IL-1β、TNF-α與阿爾茨海默病的研究進展

雷洪濤 王 筠 馬淑驊 歐陽競鋒

(中國中醫科學院醫學實驗中心，北京 100700)

阿爾茨海默病(AD)是慢性、進行性以記憶力衰退和認知功能障礙為主的中樞神經系統變性病，其病理表現為神經細胞外β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積和神經細胞內神經元纖維纏結。研究發現，由Aβ誘發的腦組織慢性炎癥級聯反應介導神經元損傷是AD病理過程的重要環節之一〔1〕；同時，臨床上發現AD患者的血液和腦脊液中白介素-1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平升高〔2，3〕，因此IL-1β和TNF-α作為介導腦組織炎癥病理反應的關鍵因子，可能為防治AD提供新的作用靶點。本文就IL-1β、TNF-α與AD的關系及作用機制作一綜述。

1 IL-1β與AD

白介素-1(IL-1)是炎癥免疫反應初始調控因子，可以誘發炎性反應及機體防御反應。IL-1存在IL-1α和IL-1β兩種異構體，其中IL-1α發揮自分泌信使功能，主要表達于細胞表面或位于細胞內；IL-1β由細胞釋放出來，通過作用于其他細胞而發揮其效應〔4〕。IL-1β在AD患者腦組織中過度表達，與AD的病理過程密切相關。

1.1IL-1β與Aβ斑塊的關系 AD患者大腦中Aβ沉積在皮質和海馬神經細胞外形成老年斑，周圍環繞激活的小膠質細胞。研究發現，β淀粉樣前體蛋白(β-APP)轉基因小鼠腦組織中形成的Aβ可以持續反復激活小膠質細胞，小膠質細胞慢性過度表達IL-1β，這個持續激活的炎癥修復機制，造成腦神經慢性炎癥損傷〔5〕。IL-1β的過度表達發生于Aβ斑塊早期，其通過蛋白激酶C(PKC)途徑促進β-APP的合成和分泌裂解，從而進一步促進Aβ的產生和沉積〔6〕。因此，IL-1β的過度表達在Aβ斑塊早期形成過程中起決定作用。

在AD患者腦內IL-1β分布與Aβ斑塊分布一致，并與不同類型的Aβ斑塊具有相關性〔7〕；首先在早期斑塊中，彌散型APP沉積內存在活化的小膠質細胞，并且過度表達IL-1β；其次具有AD病理診斷意義的成熟斑塊(神經炎性斑)中，相關性小膠質細胞的數量及大小均增加，IL-1β反應活性亦相應提高；最后形成燃盡斑塊(致密斑)，神經炎性減輕、小膠質細胞減少、IL-1β亦不再與斑塊具有相關性〔8，9〕。

在AD患者腦中，IL-1β受體存在于星形膠質細胞(As)表面，IL-1β可誘導As活化增生，大量表達S100β，促進營養不良的神經軸突過度生長，最終形成神經炎斑塊〔10〕。IL-1β過度表達造成營養障礙型軸突的無意義生長，促進了Aβ斑塊形成，同時促進神經元表達APP、乙酰膽堿酯酶及其他斑塊相關蛋白；此外，IL-1β還誘導星形膠質細胞表達其他斑塊相關分泌型急性期蛋白及Aβ結合蛋白，如IL-6，α1-抗凝乳蛋白酶(α1-ACT)、ApoE和一些補體蛋白，這些蛋白在Aβ斑塊中濃度大大增高，與斑塊的進展關系密切〔11〕。因此活化的小膠質細胞和IL-1β在Aβ斑塊的形成、發展中起著十分重要的病理作用。

1.2IL-1β與神經元退行性變 腦中IL-1β表達增加可以引起神經絲蛋白及微管相關tau蛋白的過度表達，同時，IL-1β還可以激活分裂原蛋白活化激酶(MAPK激酶)家族的p38，使tau蛋白過度磷酸化，最終促進神經元纖維纏結的形成〔12〕。研究表明，IL-1β可誘導神經元乙酰膽堿酯酶(AChE)mRNA的表達并增強其活性，調控AChE的表達及其活性，從而影響AD的病理過程〔13〕；AchE在神經元中的產生及活化，使腦中膽堿能神經元退化和功能下降。

IL-1β轉換酶(ICE)是一種引起細胞凋亡的重要的酶，在激活小膠質細胞過程中大量產生，與AD中IL-1β表達增加引發的神經退行性變相關。研究表明，AD患者ICE活性及表達增加，與神經元DNA損傷相關〔14〕。因此AD患者腦中IL-1β表達增加可導致神經元損傷和退行性變。

1.3IL-1β介導的AD神經毒性的可能機制 在AD中IL-1β介導的神經毒性級聯反應，稱為“細胞因子循環”〔15〕，促使神經元的損傷與脫失，與AD的病理改變密切相關。在AD患者腦內早期斑塊中，小膠質細胞過度表達IL-1β，IL-1β上調As和小膠質細胞自分泌功能，從而促使更多IL-1β表達，形成正反饋途徑；IL-1β還促進活化的As過度表達S100βmRNA及蛋白。研究表明，S100β過表達表現為兩方面的毒性作用：一是引起神經元胞內鈣超載，誘導tau蛋白磷酸化和神經元凋亡，而神經元凋亡又可誘導小膠質細胞活化和過度表達IL-1β，形成正反饋環路〔16〕；二是引起神經元軸突過量的無意義的生長，環繞Aβ內核形成老年斑〔17〕。同時，S100β還能刺激神經元過度表達β-APP，參與Aβ內核形成〔18〕，并構成級聯放大效應。

小膠質細胞膜上的受體復合物(CD36，CD47)與沉積的Aβ相互作用，活化小膠質細胞，過量分泌炎癥因子，介導炎癥損傷，其中IL-1β過度表達和釋放是其始動環節。IL-1β除誘導小膠質細胞和As表達炎癥因子，還誘導急性期蛋白、氧自由基、NO、S-100β、β-APP等，它們之間協同作用，形成慢性炎癥級聯反應貫穿AD病理發展全程。免疫系統功能紊亂是多種細胞因子相互作用的結果，引發神經元退行性變，IL-1β發揮至關重要的作用。

2 TNF-α與AD

TNF-α是具有廣泛生物學效應的細胞因子，對腫瘤具有特異性殺傷作用，參與炎癥反應和免疫調節，可以誘導其他前炎性細胞因子及炎性相關蛋白表達，形成炎性反應的放大級聯反應。TNF-α在AD患者腦內過度表達，與AD病理變化密切相關；同時TNF-α基因多態性與AD的發病也具有相關性〔19〕。

2.1TNF-α與Aβ斑塊的關系 Aβ可持續激活小膠質細胞，并過量表達炎癥因子TNF-α、IL-1β，在AD患者腦中形成慢性炎癥反應〔7〕。TNF-α刺激小膠質細胞和As表達炎癥因子，如TNF-α、IL-6、γ-干擾素(IFN-γ)。研究發現，單獨的TNF-α不影響APP的產生和代謝，但IFN-γ可誘導APP的轉錄和翻譯，使APP釋放增多；TNF-α也可使小膠質細胞Aβ1-42趨化受體表達水平上調，增強對Aβ的趨化效應〔20〕，導致Aβ生成增加，形成Aβ斑塊?？梢奣NF-α的過度表達在Aβ斑塊形成中具有重要作用。

2.2TNF-α與神經元退行性變 在AD中TNF-α通過死亡受體通路介導的凋亡加重了神經元的損傷，加重神經元退行性變。TNF-α通過與受體TNF-R1和TNF-R2結合而發揮生物學效應，其中TNF-R1主要與細胞毒性信號轉導有關，而TNF-R2主要與細胞的有絲分裂反應相關。TNF-α與神經元細胞膜上的死亡受體TNF-R1結合，激活膜內的“死亡域”，“死亡域”與胞內含有“死亡效應域”的接合蛋白結合，活化pro-caspase8，進而引發caspase級聯反應，導致神經元凋亡〔21〕。同時，TNF-α受體與神經營養素受體具有同源性，從而引起TNF-α與神經營養素相互競爭，導致神經元的老化〔22〕。因此TNF-α在AD患者腦中對神經元損傷和退行性變具有重要作用。

2.3TNF-α基因多態性與AD TNF-α基因多態性與AD的發病存在密切關系。TNF-α基因在-308位點存在多態性，-308位為G時，定義為TNF-α1，是較常見的基因；-308位為A時，定義為TNF-α2，是較罕見基因。研究發現，AD患者不僅TNF-α2等位基因頻率異常增高，而且攜帶TNF-α2等位基因者起病年齡較早〔23〕；在遲發型AD患者中檢出TNF-α基因在-308位點存在多態性，TNF-α2基因頻率AD組明顯高于對照組〔24〕；TNF-α基因多態性影響了轉錄，TNF-α2的轉錄活性高于TNF-α1，導致TNF-α在AD患者體內異常高度表達〔25〕。由此可以推測TNF-α基因多態性增加AD發病可能是通過TNF-α基因多態性患者腦中TNF-α表達，加重神經退行性變。

2.4TNF-α介導的AD神經毒性的可能機制 AD患者Aβ斑塊周圍有過量TNF-α等炎性細胞因子表達，同時在腦脊液和外周血中也檢測到TNF-α水平明顯升高，可見TNF-α的異常高表達在AD病理過程具有重要作用〔26〕。過量表達的TNF-α介導AD神經毒性的可能機制：一是誘導腦中皮質和海馬區小膠質細胞和As活化，產生過量炎性因子和粘附因子，造成腦中神經炎性病變及Aβ斑塊形成；二是誘導NO與自由基生成增多，促進興奮性氨基酸的神經毒性作用，導致神經元變性、死亡；三是與TNF-α受體作用，使TNF-α受體與受體結合蛋白、受體作用蛋白和Fas死亡域結合蛋白結合，誘導神經細胞凋亡；四是直接作用于內皮細胞、As和神經元，使APP表達增加，引起Aβ沉積。

在AD患者腦內過度表達的TNF-α誘發神經元毒性級聯反應，促進了神經元的損傷和凋亡，與Aβ斑塊形成、神經退行性變高度相關；并且TNF-α的基因多態性與AD發病危險性顯著相關。

3 總結與展望

IL-1β、TNF-α在AD患者腦中過度表達，引起神經毒性級聯反應，導致神經元喪失；同時促進APP表達增加，引起Aβ沉積，更進一步活化了膠質細胞加重免疫反應，加快AD的病理演變。如果抑制IL-1β、TNF-α的過度表達，干預慢性炎癥級聯反應，打破“細胞因子循環”，可能會對AD的臨床治療產生積極作用。以IL-1β、TNF-α為新靶點，進行更深入的基礎和臨床研究，可以進一步明確Aβ斑塊形成和神經退行性變的機制，為預防和治療AD提供新思路。

4 參考文獻

1McNaull BB，Todd S，McGuinness B，etal.Inflammation and anti-inflammatory strategies for Alzheimer's disease-a mini-review 〔J〕.Gerontology，2010；56(1):3-14.

2高海燕，王曙光，段 鋼.阿爾茨海默病患者腦脊液細胞因子研究〔J〕.臨床精神醫學雜志，2008；18(5)：320-1.

3吳映曼，蔡 毅.阿爾茨海默病患者血清和腦脊液中腫瘤壞死因子-α及IL-6和IL-8水平研究〔J〕.中國全科醫學，2010；13(33)：3738-40.

4Arend WP.The balance between IL-1 and IL-1Ra in disease〔J〕.Cytokine Growth Factor Rev，2002；13(4-5):323-40.

5Cotman CW，Tenner AJ，Cummings BJ.Beta-Amyloid converts an acute phase injury response to chronic injury responses〔J〕.Neurobiol Aging，1996；17(5):723-31.

6Mackenzie IR.Anti-inflammatory drugs and Alzheimer-type pathology in aging〔J〕.Neurology，2000；54(3):732-4.

7Aisen PS.The inflammatory hypothesis of Alzheiner disease:dead or alive〔J〕.Alzheimer Dis Assoc Discord，2008；22(1):4-5.

8Mizuno T.The biphasic role of microglia in Alzheimer's disease〔J〕.Int J Alzheimers Dis，2012；2012:737846.

9蔣圣娟.阿爾茨海默氏癥分子病理學及治療方法的研究進展〔J〕.山東理工大學學報，2003；17(1):94-9.

10Sheng JG，Mrak RE，Rovnaghi CR，etal.Human brain S100 betaand S100 beta mRNA expression increases with age：pathogenic implications for Alzheimers disease〔J〕.Neurobiol Aging，1996；17(3):359-63

11Shaftel SS，Griffin WS，O'Banion MK.The role of interleukin-1 in neuroinflammation and Alzheimer disease: an evolving perspective〔J〕.J Neuroinflammation，2008；5:7.

12Sheng JG，Zhu SG，Jones RA，etal.Interleukin-1 promotes expression and phosphorylation of neurofilament and tau protein in vivo〔J〕.Exp Neurol，2000；163(2):388-91.

13Li Y，Liu L，Kang J，etal.Neuronal-glial interactions mediated by interleukin-1 enhance neuronal acetylcholinesterase activity and mRNA expression〔J〕.J Neurosci，2000；20(1):149-55.

14Zhu SG，Sheng JG，Jones RA，etal.Increased Interleukin-1beta converting enzyme expression and activity in Alzheimer disease〔J〕.J Neuropathol Exp Neurobiol，1999；58(6):582-7.

15Griffin WS，Sheng JG，Royston MC，etal.Glial-neuronal interactions in Alzheimer's disease: the potential role of a 'cytokine cycle' in disease progression〔J〕.Brain Pathol，1998；8(1):65-72.

16Mrak RE，Sheng JG，Griffin WS.Glial cytokines in Alzheimer's disease:review and pathogenic implications〔J〕.Hum Pathol，1995；26(8):816-23.

17Reeves RH，Yao J，Crowley MR，etal.Astrocytosis and axonal proliferation in the hippocampus of S100b transgenic mice〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，1994；91(12):5359-63.

18Li Y，Wang J，Sheng JG，etal.S100beta increases levels of beta-amyloid precursor protein and its encoding mRNA in rat neuronal cultures〔J〕.J Neurochem，1998；71(4):1421-8.

19Medeiros R，LaFerla FM.Astrocytes:conductors of the Alzheimer disease neuroinflammatory symphony〔J〕.Exp Neurol，2013；239:133-8.

20Dal Pra I，Chiarini A，Pacchiana R，etal.Emerging concepts of how β-amyloid proteins and pro-inflammatory cytokines might collaborate to produce an 'Alzheimer brain'〔J〕.Mol Med Rep，2008；1(2):173-8.

21Wyss-Coray T，Mucke L.Inflammation in neurodegenerative disease-a double-edged sword〔J〕.Neuron，2002；35(3):419-32.

22Roux PP，Bhakar AL，Kennedy TE，etal.The p75 neurotrophin receptor activates Akt (protein kinase B) through a phosphatidylinositol 3-kinase-dependent pathway 〔J〕.J Biol Chem，2001；276(25):23097-104.

23Cuplan D，MacGowan SH，Ford JM，etal.Tumor necrosis factor-alpha gene polymorphism and Alzheimer's disease〔J〕.Neurosci lett，2003；350(1):61-5.

24McCusker SM，Curran MD，Dynan KB，etal.Association between polymorphism in regulatory region of gene encoding tumour necrosis factor alpha and risk of Alzheimer's disease and vascular dementia: a case-control study〔J〕.Lancet，2001；357(9254):436-9.

25Tarkowski E，Liljeroth AM，Nilsson A，etal.TNF gene polymorphism and its relation to intracerebral production of TNFα and TNFβ in AD〔J〕.Neurology，2000；54(11):2077-81.

26蔡志友，晏 勇，晏 寧，等.阿爾茨海默病患者血清中血管內皮生長因子和炎癥因子相關性研究〔J〕.中國老年學雜志，2008；28(10):998-9.