TREM2与脑内小胶质细胞作用对中枢神经系统的影响*

陈 剑， 黄南渠， 巴智胜， 李园园， 余昌胤， 罗 勇△

（1遵义医科大学第三附属医院，2遵义医科大学附属医院神经内科，贵州遵义563000）

小胶质细胞是中枢神经系统中的固有免疫细胞。在生理条件下，小胶质细胞起免疫监视作用，参与突触修饰、清除凋亡细胞。在病理条件下，小胶质细胞由静息状态转化为激活态，向病变部位迁移、增殖，吞噬清除异常物质、分泌细胞因子，参与氧化应激和神经修复。小胶质细胞在众多中枢神经系统疾病中被称为“双刃剑”，以阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）为例，一方面小胶质细胞可吞噬、清除异常蛋白聚集产物，另一方面，过度活化的小胶质细胞损伤突触及神经元。全基因组关联研究中确定的与AD 相关的大多数基因都在小胶质细胞中高度表达或仅表达于小胶质细胞[1]，其中髓样细胞触发受体2（triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2）基因尤其受到关注。TREM2 是表达于髓系细胞表面的受体，在中枢神经系统中主要表达于小胶质细胞[2]。TREM2基因的罕见变体，将罹患迟发型AD 的风险增加了约3 倍，是目前已知的最高AD风险基因之一[3]。除此之外，TREM2 还与额颞叶痴呆（frontotemporal dementia，FTD）、肌萎缩性侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、帕金森病（Parkinson disease，PD）、多发性硬化（multiple sclerosis，MS）等疾病相关[4]。目前TREM2 在疾病中的研究多是从疾病病理角度观察TREM2 干预效果，而本文从TREM2 在小胶质细胞中的作用出发，总结TREM2如何从多方面影响中枢神经系统的生理病理过程，为进一步研究TREM2 及小胶质细胞在中枢神经系统疾病中的作用提供依据。

1 TREM2的生物学特性

1.1 TREM2 的分布 TREM2 是表达于髓系细胞（树突状细胞、粒细胞和巨噬细胞）表面的受体[4]。在中枢神经系统中，TREM2 主要在小胶质细胞表面表达[2]。TREM2 目前被认为是先天性免疫吞噬受体，与很多吞噬受体相似，在胞质和胞膜间循环[5]。囊泡分拣蛋白35（vacuolar protein sorting 35，VPS35）及自噬相关蛋白beclin-1 水平下降可影响TREM2 在胞内与胞膜间的循环转运[5-6]。

1.2 TREM2 的基因编码及生物学功能TREM2基因位于人类染色体6p21.1，包含5 个外显子，因外显子选择性剪接表达不同而有3 种转录本，具有完整功能的全长转录本表达量最高，约占全部转录本的46%，另外2 种转录本的功能尚不明确，需要注意的是次常见转录本为可溶性，表达25%的可溶性TREM2（soluble TREM2，sTREM2），而sTREM2 同时也是TREM2 的裂解产物，因在AD 患者脑脊液中明显升高，且可在脑脊液中检测到，有望成为AD 的生物标志物之一[7]。TREM2 于2000 年首次被克隆[8]，在中枢神经系统以外的器官，大部分研究认为TREM2 可促进巨噬细胞发挥抗炎作用[9]。此外，肿瘤可通过诱导TREM2 产生从而逃逸免疫[10]。在中枢神经系统，TREM2 参与了小胶质细胞代谢、增殖、细胞因子释放、吞噬和迁移等生理过程。

1.3 TREM2 在小胶质细胞的配体及下游通路 TREM2目前的信号通路研究均是基于简单的生化实验和体外培养，其在体内的配体和信号通路仍未完全揭示，目前已知可与TREM2 结合的配体包括脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、磷脂、脂蛋白和β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）等[11]。TREM2 与配体结合后，其跨膜结构域通过带相反电荷的氨基酸残基与含有免疫受体酪氨酸活化基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM）的接头蛋白DAP12（DNAX-activating protein of 12 kD）结合而向细胞内传递信号，ITAM区域内的酪氨酸残基被磷酸化，募集脾酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，Syk），Syk激活引发信号级联反应，激活磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K），导致钙离子活化、整合素活化、细胞骨架重排、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号活化[12]，从而影响小胶质细胞代谢、增殖、细胞因子释放、吞噬和迁移等生理过程。

2 TREM2与中枢神经系统疾病

2.1 TREM2 与AD AD 是一种以进行性认知功能障碍为主要临床表现的神经退行性疾病，以老年斑形成和神经纤维缠结为病理特征。目前认为其主要发病机制为淀粉样蛋白的异常加工和聚集。TREM2的R47H 变异使AD 的发病率增加3 倍[3]。携带该变异但没有痴呆症状的老年个体认知功能较没有携带该变异的个体差，携带该变异的AD 患者淀粉样斑块和神经纤维缠结密度更高[13]，脑脊液中总tau 蛋白和磷酸化tau 蛋白的浓度也显著高于不携带该变异的患者[14]。另一种R62H 变异也观察到与R47H 变异类似的现象，患者脑中斑块相关小胶质细胞较少，斑块相关神经炎性营养不良更严重[15]。在转入人源TREM2变异基因的小鼠也观察到神经炎性营养不良更严重，神经元丢失更多[16]。值得注意的是，目前在在中国汉族人群中未发现R47H 变异与AD 相关，但发现A192T和H157Y变异可能与之相关[17-18]。

TREM2 对AD 病理的影响较为复杂。TREM2基因缺失的多种AD 小鼠模型表现出随月龄变化的病理改变，中期月龄时斑块沉积增多，早晚期月龄沉积减少[19]，过表达TREM2 可减少7 月龄5×FAD 小鼠的淀粉样斑块沉积，改善认知[20]。Meilandt等[21]构建了TREM2缺陷的PS2APP 小鼠，尽管淀粉样斑块沉积随月龄变化，但TREM2基因敲除使斑块周围的小胶质细胞聚集、增殖和激活都显著减少，斑块表现出弥散的形态，尽管晚期斑块减少，但神经损伤却更严重，认为TREM2 介导小胶质细胞促进淀粉样斑块向高度致密、毒性小的形式转变，有益于改善AD。Wang 等[22]进一步在5×FAD 小鼠上通过使用TREM2激动剂AL002c 减少斑块沉积，改善神经营养不良，减轻神经炎症，AL002也通过I期临床试验的第一阶段，显示用于人体治疗AD的潜力。

2.2 TREM2 与FTD FTD 是一组由前额叶和颞叶萎缩变性引起的进行性神经退行性疾病，病理上以tau 蛋白和TDP-43（transactive response DNA binding protein 43）异常沉积最常见，在痴呆病人中仅次于AD。多个研究发现在家族性FTD 患者中存在TREM2的双等位基因突变，T66M 和Y38C 突变也被确认可导致无骨病理的FTD 样综合征[23]。但是否发病与人种相关：一项在西班牙和德国裔FTD 患者中的调查认为T96K 变异与FTD 相关[24]；一项东南亚的研究发现FTD 与R47C 突变相关[25]；意大利的一项调查发现FTD 患者中TREM2的几种突变Q33X、R47H和T66M 增加[26]；在北美队列中，R47H 变异与FTD风险相关[27]，但另一项对携带R47H患者的大型荟萃分析未显示与FTD 风险的显著相关性[14]。这些不一致的结果可能是由于TREM2变异的罕见性和病例特征不明确导致研究样本过少。Kleinberger 等[28]发现，表达T66M 或Y38C 变体的HEK293 Flp-In细胞中sTREM2 减少，进一步研究发现上述变异影响TREM2成熟、细胞表面转运和蛋白水解过程，推测这可能是导致FTD的原因之一。

2.3 TREM2 与PD PD 是最常见的第二大神经退行性疾病，大多数病例是散发性疾病，5%～10%具有遗传性[29]。α-突触核蛋白是PD 特征性病理标志路易小体的主要成分。已报道发现R47H 与PD 发病风险相关，Zhou 等[30]荟萃分析显示，R47H 在北美与PD有关，使北美人群PD 风险增加3.59 倍。来自Benitez 等[31]荟萃分析也显示该变异在西班牙人群中与PD 相关，然而更大型的荟萃分析及中国的人群研究均未发现相关性[32]。TREM2缺陷加重了帕金森病模型中α-突触核蛋白诱导的神经变性和神经炎症[33]，过表达TREM2 显著降低MPTP 诱导的小鼠帕金森模型中的多巴胺能神经元丢失[34]，具有保护作用。

2.4 TREM2 与MS MS 是一种自身免疫性脱髓鞘疾病。持续的疾病导致进行性神经变性、脑萎缩，临床表现为呈慢性或复发-缓解交替的神经功能障碍，神经炎症存在于MS 的所有阶段。尽管目前尚未发现TREM2 基因变异与MS 的直接联系，但TREM2 在MS 的病理机制中发挥重要作用。半乳糖脑苷脂酶（galactocerebrosidase，GALC）基因变异是MS 的危险因素，在脱髓鞘剂双（环己酮）草酰双腙[bis（cyclohexanone）oxaldihydrazone，cuprizone]诱导的GALC+/-小鼠MS 模型中，TREM2 的升高被抑制，提示GALC基因变异影响TREM2 是其发病机制之一[35]。在另一种MS 动物模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型中，脊髓小胶质细胞TREM2 表达上调，阻滞TREM2使病情恶化[36]，过表达TREM2有助于限制脊髓内轴索损伤和脱髓鞘[37]，降低疾病的严重程度，表明TREM2 可能对MS 个体的神经组织起保护作用。

2.5 TREM2 与ALS ALS 是累及上下运动神经元的致死性的神经退行性疾病，以进行性肌萎缩、肌无力、延髓麻痹及锥体束征为主要特征。一项来自美国ALS 诊所的研究显示TREM2变体R47H 在ALS 患者中比对照组更常见，是ALS 的重要危险因素，并且TREM2 在ALS 患者脊髓中表达增加，表达量与生存期呈负相关[38]。但另一项北美调查通过对765 例患者的研究却认为R47H 与ALS 无明显相关[27]。一个在中国人群中的研究也未发现R47H 与ALS关联[39]。尽管TREM2基因变体与ALS 发病之间的关联仍不明确，但在ALS患者的脑脊液中发现sTREM2水平显著升高，且升高程度与病程正相关[40]，提示TREM2参与了ALS病理过程。

3 TREM2与小胶质细胞的功能

小胶质细胞在生理条件下调节发育中的脑内突触数量和功能，在脑内神经环路的形成过程中发挥重要作用；病理状态下清除死亡的细胞、轴突及髓鞘碎片，促进少突胶质细胞成熟，诱导髓鞘再生，在脑组织损伤和修复过程中发挥着重要作用。TREM2在小胶质细胞生理病理过程中扮演重要角色。

3.1 生理条件下的小胶质细胞 小胶质细胞由卵黄囊中原始巨噬细胞向正在发育的中枢神经系统迁移而来，呈变形虫样形态，具有自我更新的能力，以保持自身数量。在大脑的发育中，小胶质细胞吞噬凋亡神经元，分泌营养因子促进神经的发育，通过补体系统修剪突触，在神经环路的形成过程中发挥重要作用。当大脑成熟后，小胶质细胞转变为分枝形态，成为静息小胶质细胞，静息状态的小胶质细胞几乎无吞噬、增殖和迁移能力，仅通过移动突起，扫描、监视微环境。转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）对维持小胶质细胞的静息状态至关重要，而神经元和星形胶质细胞可通过释放TGF-β抑制小胶质细胞激活[41]。

3.2 病理状态的小胶质细胞 当发生病理事件后，小胶质细胞会重新转化成类似于早期大脑发育中的变形虫样形态，并重新表现出迁移、增殖和吞噬的能力。不同疾病状态下小胶质细胞的激活情况不同，不同区域的小胶质细胞激活情况也不同[42]。激活后的小胶质细胞可以在趋化因子梯度下迁移到病灶中，通过增殖增加局部密度，清除死亡的细胞、轴突及髓鞘碎片，诱导髓鞘再生，在脑组织损伤和修复过程中发挥着重要作用，激活过程中伴随着转录组变化，小胶质细胞表面信号改变，细胞因子改变，细胞代谢增强。尽管活化的小胶质细胞能保护神经元，促进神经修复，但另一方面过度活化的小胶质细胞，持续与神经元突触紧密接触，释放细胞毒性物质，也导致神经元损伤、死亡。

3.3 生理条件下TREM2与小胶质细胞的作用

3.3.1 TREM2 促进脑发育 TREM2 在小胶质细胞参与脑发育成熟过程中扮演重要角色，在大脑发育过程中，形成大量的突触，需要小胶质细胞选择性地清除来完善神经网络。Filipello 等[43]发现，小胶质细胞通过吞噬修饰突触，需要TREM2 的参与，TREM2缺陷的小鼠，小胶质细胞不能识别多余突触，突触修饰功能缺乏，神经元突触密度增加，兴奋性增强，大脑正常功能受损，小鼠出现异常行为和社交障碍。此外，Kleinberger 等[44]发现，TREM2 功能缺陷导致小鼠脑血流量减少，整体大脑葡萄糖代谢显著降低，但TREM2 如何调控小胶质细胞调节脑血流量及糖代谢，机制尚不明确。

3.3.2 TREM2 维持小胶质细胞生存 TREM2 维持小胶质细胞能量代谢和生物合成。Ulland 等[45]发现，TREM2缺陷的小胶质细胞线粒体质量下降、合成和能量代谢紊乱，小胶质细胞出现较多代偿性自噬，这与在TREM2基因变体的AD 患者脑标本中观察到的小胶质细胞一致，并推测与mTOR 信号激活缺陷有关。TREM2缺陷导致小胶质细胞活力降低，通过增强自噬以维持细胞生存，但同时Ulland 等[45]发现，TREM2缺陷的小胶质细胞凋亡标志物caspase-3增加并与自噬标记物LC3共定位，说明代偿增加的自噬不足以维持小胶质细胞生存。TREM2缺陷导致小胶质细胞能量代谢和生物合成功能障碍，细胞易于凋亡。

3.3.3 TREM2与衰老 尽管TREM2有利于神经发育和小胶质细胞存活，但这似乎在生理性衰老中加重了神经损害。生理性衰老伴随着神经元丢失和突触密度减少，衰老同时也是许多神经退行性疾病的危险因素之一。Poliani 等[46]发现，敲除TREM2基因的小鼠随着年龄增加，小胶质细胞数量明显低于野生型小鼠，并且小胶质细胞显示出营养不良的形态，细胞体积较小，分枝减少，细胞体逐渐萎缩，但与此同时，随着年龄增加，在TREM2敲除小鼠中小胶质细胞活性降低，参与氧化应激反应的基因及促炎因子肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）的表达下调，神经元突触密度增加，神经元丢失减少[47]。TREM2可能在生理性衰老中加重了神经损害。

3.4 病理状态下TREM2与小胶质细胞的作用

3.4.1 TREM2 促进小胶质细胞激活 在病理状态下，小胶质细胞被激活，既往认为小胶质细胞的状态类似于循环系统中的巨噬细胞，包括静息态M0和激活态M1/M2[48]，其中M1 为促炎状态，分泌促炎细胞因子、细胞毒性活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）和一氧化氮（nitric oxide，NO），M2 态小胶质细胞分泌抗炎细胞因子和生长因子，促进组织修复，疾病进展取决于M1/M2两者之间的平衡。但近年研究表明，在神经退行性疾病模型中的小胶质细胞信号相对保守，并与经典的M1 或M2 巨噬细胞激活状态不同，Feng 等[49]发现激活的小胶质细胞仅出现在受神经退行性疾病病变影响的区域，并将此类小胶质细胞称为疾病相关小胶质细胞（disease-associated microglia，DAM），DAM 的主要功能是抑制和消除损伤，而TREM2是诱导DAM所必需的，TREM2功能障碍导致小胶质细胞向DAM 表型分化障碍。在DAM中TREM2 被上调[50]，可能通过正反馈维持DAM 状态。TREM2缺陷的小胶质细胞对疾病的反应能力下降，激活受限。

3.4.2 TREM2 促进小胶质细胞迁移 激活的小胶质细胞在趋化因子作用下迁移至病变部位，TREM2缺乏的小胶质细胞趋化能力和迁移距离显著下降，与趋化和迁移有关的基因如趋化因子（C-C 基序）配体2[chemokine（C-C motif）ligand 2，CCL2]、IL-1β、TNF和分泌磷酸蛋白1（secreted phosphoprotein 1，SPP1）下调，CCL2、CCL3和趋化因子（C-X3-C 基序）受体1[chemokine（C-X3-C motif）receptor 1，CX3CR1]转录减少，稳态基因SALL1（Spalt-like 1）和TGF-β 受体1（TGF-β receptor 1，TGFβR1）上 调[51-52]，提 示TREM2功能缺陷从多个方面损害了小胶质细胞对趋化信号的应答，导致趋化、迁移能力下降。

3.4.3 TREM2 与小胶质细胞的屏障作用 激活的小胶质细胞在病变部位聚集、增殖，起到屏障作用而保护神经元。在AD 病理模型中，小胶质细胞使淀粉样斑块变得紧密，保护神经元免受斑块毒性的影响。小鼠TREM2敲除导致小胶质细胞DAM 表型诱导受损，小胶质细胞不能聚集在斑块周围，斑块结构疏松，局部轴突损伤加重[16]。过表达TREM2 增加斑块的小胶质细胞覆盖率，斑块总负荷降低，动物行为缺陷得到改善[20]。

3.4.4 TREM2 促进小胶质细胞吞噬 小胶质细胞作为免疫细胞，其重要生理功能之一是吞噬。TREM2缺陷导致小胶质细胞吞噬能力下降，TREM2作为小胶质细胞表面的一种吞噬受体，通过DAP12信号介导对细菌的结合和摄取，尽管其部分结构即可实现信号转导功能，但其吞噬功能需要完整的全长TREM2[53]。TREM2基因敲除的小胶质细胞吞噬细菌能力明显受损[28]。除吞噬细菌等外源性物质外，小胶质细胞还吞噬凋亡细胞、异常蛋白产物、死亡细胞碎片等内源性物质。TREM2缺陷的小胶质细胞吞噬Aβ、凋亡细胞和脂质的能力均明显受损[11]。尽管有研究观察到TREM2缺陷并未导致小胶质细胞吞噬乳胶珠的能力下降[45]，但可能由于乳胶珠并非TREM2配体。

3.4.5 TREM2 调控神经炎症 激活的小胶质细胞具有分泌功能，释放炎症因子和神经毒性物质是各类中枢神经系统疾病神经炎症机制的重要环节。TREM2 倾向于被认为在巨噬细胞中具有抗炎作用[9]，但在中枢神经系统小胶质细胞中的作用仍不确切。Wu 等[54]在大鼠中动脉阻塞实验模型证实，TREM2基因沉默可增加小胶质细胞TNF-α、IL-1β 和iNOS 表达，降低IL-10；利用慢病毒过表达TREM2 可降低TNF-α和IL-1β水平；抑制TREM2表达在Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）激动剂（如LPS）刺激下能释放出更多的TNF 和IL-1β[55]；TREM2 通过抑制核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和细胞外信号调节激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）的磷酸化实现抗炎作用[54]。但另有研究得出相反结论：TREM2基因纯合缺失小鼠在脑缺血模型中显示出促炎因子TNF-α、IL-1α 和IL-1β 转录减少[52]；在AD 病理模型中，也表现出与炎症相关的基因（例如IL-1β 和TNF-α）表达水平降低[56]；过表达TREM2增加小鼠超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达，减少丙二醛和8-羟基脱氧鸟嘌呤，从而减轻氧化应激[57]。这种结果的差异可能与不同年龄、状态的小胶质细胞有关。TREM2 在神经炎症中的作用可能不能以单纯的促炎或抗炎分类。

3.4.6 TREM2 促进小胶质细胞分泌营养因子 激活的小胶质细胞可释放多种神经营养因子，发挥神经保护作用，参与神经组织的修复和再生。胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）是少突胶质细胞增殖和存活的关键因子，抑制小胶质细胞IGF-1 的表达会阻碍正常的髓鞘形成[58]，而TREM2缺乏导致了IGF-1 表达下调[46]。Zhou 等[59]观察到TREM2变体功能缺陷程度与少突胶质细胞数量和状态相关。在TREM2缺陷的AD 小鼠模型中观察到更严重的轴索营养不良[16]。TREM2功能缺陷损害小胶质细胞营养功能。

3.4.7 TREM2 促进小胶质细胞参与神经修复 小胶质细胞通过TREM2 参与神经修复。神经修复的重要方式之一是髓鞘再生。髓鞘的主要成分磷脂，是TREM2 的配体之一，TREM2 可通过识别并清除受损髓鞘、释放生长因子而协助少突胶质细胞再生髓鞘[60]。在缺乏TREM2 的情况下，小胶质细胞不能感应到髓鞘损伤，不能启动适当的清除和再生程序。在实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型中观察到，过表达TREM2 可减轻髓鞘脱失的严重程度[37]。髓鞘脱失也是MS 的特征，以TREM2 为靶点可能有治疗MS的潜力。

4 展望

小胶质细胞在疾病病程中，发挥有利作用的条件仍不确切，但小胶质细胞在中枢神经系统疾病中的重要性是明确的。TREM2作为小胶质细胞表面的受体，兼有吞噬及信号转导的功能，一方面小胶质细胞通过TREM2 感知周围环境变化、吞噬异常物质，另一方面TREM2 细胞内信号转导调节小胶质细胞活力、改变小胶质细胞状态。基因关联研究已经明确TREM2基因变体与多种神经退行性疾病关系密切，目前研究也表明TREM2 在小胶质细胞生理功能的实现中起到了关键作用。作为小胶质细胞的激活受体，TREM2 可被用于调控小胶质细胞状态，从而影响疾病进程。目前TREM2 在小胶质细胞中的作用机制仍未完全阐明，尤其是TREM2 在神经炎症中研究结果不一致，TREM2 的天然配体和细胞内信号转导机制也不确切。因此，继续研究TREM2 在小胶质细胞中的作用，有利于阐明小胶质细胞在疾病中的作用，并为以TREM2 为靶点治疗中枢神经系统疾病奠定基础。