髓样细胞触发受体2在神经退行性疾病中的作用

徐同虓，张 威，张 晴，杨 阔综述，郝延磊审校

髓样细胞触发受体(triggering receptor expressed on myeloid cell，TREM)家族是由Bouchon等[1]于2000年在骨髓细胞表面发现的，TREM2是TREM家族的重要成员之一，被认为是参与调节免疫反应和小胶质细胞吞噬作用的关键信号因子。大多数研究证明TREM2具有抗炎活性，而炎性反应是多数神经退行性疾病的共同特征。近年来有关TREM2与神经退行性疾病之间的关系越来越受到重视，已有研究表明，TREM2在阿尔茨海默病(alzheimer’s disease，AD)[2]、帕金森病(parkinson’s disease，PD)[3]、肌萎缩脊髓侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)[4]、Nasu-Hakola病(nasu-hakola disease，NHD)[5]等神经退行性疾病的发病机制中发挥着重要作用。

1 TREM2概述

TREM2是一种免疫球蛋白超家族跨膜受体，主要由三部分结构域构成：细胞外V型免疫球蛋白结构域、细胞表面跨膜蛋白结构域和细胞质中无任何转导活化信号功能的短小尾域[6]。在人类，编码TREM2的基因位于染色体6p21.1上，从41，126，246bp到41，130，922bp，全长共4676bp，包含5个外显子，其表达的蛋白质编码230个氨基酸[1]，而在小鼠中，编码TREM2的基因位于17号染色体上。TREM2的配体包括载脂蛋白E(apolipoprotein E，APOE)、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂、β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)、核酸、凋亡神经元、损伤的髓鞘等[7～9]。TREM2在髓系细胞中表达，包括单核细胞、树突状细胞、中性粒细胞和组织特异性巨噬细胞如破骨细胞、Kuppfer细胞和肺泡巨噬细胞等。在正常脑组织中，TREM2主要在小胶质细胞中表达[6]，在中枢神经系统中的定位主要是海马、白质和脊髓[10]。

TREM2具有调控炎症反应、提高吞噬细胞的吞噬能力[11]、维持能量代谢[12]等生物学功能，而TREM2发挥其功能主要依赖于小胶质细胞。在调控炎症反应方面，低表达TREM2的小胶质细胞中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、一氧化氮合成酶-2等促炎因子的转录水平增高，而过表达TREM2的小胶质细胞中白细胞介素-4(interleukin-4，IL-4)、IL-10等抗炎因子的转录水平增高[10]。在吞噬方面，Wang等[13]证实了与正常的5XFAD小鼠相比，敲除TREM2基因的5XFAD小鼠小胶质细胞吞噬Aβ的能力明显下降。在维持能量代谢方面，既往研究表明，小胶质细胞通过增强有氧糖酵解和抑制呼吸作用来参与葡萄糖、乙酰乙酸、β-羟基丁酸等物质的代谢[14]，TREM2的变异体会破坏小胶质细胞的功能和能量状态，从而破坏小胶质细胞保护大脑免受Aβ攻击的能力[15]。Ulland等[12]还发现，在携带TREM2变异体的AD患者和TREM2基因缺乏的AD小鼠的小胶质细胞中，雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路存在缺陷，而这一信号通路影响ATP的水平和生物合成途径。此外，TREM2也与脂质代谢有关，TREM2通过上调脂肪生长调节因子而促进脂肪的生成和诱导肥胖的产生[16]。

2 TREM2的信号通路

TREM2与酪氨酸激酶结合蛋白(tyrosine kinase binding protein，TYROBP)联合介导下游信号的转导，以维持免疫系统的稳定性，而这一信号转导通路是体内中枢神经系统炎症调节的重要通路之一。TREM2和TYROBP的跨膜区是通过TREM2中带正电荷的赖氨酸残基和TYROBP中带负电荷的天冬氨酸残基之间的静电作用而结合的。在胞内，TYROBP含有基于免疫受体酪氨酸的活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM)，TREM2与TYROBP相互作用后，通过Src家族激酶使ITAM中酪氨酸磷酸化，形成SH2的结合位点，从而能够结合含有SH2结构域的酪氨酸激酶ζ链相关蛋白70(tyrosine kinases ζ-chain-associated protein 70，ZAP70)和脾酪氨酸激酶(spleentyrosine kinase，SYK)，通过SOS、Ras蛋白激活丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路，进一步激活应激激活的蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)、c-Jun N端蛋白激酶(c-Jun N terminal kinase，JNK)、胞外信号调节蛋白激酶(extracellular-signal-regulated kinase，ERK)等信号通路，促进抑炎因子的转录和编码，其中ERK信号通路的激活还可提高小胶质细胞的吞噬能力[17～19]。TREM2/ TYROBP/ SYK还介导PI3K-AKT通路的激活，通过募集磷脂酶Cγ(phospholipase Cγ，PLCγ)将磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(PIP3)分解为三磷酸肌醇(IP3)[20]，后者可在细胞内扩散至内质网或肌质网膜上，与Ca2+通道蛋白结合，诱导细胞钙库内Ca2+迅速释放，Ca2+与细胞内的靶分子之一蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)结合后被转运至质膜表面，然后与质膜上的甘油二酯、磷脂酰丝氨酸共同作用于PKC的调节结构域，使PKC变构而暴露出活性中心，进而参与核转录因子kappa B(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB)信号通路的调节以及多种生理功能的调控[17，19]。此外，TREM2/ TYROBP/ SYK介导的下游信号通路对于小胶质细胞激活也发挥着至关重要的作用，小胶质细胞的激活有多种方式，可以通过激活下游Wnt/ β-catenin信号通路促进小胶质细胞的增殖；通过激活下游AKT/ GSK3β/ β-catenin信号通路抑制小胶质细胞凋亡；还可通过调控炎症体的关键成分如含有Pyrin结构域的NLR家族蛋白3(NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3)或消皮素D(Gasdermin D，GSDMD)来抑制小胶质细胞焦亡；还能通过激活PI3K/ AKT/mTOR通路，调节小胶质细胞自噬，维持细胞的生物合成和能量代谢，从而促进小胶质细胞的存活[21]。(见图1)

图中缩略词：TREM2：髓样细胞触发受体2；TYROBP：酪氨酸激酶结合蛋白；ITAM：基于免疫受体酪氨酸的活化基序；SYK：脾酪氨酸激酶；ZAP70：酪氨酸激酶ζ链相关蛋白70；SH2：Src同源结构域2；SH3：Src同源结构域3；ERK：胞外信号调节蛋白激酶；JNK：c-Jun N端蛋白激酶；SAPK：应激激活的蛋白激酶；MEK：ERK激活蛋白激酶；MAPK：丝裂原激活的蛋白激酶；β-catenin：β连环蛋白；AKT：蛋白激酶B；GSK3β：糖原合成酶激酶3β；NLRP3：含有Pyrin结构域的NLR家族蛋白3；GSDMD：消皮素D；PI3K：磷脂酰肌醇3激酶；PIP3：磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸；IP3：三磷酸肌醇；PKC：蛋白激酶C；DAG：甘油二酯；NF-κB：核转录因子kappa B；PLCγ：磷脂酶Cγ；mTOR：雷帕霉素靶蛋白

图1 TREM2参与的信号通路模式图

3 TREM2与神经退行性疾病

3.1 TREM2与阿尔茨海默病 阿尔茨海默病是一种最常见的神经系统退行性疾病，病理表现主要为脑内β淀粉样蛋白沉积形成的神经炎性斑块和tau蛋白过度磷酸化所形成的神经纤维缠结[18]。已有研究表明，在欧美人群中，TREM2基因第二外显子上第47位(R47H)的一种罕见错义突变(rs75932628)使碱基C突变成T，从而使其编码的氨基酸中第47位上的精氨酸被组氨酸取代，这一突变增加了晚发型AD(late onset Alzheimer’s disease，LOAD)发病风险的2～4倍(OR值为5.05)[10]，其作用与APOE相似，都是AD的危险因素[6]。TREM2的R47H突变增加了高尔基复合体中复合寡糖末端的糖基化，降低了TREM2的溶解度，这可能会影响TYROBP与TREM2的亲和力。同时，R47H变异体可能破坏了TREM2蛋白的稳定性[22]。

最近的研究表明，TREM2主要通过介导小胶质细胞的神经保护作用而影响LOAD患者的病理过程。Aβ淀粉样斑块可以破坏突触传递、诱导氧化应激、触发细胞死亡等，而小胶质细胞是脑内重要的免疫细胞，能够聚集在淀粉样蛋白斑块周围形成屏障，吞噬和清除大脑中的Aβ淀粉样斑块，从而阻止淀粉样蛋白斑块的扩张[6，23]。最近，Cheng-Hathaway等[24]用CRISPR/Cas9系统将TREM2的R47H变异体敲入到APP/PS1-21转基因小鼠的内源性TREM2基因中，在杂合子中发现小胶质细胞与斑块的结合减少，Aβ淀粉样斑块诱导的小胶质细胞活性和增殖能力降低，弥散性淀粉样斑块增多，加剧了神经的营养不良，尽管他们发现TREM2基因表达在这种小鼠模型中明显降低，但在AD患者中并未发现TREM2基因表达的降低[25]。其原因是R47H变异体激活了一个隐蔽的剪切位点，从而在小鼠TREM2基因该位点处引入了一个终止密码子，而在人的TREM2基因内没有引入[26]。Fan等[27]通过向侧脑室内注射NF-κB信号通路抑制剂1-吡咯烷二硫代羧酸铵盐(1-pyrrolidine dithiocarboxylic acid ammonium salt，PDTC)上调海马内已注射Aβ1～42小鼠的TREM2的表达，发现小鼠海马组织淀粉样沉积蛋白明显减少，神经元再生增加。最近报道，在LPS诱导的APP/PS1转基因小鼠中，TREM2对炎症的负调节作用可能被LPS诱导的Toll样受体4(toll-like receptor 4，TLR4)过度激活所抑制，TLR4/ TREM2的这种失衡导致小胶质细胞过度激活，并导致大脑皮质神经元凋亡增加，使得APP/PS1转基因小鼠的认知功能障碍更为严重，提示TREM2是控制AD发展过程中全身炎症的一个潜在靶点[28]。Jiang等[29]在P301S转基因小鼠中研究发现，TREM2的过表达还可明显改善tau蛋白的磷酸化，降低细胞周期素依赖性蛋白激酶5和糖原合成酶激酶3β的活性。此外，突触结构及功能异常也是AD的一大病理特征。在TREM2基因敲除的APP/PS1小鼠中，TREM2的下调在AD进展早期成功保护了突触的功能，改善了AD突触功能异常和认知障碍等症状，而在AD进展的晚期则损害了突触的可塑性，这主要是由于淀粉样蛋白沉积增多所致[30]。

以上研究表明TREM2在Aβ淀粉样斑块周围小胶质细胞的聚集和激活、tau蛋白磷酸化以及突触可塑性中发挥着重要作用。这些发现让我们认识到TREM2参与了AD的病理过程，有可能为AD的诊断和早期靶向预防和治疗提供新的思路。

3.2 TREM2与帕金森病 帕金森病又称震颤麻痹，是第二大常见的神经系统退行性疾病。越来越多的证据表明PD患者多巴胺能神经元变性过程中存在着慢性炎症和小胶质细胞的过度激活[31]。小胶质细胞在中枢神经系统中的激活可分为两种典型的类型：经典型(促炎型；M1亚型)和选择型(抗炎型；M2亚型)。M1亚型小胶质细胞可以通过分泌促炎细胞因子加重神经毒性，引起神经组织损伤；而M2亚型主要通过分泌抗炎细胞因子来发挥神经保护、营养、支持和修复作用，促进神经组织恢复[32]。近年来，调节小胶质细胞M1/M2亚型平衡在PD研究中日益受到重视，M2亚型小胶质细胞减少可能是PD病情发展的重要机制。Zhang等[31]利用 TREM2-shRNA慢病毒感染小胶质细胞抑制TREM2基因的表达，或wtTREM2慢病毒感染小胶质细胞使TREM2过表达，结果发现精氨酸酶-1(一种M2亚型小胶质细胞标记物)的表达水平在前者明显降低，在后者明显升高，说明前者抑制了小胶质细胞向M2亚型的分化，导致M1亚型小胶质细胞炎性反应过度，而后者则相反。提示TREM2在M1亚型小胶质细胞转变为M2亚型方面起着关键作用，从而可以减轻PD病理过程中的炎性反应。而在α-突触核蛋白诱导的PD模型中，TREM2可通过调节转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)家族中STAT1和STAT6的活化，实现小胶质细胞由M1亚型向M2亚型转化，从而发挥神经保护作用[33]。

最近，Ren等[34]在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)小鼠模型的单侧纹状体内注射含有TREM2载体的腺病毒，构建TREM2过表达小鼠模型，结果发现，MPTP损伤所致的黑质酪氨酸羟化酶(tyrosinehydroxylase，TH)阳性神经元的丢失明显减少，TNF-α、IL-1β、环氧化酶-2和诱导型一氧化氮合酶等促炎因子的mRNA和蛋白质水平显著降低，炎症细胞如小胶质细胞和星形胶质细胞的浸润减少，纹状体内多巴胺及其代谢产物含量的减少得到明显改善，说明TREM2过度表达可以抑制MPTP诱导的神经炎性反应，减轻MPTP诱导的神经毒性作用。进一步的机制研究表明，TREM2是通过负性调节TRAF6/ TLR4介导的MAPK和NF-κB信号通路的激活来抑制神经炎症的。上述研究均表明TREM2参与了PD的发病过程，有可能成为治疗PD的潜在靶点。

3.3 TREM2与肌萎缩侧索硬化症 肌萎缩侧索硬化症又称卢伽雷氏(Lou Gehrig)病，是一种慢性神经系统退行性疾病。该病主要累及脑干、脊髓运动神经元[35]，造成患者肌肉无力，最终因呼吸衰竭而死亡。它与额颞叶痴呆(frontotemporal dementia，FTD)等被认为是同一神经谱系疾病，多重证据表明二者在病理学特征和遗传学背景方面有很多相似之处，因此属于一个疾病连续体。TREM2基因第二外显子上的罕见突变常常为ALS的危险遗传因素。Peplonska等[36]对波兰的811位人群(其中AD患者274例，FTD患者135例，ALS患者194例，神经健康对照组208例)进行了TREM2第二外显子的DNA序列分析，结果共检测到9个杂合子变异体，与ALS相关的有三个，分别位于p. R62H、p. D87N和c. 41-2-3insA上，其中c. 41-2-3insA被认为是他们首次发现的TREM2基因的新变异体。Cady等[4]对923例散发性ALS患者和1854例健康对照者的DNA样本进行了基因型分析，证实p. R47H变异体也是ALS的一个重要危险因素(OR值为2.40)，同时发现18例ALS患者尸检和SOD1G93A转基因小鼠的脊髓样本的TREM2基因表达增加。此外，另有研究表明，miR-155是ALS和SOD1模型中主要的促炎miRNA。在SOD1小鼠的小胶质细胞中，TREM2-APOE信号通路抑制了miR-155的表达，说明TREM2-APOE信号通路通过miR-155来调控SOD1小鼠的异常小胶质细胞活性而改善疾病的病理过程[37，38]。上述研究均显示TREM2参与了ALS的发病过程。

3.4 TREM2与Nasu-Hakola病 Nasu-Hakola病又称多囊性脂膜样骨发育不良并硬化性白质脑病(PLOSL)，是一种罕见的常染色体隐性遗传病，其临床表现为不断进展的早老性痴呆和全身多发性骨囊肿[5]。病理学表现为髓鞘和神经元的丢失、星形胶质细胞的增生以及脑白质和基底神经节处小胶质细胞的过度激活。TREM2或TYROBP基因上的纯合突变是引起Nasu-Hakola病的主要原因[39]。此外，TREM2与TYROBP在小胶质细胞中的表达缺陷被认为与抑制NHD中凋亡神经元的清除密切相关。Park等还发现，NHD中TREM2的突变，抑制了高尔基复合体中低寡聚糖的糖基化，从而降低了TREM2在质膜上的通透性以及TREM2的水溶性，阻碍了TREM2从内质网向高尔基复合体和质膜的转运，造成TREM2在内质网积聚，引起内质网应激[40]。上述研究表明TREM2在破骨细胞和小胶质细胞中均具有重要的功能，促使人们进一步深入研究其在中枢神经系统退行性疾病中的作用。

综上所述，TREM2在神经系统退行性疾病的发病机制中发挥着重要作用，在神经系统退行性疾病的治疗中受到了广泛关注，但其具体的作用机制有待于进一步研究。期望随着对TREM2研究的不断深入，能为神经系统退行性疾病的治疗推出更多安全、有效的药物。