小膠質細胞NADPH氧化酶與阿爾茨海默病

盧 沖 張黎明 (哈爾濱醫科大學附屬第一醫院神經內科，黑龍江 哈爾濱 150001)

阿爾茨海默病(AD)是常見的老年神經系統退行性疾病，臨床主要表現為進行性認知功能障礙，記憶力損害和社會生活功能減退。病理上主要表現為腦內神經原纖維纏結和老年斑以及神經元凋亡。AD病因十分復雜，其發生與遺傳、代謝和環境等多種因素相關。近年來，有關活性氧(ROS)氧化應激在AD發生發展中的作用受到越來越多的關注，而小膠質細胞(MG)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶是神經系統細胞內外生成ROS的主要酶體，并且作為MG介導的淀粉樣β蛋白(Aβ)神經損害的重要環節。因此本文就MG NADPH氧化酶、氧化應激和AD的關系予以綜述。

1 MG及其介導的神經損害

MG廣泛分布于中樞神經系統中，是腦內固有的免疫細胞，占腦實質細胞總數的10% ～15%，占膠質細胞總數的20%，MG不僅是腦組織中的巨噬細胞，也是中樞神經系統抗原遞呈細胞和免疫效應細胞，有吞噬細菌，抗原呈遞，產生細胞因子和補體的能力。MG的作用是雙向的，既可以通過吞噬腦組織的病原體及有害顆粒，對神經元起保護作用;也可以在致炎因子的作用下被激活成反應性MG并分泌炎性細胞因子對神經元起毒性作用〔1，2〕。在AD腦內，Aβ和損傷的神經元是MG激活的始動因素。在對AD患者的腦活檢或尸檢中，可以觀察到大量的MG在老年斑周圍叢集〔3〕。激活的MG分泌并釋放大量的炎癥前體物質如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素1(IL-1)、干擾素γ(IFN-γ)等，并可激活NADPH氧化酶，誘發MG產生呼吸爆發，生成大量ROS(如O－2、OH-、H2O2等)并導致含氮中間產物的重激活，致使MG改變其形態學特征、細胞狀態，引發免疫炎性反應，最終導致神經元變性、壞死〔3〕。

2 活性氧(ROS)、氧化應激(OS)與AD

ROS是需氧生物利用氧氣代謝的過程中產生的一類含氧物質，包括超氧化物(O－2)、羥基(OH－)及脂質過氧化物(LPO)等氧自由基，也包括過氧化氫(H2O2)、過氧亞硝酸離子(NO－4)及次氯酸(HCLO)等含氧的非自由基衍生物。在體內，ROS是主要由線粒體電子傳遞鏈、NADPH氧化酶、黃嘌呤氧化酶等酶體產生。當機體活性氧產生過多和/或機體抗氧化能力降低，氧化系統和抗氧化系統平衡紊亂，造成ROS的過度蓄積就導致OS的發生。越來越多的證據表明，OS與AD發病密切相關，AD腦中可以觀察到過氧化的表現，并且，檢測到的大腦組織、腦脊液、血液中特定氧化應激標志物的水平也與疾病的嚴重程度相關〔4～6〕。Ansari等〔7〕對 21 例不同程度的 AD 組和10例非AD組進行尸檢，測定其額葉特定氧化應激標志物的水平，結果顯示在AD各期均觀察到顯著的OS現象且隨病程進展而增強，提示先于細胞病理學改變發生的氧化應激不僅是AD的早期事件，而且是AD全程的共同機制，因而在AD發病中占重要地位。

體內過多的ROS通過氧化作用可誘導蛋白聚集，促進Aβ轉向β折疊的構象，從而相互聚集形成纖維，加速Aβ斑塊沉積〔8〕;更重要的是，沉積的Aβ通過激活MG而誘導OS產生ROS〔9，17～19〕，更加加劇了神經元的氧化損傷，氧化應激與 Aβ 相互作用，相互促進，共同加劇AD病程的發展。

3 NADPH氧化酶、OS和神經損害

3.1 NADPH氧化酶與AD 雖然在不同的組織和細胞中多種酶可以產生ROS并引發OS，但越來越多的研究表明NADPH氧化酶是線粒體外產生ROS最主要的來源〔10〕。

NADPH氧化酶是一種多亞單位復合體酶，最初發現在吞噬細胞中，其催化亞基gp91phox(NOX2)和調節亞基p22phox在細胞膜上形成異二聚體(又稱為黃素細胞色素b558)，同時受到一些主要位于胞漿分子(p47phox，p67phox，p40phox以及Rac蛋白)的調節。NADPH氧化酶能被凝血酶、機械力、各種炎性細胞因子和生長因子激活，當細胞受到這些刺激后，胞漿亞基P47phox被磷酸化激活，與P67phox結合并向胞膜轉位，與胞膜亞基結合組成有氧化活性的復合體，并位于一個載體平臺上時，酶被迅速激活并產生超氧化物O2-，進而產生其他二級產物如 H2O2、OH－、HCLO 等〔11〕。

近來研究發現，NADPH氧化酶與AD發病機制密切相關，并有證據表明，在AD患者腦內NADPH氧化酶的表達明顯上調〔12，13〕。Ansari等〔13〕通過對 AD 組、MCI組以及非 AD 組進行尸檢，測定其額、顳葉NADPH氧化酶表達情況時發現，MCI組和AD組腦內NADPH氧化酶活性較非AD組明顯提高，并且，NADPH氧化酶活性的增加與認知功能損害程度呈正相關，這表明，NADPH氧化酶參與AD的發病與病程進展。

3.2 MG與NADPH氧化酶 NADPH氧化酶是線粒體外產生ROS主要的來源，而其在中樞神經系統中分布于MG、星形膠質細胞和神經元中。然而，分布于星形膠質細胞和神經元中NADPH氧化酶的數量遠少于MG，因此，即使這些細胞中的NADPH氧化酶被激活，產生的ROS也顯著低于MG產生的ROS。Qin等用脂多糖誘發神經炎癥的發生，并引發MG激活，結果顯示，只有源于MG的NADPH氧化酶才能引起NADPH氧化酶介導的神經損害〔14〕。此外還發現來源于NADPH氧化酶敲除大鼠的MG未能產生細胞外的超氧化物，并且其表達的前炎癥因子數量和胞內的ROS數量也顯著減少〔14〕。Wilkinson等〔15〕研究證實MG NADPH氧化酶是AD氧化應激的源頭，在MG介導的炎性神經損害中起重要作用。

在AD中，MG NADPH氧化酶通常能被Aβ和淀粉樣前蛋白(APP)所激活〔16～19〕。然而，Aβ 激活 MG NADPH 氧化 酶產生活性氧的具體機制尚不確定。可能是通過MG表面一些受體(如清道夫受體 CD36，NMDA 受體、MAC1 受體)轉導〔17～19〕，從而啟動一個復雜的級聯效應。Shelat等〔18〕通過對皮質神經元的研究表明，N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體與Aβ毒性作用密切相關，Aβ可以通過激活NMDA受體誘導NADPH氧化酶產生活性氧。此外 Szaingurten-Solodkin等〔20〕研究指出，在MG中，Aβ誘導NADPH氧化酶產生過氧化物這一過程是通過胞質磷脂酶A2(cPLA2α)來調控的。

3.3 NADPH氧化酶與神經損害 NADPH氧化酶激活后產生的ROS分為細胞外和細胞內兩種。細胞外的ROS有直接的神經毒性，其與細胞膜上各種多不飽和脂肪酸及膽固醇反應促使脂質過氧化。脂質過氧化產物對胞膜直接修飾或與功能性、結構性蛋白質起反應造成氧化損傷，最終導致細胞凋亡。并且ROS可以使鈣穩態失調，胞內鈣離子的增高不僅能夠激活幾種鈣離子依賴性的酶，如鈣調蛋白激酶、磷脂酶A2以及誘導型一氧化氮合成酶(iNOS)激活，導致NO增加;同時還誘導線粒體中ROS的產生，導致線粒體結構和功能的損傷。而生成的NO與ROS結合可生成具有高度的攻擊性的過氧化亞硝基陰離子，后者，可分解成具有強毒性作用的OH－及二氧化氮自由基，從而導致神經細胞凋亡和壞死〔21〕。

在胞內，生理條件下線粒體電子傳遞鏈、黃嘌呤氧化酶、細胞色素P450及NADPH氧化酶都能產生ROS。然而，當胞內的ROS作為MG激活后的免疫反應產生時，ROS更多是由NADPH氧化酶產生。Qin等〔14〕用脂多糖誘導MG產生胞內氧化應激時，發現胞內50%的ROS是由NADPH氧化酶產生。Block等〔22〕證實P物質誘導胞內的氧化應激產生的ROS也主要依賴于NADPH氧化酶。細胞內NADPH氧化酶被激活后，產生的ROS起著信使作用〔23〕，通過下游區的信號分子如：蛋白激酶C、核轉錄因子-кB使炎癥前體細胞因子基因表達增強。從而啟動了細胞內的ROS信號轉導路徑，刺激MG活化，并放大前炎癥因子的產生〔24，25〕。而這些生成的細胞因子反過來又作用于MG，促進其他炎性分子和ROS的產生，從而在體內形成一個正反饋環路使神經毒性因子不斷增加，最終導致神經元變性壞死〔26〕。事實上，大部分能夠激活MG物質都是通過ROS而放大炎癥因子的產生。如：神經節苷脂被證實能激活MG，但當用NADPH氧化酶抑制劑聯苯基三價碘(DPI)處理后可明顯抑制TNF-α、IL-1β、iNOS 的產生〔27〕。此外，Pawate 等〔28〕證實 DPI和過氧化氫酶(催化分解H2O2為H2O和O2)能夠抑制脂多糖誘導的細胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6)、NFκB 的表達。因此，ROS可能是整個MB活化的關鍵點，它是介導細胞內炎癥反應發生的重要因子。

此外，NADPH氧化酶不但能放大MG介導的炎性反應，還被證實參與調解MG激活的形態學改變，并且能增加MG對其活化因素的敏感性，使先前無害的刺激轉變為活化MG的因素，如：魚藤酮被證實可通過誘導NADPH氧化酶的活性而使MG活化并產生炎性反應〔29〕。總之，NADPH氧化酶的激活并產生ROS在整個MG介導的神經損害中起重要作用，可能是MG介導的神經毒性的關鍵環節，推測抑制NADPH氧化酶活性消除氧化應激性損傷可能成為AD的一個理想的治療靶點。

4 NADPH氧化酶抑制劑和神經保護

越來越多的證據表明了NADPH氧化酶在MG介導的神經損害中所起的關鍵性的作用。而NADPH氧化酶作為AD氧化應激的源頭，如果以其為靶標，可以在MG介導的神經損害的上游區更廣泛的抑制炎性因子、ROS以及活性氮的產生從而達到對神經元的保護。

目前，一些小分子化合物(右美沙芬、夾竹桃麻素、青藤堿、藻藍素)〔30～33〕被證明具有抑制NADPH氧化酶和神經保護作用。有研究表明調節脂類代謝的他汀類藥物，對NADPH氧化酶誘導的超氧陰離子有抑制作用〔34〕。此外，具有抗氧化作用的褪黑激素在AD動物模型上已被證實可通過阻礙NADH氧化酶的聚集而減少ROS的產生，大大減輕氧化應激的強度〔35〕。最近的研究表明，飲食中的一些黃酮類、多酚類物質，具有有很強的抗氧化作用，是自然界中天然的抗氧化劑，其中有些是潛在的NADPH氧化酶抑制劑〔35～38〕。綠茶多酚是從綠茶中提取的多酚類化合物，其主要成分沒食子兒茶素沒食子(EGCG)，He等〔37〕通過證實EGCG能通過抑制NADPH氧化酶，從而減輕AB介導的氧化應激損傷，而達到神經保護作用，具有潛在延緩AD進展的作用。此外，從葡萄籽中提取的一些多酚類物質，也被證實能通過調節NADPH氧化酶的一些亞單位的表達而起到抗氧化作用〔38〕。然而，雖已證實這些物質能夠通過抑制NADPH氧化酶而達到神經保護作用，但其發揮神經保護作用的詳盡分子作用機制目前尚未闡明，因此，闡明其具體作用機制并且探尋NADPH氧化酶特定的抑制劑，可能會為有效治療AD尋找到新的途徑，具有誘人的前景。

5 小結與展望

綜上所述，MG NADPH氧化酶的激活并產生ROS作為MG介導的神經毒性的關鍵點，在整個反應中起著樞紐性作用。激活的NADPH氧化酶產生ROS一方面直接對神經元造成損害;另一方面，則起著信使作用，使MG介導的炎性反應呈瀑布式放大，并且增加MG對于其活化因素的敏感性。因此，抑制NADPH氧化酶活性及其表達可能成為改善體內氧化應激狀態，治療AD的重要切入點。目前，雖已證實一些藥物能夠通過抑制NADPH氧化酶而達到神經保護作用，但其發揮神經保護作用的詳盡分子作用機制有待闡明。進一步研究這些藥物，探尋更為特定、有效、安全的藥物，將為AD治療的藥物選擇和開發提供新的思路。

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