CD4+T细胞介导调控神经炎症在神经退行性疾病中的研究进展

陈雯奕，钱 玥，陈天云，顾小萍

南京大学医学院附属鼓楼医院麻醉科，南京210008

神经退行性疾病是一类以蛋白质沉积、神经炎症及神经元和轴突进行性丧失为特征的慢性进行性疾病，主要包括阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease，AD)、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)、多发性硬化(multiple sclerosis，MS)及肌萎缩性侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)等。神经退行性疾病的发生发展与多种因素有关，包括神经炎症、氧化应激、衰老、过氧化物酶功能障碍及蛋白质的错误折叠和聚集等[1- 5]。多项研究表明神经炎症反应是多数神经退行性疾病进展不可缺少的关键过程[2，6]。神经炎症反应主要与小胶质细胞及星形胶质细胞参与的先天性固有免疫反应有关，该反应通常伴随炎症因子的释放，使得血脑屏障通透性增加，促进外周免疫细胞向大脑运输，浸润中枢神经系统实质[7]，从而引起中枢适应性免疫反应。CD4+T细胞是外周免疫细胞的重要组成部分，在中枢适应性免疫反应中的作用不可忽视，越来越多的研究表明该类细胞在调节神经退行性疾病进展中发挥重要作用。

初始CD4+T细胞受到抗原刺激后可分化成不同的亚群，包括辅助性T细胞(helper T lymphocyte，Th)1、Th2、Th17及调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)细胞等。Th1细胞的分化依赖于白介素(interleukin，IL)- 12和γ-干扰素(interferon-γ，IFN-γ)的诱导，T-bet是调节Th1细胞分化的主要转录因子，Th1细胞主要介导细胞免疫应答及参与迟发性超敏反应等。Th2细胞的分化依赖于IL- 4的诱导，通过启动信号转导与转录激活因子6参与的信号通路，激活其特异性转录因子GATA3完成分化，Th2细胞主要介导体液免疫应答。Th17细胞的分化依赖于IL- 6及转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)的协同诱导，维甲酸相关孤核受体γ是其重要的转录因子，Th17细胞主要分泌IL- 17，可参与炎症反应和自身免疫性疾病。Treg细胞的分化依赖于TGF-β的诱导，叉头状螺旋转录因子3(forkhead box P3，Foxp3)是其特异性转录因子，Treg细胞在维持免疫自身耐受及调节效应T细胞亚群稳态中发挥关键作用[8]。当不同亚型CD4+T细胞浸润中枢时，Th1和Th17细胞可激活M1型小胶质细胞，诱导大量炎症因子产生，使神经退行性疾病的神经炎症反应进一步扩散和持久化；Th2和Treg细胞可激活M2型小胶质细胞，发挥强烈的抗炎作用，降低炎症因子的活性，起神经保护作用[9]。在神经炎症反应过程中，中枢巨噬细胞也可被不同亚群T细胞分泌的细胞因子激活，极化成两种不同状态，Th1细胞分泌的细胞因子IFN-γ可诱导巨噬细胞向M1表型极化，产生大量促炎因子，进一步加剧神经炎症反应；Th2细胞分泌的细胞因子IL- 4可诱导产生巨噬细胞M2表型，M2型巨噬细胞具有抗炎作用，可减弱神经炎症反应[10]。以上提示CD4+T细胞亚群依据其功能表型可在神经退行性疾病进展中产生不同的调节作用。

T细胞与AD

AD标志性病理特征是β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein，Aβ)沉积和神经原纤维缠结。AD主要的临床表现包括记忆和语言丧失、视觉空间和执行功能受损以及行为异常等[11]。在AD患者及AD动物模型大脑中均发现浸润CD4+T细胞[12]。外周CD4+T细胞缺失的AD小鼠模型脑内淀粉样蛋白沉积增加两倍以上，Marsh等[13]发现适应性免疫缺失可显著影响中枢Aβ蛋白的清除，同时减弱小胶质细胞吞噬活性且促进小胶质细胞极化为神经炎症表型，进一步加剧AD病程中神经炎症反应。不同T细胞亚群在AD病程中发挥的效应正逐渐被探究。多项动物实验提示浸润中枢的Th1细胞可通过诱导小胶质细胞的活化加速AD进展。Browne等[14]研究者也发现Th1细胞可促进AD小鼠大脑中Aβ蛋白沉积，损害小鼠认知功能；而Fisher等[15]在AD小鼠大脑中注射Aβ蛋白特异性Th1细胞(一种以Aβ蛋白作为抗原主动免疫刺激产生的具有抗原特异性的Th1细胞)后观察到Aβ蛋白清除增加且促进神经发生。以上研究提示Th1细胞在AD发生发展过程中的作用尚存在争议。Th2细胞在AD进展中的神经保护作用已得到证实，向AD小鼠脑中注射Aβ特异性Th2细胞可改善其认知功能，与未经处理的AD小鼠相比，注射Aβ特异性Th2细胞的小鼠海马中浸润斑块的小胶质细胞减少30%，血管淀粉样变性减少，血浆中促炎因子IFN-γ、肿瘤坏死因子-α、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等水平降低[16]。目前，AD疫苗正被逐步研发，多项实验表明理想的AD疫苗应诱导激活针对Aβ蛋白的Th2免疫反应，并抑制Aβ蛋白诱导的Th1和Th17免疫反应，以限制并预防神经炎症和神经变性[17]。

Th17及Treg细胞在AD中的作用也被逐渐揭示。渗透到大脑实质的Th17细胞通过释放促炎细胞因子IL- 17和IL- 22及激活Fas/FasL凋亡途径直接作用于神经元参与AD的神经炎症反应和神经变性[18]。IL- 17是Th17细胞主要分泌的细胞因子，是T细胞诱导炎症反应的早期启动因子，可放大炎症反应。给予IL- 17 抗体，可改善Aβ蛋白诱导的神经变性和认知功能损害[19]。AD病程中Treg细胞的作用仍存在争议，Dansokho等[20]研究认为Treg细胞在AD小鼠病程发展中发挥有益作用。Treg细胞的耗竭加速了AD小鼠认知功能障碍的发作，而小鼠认知功能可通过扩增Treg细胞得以改善。而Baruch等[21]通过耗竭Treg细胞或药理性抑制Treg细胞活性，观察到AD小鼠大脑中Aβ蛋白清除增加、神经炎症反应减轻及小鼠认知功能改善。Zhang等[22]在AD大鼠大脑皮层及海马中观察到Th17细胞特异性转录因子RORγt的mRNA表达较高，其分泌的细胞因子(包括IL- 17和IL- 22)也增加，而Treg细胞特异性转录因子Foxp3的mRNA表达较少，其相关细胞因子(包括TGF-β和IL- 35)减少。

T细胞与PD

PD被认为是发病率仅次于AD的神经退行性疾病，其主要病理变化是黑质纹状体途径中多巴胺能神经元逐渐丢失[23]，残存的神经元内出现以α-突触核蛋白为主要成分的嗜酸性包涵体—路易氏体。PD患者可出现一系列运动失调症状，包括运动迟缓肌肉僵硬和静息性震颤。CD4+T细胞在趋化因子的作用下，通过受损的血脑屏障进入中枢，对修饰的α-突触核蛋白或其他被修饰的抗原启动适应性免疫应答促使多巴胺能神经元凋亡。研究不同品系T细胞缺陷小鼠发现，缺乏T细胞可导致PD中多巴胺能神经元变性的显著减弱，提示T细胞与PD具有相关性[24]。在PD患者及PD模型小鼠大脑中均发现CD4+T细胞浸润，浸润的T细胞通过Fas/FasL途径产生细胞毒性导致多巴胺能神经元凋亡[25]。CD4+T细胞上表达的多巴胺受体D3(dopamine D3 receptor，DRD3)也可参与PD病程中多巴胺能神经元的神经变性[26]，携带DRD3缺陷CD4+T细胞的小鼠对神经炎症不敏感，药理性抑制DRD3可以改善PD模型小鼠运动障碍[24]。

参与PD病程的CD4+T细胞亚群对神经元可产生不同的影响。Th1细胞能够将路易氏体中的α-突触核蛋白识别为修饰的自身蛋白，加剧神经炎症反应和神经退行性变，促进神经元凋亡[27]。Th17细胞则通过病变的血脑屏障浸润到PD模型小鼠的脑实质，一方面通过促进神经胶质细胞活化发挥神经毒性作用，另一方面Th17细胞依赖于白细胞功能相关抗原- 1/细胞间黏附分子- 1相互作用直接损伤神经元[28]。有研究揭示PD患者循环及死后脑组织中检测到的Th17细胞数量增加，Th17细胞释放的IL- 17与中脑神经元上表达的IL- 17受体结合，通过上调核转录因子-κB诱导下游信号介导神经元死亡[29]。与上述研究发现的PD患者循环中Th17细胞数量增加这一结果不同，另有研究提示PD患者循环中Th17细胞数量减少[30]，因此，PD病程中Th17细胞数量变化目前仍存在争议。在PD背景下，Th2和Treg细胞有助于小胶质细胞获得M2类抗炎表型，具有神经保护作用。Treg细胞可通过减弱PD模型动物中Th17细胞介导的多巴胺能神经元变性及抑制小胶质细胞活化介导神经保护作用[27]。近期有研究表明Treg细胞还可以通过CD45及半乳糖凝集素- 1相互作用防止多巴胺能神经元丢失，减轻大脑中的炎症反应[31]。

T细胞与MS

MS是中枢神经系统的一种慢性脱髓鞘疾病，其特征为由自身免疫机制触发的髓鞘损害、轴突变性和神经炎症[32]。MS病变的组织病理学检查显示，CD4+T细胞在MS病变脑区中蓄积，提示这些细胞参与MS病理过程[33]。髓鞘特异性CD4+T细胞在MS及动物模型，即实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)中发挥主要作用[34]。

MS发生发展可由不同炎症反应性CD4+T细胞亚群和极化因子驱动[35]。Th1细胞介导的炎性损伤以巨噬细胞浸润和迟发型超敏反应为主，而Th17细胞介导的损伤以中性粒细胞浸润为主。Th17细胞分泌IL- 17，与血脑屏障内皮细胞IL- 17受体结合，破坏血脑屏障，促使大量T细胞浸润中枢，进一步加重MS病灶内的炎症反应。Foxp3是Treg细胞的特异性转录因子，MS患者脑活检显示Foxp3表达下调，提示MS病程中Treg细胞向神经炎症部位迁移受到限制；此外，病灶处Treg细胞内的促凋亡因子表达增加。在动物实验中使用Treg细胞增殖分子吲哚胺2，3双加氧酶的抑制剂可导致EAE恶化[36]。为进一步明确Treg细胞在MS中的作用，有研究追踪了小鼠体内的Treg细胞，发现髓鞘特异性Treg细胞可以浸润中枢神经系统，但无法抑制神经炎症及预防疾病发生[37]。MS中Treg细胞功能仍需深入探究。

T细胞与ALS

ALS是一种致命性神经退行性疾病，其特征包括上、下运动神经元进行性变性，远端轴突病变及目标肌群麻痹，可导致患者严重残疾并最终因通气衰竭而死亡[38]。Chiu等[39]观察到在ALS小鼠模型的脊髓中有CD4+T细胞浸润，CD4+T细胞可发挥内源性神经保护作用，其缺失可加速ALS疾病进程；被动转移CD4+T细胞至缺乏功能性T细胞的ALS小鼠模型中可延长小鼠生存期。CD4+T细胞可通过调节中枢小胶质细胞及星形胶质细胞活化状态保护运动神经元，使其免于退化[40]。在ALS进展的不同阶段，浸润中枢神经系统的各类CD4+T细胞亚群数量会发生改变。在疾病初期，ALS小鼠模型脊髓中浸润的Treg细胞数量增加，随着疾病逐渐进展，Treg细胞数量逐渐减少；在疾病迅速进展阶段，脊髓中浸润的Th1细胞数量占主导地位[41]，Treg细胞数量及其特异性转录因子Foxp3表达均减少。ALS小鼠模型中Treg细胞的扩增可显著延长小鼠的生存时间，抑制胶质细胞的免疫反应和增加神经保护性基因表达。一项临床前瞻性研究表明，Th2和Treg细胞数量增加与疾病进展速度减慢有关[42]。Th2细胞特异性转录因子GATA3和Treg细胞特异性转录因子Foxp3是检测疾病进展速度的可靠指标，Foxp3水平的早期下降提示患者处于病程快速进展阶段[43]。这些研究结果明确了Treg细胞在ALS病程发展中具有有益的神经保护作用，而Th1、Th2、Th17细胞在ALS中的作用仍未被完全揭示，需要进一步探究。

总结与展望

正常情况下，外周免疫细胞很难进入中枢神经系统。神经退行性疾病进展时，外周CD4+细胞可通过脉络丛或受损的血脑屏障浸润中枢。脉络丛是介导外周免疫细胞与中枢免疫反应的重要部位，循环中免疫抑制细胞过量或效应T细胞不足均可抑制脉络丛活化，继而加剧神经炎症反应[44]。CD4+T细胞作为外周免疫细胞的重要组成部分，可分化成不同的亚群，各亚群相互作用介导的适应性免疫反应在神经退行性疾病病程中发挥不同的作用，共同调节疾病进程。探究CD4+T细胞各亚群作用及致病机制，将会对神经退行性疾病未来治疗提供新的靶点。