阿尔茨海默症小胶质细胞免疫相关受体研究进展

徐慧琳，范 震，李 凤，张文生，冯成强

(北京师范大学中药资源保护与利用北京市重点实验室，天然药物教育部工程研究中心，北京 100875)

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种慢性神经退行性疾病，患者表现出认知功能障碍、记忆能力衰退、情绪失控等症状，严重者生活难以自理。该病在中老年人群体中的发病率占所有痴呆症的50%～60%，预计到2050年，全球患者数量会超过1.5亿。AD主要的病理学特征包括患者脑中出现β-淀粉样蛋白沉积(amyloid beta protein，Aβ)形成的老年斑块、微管相关蛋白(tubulin-associated unit，tau)过度磷酸化形成的神经原纤维缠结，随着研究的深入，神经炎症逐渐被看做是一个核心特征[1]。而小胶质细胞在神经炎症过程中扮演着重要的角色，其髓样细胞触发受体2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)、髓系细胞分化抗原33(cluster of differentiation 33，CD33)、补体受体1型(complement receptor type 1，CR1)、跨膜蛋白4结构域亚家族A(membrane-spanning 4-domains subfamily A，MS4A)等免疫相关受体参与这一过程的免疫功能调控。

1 小胶质细胞

小胶质细胞起源于胚胎卵黄囊祖细胞，是中枢神经系统的固有免疫细胞，占胶质细胞族群的10%，是大脑的第一道防线。静息状态时，小胶质细胞通过细胞突起的高速伸缩，发挥免疫监视功能；当其被毒性物质激活后，突起逐渐消失，体积增大，免疫吞噬功能和迁移作用加强[2]。被激活的小胶质细胞具有M1、M2两种类型，活化的M2型具有吞噬细胞碎片和Aβ的作用，同时可释放白细胞介素4(interleukin 4，IL-4)、IL-10、IL-13和肿瘤坏死因子β(tumor necrosis factor β，TNFβ)等抗炎因子减少炎症反应，保护神经系统。但当脑内出现AD病变时，M1型细胞被过度活化，吞噬作用降低，同时产生IL-1β、IL-6、TNF-α、TNF-γ等促炎因子，促进一氧化氮及活性氧的合成，产生毒性作用，损伤神经元细胞。

小胶质细胞表达的免疫相关受体参与免疫监视，识别和递呈抗原，吞噬Aβ等有害物质，分泌免疫效应因子，对于维持AD期间神经系统稳态具有重要作用。通过人类全基因组测序筛选发现，小胶质细胞免疫相关受体的基因变体与AD患病风险具有显著的遗传学关联，例如TREM2、CD33、CR1、MS4A[3]，尤其是2012年发现的TREM2基因突变体rs75932628使迟发型AD的患病风险增加了2～4倍[4]，这意味着先天性免疫可能是AD发病机制的重要组成部分。同时模式动物相关实验也证实，由这些基因表达的膜受体与由Aβ诱导的小胶质细胞增殖、免疫应答及对Aβ的清除等功能相关[5]。除此之外，Toll样受体( Toll-like receptors，TLRs)、晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)等模式识别受体，被视为治疗AD的免疫药物靶点得到了广泛的研究[2]。探究小胶质细胞的免疫相关受体在AD损伤环境中的作用，能为更好地理解AD发病机制、研发AD药物提供依据。

2 由AD风险基因表达的小胶质细胞免疫相关受体

2.1 髓样细胞触发受体2髓样细胞触发受体2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)是一种具有保守序列的先天性免疫识别受体，其基因位于人染色体6p21.1的基因簇上，在中枢系统中仅表达于小胶质细胞表面，参与调控小胶质细胞的活化、增殖、吞噬过程[6]。TREM2蛋白包括胞外V型免疫球蛋白结构域、跨膜结构域和胞质短小的尾域三部分。TREM2能被解整合素金属蛋白酶10等α-分泌酶分解，随后N端胞外域脱落，释放可溶性的sTREM2到胞外，余下的C端部分可被γ-分泌酶分解[7]。TREM2与酪氨酸激酶结合蛋白(tyrosine kinase binding protein，TYROBP)通过赖氨酸和天冬氨酸之间的离子相互作用结合在一起，TREM2能够识别细菌脂多糖、磷脂等阴离子配体，并将信号传递给TYROBP，TYROBP富含赖氨酸的免疫受体酪氨酸激活基序区域被磷酸化，募集并激活蛋白质酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，SYK)，SYK酶可诱导下游磷脂酰肌醇-3激酶、蛋白激酶B、丝裂原活化蛋白激酶的活化以及Ca2+动员等，这些通路参与调节细胞的增殖分化、吞噬作用、趋化作用、炎症反应[8]。

基因组学研究发现，TREM2基因中rs75932628变异体最能增加人类患AD的风险，它氨基酸47位上的精氨酸被组氨酸替换，配体亲和力降低，信号传导被削弱，小胶质细胞免疫功能被抑制[9]。细胞学研究发现，TREM2是Aβ的受体，其胞外域可识别并结合Aβ，通过调节K+内向电流使小胶质细胞膜电位去极化，加快吞噬Aβ，并通过蛋白酶体降解途径介导Aβ降解代谢[10]。模式动物研究发现，敲除TREM2基因，会导致5xFAD和APP/PS1模型小鼠脑中老年斑块沉积面积增加，斑块质地变疏松，小胶质细胞增殖受到抑制，营养不良的神经元数量增加，并指出TREM2通过与小胶质细胞相互作用，能将斑块压实，减少神经元接触到毒性斑块的面积，进而保护神经元[11]。而增加TREM2基因的剂量，可以减轻AD小鼠病理症状，改善记忆缺陷[12]。Bemiller等[13]发现TREM2缺乏会加剧6月龄鼠皮质tau蛋白病变，抑制小胶质细胞增殖，过度活化应激激酶，造成神经细胞损伤。Holtzman等发现缺乏TREM2基因的老年的tau蛋白病变模型小鼠表现出神经炎症缓和，神经退行性病变减少等特点[14]。这些说明TREM2对于AD病理进展作用是阶段性的，在早期促进病变tau蛋白和损伤神经元碎片的清除，起到神经保护作用，在中后期有致病作用，研究这种双重作用对于靶向TREM2的潜在治疗具有重要意义。

脑脊液和血液中的可溶性sTREM2均被看做是AD的生物标志物。患者脑脊液中sTREM2浓度与阿尔茨海默病呈现显着相关性，其浓度变化趋势与磷酸化tau蛋白浓度的变化趋势具有一致性，且与认知学习能力减退等症状具有显著一致性[6]。最新结果显示，脑脊液中sTREM2可作为病理学生物标记物，有约60%的准确度，低于在临床诊断程序中常用的80%～90%[15]。而2019年，日本研发小组利用10年时间追踪调查久山町约1300名未患痴呆症的高龄居民，发现随着人体血清中可溶性的sTREM2值的升高，所有类型的痴呆症，包括阿尔茨海默型痴呆症以及血管性痴呆症的发病风险均显著升高，通过监测血清sTREM2的值，能显著提高未来痴呆症发病的预测精度[16]，这为痴呆症提供了新的预测方法。

2.2 髓系细胞分化抗原33髓系细胞分化抗原33蛋白(cluster of differentiation 33，CD33)是一种结合唾液酸的免疫球蛋白型凝集素，为Ⅰ型跨膜蛋白，是一种先天性免疫受体，主要表达于小胶质细胞。CD33能够识别和结合唾液酸化的病原体，抑制TYROBP免疫受体酪氨酸基抑制基序信号，进而抑制小胶质细胞抗炎信号传导、细胞黏附和内吞作用[17]，这与前文提到的TREM2通过激活TYROBP来促进小胶质细胞增殖与吞噬作用的功能正好相反。

目前，CD33被认为是AD的遗传风险因素之一，是与迟发型AD相关的小胶质细胞免疫网络中一个重要的组成部分。CD33的编码基因位于人类染色体19p13.33位点，在AD患者的大脑中，CD33的蛋白、mRNA的含量以及CD33阳性的小胶质细胞数量均显著增加，并与认知能力的衰退和淀粉样神经变性的增多表现出正相关性[18]。全基因组测序结果表明，CD33基因的突变体rs3865444携带者比非携带者更易患AD，因为该突变体能够提高CD33的表达量，导致小胶质细胞的吞噬活性降低，进而增加AD风险[19]。而在基因水平抑制CD33的表达，能下调APP/PS1突变小鼠脑中Aβ水平，缓解AD病症[20]，进一步说明CD33通过干扰小胶质细胞对Aβ的清除促进AD，从治疗的角度来说，通过降低CD33的表达的方法有可能改善AD病症。

2.3 补体受体1型补体受体1型(complement receptor type 1，CR1)蛋白是一种单链Ⅰ型跨膜糖蛋白，包括信号肽、胞外结构域、跨膜结构域和胞质结构域4个部分，CR1的编码基因位于1号染色体1q32位，在中枢神经系统中仅表达于小胶质细胞，在外周系统中还存在于红细胞等血细胞上。它是补体系统的一员，属于先天免疫机制，通过结合补体3b(complement 3b，C3b)、C4b、C1q，调节补体级联反应、免疫粘附、细胞吞噬，发挥保护机体免受感染和损伤的作用，在神经系统中，激活的补体系统还参与对突触的修剪过程[21]。

Karch等[22]在对AD死者脑组织进行检查后发现，其CR1的表达显著上调，这一现象与认知记忆功能的衰退以及Aβ积累量表现出了相关性。研究发现，AD患者脑中神经纤维缠结和老年斑块的存在可以激活补体系统：Aβ聚集激活并结合补体C3b，CR1能够结合补体C3b，介导小胶质细胞对Aβ的清除；tau蛋白能够结合并激活C1q，随后C1q结合CR1可以激活小胶质细胞应答损伤相关的信号，发挥保护作用[23]。但随AD病情加重，被毒性物质过度激活的CR1会促使小胶质细胞产生超氧化物，使其分泌TNF-α、IL-1β等炎症因子，降低神经元存活率[24]。目前结果表明，CR1对AD的作用，主要是通过参与补体系统调节小胶质细胞功能实现的，其相关研究依然较少，有待于进一步探究其在AD病理进程中的功能。

2.4 跨膜蛋白4结构域亚家族A跨膜蛋白4结构域亚家族A(membrane-spanning 4-domains subfamily A，MS4A)蛋白包括N-端和C-端胞质结构域、胞外环和胞内环4个部分，在人体中存在于造血细胞和免疫应答有关的细胞，在神经中枢中多表达于小胶质细胞。

研究表明MS4A4E和MS4A6A在AD脑中表达均明显升高，且其单核苷酸多态性与迟发型AD的发病存在显著相关性[20]。MS4A6A在大脑顶叶的过度表达，能够明显加重AD病理变化[25]。细胞内钙信号传导失调会导致Aβ积累过多，tau蛋白磷酸化，最后使神经元受损，推动AD的发病进程，而MS4A家族中的一些蛋白，例如MS4A1、MS4A2等参与调节钙信号[26]。虽然MS4A簇蛋白在阿尔茨海默病的发病机制尚不清楚，但其对AD病理进程起到了重要的作用。

3 其他小胶质细胞免疫相关受体

3.1 Toll样受体Toll样受体( Toll-like receptors，TLRs)是模式识别受体家族的重要成员，是研究比较多的与AD相关的免疫受体。在哺乳动物中，能检测到12种类型的TLRs，在人小胶质细胞中表达TLR1-9。TLRs是由高度保守的结构域组成的跨膜蛋白，含有配体结合位点，识别特定配体后启动炎症过程，激活信号分子，如转录因子核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，以促进小胶质细胞吞噬作用，细胞因子释放以及适应性免疫反应所需的共刺激分子的表达。与AD相关的Toll样受体主要有TLR2、TLR4、TLR9，其中TLR2和TLR4位于小胶质细胞膜上，他们与配体结合后被激活能诱导M1型小胶质细胞活化，对AD起着有害作用，另一方面TLR4可以通过上调CD14、清道夫受体A(scavenger receptor A，SRA)的表达促进Aβ的吞噬和清除，而位于内体膜上的TLR9通过丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、p38丝裂原活化蛋白激酶、细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)等通路的激活发挥抗炎、抗凋亡的作用，对AD具有有益作用[27]。

3.2 晚期糖基化终末产物受体晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)是表达于细胞表面的免疫球蛋白超家族的成员，它由胞内区、单次跨膜区、胞外区组成，可与晚期糖基化终末产物、Aβ、钙粒蛋白和神经突触生长因子等配体结合，激活小胶质细胞，诱导产生炎症因子、NO、ROS等物质，引发级联反应，加重AD[28]。同时RAGE的高表达能够增强细胞内β分泌酶的活性，从而增加Aβ的产生。RAGE被视为一种极具战略性的AD治疗靶点，其抑制剂的研究被广泛的关注。

4 受体间的功能联系

这些参与小胶质细胞免疫应答反应的受体在功能上具有着密切的联系，例如位于小胶质细胞内体上的TLR9能够促进TREM2和CCR1的表达，发挥改善AD病情的作用[27]；Ana等[29]发现在5xFAD模型小鼠中，敲除TREM2基因可以抵消敲除CD33基因带来的影响，而反之不可抵消，首次证明了TREM2是在CD33的下游发挥调节认知能力、淀粉样蛋白的沉积、神经变性、小神经胶质细胞增生和蛋白表达等作用。

5 总结与展望

小胶质细胞参与免疫反应，具有调节神经炎症的功能，被国内外视为治疗AD的新的药物靶点，TREM2、CD33、CR1、MS4A、TLRs、RGAE等免疫相关受体的参与其在AD病理中的增殖活化、免疫吞噬作用，调控免疫功能。而他们对AD的作用可能在不同的发病阶段各不相同，整体来看，TREM2、TLR9等在AD中发挥有益的治疗作用，阻止AD进程，CD33、TLR2、RAGE发挥有害作用，加重AD，CR1的功能可能是两面性的。MS4A家族的作用有待进一步阐明。除了阿尔茨海默症外，TREM2的基因多态性、蛋白表达、蛋白功能与帕金森病、路易体痴呆、额颞叶痴呆等许多神经退行性疾病都具有相关性[30]。研究这些受体的功能及其靶向药物，对于AD等神经退行性疾病的治疗具有着深远的意义，但需要注意的是，AD的发病机制较为复杂，多靶点、多方位的药物更符合其治疗需要，小胶质细胞的功能是一把双刃剑，其会根据疾病的环境、严重程度、患病阶段和受试者的个体差异进行表型的切换，或者同时存在不同的表型，可能会产生有益和或有害的影响，在这种情况下，需要对药物疗效进行综合性考量，并通过生物标记来跟踪药物的效果和疾病进展。考虑到AD病理的复杂性，未来需要付出巨大的努力来挖掘在AD病理的背景下的精确靶点，从而开发出针对正确免疫靶点的正确药物，并在正确的治疗方案下应用。