轉(zhuǎn)基因阿爾茨海默病模型炎癥調(diào)節(jié)機制

張 美 狄婷婷 王瑞婷 趙 楊 申家鈺

(承德醫(yī)學院，河北 承德 067000)

轉(zhuǎn)基因阿爾茨海默病模型炎癥調(diào)節(jié)機制

張 美 狄婷婷 王瑞婷 趙 楊1申家鈺2

(承德醫(yī)學院，河北 承德 067000)

炎性反應；小膠質(zhì)細胞；星形膠質(zhì)細胞；淀粉樣蛋白；tau蛋白；轉(zhuǎn)基因；抗炎

衰老是阿爾茨海默病(AD)進展的最大風險，近十年對AD及炎癥機制研究不斷增加。β-淀粉樣蛋白(Aβ)可以啟動炎癥反應，激活小膠質(zhì)細胞(MG),募集星型膠質(zhì)細胞,引起與神經(jīng)、突觸損傷有關(guān)的細胞因子、化學因子、活性氧(ROS)和神經(jīng)毒性因子的釋放〔1〕。表達突變型雙轉(zhuǎn)基因淀粉樣前體蛋白(APP)和tau蛋白的小鼠沒有呈現(xiàn)出明顯的神經(jīng)脫失，因此，設(shè)想通過增加炎性成分可能會建立更合理的AD模型。本文旨在總結(jié)不同基因、藥物處理AD動物模型,通過研究炎癥機制來確定AD的炎性標志物。

1 AD模型建立

高表達人類APP家族性AD 突變的小鼠Tg2567和APP23(均攜有瑞典型APP突變，APPSWE)可激活MG和星型膠質(zhì)細胞,并且發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)腫瘤壞死因子(TNF)-α、干擾素(IFN)-γ、白細胞介素(IL)-1β、IL-1α、化學引誘蛋白-1、環(huán)氧合酶(COX)-2、補體成分1q水平增加〔1〕。3個月齡APPV717I小鼠模型炎癥特點顯示膠質(zhì)細胞激活聚集發(fā)生在淀粉樣蛋白斑塊形成之前〔2〕，同時伴隨長時程增強作用(LTP)降低。但小鼠模型如何更好地模擬人類AD病變?nèi)源嬖跔幾h，因為目前鼠模型沒有很好地呈現(xiàn)出人類出現(xiàn)的tau磷酸化及神經(jīng)元死亡。集APPSWE、PS1M146V和tau P301L 3種基因于一體的轉(zhuǎn)基因模型3×Tg-AD呈現(xiàn)出進行性斑塊沉積、纖維纏結(jié)形成、MG激活、促炎癥因子TNF-α和單核細胞趨化蛋白(MCP)-1、細胞趨化因子受體(CCL)2上調(diào),這些變化僅局限于皮質(zhì)〔3〕。tau病理鼠模型顯示有神經(jīng)炎癥特點，包括聚集tau蛋白、IL-1β、COX-2、反應性星狀膠質(zhì)細胞增多，激活的MG沉積圍繞在tau蛋白陽性神經(jīng)元周圍。有趣的是在3個月P301S小鼠腦內(nèi)，MG激活先于纖維纏結(jié)形成〔4〕，因此推測神經(jīng)炎癥在Aβ沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)形成中有重要作用。培養(yǎng)同時表達人類APPSWE和PSIΔE9的大鼠模型對研究AD更有意義〔5〕。F344-AD轉(zhuǎn)基因大鼠不僅呈現(xiàn)出一般轉(zhuǎn)基因AD鼠的病理特征(依賴年齡的腦內(nèi)淀粉樣變性，神經(jīng)膠質(zhì)細胞激活和記憶缺失)，還產(chǎn)生了tau病變和神經(jīng)元凋亡,更接近模擬人類AD病變。

2 炎癥調(diào)節(jié)

2.1 APP轉(zhuǎn)基因模型調(diào)節(jié) 近十年相關(guān)的轉(zhuǎn)基因研究多數(shù)僅關(guān)注對淀粉樣沉積物的影響，缺少對認知和縱向活動目標影像的觀察。試驗結(jié)果提示了一些炎癥誘導AD病變的可能機制，如誘生型一氧化氮合酶(iNOS)信號缺失的APP/早老蛋白(PS)1小鼠和敲除iNOS基因的Tg2576型小鼠，兩者產(chǎn)生的Aβ負荷不同〔6〕。一般認為高表達促炎性介質(zhì)會加快疾病發(fā)展，因此治療AD疾病應采取相應的抗炎措施。如消除APP/PS1小鼠中常見亞基p40來阻斷促炎性細胞因子IL-12和IL-23的信號表達,可減少神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化和淀粉樣蛋白斑〔7〕。 Tg2576型APP小鼠〔基因敲出(GRKO)小鼠〕在敲除IFN-γⅠ型受體基因后,神經(jīng)膠質(zhì)變性和淀粉樣蛋白斑塊減少〔8〕。和同窩APP小鼠相比，APP/GRKO 小鼠陽性β分泌酶(BACE)1星形膠質(zhì)細胞數(shù)量明顯下降，而且缺失TNF受體(TNFR)Ⅰ的P23小鼠的BACE1蛋白減少并降低了活性〔9〕。這些實驗證實體內(nèi)炎癥可加強BACEI的表達〔10〕。

2.2 炎性介質(zhì)調(diào)節(jié) Aβ聚集增多是導致AD病變的另一種可能機制。Aβ硝基化可促進其聚集，出現(xiàn)在APP/PS1 AD小鼠模型和AD患者腦內(nèi)斑塊核心。敲除iNOS基因的APP/PS1小鼠3NTyr(10)-Aβ明顯減少，其總Aβ沉積量及認知紊亂程度均明顯減低〔6〕。炎性復合體(NLRP)3〔由半胱氨酸蛋白酶(Caspase)1,凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(PYCARD)和噬中性白細胞堿性磷酸酶(NALP)組成的多蛋白低聚物,有時也包括Caspase 5〕在受到與病原菌締合的巨噬細胞刺激時增加。與同齡未雜交小鼠(一種重要的效應酶Caspase 1被刪除)相比，APP/PS1小鼠和NLRP3-/-小鼠雜交后,重現(xiàn)了空間記憶力和突觸可塑性，同時Aβ減少。這與MG吞噬活性增強、胰島素降解酶增加有關(guān)〔11〕。另外，缺乏NLRP3的APP/PS1小鼠毒蕈堿受體(M)2表現(xiàn)型標記物(包括炎癥因子FIZZ1，精氨酸酶-1和IL-4)增加,氧化氮合酶(NOS)2表達減少。許多通過脂多糖(LPS)或IL-1β誘導的炎癥研究顯示Aβ斑減少，這種作用和MG活性增強及隨后Aβ被清除有關(guān)〔12〕。但試驗過程像是人為激活MG，表現(xiàn)出的急性應答沒有模擬出人類AD慢性炎癥變化，并且LPS和IL-1β誘導了嚙齒類動物記憶損傷。總之，APP模型研究表明炎癥可能通過Aβ增殖、聚集、清除來加強APP轉(zhuǎn)基因AD小鼠的病變。

2.3 tau模型調(diào)節(jié) 目前,沒有充足實驗來明確評估炎癥在tau病變 AD中的作用。但APP進程與tau高磷酸化可能存在免疫應答關(guān)系。因為促炎細胞因子會改變激酶/磷酸酶的底物專一性，而激酶/磷酸酶在病理位點上會導致tau高度磷酸化〔13〕。最近幾種炎癥調(diào)節(jié)實驗表明tau轉(zhuǎn)基因模型神經(jīng)炎癥會導致tau磷酸化加重。P301Ltau轉(zhuǎn)基因小鼠高表達補體抑制因子sCrry抑制炎癥可減少tau病理改變〔14〕。LPS處理的3×Tg-AD小鼠急性免疫反應激活后通過一種依賴細胞周期依賴性蛋白激酶(Cdk)5的機制誘導tau高度磷酸化〔15〕，但沒檢測到淀粉樣蛋白的病理變化。同樣,3×Tg-AD小鼠經(jīng)濾過性毒菌感染誘導的急性或慢性炎癥加重了tau病變并引起小鼠空間記憶力損傷，該過程通過依賴于3β的糖原合酶激酶(GSK-3β)機制完成〔16〕。還有其他誘導3×Tg-AD小鼠大腦炎癥的方法,如控制性皮層撞擊(CCI)外傷性腦損傷(TBI)引起軸突內(nèi)Aβ急性聚集及tau磷酸化增加〔17〕。與只高表達APP轉(zhuǎn)基因的小鼠模型相比，高表達IL-1β的3×Tg-AD小鼠tau磷酸化水平增加〔18〕。重組腺病毒群介導干擾素-γ基因試驗(載體rAAV1-干擾素γ)可減少3×Tg-AD小鼠tau磷酸化〔19〕，而破壞3×Tg-AD小鼠TNF-α信號可加重AP和tau蛋白病變〔20〕。

3 神經(jīng)膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)

3.1 AP調(diào)節(jié) MG/巨噬細胞應答是大腦免疫反應的關(guān)鍵中介物。受到外因或內(nèi)因刺激后MG通過各種受體被激活成M1或M2類型，清除毒性產(chǎn)物和受損組織,但同時也會引發(fā)炎癥。MG/巨噬細胞表達的補體受體(如清道夫受體及和識別病原體有關(guān)的細胞因子/趨化因子受體)可促進吞噬和清除靶向Aβ。當MG表現(xiàn)出更具抗感染性和吞噬作用時，轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表現(xiàn)型有關(guān)的信號因素能夠促進清除Aβ并改善其他癥狀，提示MG激活是一種特定AD效應。實驗表明小膠質(zhì)細胞MG激活負性調(diào)節(jié)劑可減少淀粉樣蛋白斑塊和神經(jīng)元損傷〔21〕。Toll樣受體(TLRs)及其輔助受體可識別體內(nèi)病原體并參與MG對纖維狀Aβ的反應〔22〕,可能參與了體內(nèi)Aβ清除過程,產(chǎn)生神經(jīng)保護作用〔23〕。實驗證實在MG培養(yǎng)物中CD33能夠抑制Aβ42的攝取和清除，而在體研究也表明APP(Swe)/PS1(ΔE9)/CD33(-/-)小鼠大腦難溶性Aβ42和淀粉樣蛋白斑塊水平明顯降低，提示CD33失活可能會減緩Aβ病理改變〔24〕。很多研究認為浸潤性單核細胞或血管周的巨噬細胞有清除淀粉樣蛋白作用〔25〕，但這些外圍單核細胞在神經(jīng)退行性疾病中的作用還不明確。最近發(fā)現(xiàn)，在不考慮起源情況下，巨噬細胞/MG可以像干細胞一樣通過局部增殖自我更新〔26〕，而MG增殖是慢性神經(jīng)退行性疾病的一個主要部分。

3.2 星形膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié) 星形膠質(zhì)細胞在AD中的作用研究少于MG，但它在AD中發(fā)揮著重要作用。APP/PS1小鼠缺失膠原纖維酸性蛋白(GFAP)和波形蛋白會引起星型細胞活性衰減并加重淀粉樣蛋白斑形成，但該斑和APP進程及Aβ產(chǎn)生無關(guān)〔27〕，提示星型膠質(zhì)細胞對淀粉樣蛋白清除很關(guān)鍵。APP/PS1小鼠模型研究顯示通過腺相關(guān)病毒-GFAD(AAV-Gfa)2帶菌者阻斷星形膠質(zhì)細胞活性也會降低MG活性，改善認知和突觸功能，減少淀粉樣蛋白斑〔28〕，由于研究采用年老鼠模型(16～18個月齡)，該研究早期所用鼠是8～12個月齡，提示研究AD免疫反應可能和月齡有關(guān)。AD大腦淀粉樣蛋白周圍被激活的星形膠質(zhì)細胞可高度表達抗胰凝乳蛋白酶α1(α1-ACT，一種急性時相反應蛋白)，并促進Aβ纖維化。但星形膠質(zhì)細胞是促進清除淀粉樣蛋白還是惡化沉積還不確定。

綜上，炎性的增強與Aβ增殖聚合、tau蛋白磷酸化增加有關(guān)。雖然APP和tau轉(zhuǎn)基因模型試驗表明免疫調(diào)節(jié)存在差動效應，但也有少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)一般的免疫活性增強會加強病變。另外，促進淀粉樣蛋白吞噬和清除的靶向活性因素也可能減少tau高度磷酸化。而3×Tg-AD模型炎癥調(diào)節(jié)實驗顯示tau蛋白磷酸化改變可能與炎癥介導的Aβ水平改變無關(guān)。需要進一步研究評估追蹤特定炎性過程在AD中的作用，以闡明更有效的治療方法，加深對AD中炎癥信號復雜程度的理解。

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〔2015-09-26修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

河北省衛(wèi)生廳資助項目(No.20120161)；河北省科技廳資助項目(No.08276101D-21)

王瑞婷(1969-)，女，博士，教授，碩士生導師，主要從事中藥抗癡呆作用及機制研究。

張 美(1989-)，女，碩士，主要從事心腦血管疾病研究。

R749.16

A

1005-9202(2016)24-6322-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.24.132

1 承德醫(yī)學院附屬醫(yī)院 2 衡水市故城縣醫(yī)院