CSF1R相關白質腦病：從遺傳性彌漫性白質腦病合并軸索球樣變到原發性小膠質細胞病

韋艷秋 徐俊 劉若茜 李琳 董珍

1984 年，Axelsson等［1］報告其對瑞典的一 4 代遺傳性疾病家系的追蹤觀察結果，71人中共17例患病，主要表現為不同的精神癥狀，其中4例尸檢提示呈廣泛性白質腦病，病理特征為髓鞘和軸索缺失，由此Axelsson首次提出了“遺傳性彌漫性白質腦病合并軸索球樣變（HDLS）”的概念。2004年，Acta Neuropathol發表了 Marotti等［2］對 一 2 代 HDLS 家 系3例患者的尸檢結果，經組織病理學檢查發現此3例的腦組織中均存在色素性巨噬細胞，其后該作者對自 1936 年以來 Van Bogaert和 Nyssen［3］報告的原始色素性腦白質營養不良（POLD）病例的腦組織切片進行回顧分析，其結果顯示，所有患者的白質病變中均可見大量的軸索球樣變性，提示HDLS與POLD之間存在關聯性。根據上述研究結果，2004年Marotti等［2］正式將成年期發病的HDLS和POLD統一命名為“成年發病的白質腦病合并軸索球樣變和色素性膠質細胞（ALSP）”。2013年，Nicholson等［4］在經病理確診為POLD的兩家系中檢出集落刺激因子1受體（CSF1R）基因突變，首次為POLD和HDLS是同一類疾病的理論提供了遺傳學證據。然而，仍有部分散發性ALSP病例遺傳學檢測并未獲得CSF1R突變的陽性結果［5］，提示ALSP發病可能還有其他基因的參與。2016年，Lynch等［6］在5例臨床癥狀相似、成年期發病的ALSP患者血液標本中檢出CSF1R基因突變陰性而編碼線粒體丙氨酰轉移RNA合成酶AARS2基因純合或雜合突變，并在其中1例患者的腦組織活檢中發現軸索球樣變性和色素性巨噬細胞等類似ALSP的組織病理變化，提示AARS2基因突變可能為ALSP的隱匿發病形式，雖然CSF1R與AARS2蛋白具有不同的細胞功能，但二者終極神經變性通路相互重疊。

2011 年，Rademakers等［7］于 Nat Genet公布其對來自世界不同地區14個HDLS家系的基因檢測結果，共發現14種不同的CSF1R基因突變類型，例如c.80C＞T、c.2624T＞C、c.2509G＞T等，致病基因定位于染色體5q32。CSF1R是一種在單核巨噬細胞中表達的跨膜酪氨酸激酶受體，其在腦組織中主要表達于小膠質細胞，與配體CSF1或者白細胞介素?34（IL?34）結合后在細胞表面形成受體同源二聚體，從而磷酸化酪氨酸殘基，進而磷酸化下游分子靶點，激活一系列信號轉導通路，在小膠質細胞的發育、穩定和活化過程中發揮重要作用［8］。小膠質細胞病是由小膠質細胞特異性基因產物缺陷或小膠質細胞功能障礙而引起的白質腦病。小膠質細胞在CSF1R相關白質腦病的發病過程中發揮重要作用，故稱為原發性小膠質細胞病。本文擬從CSF1R相關白質腦病即HDLS的臨床表現、影像學特征、病理學特征、遺傳學、疾病管理等方面對其當前研究現狀與進展進行概述，以探討小膠質細胞可能的病理生理學作用及未來研究前景。

一、臨床特征

一項來自歐洲90個家系共122例CSF1R相關白質腦病患者的研究顯示，患者發病年齡18～78歲（平均43歲）、病程1～29年（平均6.8年），女性發病年齡比男性早7年（40歲對47歲，95%CI：3.158～11.177）［9］，多于成年期發病，主要表現為神經精神癥狀和運動障礙［10］。神經精神癥狀包括額葉功能異常，如執行功能障礙、進行性認知功能減退、抑郁、冷漠、焦慮、易激惹，以及其他行為或人格改變，與行為異常型額顳葉癡呆（bvFTD）表現相似；運動障礙則包括步態障礙和運動遲緩，表現為以震顫、肌強直、運動遲緩和姿勢不穩為主的帕金森綜合征、錐體束征或延髓征如構音障礙、吞咽困難和共濟失調。HDLS臨床表現具有明顯的異質性，初始癥狀所占比例分別為認知功能下降59%、精神癥狀44%、運動癥狀38%和言語癥狀19%，其中約1/3患者可同時伴發失眠、失語或癲［9］。此外，還有一些罕見臨床表現，例如先于認知功能減退及運動障礙的腦卒中樣發作、痙攣性偏癱、視神經受累、骨囊腫或卵巢早衰［11］，需要進一步評估這些罕見表現的重要性。

HDLS的臨床癥狀與以下疾病難以區分：以神經精神癥狀為主的阿爾茨海默病（AD）、額顳葉癡呆（FTD），以及以帕金森樣癥狀為表現的皮質基底節變性（CBD）、多系統萎縮（MSA）等，另有繼發進展型多發性硬化（SPMS）、常染色體顯性遺傳性腦動脈病伴皮質下腦梗死和白質腦病（CADASIL）和其他白質腦病。因此，對于臨床表現類似行為異常型額顳葉癡呆的年輕患者，若同時伴有運動癥狀和MRI提示的腦白質異常，診斷時需注意與CSF1R相關白質腦病相鑒別。值得注意的是，運動癥狀比神經精神癥狀更為突出的年輕女性更易誤診為多發性硬化。2018年，Konno等［12］提出CSF1R相關白質腦病的診斷標準，對ALSP的診斷極為敏感。其中，對CSF1R陽性相關白質腦病診斷的靈敏度為99%，對CADASIL鑒別的特異度為88%，對CSF1R陰性相關白質腦病的鑒別特異度為42%。如果患者符合其中“很可能的（probable）”診斷標準，則建議行CSF1R基因檢測。

二、影像學特征

HDLS患者的MRI主要表現為腦白質損害和側腦室擴大，矢狀位可見特征性胼胝體變薄；這些MRI表現呈隱匿性進展，早期表現為雙側非對稱性、斑片狀T2WI或FLAIR成像高信號和T1WI低信號，主要位于額葉和頂葉，并可累及深部腦白質和皮質下腦室周圍白質纖維束［12?13］。隨著疾病的進展，病變融合可呈對稱性分布，額葉和頂葉皮質萎縮逐漸明顯，病變亦可累及投射纖維，包括皮質脊髓束，但極少出現小腦皮質、腦干和皮質下U型纖維受累征象；有些患者DWI可見持續性白質高信號或皮質線樣高信號；此外，尚可觀察到明顯的擴散系數降低的擴散受限的白質病灶，與缺血性病變不同，這些病灶可持續數月甚至更長時間，反映髓鞘內存在水腫，但無強化［14］。

HDLS患者頭部CT檢查顯示的特征性白質點狀鈣化灶大多位于鄰近側腦室前角的額葉白質，也有部分鈣化灶位于頂葉皮質下白質［15?16］。有研究顯示，由表達于髓樣細胞觸發性受體2（TREM2）或TYRO蛋白酪氨酸激酶結合蛋白（TYROBP）的純合或復合雜合突變引起的Nasu?Hakola病，雖然其腦組織鈣化灶常見于基底節區，但偶爾也可出現在額頂葉皮質下白質，與CSF1R相關白質腦病的影像學表現相似［17］。有趣的是，在一些CSF1R基因突變攜帶者的無癥狀期甚至出生時即可見腦鈣化灶［18］，表明鈣化可能與臨床癥狀或腦白質損害無關。隨著時間的推移，鈣化灶的大小和分布范圍始終維持穩定，但是有時會縮小，由于鈣化灶體積較小，易被忽略［15］，因此，推薦選擇薄層（1 mm）CT掃描和矢狀位重建圖像觀察小的鈣化灶。一般而言，存在腦鈣化灶的患者，CSF1R基因突變檢測多呈陽性［19］，表明影像學檢查所顯示的腦鈣化灶具有極高的診斷價值。另一個值得關注的是，胼胝體鈣化灶的分布模式與人類胎兒腦組織中免疫組化染色Iba1和CD68表達陽性細胞的分布范圍相似［20］，提示鈣化灶的形成與突變的小膠質細胞功能障礙之間可能存在因果關系。SPECT及18F?脫氧葡萄糖（18F?FDG）PET掃描顯示，CSF1R相關白質腦病患者呈現雙側非對稱性額葉和頂葉皮質灌注降低［21?23］。雖然這些發現均為非特異性，但可較好地反映受累腦區的病理變化。磁共振波譜（MRS）顯示，病變腦區白質肌醇（mI）、乳酸（Lac）、膽堿（Cho）代謝水平升高、N?乙酰天冬氨酸（NAA）水平降低，提示存在脫髓鞘和軸索損傷；有些無癥狀性CSF1R基因突變攜帶者，MRS也表現為膽堿代謝水平升高［24］，提示即使在疾病的早期階段，MRS對分析HDLS代謝和病理生理學過程仍具有潛在的臨床價值。

三、病理學特征

CSF1R相關白質腦病患者的神經病理學表現主要呈廣泛性腦白質變性、髓鞘缺失、大量軸索球樣變性和色素性巨噬細胞［1］。組織病理學標本觀察，腦白質變性可累及半卵圓中心、腦室周圍白質和胼胝體，但腦葉病變主要位于額葉和頂葉，而顳葉和枕葉較少受累［19］。免疫組化染色可觀察到兩種病理學標志：一種為軸索球樣變性，表現為神經纖維絲、淀粉樣蛋白泛素表達陽性，另一種為色素性巨噬細胞，表現為CD68表達陽性、含有棕色顆粒狀色素，并可自發熒光且高碘酸?雪夫（PAS）染色陽性［19］；超微結構觀察可見腫脹和球樣變性的軸索內含有雜亂的神經纖維絲、線粒體和非特異性電子致密物，且髓鞘不連續，呈碎片狀或缺失［1，19］。軸索球樣變性和巨噬細胞豐度及分布范圍似與腦白質病變的嚴重程度有關，根據Alturkustani等［25］提出的病理分期，在腦白質病變之前即已出現大量軸索球樣變性，數目可隨腦白質損害嚴重程度的增加而逐漸減少，意味著病變呈動態演變過程，故組織病理學檢查僅采集一個腦組織標本可能無法檢測到典型病變。軸索球樣變性與腦白質病變之間的這種時間和空間關聯性，支持原發性軸索病變的理論，其軸索損傷發生在髓鞘缺失之前［25］，且嚴重受累的腦白質中色素性巨噬細胞數目亦相應減少［25?26］。

Tada等［27］經對5例HDLS患者尸體解剖和1例HDLS患者腦組織活檢結果進行分析后認為，HDLS患者額葉皮質小膠質細胞形態與對照組活化小膠質細胞形態有很大不同，不同病例小膠質細胞異常程度亦有所不同。盡管，HDLS不同病例小膠質細胞形態異常程度不同，但均表現為相對均勻和特征性纖細的形態，即細胞質狹窄且薄，卷曲或破碎的突起，伴許多結狀結構，黏附及雙核小膠質細胞分散分布。有趣的是，免疫組化染色Iba1、P2ry12和GLUT5表達陽性的活化小膠質細胞的分布范圍存在空間異質性，呈現在相對完整的腦區如皮質?髓質交界處數目豐富，而被破壞的腦區相對稀少［25，27］。與活化小膠質細胞相反，免疫組化染色Iba1表達陽性但P2ry12和GLUT5表達陰性的巨噬細胞，在呈中至重度病變的胼胝體區累積并參與吞噬作用，大多數細胞表面表達CD163和CD204，考慮為M2型巨噬細胞參與組織的修復，這些細胞可能來自骨髓，彌補小膠質細胞之功能缺陷；而免疫組化染色Iba1和P2ry12表達陽性的小膠質細胞則分散在胼胝體鄰近皮質區域［27］。免疫印跡法顯示，HDLS患者CSF1R蛋白表達水平明顯下降，而小膠質細胞相關蛋白CD11b和DAP12表達水平下降，與阿爾茨海默病或Nasu?Hakola病（NHD）等疾病相比，HDLS患者小膠質細胞分布密集區域Ki?67抗原標記指數呈陽性表達的小膠質細胞增殖率增加，提示小膠質細胞在此類患者中保存了一定的增殖能力，而小膠質細胞數目的減少則提示其生存期減損。近期研究表明，成年小鼠大腦中的小膠質細胞完全依賴于CSF1R信號轉導通路而生存［28］，因此推測，CSF1R信號通路有可能降低HDLS患者皮質中小膠質細胞存活率。根據超微結構觀察，HDLS患者Iba1免疫反應性小膠質細胞胞質和突起可見水泡狀粗面內質網和解聚的核糖體，內質網窄而長，為發育不良，而非營養不良或衰老所致［27，29］，與阿爾茨海默病患者所表現的小膠質細胞內質網和高爾基體擴張、線粒體腫脹完全不同［30］。上述研究結果均支持原發性小膠質細胞病的理論，并在小神經變性病的發生與發展過程中發揮重要作用，CSF1R基因突變可使小膠質細胞喪失正常生理功能。

四、遺傳學特征

HDLS為常染色體顯性遺傳性疾病，但散發病例仍常見于文獻報道［7，31］，另外，還有一部分為家族性不完全外顯和遺傳嵌合型病例［32?34］。目前，已在全世界100多例患者中檢出71種CSF1R基因突變類型，其中56種錯義突變、8種剪接位點突變、3種移碼突變、2種無義突變和2種小缺失，顯然不存在表型?基因型相關性［19］。CSF1R基因共包含22個外顯子，全長4006 bp，編碼細胞表面膜蛋白CSF1R，包含胞內酪氨酸激酶結構域（TKD）、近膜結構域、螺旋跨膜結構域及高度糖基化的胞外配體結合結構域，幾乎所有突變均發生于CSF1R的酪氨酸激酶結構域［9］。雖然基因突變可發生于編碼酪氨酸激酶結構域的任何外顯子區，但到目前為止，最常見的基因突變區域仍主要位于外顯子18和19，突變的受體可結合配體形成二聚體，但在雜合子個體中，75%的二聚體或為配體?受體復合物，或為野生型?突變體復合物，導致75%的配體受體形成的二聚體失活［35］。

在體外研究中，表達突變體CSF1R的細胞中未見配體誘導CSF1R自磷酸化，表明CSF1R信號轉導的缺失與疾病的發生相關，即功能喪失機制［7，16］。流式細胞術顯示，經過轉染的細胞，其表面突變體CSF1R的表達水平較野生型CSF1R降低［36］，但Konno等［19］研究發現，由p.I794T 及 c.2442+1G ＞ T產生的異常剪接突變體CSF1R，在細胞表面的表達與野生型相當［16］。當突變體CSF1R被轉染至穩定表達野生型CSF1R的細胞表面時，突變體CSF1R并不抑制野生型CSF1R發生磷酸化，提示呈非顯性負性機制。

2015年，徐俊研究團隊對中國的一5代34人家系進行追蹤隨訪，共發現9例HDLS病例，9例中4例已死亡，5例生存，生存者中1例在隨訪期間死亡；基因檢測結果顯示，先證者及其他4例家系成員存在CSF1R基因外顯子20 c.2563C＞A（p.P855T）錯義突變，其中有4例已經出現臨床癥狀、1例為無癥狀攜帶者，而家系中正常成員均無該突變，該基因突變在 家 系 內 呈 HDLS 表 型 共 分 離［37］。Miura 等［38］對CSF1R的10個突變體進行鑒定，共發現2個新的移碼突變、5個新的錯義突變、2個已知錯義突變以及1個已知錯義變異體，其中，突變位于酪氨酸激酶結構域有8個，移碼突變p.Pro104LeufsTer8和錯義突變p.His362Arg位于細胞外區域；經逆轉錄?聚合酶鏈反應（RT?PCR）分析顯示，p.Pro104LeufsTer8的移碼突變導致無義介導的mRNA衰變，功能分析未發現任何位于酪氨酸激酶結構域的突變產生CSF1R自磷酸化，位于細胞外區域的p.His362Arg突變體顯示CSF1R的自磷酸化與野生型相當，表明該突變體為非致病性突變，提示在編碼酪氨酸激酶結構域外檢測到的CSF1R突變可擴展CSF1R相關白質腦病的遺傳譜。此外，Kraya等［39］發現1個位于外顯子19的新雜合子缺失?插入突變c.2527_delinsGGCA（p.Ile843_Leu844delinsGlyIle），隨著 Tyr723自磷酸化水平的增加，細胞表面CSF1R表達水平亦隨之升高，表明受體活性增強。由于靶向CSF1R酪氨酸激酶抑制劑可阻止神經變性病小鼠模型的疾病進展，因此CSF1R抑制劑的潛在藥理作用尚待闡明。Monies等［40］對一表兄妹近親婚配家系進行研究，發現1種截斷CSF1R突變的雜合子（p.Y540*），其子女存在致命表型，臨床主要表現為全身性骨質疏松、Dandy?Walker畸形伴胼胝體發育不良、廣泛性室管膜下和室周鈣化，由于無法獲得血清樣本，故不能證實患兒是否為純合型基因，但其表型與CSF1R基因敲除小鼠（CSF1R-/-）的表型相似［41］，提示 CSF1R定量缺失對維持大腦結構的完整性有至關重要的作用，CSF1R數目越少、臨床表型越嚴重。2019年，Oosterhof等［42］報告的2例CSF1R純合突變致兒童期發病的白質腦病患兒不同于ALSP表型，1例尸頭解剖發現1個具有純合剪接突變（c.1754?1G＞C），表現為胼胝體發育不良，免疫組化染色顯示大腦中幾乎完全喪失小膠質細胞；另1例純合錯義突變［c.1929C＞A（p.His643Gln）］，兒童期表現為發育遲緩和癲。通過對缺少CSF1R的斑馬魚模型分析，發現此2例患兒的大腦中也缺乏小膠質細胞，且神經元轉錄因子CUX1表達水平明顯降低。CUX1ρ神經元具有產生或維持信號轉導的作用，由于大部分CUX1ρ神經元投射至胼胝體，故推測小膠質細胞缺乏可能通過減少CUX1ρ神經元而導致胼胝體發育不良，表明CSF1R對人類大腦的發育是不可或缺的，并提示存在一種未被識別的表型擴展形式。

在針對成年期CSF1R單倍體基因缺失小鼠模型（CSF1R+/-）的研究中，觀察到類似CSF1R基因突變患者的臨床癥狀，包括認知功能減退、行為改變和運動癥狀，生長至12月齡時，MRI檢查可見腦白質異常、側腦室擴大及胼胝體變薄，電子顯微鏡觀察呈脫髓鞘和軸索球樣變性［16］，該項研究為CSF1R單倍體缺失導致腦白質變性提供了強有力的實驗室證據。小鼠腦組織中的小膠質細胞起源于表達CSF1R的紅髓樣祖細胞，該細胞最初存在于卵黃囊中，并在早期胚胎發育過程中遷移至大腦。因此通過激活胚胎期突變的小膠質細胞，可引起紅髓樣祖細胞突變，進而導致出生后神經變性［43］，為小膠質細胞病可能源于紅髓樣祖細胞早期事件提供了證據。CSF1R是小膠質細胞發育和維持功能所必需的因子［8］，CSF1R基因敲除小鼠大腦中小膠質細胞幾乎完全丟失，但外周血單核細胞保留，表明小膠質細胞的發育呈CSF1R依賴性［44］。由于胚胎小膠質細胞的發育和成熟依賴于CSF1R，因此CSF1R單倍體缺失不僅可能影響胎兒大腦小膠質細胞的發育，而且可能影響成人大腦小膠質細胞的生理功能。鑒于該基因突變攜帶者的雜合狀態，約50%的功能性小膠質細胞可能足以使攜帶者生長至成年期［19］。然而，隨著腦白質病變積聚，一旦達到閾值，可于40～50歲即出現臨床癥狀并迅速進展［19］，表明獲得毒性功能或缺失保護功能的異常小膠質細胞可能在腦白質變性中起關鍵作用。

五、疾病管理

與大多數遺傳性白質腦病一樣，CSF1R相關白質腦病目前尚無法治愈，對癥治療包括抗抑郁、抗痙攣及抗癲等方法。在某些情況下，其臨床表現可與阿爾茨海默病相似，然而，由于Meynert基底節不受累，膽堿酯酶抑制劑對CSF1R相關白質腦病患者病程中出現的認知功能障礙無明顯療效。同樣，對于帕金森綜合征，左旋多巴可能效果亦不明顯，因為黑質中的多巴胺能神經元通常是完整的。康復功能鍛煉可能有助于患者維持軀體功能。雖然，小鼠模型顯示CSF1R相關白質腦病與神經炎癥反應有關，但患者對類固醇激素、干擾素、環磷酰胺和血漿置換等免疫療法完全無效。目前認為造血干細胞移植可能有效，根據文獻報道，1例患者接受造血干細胞移植治療后神經系統癥狀至少穩定15年無進展［33］，表明造血干細胞移植治療可能對該病有效。鑒于小膠質細胞最初并非來源于骨髓，并且可通過獨立于外周血單核細胞的方式維持自我更新，因此移植骨髓來源的細胞是否能夠充分代償小膠質細胞的功能、存活期和自我更新能力，尚存爭議。雖然，需要進行深入的研究以驗證造血干細胞移植治療CSF1R相關白質腦病的療效，但值得注意的是，造血干細胞移植可能是這種致命性疾病的理想的治療選擇。

自從CSF1R基因突變被發現以來，CSF1R相關白質腦病已越來越多地被認為是成年期發病的遺傳性白質腦病中的一種獨特疾病形式，其與原發性小膠質細胞病之間的關系亦引起臨床關注［45］。目前的研究業已闡明該病的臨床、影像學和病理學特征，但其發病原因、軸索球樣變性形成機制、小膠質細胞功能缺失、小膠質細胞和其他細胞參與發病的機制、可用于預測疾病的生化或影像學生物學標志物等問題仍需進一步深入研究來解答。未來如能確認小膠質細胞病的理論，則小膠質細胞靶向治療將是一種理想的治療方法，同時有可能適用于治療其他小膠質細胞病。

利益沖突無