胶质细胞过度活化后产生大量炎症，损伤神经，而激活小胶质细胞上的α7 nAChR，能通过多条抗炎通路减轻炎症和氧化应激对神经的损伤，在多种神经系统疾病中发挥重要作用。因此，深入研究小胶质细胞上α7 nAChR在神经系统疾病中的作用，将为神经系统疾病的治疗提供新的思路和途径。现就小胶质细胞上α7 nAChR的功能与相关疾病予以综述，以为小胶质细胞上的α7 nAChR可能成为治疗神经系统疾病的潜在靶点提供理论依据。

1 α7 nAChR的结构、功能及其分布

烟碱型乙酰胆碱受体属于配体门控五聚体离子通道受体超家族中的一员[3]。烟碱型乙酰胆碱受体含有3个亚型：肌肉型、神经元型和非神经非肌肉型，其中α1、β1、γ、δ、ε 5种亚单位构成肌肉型，而神经元型由α2～α10和β2～β4构成[4]。

同型五聚体α7 nAChR为神经元型烟碱型乙酰胆碱受体中表达最丰富的亚型之一，其广泛分布于下丘脑、大脑皮质、海马及一些脑干核团[5]。α7 nAChR的胞外结构域N端是许多α7 nAChR选择性拮抗剂的结合位点，如α-芋螺毒素和α-银环蛇毒素等，α7 nAChR对神经的保护作用可被α7 nAChR选择性拮抗剂消除。而α7 nAChR跨膜结构域M2段同N段构成的阳离子通道能调节Ca2+浓度。α7 nAChR作为突触后受体不仅介导了神经传递，也可作为突触前调节器调节神经递质(谷氨酸、γ-氨基丁酸、多巴胺、去甲肾上腺素)的释放，因此α7 nAChR可以影响一系列广泛的神经生物学功能[6]，其可使神经元处于一种合适的生理状态，从而维持正常的学习、记忆、认知、运动等过程。

2 小胶质细胞的激活与炎症反应

小胶质细胞是大脑主要的常驻免疫细胞，是中枢神经系统的第一道防线。在正常条件下，小胶质细胞呈现出小的胞体和较细的突起，这些突起可以多次伸展和分支，作为小胶质细胞在突触维护过程中的一部分不断检查周围环境是否有细胞碎片或病原体，具有免疫监视的作用[7]。然而，当出现神经损伤或其他损伤时，小胶质细胞被激活，表现为M1表型和M2表型两种极化状态：①M1激活后，小胶质细胞发生以肥大体为特征的快速形态转化，这些M1细胞释放趋化因子、蛋白酶和促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子、白细胞介素(interleukin，IL)1、IL-6 和IL-12等破坏血脑屏障；②M2表型由抗炎细胞因子IL-4、IL-10和转化生长因子-β等触发，且能通过吞噬作用清除细胞碎片，发挥神经保护作用[8]。过度的小胶质细胞活化会损害周围健康神经组织，而反过来死亡或濒死神经元分泌的因子又会加剧小胶质细胞的慢性活化，导致神经元功能逐渐丧失。很多神经系统疾病与小胶质细胞过度激活后产生的炎症有关，如帕金森病、精神分裂症、疼痛及脑卒中神经元死亡等，故抑制小胶质细胞过度活化及其活化后的神经炎症成为治疗这些疾病的关键。

3 小胶质细胞上α7 nAChR的功能

3.1抗炎和抗氧化应激 激活α7 nAChR可发挥抗炎作用，研究认为α7 nAChR的抗炎作用主要是通过Janus激酶2/信号转导及转录激活因子3、核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)、促分裂原活化的蛋白激酶等“胆碱能抗炎通路”实现[9]。在外周神经系统中，巨噬细胞上的α7 nAChR通过“胆碱能抗炎通路”调控全身炎症反应[10]。而许多关于中枢神经系统的研究也在寻找脑中是否存在类似的“胆碱能抗炎通路”。Shytle等[11]证明了在小鼠原代细胞和离体脑片上的小胶质细胞中均有α7 nAChR表达，且他们首次寻找到了脑中的胆碱能通路，该通路通过α7 nAChR调节小胶质细胞的激活；此外该研究还证实，α7 nAChR的炎症抑制作用是通过减少p44/42和p38促分裂原活化的蛋白激酶的磷酸化来介导。α7 nAChR激动剂gx-50激活小胶质细胞上的α7 nAChR，导致与调控炎症相关的通路Janus激酶2/信号转导及转录激活因子3和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B激活，从而减轻炎症反应[12]。

氧化还原稳态决定了小胶质细胞最终表型的获得，其由NF-κB和核转录因子红系2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)两个转录因子控制，其中NF-κB被认为是炎症的主要调节因子，Nrf2被认为是氧化应激的主要调节因子；通过这两个转录因子控制氧化还原稳态的能力，可以控制炎症并使小胶质细胞向M2表型转移[13]。血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)的表达通常被认为是对氧化应激毒性适应性细胞的保护反应。Egea等[1]指出在巨噬细胞/小胶质细胞中，a7nAChR与IL-10受体的相似性大于其自身家族的烟碱型乙酰胆碱受体。这两种受体均能促进Janus激酶2/信号转导及转录激活因子3通路的激活，该通路可抑制NF-κB，进而抑制M1表型极化，促进M2表型分解炎症；同时，这两种受体均能激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B，从而激活Nrf2/HO-1通路，该通路具有很强的抗氧化和抗炎作用，尤其是能阻止神经元细胞死亡的进程。以上研究揭示，激活小胶质细胞上的α7 nAChR可能通过减轻炎症和氧化应激治疗神经炎症疾病。

3.2神经保护 小胶质细胞上α7 nAChR的激活能促进神经干细胞分化为胆碱能神经元，从而起到神经保护作用[14]。乙酰胆碱和尼古丁作用于小胶质细胞能减弱脂多糖活化小胶质细胞释放IL-1β、肿瘤坏死因子-α等炎症因子引起的神经毒性作用[15-16]。α7 nAChR降低炎症因子水平，发挥神经保护作用的机制可能为小胶质细胞α7 nAChR驱动一个涉及激活磷脂酶C和从细胞内Ca2+存储器释放Ca2+的信号过程，α7 nAChR这一信号过程可能参与尼古丁调控小胶质细胞活化，抑制炎症，从而发挥神经保护作用[17]。另有研究表明，激活小胶质细胞α7 nAChR的神经保护作用可能是由于成纤维细胞生长因子2的表达，增加了谷氨酸/天冬氨酸转运体表达，从而减轻由谷氨酸升高导致的神经元毒性[18]。以上研究表明，小胶质细胞上的α7 nAChR能通过多种机制发挥神经保护作用。因此，对α7 nAChR的药理机制及其选择性激动剂的研究在神经保护领域具有巨大的临床治疗潜力。

4 与小胶质细胞上的α7 nAChR相关的疾病

4.1阿尔茨海默病 阿尔茨海默病的两个主要组织病理学特征为β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)的积累和神经纤维缠结，Aβ由其前体蛋白经β-和γ-分泌酶水解后形成[19]。Aβ在大脑中积聚，刺激小胶质细胞产生活性氧、一氧化氮、促炎细胞因子等物质，进而激活更多小胶质细胞，引发神经病变，如突触损伤和变性、氧化应激、神经炎症和神经元丢失，促进阿尔茨海默病的发展[20]。有研究表明，小胶质细胞上的α7 nAChR属于“双面”受体，既能发挥保护神经的作用，也能引起神经毒性作用，这均取决于受体本身的亚型或与何种类型的Aβ结合。有学者将新生SD大鼠的海马体短时间暴露于100 nmol/L的寡聚化Aβ42下发现，Aβ与α7 nAChR相互作用，激活磷脂酰肌醇-3-激酶-胞外信号调节激酶1/2-cAMP应答元件结合蛋白；长期暴露于纤维化Aβ42下，Aβ与α7 nAChR相互作用，激活磷脂酰肌醇-3-激酶-c-Jun氨基端激酶-cAMP应答元件结合蛋白，造成学习和记忆功能的损伤[21]。而更多实验揭示了小胶质细胞α7 nAChR是治疗阿尔茨海默病的良好靶点，它不仅介导抗炎作用，同时还参与了吞噬作用[22-24]。Takata等[22]的体外实验证明，激活小胶质细胞上的α7 nAChR能减少炎症介质的分泌，增加小胶质细胞对Aβ的吞噬作用和抑制神经元γ-分泌酶活动，从而有助于减少Aβ沉积和认知障碍。加兰他敏可用于阿尔茨海默病的治疗，其可使小胶质细胞上的α7 nAChR对胆碱敏感，并诱导Ca2+流入小胶质细胞，而Ca2+诱发细胞内的信号级联可能是通过肌动蛋白重组激发Aβ的吞噬作用，减轻认知障碍[23]。用α7 nAChR激动剂PNU282987(10 mg/kg)处理的动物小胶质细胞，通过涉及Nrf2、HO-1、过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α机制的α7 nAChR增加线粒体质量和新陈代谢，从而减少氧化应激，这一机制可能为阿尔茨海默病的治疗开辟新途径[24]。Maurer和Williams[25]发现，记忆不良越来越多地与神经炎症有关，尤其是在老年痴呆症中，胆碱能信号还能改善记忆，这可能是通过小胶质细胞和星形胶质细胞等非神经元细胞上的α7 nAChR产生。

4.2缺血性脑卒中 脑卒中是最常见的危及人类生命的神经疾病，包括缺血性和出血性卒中，其中缺血性脑卒发病率高于出血性脑卒中，其发病机制可能与炎症、氧化应激、细胞凋亡等密切相关。小胶质细胞参与了缺血性脑卒中的发病过程，局部缺血后小胶质细胞可产生大量的自由基损伤微血管，导致血管内容物外泄，从而进一步加重脑损伤。而激活小胶质细胞上的α7 nAChR能减轻脑损伤，其可能通过改变小胶质细胞的极化状态、减少致炎因子、减少氧化应激、抗神经元细胞凋亡等实现对缺血性脑卒中的保护作用[26]。

脑缺血能引起明显的炎症反应，这些过度炎症可激活小胶质细胞，诱导血源性免疫细胞向梗死区迁移，影响全身免疫反应，旨在促进愈合；但大脑中过度的炎症反应会导致周围健康神经组织的免疫抑制状态，使脑卒中患者处于致命的继发性感染中[27]。缺血性脑卒中后，小胶质细胞表现出短暂的M2表型，随后向M1表型转化，两者比值的高低与缺血损伤程度显著相关[28]。而激活小胶质细胞上的α7 nAChR能改变小胶质细胞的极化状态，使其由M1表型向M2表型转化，且电针预处理也可发挥相应作用，故电针预处理可能成为治疗脑缺血损伤的潜在手段[29]。Parada等[30]报道，小胶质细胞α7 nAChR参与了大脑中的“胆碱能抗炎通路”，在野生型小鼠海马体中，小胶质细胞的耗竭和Nrf2缺失，使得α7 nAChR的选择性激动剂PNU282987失去对大脑的保护作用，这与抑制小胶质细胞中HO-1的表达有关；而在小胶质细胞未耗竭小鼠中，激活小胶质细胞α7 nAChR，调节Nrf2和HO-1，减弱小胶质细胞神经炎症和氧化应激，在大脑缺血条件下提供神经保护作用。da Fonseca等[31]提出缺血性脑卒中后，小胶质细胞可通过增加NF-κB和低氧诱导因子-1的表达，产生基质金属蛋白酶破坏血脑屏障。此外，小胶质细胞/巨噬细胞上α7 nAChR的激活，通过减少磷酸化NF-κB p65和促炎细胞因子表达，在缺血性脑卒中中对脑损伤起保护作用[32]。α7 nAChR对小胶质细胞表型转化及活化的干预，使其在抑制氧化应激和神经炎症中起重要作用，在神经保护和抗炎过程扮演关键角色，从而为脑卒中的治疗提供了一条新途径。

4.3疼痛 疼痛是组织产生炎症或发生损伤时，初级伤害性感觉神经被激活并释放大量的与炎性疼痛相关的细胞因子(肿瘤坏死因子-α、IL-1β、IL-6)以及缓激肽、组胺、5-羟色胺、花生四烯酸等致痛介质，这些介质刺激并与伤害性感受器末端相应的受体结合，导致机体产生疼痛，疼痛信号通过背根神经节传递到脊髓背角，长期的炎性疼痛可产生痛觉过敏[33]。调节胶质细胞的激活状态，减少促炎产物的释放可减轻多种疼痛所致的痛觉敏感。因此，小胶质细胞上的α7 nAChR可能通过调节胶质细胞的炎症反应和下游的信号通路及神经保护作用等，在慢性神经性疼痛和炎性疼痛中发挥重要作用。

此外，激活小胶质细胞α7 nAChR，可减少致炎因子的合成。绝大多数研究支持α7 nAChR的激动剂在疼痛治疗中可产生明显的抗炎及抗伤害效应[34-36]。TQS为α7 nAChR的阳性变构调节剂，其通过瞄准海马小胶质细胞上的α7 nAChR，减少脂多糖诱导的与痛觉过敏和异常性疼痛有关的NF-κB抑制蛋白和CD11b基因的表达以及小胶质细胞的激活，进而减少NF-κB介导的促炎因子的表达，起到减轻疼痛和痛觉过敏的作用[35]。研究显示，强啡肽A由小胶质细胞释放，其有助于神经病理性疼痛的发展和维持，而α7 nAChR的激动剂PHA-543613通过激活小胶质细胞α7 nAChR抑制神经损伤后小胶质细胞的活化来减少强啡肽A的释放，进而减少其刺激小胶质细胞在神经性疼痛的发展过程中释放的促炎细胞因子IL-1β和肿瘤坏死因子-α，成为治疗神经性疼痛的潜在治疗靶点[36]。据报道，术前应激可延缓术后疼痛的恢复，其是慢性术后疼痛的危险因素，且PHA-543613还能通过直接作用于小胶质细胞α7 nAChR，对术前压力诱导的脊髓小胶质细胞活化导致的术后疼痛时间延长起关键作用，故PHA-543613可能是预防术后疼痛时间延长的潜在候选药物[34]。但Sorge等[37]认为，神经损伤后的机械性异位性疼痛是由适应性免疫细胞介导，如T淋巴细胞，而不是雌性小鼠的小胶质细胞。同时，小胶质细胞在疼痛中的作用可能具有性别差异，但还需进一步验证。α7 nAChR激动剂尼古丁在治疗疼痛时可能发挥神经保护和神经毒性作用。Suzuki等[17]的研究表明，在P2X7受体刺激下，小胶质细胞释放少量肿瘤坏死因子，保护神经元，而脂多糖致使大量肿瘤坏死因子释放，导致神经炎症。在大鼠原代培养的小胶质细胞中，尼古丁通过活化α7 nAChR，增加P2X7受体介导的肿瘤坏死因子释放，同时抑制脂多糖诱导的肿瘤坏死因子释放，发挥保护神经元的作用[17]。而王庆贺等[38]的研究显示，尼古丁作用于小胶质细胞上的α7 nAChR可引起P2X4受体的表达上调，增加脑源性神经营养因子的释放，最终导致痛觉敏感的发生。由上可知，小胶质细胞上的α7 nAChR激动剂可能代表了一种新的治疗神经疼痛和炎性疼痛的方法，也可能由于激动剂特异性不强或激活其他受体加重疼痛。因此，对α7 nAChR的表达和功能变化及对其特异性激动剂、变构激活剂镇痛效果的研究为疼痛治疗提供了新方向。

5 小 结

α7 nAChR在小胶质细胞上广泛表达，其通过多条信号通路抑制炎症，减少氧化应激，在神经保护和抗炎过程中扮演重要角色。目前，越来越多的研究开始关注α7 nAChR激动剂在治疗神经疾病中的应用，这些研究为开发治疗神经疾病的药物奠定了基础，典型的α7 nAChR激动剂(尼古丁)虽然能发挥治疗作用，但其不良反应较大，且专一性差。未来，在抑制炎症和神经保护领域，对小胶质细胞上α7 nAChR的药理机制的深入研究及研发具有高度选择性的α7 nAChR激动剂可能具有巨大的发展潜力。