阿爾茨海默癥小膠質細胞免疫相關受體研究進展

徐慧琳，范 震，李 鳳，張文生，馮成強

(北京師范大學中藥資源保護與利用北京市重點實驗室，天然藥物教育部工程研究中心，北京 100875)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種慢性神經退行性疾病，患者表現出認知功能障礙、記憶能力衰退、情緒失控等癥狀，嚴重者生活難以自理。該病在中老年人群體中的發病率占所有癡呆癥的50%～60%，預計到2050年，全球患者數量會超過1.5億。AD主要的病理學特征包括患者腦中出現β-淀粉樣蛋白沉積(amyloid beta protein，Aβ)形成的老年斑塊、微管相關蛋白(tubulin-associated unit，tau)過度磷酸化形成的神經原纖維纏結，隨著研究的深入，神經炎癥逐漸被看做是一個核心特征[1]。而小膠質細胞在神經炎癥過程中扮演著重要的角色，其髓樣細胞觸發受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)、髓系細胞分化抗原33(cluster of differentiation 33，CD33)、補體受體1型(complement receptor type 1，CR1)、跨膜蛋白4結構域亞家族A(membrane-spanning 4-domains subfamily A，MS4A)等免疫相關受體參與這一過程的免疫功能調控。

1 小膠質細胞

小膠質細胞起源于胚胎卵黃囊祖細胞，是中樞神經系統的固有免疫細胞，占膠質細胞族群的10%，是大腦的第一道防線。靜息狀態時，小膠質細胞通過細胞突起的高速伸縮，發揮免疫監視功能；當其被毒性物質激活后，突起逐漸消失，體積增大，免疫吞噬功能和遷移作用加強[2]。被激活的小膠質細胞具有M1、M2兩種類型，活化的M2型具有吞噬細胞碎片和Aβ的作用，同時可釋放白細胞介素4(interleukin 4，IL-4)、IL-10、IL-13和腫瘤壞死因子β(tumor necrosis factor β，TNFβ)等抗炎因子減少炎癥反應，保護神經系統。但當腦內出現AD病變時，M1型細胞被過度活化，吞噬作用降低，同時產生IL-1β、IL-6、TNF-α、TNF-γ等促炎因子，促進一氧化氮及活性氧的合成，產生毒性作用，損傷神經元細胞。

小膠質細胞表達的免疫相關受體參與免疫監視，識別和遞呈抗原，吞噬Aβ等有害物質，分泌免疫效應因子，對于維持AD期間神經系統穩態具有重要作用。通過人類全基因組測序篩選發現，小膠質細胞免疫相關受體的基因變體與AD患病風險具有顯著的遺傳學關聯，例如TREM2、CD33、CR1、MS4A[3]，尤其是2012年發現的TREM2基因突變體rs75932628使遲發型AD的患病風險增加了2～4倍[4]，這意味著先天性免疫可能是AD發病機制的重要組成部分。同時模式動物相關實驗也證實，由這些基因表達的膜受體與由Aβ誘導的小膠質細胞增殖、免疫應答及對Aβ的清除等功能相關[5]。除此之外，Toll樣受體( Toll-like receptors，TLRs)、晚期糖基化終末產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)等模式識別受體，被視為治療AD的免疫藥物靶點得到了廣泛的研究[2]。探究小膠質細胞的免疫相關受體在AD損傷環境中的作用，能為更好地理解AD發病機制、研發AD藥物提供依據。

2 由AD風險基因表達的小膠質細胞免疫相關受體

2.1 髓樣細胞觸發受體2髓樣細胞觸發受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)是一種具有保守序列的先天性免疫識別受體，其基因位于人染色體6p21.1的基因簇上，在中樞系統中僅表達于小膠質細胞表面，參與調控小膠質細胞的活化、增殖、吞噬過程[6]。TREM2蛋白包括胞外V型免疫球蛋白結構域、跨膜結構域和胞質短小的尾域三部分。TREM2能被解整合素金屬蛋白酶10等α-分泌酶分解，隨后N端胞外域脫落，釋放可溶性的sTREM2到胞外，余下的C端部分可被γ-分泌酶分解[7]。TREM2與酪氨酸激酶結合蛋白(tyrosine kinase binding protein，TYROBP)通過賴氨酸和天冬氨酸之間的離子相互作用結合在一起，TREM2能夠識別細菌脂多糖、磷脂等陰離子配體，并將信號傳遞給TYROBP，TYROBP富含賴氨酸的免疫受體酪氨酸激活基序區域被磷酸化，募集并激活蛋白質酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，SYK)，SYK酶可誘導下游磷脂酰肌醇-3激酶、蛋白激酶B、絲裂原活化蛋白激酶的活化以及Ca2+動員等，這些通路參與調節細胞的增殖分化、吞噬作用、趨化作用、炎癥反應[8]。

基因組學研究發現，TREM2基因中rs75932628變異體最能增加人類患AD的風險，它氨基酸47位上的精氨酸被組氨酸替換，配體親和力降低，信號傳導被削弱，小膠質細胞免疫功能被抑制[9]。細胞學研究發現，TREM2是Aβ的受體，其胞外域可識別并結合Aβ，通過調節K+內向電流使小膠質細胞膜電位去極化，加快吞噬Aβ，并通過蛋白酶體降解途徑介導Aβ降解代謝[10]。模式動物研究發現，敲除TREM2基因，會導致5xFAD和APP/PS1模型小鼠腦中老年斑塊沉積面積增加，斑塊質地變疏松，小膠質細胞增殖受到抑制，營養不良的神經元數量增加，并指出TREM2通過與小膠質細胞相互作用，能將斑塊壓實，減少神經元接觸到毒性斑塊的面積，進而保護神經元[11]。而增加TREM2基因的劑量，可以減輕AD小鼠病理癥狀，改善記憶缺陷[12]。Bemiller等[13]發現TREM2缺乏會加劇6月齡鼠皮質tau蛋白病變，抑制小膠質細胞增殖，過度活化應激激酶，造成神經細胞損傷。Holtzman等發現缺乏TREM2基因的老年的tau蛋白病變模型小鼠表現出神經炎癥緩和，神經退行性病變減少等特點[14]。這些說明TREM2對于AD病理進展作用是階段性的，在早期促進病變tau蛋白和損傷神經元碎片的清除，起到神經保護作用，在中后期有致病作用，研究這種雙重作用對于靶向TREM2的潛在治療具有重要意義。

腦脊液和血液中的可溶性sTREM2均被看做是AD的生物標志物。患者腦脊液中sTREM2濃度與阿爾茨海默病呈現顯著相關性，其濃度變化趨勢與磷酸化tau蛋白濃度的變化趨勢具有一致性，且與認知學習能力減退等癥狀具有顯著一致性[6]。最新結果顯示，腦脊液中sTREM2可作為病理學生物標記物，有約60%的準確度，低于在臨床診斷程序中常用的80%～90%[15]。而2019年，日本研發小組利用10年時間追蹤調查久山町約1300名未患癡呆癥的高齡居民，發現隨著人體血清中可溶性的sTREM2值的升高，所有類型的癡呆癥，包括阿爾茨海默型癡呆癥以及血管性癡呆癥的發病風險均顯著升高，通過監測血清sTREM2的值，能顯著提高未來癡呆癥發病的預測精度[16]，這為癡呆癥提供了新的預測方法。

2.2 髓系細胞分化抗原33髓系細胞分化抗原33蛋白(cluster of differentiation 33，CD33)是一種結合唾液酸的免疫球蛋白型凝集素，為Ⅰ型跨膜蛋白，是一種先天性免疫受體，主要表達于小膠質細胞。CD33能夠識別和結合唾液酸化的病原體，抑制TYROBP免疫受體酪氨酸基抑制基序信號，進而抑制小膠質細胞抗炎信號傳導、細胞黏附和內吞作用[17]，這與前文提到的TREM2通過激活TYROBP來促進小膠質細胞增殖與吞噬作用的功能正好相反。

目前，CD33被認為是AD的遺傳風險因素之一，是與遲發型AD相關的小膠質細胞免疫網絡中一個重要的組成部分。CD33的編碼基因位于人類染色體19p13.33位點，在AD患者的大腦中，CD33的蛋白、mRNA的含量以及CD33陽性的小膠質細胞數量均顯著增加，并與認知能力的衰退和淀粉樣神經變性的增多表現出正相關性[18]。全基因組測序結果表明，CD33基因的突變體rs3865444攜帶者比非攜帶者更易患AD，因為該突變體能夠提高CD33的表達量，導致小膠質細胞的吞噬活性降低，進而增加AD風險[19]。而在基因水平抑制CD33的表達，能下調APP/PS1突變小鼠腦中Aβ水平，緩解AD病癥[20]，進一步說明CD33通過干擾小膠質細胞對Aβ的清除促進AD，從治療的角度來說，通過降低CD33的表達的方法有可能改善AD病癥。

2.3 補體受體1型補體受體1型(complement receptor type 1，CR1)蛋白是一種單鏈Ⅰ型跨膜糖蛋白，包括信號肽、胞外結構域、跨膜結構域和胞質結構域4個部分，CR1的編碼基因位于1號染色體1q32位，在中樞神經系統中僅表達于小膠質細胞，在外周系統中還存在于紅細胞等血細胞上。它是補體系統的一員，屬于先天免疫機制，通過結合補體3b(complement 3b，C3b)、C4b、C1q，調節補體級聯反應、免疫粘附、細胞吞噬，發揮保護機體免受感染和損傷的作用，在神經系統中，激活的補體系統還參與對突觸的修剪過程[21]。

Karch等[22]在對AD死者腦組織進行檢查后發現，其CR1的表達顯著上調，這一現象與認知記憶功能的衰退以及Aβ積累量表現出了相關性。研究發現，AD患者腦中神經纖維纏結和老年斑塊的存在可以激活補體系統：Aβ聚集激活并結合補體C3b，CR1能夠結合補體C3b，介導小膠質細胞對Aβ的清除；tau蛋白能夠結合并激活C1q，隨后C1q結合CR1可以激活小膠質細胞應答損傷相關的信號，發揮保護作用[23]。但隨AD病情加重，被毒性物質過度激活的CR1會促使小膠質細胞產生超氧化物，使其分泌TNF-α、IL-1β等炎癥因子，降低神經元存活率[24]。目前結果表明，CR1對AD的作用，主要是通過參與補體系統調節小膠質細胞功能實現的，其相關研究依然較少，有待于進一步探究其在AD病理進程中的功能。

2.4 跨膜蛋白4結構域亞家族A跨膜蛋白4結構域亞家族A(membrane-spanning 4-domains subfamily A，MS4A)蛋白包括N-端和C-端胞質結構域、胞外環和胞內環4個部分，在人體中存在于造血細胞和免疫應答有關的細胞，在神經中樞中多表達于小膠質細胞。

研究表明MS4A4E和MS4A6A在AD腦中表達均明顯升高，且其單核苷酸多態性與遲發型AD的發病存在顯著相關性[20]。MS4A6A在大腦頂葉的過度表達，能夠明顯加重AD病理變化[25]。細胞內鈣信號傳導失調會導致Aβ積累過多，tau蛋白磷酸化，最后使神經元受損，推動AD的發病進程，而MS4A家族中的一些蛋白，例如MS4A1、MS4A2等參與調節鈣信號[26]。雖然MS4A簇蛋白在阿爾茨海默病的發病機制尚不清楚，但其對AD病理進程起到了重要的作用。

3 其他小膠質細胞免疫相關受體

3.1 Toll樣受體Toll樣受體( Toll-like receptors，TLRs)是模式識別受體家族的重要成員，是研究比較多的與AD相關的免疫受體。在哺乳動物中，能檢測到12種類型的TLRs，在人小膠質細胞中表達TLR1-9。TLRs是由高度保守的結構域組成的跨膜蛋白，含有配體結合位點，識別特定配體后啟動炎癥過程，激活信號分子，如轉錄因子核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，以促進小膠質細胞吞噬作用，細胞因子釋放以及適應性免疫反應所需的共刺激分子的表達。與AD相關的Toll樣受體主要有TLR2、TLR4、TLR9，其中TLR2和TLR4位于小膠質細胞膜上，他們與配體結合后被激活能誘導M1型小膠質細胞活化，對AD起著有害作用，另一方面TLR4可以通過上調CD14、清道夫受體A(scavenger receptor A，SRA)的表達促進Aβ的吞噬和清除，而位于內體膜上的TLR9通過絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、p38絲裂原活化蛋白激酶、細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)等通路的激活發揮抗炎、抗凋亡的作用，對AD具有有益作用[27]。

3.2 晚期糖基化終末產物受體晚期糖基化終末產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)是表達于細胞表面的免疫球蛋白超家族的成員，它由胞內區、單次跨膜區、胞外區組成，可與晚期糖基化終末產物、Aβ、鈣粒蛋白和神經突觸生長因子等配體結合，激活小膠質細胞，誘導產生炎癥因子、NO、ROS等物質，引發級聯反應，加重AD[28]。同時RAGE的高表達能夠增強細胞內β分泌酶的活性，從而增加Aβ的產生。RAGE被視為一種極具戰略性的AD治療靶點，其抑制劑的研究被廣泛的關注。

4 受體間的功能聯系

這些參與小膠質細胞免疫應答反應的受體在功能上具有著密切的聯系，例如位于小膠質細胞內體上的TLR9能夠促進TREM2和CCR1的表達，發揮改善AD病情的作用[27]；Ana等[29]發現在5xFAD模型小鼠中，敲除TREM2基因可以抵消敲除CD33基因帶來的影響，而反之不可抵消，首次證明了TREM2是在CD33的下游發揮調節認知能力、淀粉樣蛋白的沉積、神經變性、小神經膠質細胞增生和蛋白表達等作用。

5 總結與展望

小膠質細胞參與免疫反應，具有調節神經炎癥的功能，被國內外視為治療AD的新的藥物靶點，TREM2、CD33、CR1、MS4A、TLRs、RGAE等免疫相關受體的參與其在AD病理中的增殖活化、免疫吞噬作用，調控免疫功能。而他們對AD的作用可能在不同的發病階段各不相同，整體來看，TREM2、TLR9等在AD中發揮有益的治療作用，阻止AD進程，CD33、TLR2、RAGE發揮有害作用，加重AD，CR1的功能可能是兩面性的。MS4A家族的作用有待進一步闡明。除了阿爾茨海默癥外，TREM2的基因多態性、蛋白表達、蛋白功能與帕金森病、路易體癡呆、額顳葉癡呆等許多神經退行性疾病都具有相關性[30]。研究這些受體的功能及其靶向藥物，對于AD等神經退行性疾病的治療具有著深遠的意義，但需要注意的是，AD的發病機制較為復雜，多靶點、多方位的藥物更符合其治療需要，小膠質細胞的功能是一把雙刃劍，其會根據疾病的環境、嚴重程度、患病階段和受試者的個體差異進行表型的切換，或者同時存在不同的表型，可能會產生有益和或有害的影響，在這種情況下，需要對藥物療效進行綜合性考量，并通過生物標記來跟蹤藥物的效果和疾病進展。考慮到AD病理的復雜性，未來需要付出巨大的努力來挖掘在AD病理的背景下的精確靶點，從而開發出針對正確免疫靶點的正確藥物，并在正確的治療方案下應用。