TREM2介导小胶质细胞吞噬功能在神经退行性疾病中的作用①

韩 雪 夏天娇 刘斌文 顾小萍 （南京大学医学院附属鼓楼医院麻醉科，南京 210008）

常见的神经退行性疾病有阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）、帕金森病（Parkinson's disease，PD）、额颞叶变性（Frontotemporal dementia，FTD）、Nasu-Hakola病［（Nasu-Hakola disease，NHD），也称多囊脂膜骨发育不良伴硬化性白质脑病（polycystic lipomembranous osteodysplasia with sclerosing leukoencephalopathy，PLOSL）］等，具有共同病理机制，最明显共同点是由错误折叠的蛋白形成的不溶性沉积物，这些蛋白通常在受影响的细胞或中枢神经系统（central nervous system，CNS）受影响的区域中表达增加［1］。研究表明可溶性低聚物可能具有神经毒性，且是淀粉样蛋白生成蛋白聚集过程中相当稳定的中间体［2］。作为大脑中的常驻巨噬细胞，小胶质细胞具有监视功能，可有效抵御入侵微生物，并通过与神经元相互作用检测神经元活动和健康变化。小胶质细胞还执行碎片和病原体吞噬清除及突触修剪作用，负责清除微生物、死亡细胞、蛋白聚集体和其他可能危害CNS 的微粒和可溶性抗原，促进损伤修复和细胞外信号分泌，调节大脑发育，并参与对损伤和感染的炎症反应，从而维持CNS 动态平衡［3］。多数神经退行性疾病的主要病理标志为小胶质细胞增生，增生的小胶质细胞通过增加趋化性迁移和细胞因子释放、增强吞噬清除作用快速响应大脑中的神经元损伤和病理性蛋白沉积［4-5］。而小胶质细胞表面表达的髓样细胞触发受体2（triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2）可在不引起炎症反应的情况下激活小胶质细胞吞噬功能清除病变产物，减缓神经退行性病理进程。TREM2 通过衔接蛋白DAP12（DNAX-activating protein of 12 kD，DAP12），也称TYRO 蛋白酪氨酸激酶结 合 蛋 白（TYRO protein kinase-binding protein，TYROBP）发出信号，促进小胶质细胞免疫应答、增殖、存活、钙动员、mTOR 信号传导［6］。因此，了解TREM2 在小胶质细胞表达、信号转导、功能尤其是其介导的小胶质细胞吞噬功能在不同神经退行性疾病中的作用具有重要意义。

TREM2 是免疫球蛋白超家族先天免疫受体，在包括CNS 的小胶质细胞在内的不同髓样细胞群体中表达，CNS 中，TREM2 在小胶质细胞中的表达最多，约是神经元和其他类型胶质细胞的300倍，并在先天免疫应答中起重要作用［7-8］。TREM2 由细胞外V 型免疫球蛋白（Ig）结构域、跨膜结构域和短的胞质尾部组成［9-10］。TREM2 无内在信号传递能力，通过跨膜结构域与衔接蛋白DAP12 连接，DAP12 是一种细胞质适配器，也与其他受体相关。研究发现，TREM2 的胞外域可结合阴离子和两性离子脂质、载脂蛋白（包括ApoE、ApoJ和ApoA）和脂蛋白颗粒以及淀粉样蛋白（β-amyloid protein，Aβ）［11］。在神经退行性疾病中，TREM2与DAP12相互作用可激活参与小胶质细胞活化和吞噬作用的通路，并在凋亡神经元、受损的髓磷脂和淀粉样斑块的小胶质细胞吞噬作用中发挥重要作用［12-13］。TREM2 激活通过Src 家族激酶参与DAP12 磷酸化，启动一系列下游信号，包括PI3K、PKC 和ERK［14］。TREM2-DAP12 可通过激活PI3K/Akt 通路调节核转录因子kappa B（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）和炎症基因表达。此外，此信号通路也可通过在RAF水平阻断MAPK 信号抑制Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）信 号［15］。TREM2 激 活Wnt/β-catenin 信号通路可促进小胶质细胞存活，并与CSF-1R信号转导协同诱导转录谱，从而驱动有丝分裂、存活和抗凋亡基因表达［16］。TREM2可上调细胞表面趋化因子受体CCR7 表达，并促进趋化因子向其配体趋化因子CCL19 和CCL21 定向迁移。解离素、金属蛋白酶结构域蛋白10（ADAM10）和ADAM17 与γ-分泌酶从细胞表面切割TREM2，释放可溶性TREM2（soluble triggering receptor expressed on myeloid cells 2，sTREM2），sTREM2可与TREM2配体竞争性结合，AD 患者脑脊液中sTREM2 浓度提高，提示sTREM2可能成为AD的潜在生物标志物［17］。

1 TREM2介导的小胶质细胞吞噬功能及其对CNS稳态的影响

处于“静息”或失活状态的小胶质细胞吞噬功能缺乏，但其吞饮功能仍然存在，可在不干扰神经元及其活动的情况下有效清除各种代谢产物，并监测大脑内环境稳态。小胶质细胞的吞噬功能指受体介导的识别、吞噬和清除脑组织中的“废物”维持CNS稳态的过程。病理刺激下，小胶质细胞被激活，伴随着一系列细胞形态、免疫表型与功能等变化，活化的小胶质细胞可吞噬多种感染病原体、细胞碎片、Aβ、髓磷脂碎片等多种物质，从而有效清除有害物质并起抗炎作用。小胶质细胞表面多种受体均参与吞噬过程，IgG 超家族成员TREM2 作为小胶质细胞表面受体参与吞噬过程中内在化过程激发。CNS 中，TREM2-DAP12 在小胶质细胞内优先表达［18-19］。虽然信号转导需要在小胶质细胞中对内源性表达的TREM2-DAP12 进行顺序验证，但体外基因耗竭实验支持TREM2-DAP12 介导的小胶质细胞吞噬清除及抗炎作用对CNS 稳态维持具有重要意义。

TREM2-DAP12 可促进外源性病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）/自身来源的损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）的吞噬作用，肌动蛋白细胞骨架重构驱动吞噬过程中的膜动力学，促进损伤或刺激后细胞碎片吞噬清除。Src 激酶使得DAP12免疫受体酪氨酸残基激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motifs，ITAM）磷酸化，为Syk和鸟嘌呤核苷酸交换因子Vav2/3 下游激活建立了1 个停靠位点，这些位点能够激活Rac1/CDC42 依赖的吞噬作用并调节吞噬作用所必需的小胶质细胞介导的肌动蛋白细胞骨架重构［20-22］。细胞培养中，采用TREM2 过表达载体转导骨髓来源巨噬细胞（bone marrow derived macrophage，BMDM）时，对凋亡神经元的吞噬能力显著增强。当外周髓系细胞中TREM2表达增加时，髓样细胞迁移到中枢神经系统损伤处，可促进髓鞘碎片清除，改善疾病临床症状［23］。宿主模式识别受体（pattern recognition recep-tor，PRR）介 导 的PAMP/DAMP 识 别 后，TREM2-DAP12通路中接头蛋白DOK3磷酸酪氨酸结合域与DAP12 的ITAM 基序相关，磷酸化的DOK3 以依赖Src 的方式从细胞质转移到质膜，与Grb2 和Sos1 结合，阻 止Ras-ERK 途 径 激 活［24］。因 此，TREM2-DAP12-Dok3 通过阻断ERK 途径抑制TLR4 诱导的促炎细胞因子分泌。LPS 刺激后，TREM2 缺失的小胶质细胞和树突状细胞中促炎细胞因子TNF-α 和IL-6 合成显著增加。另外，TREM2-CTF（C 末端片段）或全长TREM2 表达均可导致DAP12 依赖性抗炎作用，但依赖TREM2 的吞噬作用需要全长TREM2受体［25］。包括AD 在内的多数神经退行性疾病和许多其他神经系统疾病最常见的病理学原理为神经胶质增生与炎症反应，TREM2作为在小胶质细胞中高表达Ⅰ型跨膜蛋白，TREM2-DAP12 通过调节小胶质细胞吞噬、抗炎和增殖作用快速响应大脑中的神经元损伤和病理性蛋白沉积，促进神经退行性疾病中CNS修复。

2 TREM2介导小胶质细胞吞噬功能在神经退行性疾病中的作用

小胶质细胞先天免疫受体TREM2 表达改变及功能丧失最有可能由于“废物”清除受损而导致慢性神经退行性疾病。研究证实，与具有完整TREM2受体的小胶质细胞相比，敲除TREM2后的小胶质细胞吞噬能力降低，凋亡神经细胞膜成分可促进小胶质细胞活化和炎症细胞因子如诱导型一氧化氮合酶、肿瘤坏死因子α、IL-6 转录，而炎症细胞因子反过来促进神经细胞死亡，并对突触和神经突起产生毒性作用［26］。因此，完整的TREM2受体通过调节小胶质细胞吞噬活性似乎抵消了小胶质细胞的促炎活性。TREM2 抑制炎症细胞因子产生可能阻止脑内破坏性炎症级联形成，从而起神经保护作用。吞噬细胞受体TREM2 的突变主要发生在第2 号外显子（IgV域），该区域包含TREM2的配体结合区域，这些突变可能会干扰亚细胞转运和配体受体相互作用，从而降低TREM2 的整体信号活性，与多种神经退行性疾病有关［27］。小胶质细胞在执行其正常的前哨功能时，可对Aβ、聚集的α-核蛋白、氧化或mSOD1 等异常或错误折叠蛋白的毒性刺激进行响应，并通过吞噬作用清除这些介质。而在一些神经退行性疾病中，如AD、FTD、NHD/PLOSL 和PD，TREM2功能突变可能会影响小胶质细胞吞噬作用，异常蛋白的性质及其持续产生导致小胶质细胞宿主防御功能失调，从而启动或放大炎症反应，导致神经毒性和神经变性［28］。

2.1 TREM2 与AD AD 是衰老过程中痴呆症发生的最常见原因，以记忆力丧失、执行功能受损、人格改变和逐渐丧失日常生活活动能力为主要症状，是一种慢性神经退行性疾病。AD 的组织学改变为大脑中丰富的细胞外Aβ 斑块积聚以及神经元内广泛存在的过度磷酸化的tau（微管相关蛋白tau）聚集体（神经纤维缠结）［29-30］。大脑中淀粉样斑块积累通常比tau 缠结和认知能力下降早十年或更长时间。β-和γ-分泌酶对淀粉样前体蛋白（APP）的顺序切割产生Aβ，在脑组织中不断生成又不断清除。病理条件下，Aβ产生增加或清除能力受损时会导致其积累并随后形成有毒的低聚物，阻断长时程增强和诱导tau 过度磷酸化和聚集。TREM2 通过上调C/EBPα增加CD36 表达从而增强小胶质细胞对Aβ 的吞噬作用，保护神经元细胞免受Aβ 诱导的细胞毒性［31］。TREM2在小胶质细胞表达可控制淀粉样斑块结构，并在斑块和邻近神经纤维之间形成绝缘的微环境或屏障限制斑块生长，防止致密斑块到弥漫性斑块转变。而TREM2 表达下降会导致淀粉样蛋白斑块周围小胶质细胞聚集减少，斑块周围小胶质细胞减少可能由增殖减少、代谢适应能力降低和死亡增加引起，斑块吞噬清除能力降低导致弥漫性淀粉样斑块积聚［32-34］。降低的屏障功能可能导致淀粉样斑块生长，从而导致疾病进展［35］。TREM2 缺乏的小鼠脑中积聚的弥散性斑块与严重的轴索营养不良有关［34-35］。但究竟由于斑块周围的小胶质细胞形成的物理屏障还是通过斑块致密使其释放出较少的可扩散抗体保护神经元免受有毒抗体损伤尚未阐明。总之，TREM2 缺乏可导致小胶质细胞在细胞增殖、向斑块极化、屏障形成和淀粉样蛋白致密方面存在缺陷，并伴有轴突营养不良恶化。相反，在转基因AD小鼠模型中过表达TREM2可显著降低可溶性和不可溶性Aβ 水平，缓解神经元损伤，提高与突触形成和认知功能相关的突触素水平，从而起神经保护作用［36］。在经典的中年AD 转基因模型APPswe/PS1dE9 小鼠大脑中过表达TREM2 可改善AD 相关的神经病理学并改善空间认知障碍，提示TREM2在此过程中早期具有神经保护作用。在衰老（18个月）APPswe/PS1dE9 小鼠大脑中过表达TREM2，并在2 个月后观察其对AD 相关神经病理学和空间认知障碍的功效，出乎意料的是，TREM2 过表达在衰老的APPswe/PS1dE9小鼠中无法缓解小胶质细胞吞噬功能缺陷，原因可能为Aβ 结合受体数在疾病晚期急剧减少，导致小胶质细胞吞噬Aβ 能力大幅下降，最终导致TREM2 介导的神经保护作用失败［37］。这些发现强调了对AD 患者进行早期治疗的重要性。最近一项研究发现，在AD 早期（2～6个月）阶段敲除TREM2 可通过直接抑制小胶质细胞吞噬作用防止突触损失，而在AD 中晚期（6～10 个月）阶段淀粉样蛋白沉积占主导地位时，敲除TREM2可加速突触功能障碍，原因为其抑制了小胶质细胞吞噬作用引起更严重的淀粉样蛋白沉积［38］。关于TREM2对tau病理的影响，有研究发现TREM2 缺乏会加速tau 病理过程，反之则阻止tau 引起的神经变性［39］。因此，吞噬受体TREM2 在AD 中的作用可能受疾病发展阶段和固有病理影响。

AD 全基因组关联研究已发现多个免疫相关遗传风险基因，如早老素1（PS1）基因、PS2 基因、APP基因和载脂蛋白E（ApoE）基因及TREM2 基因，TREM2 R47H 变体被发现与迟发性AD 显著相关，使AD 发生风险增加了3 倍［40-41］。研究发现，R47H变异体抑制了BV2 细胞的炎症反应，但与非携带者相比，AD 患者中的R47H 携带者增加了炎症途径相关基因表达［42-43］。R47H 变体在TERM2 胞外域中的定位可能影响与配体的相互作用，体外实验显示出与阴离子和两性离子脂质结合减少，也可能会干扰小胶质细胞与受损神经元膜的相互作用，并影响吞噬清除作用［41-44］。晚发性AD 家族的一项研究发现，ApoE4 主要影响发病年龄，而TREM2 R47H 缩短了病程，可能反映了疾病进展。TREM2 R47H AD 病例中小胶质细胞离子钙结合接头分子1(Ionized calcium binding adapter molecule 1，Iba1)水平下降，可能由于小胶质细胞数量减少或大量小胶质细胞丢失Iba1 所致，而Iba1 是小胶质细胞运动和吞噬功能的重要影响因子，AD 患者大脑中β-淀粉样蛋白负荷与Iba1水平呈负相关［45-46］。因此，TREM2 R47H可能通过进一步降低Iba1 水平加剧AD 小胶质细胞功能障碍。TREM2 R47H突变小胶质细胞无法在体内包围和清除淀粉样蛋白斑块，导致弥散性斑块附近的营养不良性神经突积聚［47］。R47H 携带的AD患者脑组织标本较非携带AD 患者小胶质细胞少、斑块致密，斑块周围营养不良神经突起和tau 病变较多，与TREM2 基因缺陷小鼠表型一致。除R47H外，TREM2 另一种变异体R62H 也会引起小胶质细胞的吞噬功能受损。TREM2 R48H变体在体外降低了不同细胞的吞噬活性，吞噬活性降低可能通过破坏受损神经元和聚集蛋白清除而导致神经退行性病变，从而促进大脑中慢性前炎症反应［44，48］。另外R47H 变异也是其他神经退行性疾病的一个强大的遗传风险因素。

2.2 TREM2 与PD PD 是一种迟发性神经退行性疾病，是引起神经退行性运动障碍的最常见原因，其特征为运动和非运动症状，与错误折叠的α-突触核蛋白组装成原纤维包裹体（称为路易体和路易神经炎）及黑质中多巴胺神经元丢失有关。低聚α-突触核蛋白可直接诱导神经元毒性，还可触发小胶质细胞活化和炎症反应，加速疾病进展［49］。TREM2缺乏的PD 小鼠模型中观察到α-突触核蛋白诱导的神经变性及小胶质细胞激活增加，小胶质细胞活化可能是抗炎状态与促炎状态之间的转变，表明通过调节小胶质细胞激活状态，削弱小胶质细胞TREM2信号传导可加剧α-突触核蛋白诱导的神经变性。AAVSYN PD 小鼠模型中，TREM2 缺失加剧了AAVSYN 相关的多巴胺能神经元丢失［50］。另外小胶质细胞在清除α-突触核蛋白方面发挥重要作用，而α-突触核蛋白异常聚集也会破坏小胶质细胞的吞噬作用，所以小胶质细胞正常的吞噬清除作用对改善PD 疾病进程至关重要。晚发型AD 家族TREM2 R47H 变异携带者中发现PD 蛋白病理的主要组成部分α-突触核蛋白表达增加［45］。最近研究发现，TREM2基因外显子2 内的编码变异（R47H）增加了美国和西班牙的散发性PD 易感性。因此R47H 与PD 关联是否与过表达该变体导致的小胶质细胞中吞噬作用缺乏而引起α-突触核蛋白异常聚集有关是重要的研究方向［51］。

2.3 TREM2 与NHD/PLOSL NHD/PLOSL 是 一 种罕见的隐性系统性疾病，表现为系统性骨囊肿和进行性脑病，从而导致早老性痴呆，神经病理学表现为髓鞘和神经元丢失、星形胶质细胞增殖和大脑白质及基底神经节中小胶质细胞激活，NHD 患者小胶质细胞功能障碍和激活可能是主要致病因素，且Iba1 水平降低［52-53］。NHD 患者出现轴突变性、白质丧失和皮质萎缩，表现出小胶质细胞密度增加和激活，提示炎症反应失调。NHD 白质病变脱髓鞘损伤，主要由于缺乏与鞘磷脂、硫脂和脑苷脂结合的TREM2，小胶质细胞不能感知髓鞘损伤导致受损髓鞘清除障碍，无法释放生长因子帮助少突胶质细胞重新形成髓鞘［54］。TREM2 或DAP12 的纯和突变均可导致NHD。NHD 患者的TREM2 基因序列分析发现NHD 和TREM2 胞 外 域Y38C、W50C T66M、V126G 突变有关，NHD 相关的突变（Y38C 和T66M）减少了TREM2 与其配体的结合，且与AD 相关突变相比，NHD相关突变的配体结合丢失更为严重［36，55］。TREM2 基因外显子2 的纯合错义突变即W50C 突变，对其外周血单核细胞和中性粒细胞的吞噬活性研究未发现明显差异，但生物信息学分析表明，其可损伤TREM2功能，W50C TREM2的突变基因位于细胞外蛋白的一部分，通过影响IgV 形域与其他细胞外分子相互作用导致其下游TYROBP 蛋白的胞内信号转导降低，从而导致NHD［36］。

2.4 TREM2 与FTD FTD 也是比较常见的神经退行性疾病，是痴呆症的第二大常见病因，其特征为随着大脑额叶和颞叶区域参与，行为、性格和语言逐渐改变。FTD 病例中，约40%具有阳性家族史，其中约10%为常染色体显性遗传，这些基因缺陷表现出明显的临床表型。研究发现小胶质细胞中TREM2 变体p.T66M 和p.Y38C 与FTD 遗传风险相关，该突变可导致TREM2 成熟障碍，而成熟的膜结合TREM2表达与小胶质细胞吞噬活性相关，表现为ADAM10 介导的蛋白水解显著减少，抑制TREM2转运和加工，损伤TREM2介导的小胶质细胞对多个配体的吞噬作用，如显著抑制了小胶质细胞对大肠杆菌和Aβ 肽等的吞噬清除功能［56］。TREM2p.T66M敲入小鼠中观察到sTREM2 生成减少，体内脂多糖刺激下炎症消退，同时巨噬细胞的吞噬活性明显降低［57］。TREM2 p.T66M 和p.Y38C 突变也可能会引起内质网积累和诱导内质网应激［48］。另外，与FTD弱相关的TREM2 T96K 和D86V 变体引起的结构变化与由FTD 强烈相关的T66M 变体引起的结构变化相似，但程度较小［58］。因此，TREM2 突变不仅可能削弱其信号传导活性，还会引起细胞应激，影响小胶质细胞功能和生存能力。

3 结语

神经退行性疾病发生发展不仅取决于内源性蛋白错误折叠，且取决于蛋白清除。小胶质细胞作为CNS 的常驻细胞，其最显著特征之一是具有正常的吞噬能力，可清除来自CNS 的异常蛋白，能够吞噬和降解各种类型的脑源性产物，如凋亡细胞、髓鞘和轴突碎片，包括Aβ 的蛋白沉积物和突触碎片等，在延缓神经退行性疾病进展中发挥重要作用。先天性免疫受体TREM2 可在不引起炎症反应的情况下激活小胶质细胞吞噬功能。成熟的膜结合TREM2 正常表达对小胶质细胞吞噬活性的调节对提高细胞碎片和淀粉样蛋白等的清除率具有重要意义。TREM2 表达改变或功能突变导致小胶质细胞功能受损，破坏吞噬作用，引发慢性炎症反应或神经变性，从而诱导神经退行性变。这些研究突出了小胶质细胞吞噬作用在维持脑稳态中的重要性，人类遗传学已证明TREM2 可能通过调节小胶质细胞吞噬功能对AD 和其他神经退行性疾病发挥神经保护作用。因此，吞噬作用的重要调节剂TREM2使小胶质细胞向抑制疾病的方向发展可能代表了神经退行性疾病新的治疗靶点，可能是未来神经退行性疾病治疗的发展方向。