炎性衰老在阿爾茨海默病發生中的作用機制

康美美，王蓉

首都醫科大學宣武醫院中心實驗室，北京市老年病醫療研究中心，北京腦重大疾病研究院阿爾茨海默病研究所神經變性病教育部重點實驗室，北京100053

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一種年齡相關的中樞神經系統退行性疾病，主要表現為進行性記憶減退，認知能力下降，以及其他神經精神癥狀及行為障礙，最終導致生活不能自理直至死亡[1-2]。AD 已經成為老年群體中繼心臟病、惡性腫瘤、腦卒中后第4 位死亡原因[3]。相關研究統計，65 歲以上人群AD 發病率為5.14%[4]，目前我國AD 患者已經超過1000 萬，預計到2050年AD 患者將接近2000 萬[5]。隨著人口老齡化程度的加劇，AD 患者數量還會相應增加，給患者、家庭和社會也帶來了沉重的心理和經濟負擔。然而，對于AD 的發病機制和有效的治療措施尚未取得突破性進展，使得AD 的研究一直處于火熱狀態。人體先天性免疫系統和適應性免疫系統會隨著年齡增長發生變化，前者更加活躍，后者功能下降。炎性衰老是伴隨免疫系統改變而來的促炎反應狀態慢性進行性升高的現象，在AD 和帕金森病（Parkinson's disease，PD）等老年相關疾病中的作用越來越引起關注。本文將就炎性衰老在AD 中的作用機制進行綜述。

1 炎性衰老

衰老指結構退化、內環境不平衡、功能下降、適應性、彈性、抵抗力下降的過程。越來越多的研究發現，炎癥與老化的發生和發展密切相關，基于此提出了炎性衰老的概念。炎性衰老以慢性低水平炎癥狀態（chronic low grade inflammation state，CLIS）為特征，是老年疾病高發病率高死亡率的危險因素之一[6]。慢性低水平炎癥狀態又稱炎性衰老，最早由意大利病理學教授Franceschi 等[7]于2000年提出，是指與年齡增長相關的長期免疫系統激活[8]，促炎因子水平高，免疫系統處于低水平獲得狀態[9]。

炎性衰老涉及細胞因子網絡及其穩態的失調[10]，某些信號通路與其密切相關，其中NF- B 和IL-1 在炎性的級聯反應中發揮了重要的作用。此外，促炎因子IL-1、IL-6、TNF- 和抗炎因子IL-10、TGF- 和IL-37 對維持細胞因子網絡穩態也具有重大意義。

區別于急性炎癥持續幾天的就消退的局部紅腫熱痛，慢性炎癥的病程可高達數月甚至數年，在與年齡相關的疾病如AD 和PD 等年齡相關疾病中扮演著越來越重要的角色。

2 炎性衰老的機制

1996年由Sohal 教授[11]在Harman[12]和Stadtman[13]等人的學術成果基礎上提出了氧化應激（oxidative stress）假說，認為衰老相關的功能喪失是由于分子進行性和不可逆性的氧化損傷（oxidative damage）造成的。機體遭受各種有害刺激時，氧化程度超過細胞對氧化物的清除能力，氧化與抗氧化失衡，從而導致組織損傷的過程。氧化損傷在慢性炎癥引起的衰老和免疫系統中扮演了重要的角色，與人老化速度和壽命密切相關[14]。此外，熱量限制和抗氧化劑成功降低氧化損傷，延緩衰老的研究結果也佐證了氧化損傷與炎性衰老之間密切的關系[15]。

機體DNA 修復機制可以將受損傷的DNA 修復，但是隨著年齡增加，DNA 損傷逐漸增多，損傷的DNA 聚積，并最終導致細胞死亡，DNA 損傷反應（DNA damage response，DDR）信號傳導是連接DNA 損傷積累、細胞衰老和生物衰老的關鍵機制。衰老細胞中的DDR 激活促進了促炎性分泌表型(SASP) 的獲得，后者又引發了鄰近細胞的DDR 和SASP 激活，從而創造了局部和全身水平的炎性環境[16]。

糖化是內源性衰老機制之一，它可以自發發生，也可以病理性方式在糖尿病、腎衰竭和炎癥（糖氧化）期間發生。晚期糖基化終產物（AGE）是糖和大分子（蛋白質、脂質和核酸）進行的有害非酶修飾后的產物，在老年人及相關神經退行性疾病患者血漿中含量增加。AGE 受體RAGE（晚期糖基化終產物受體）可以結合轉導各種炎癥性配子，如AGEs 和S100 鈣調蛋白等調節炎癥、凋亡和自噬等其他重要細胞過程[17]。Chieh-Yu 等[18]發現，AGE 可以通過MAPK-ERK 和MyD88 轉導的NF- B 和p50 信號通路促進單核細胞產生IL-6，促進炎癥反應。Teissier 等[19]也發現，相比于老年野生型小鼠，老年RAGE 敲除小鼠炎癥標志物表達下降，老年淀粉樣變性明顯減少。

自噬是細胞清除細胞廢物、已修飾蛋白、蛋白聚集體和受損細胞器的過程，在保持細胞產物合成、降解和回收平衡、維持促進細胞生長和發育中發揮重要作用，是控制蛋白質和細胞器質量和維持細胞穩態的過程。隨著年齡的增加，細胞損傷修復機制下降，細胞自噬能力下降，導致受損的分子、蛋白、DNA 以及脂質在細胞中堆積[20]。Stranks等[21]發現，在缺少自噬基因Atg7 的情況下，巨噬細胞數量增加，吞噬作用等相關功能減少，炎性細胞因子顯著增加。自噬紊亂也影響了炎癥小體活性、細胞因子分泌、抗原呈遞和淋巴細胞功能。

炎癥小體（in ammasome）是為啟動和維持先天免疫應答而激活的一種胞質多蛋白復合物，是pro IL-1 和pro IL-18加工的平臺，通常由胞漿模式識別受體，即NOD 樣受體（NLR）、半光天冬氨酸酶1（caspase 1）以及銜接蛋白ASC（細胞凋亡相關蛋白，含有C 末端半胱天冬氨酸酶募集結構域CARD）三者組成。根據可變氨基末端結構域顯示，NLR有幾個亞家族，NLRP 家族成員帶有一個N 末端的吡啶結構域（PYD），可以與ASC 的吡啶結構域相互作用，而后橋聯到pro caspase-1[22]。NLRP3 是含有吡啶結構域3 的NOD 樣受體家族，在神經免疫調節、神經炎癥和神經退行性病變中發揮重要作用。正常情況下，NLRP3 樣受體3（NLRP3）炎性小體可上調自噬活性，加快免疫介質的清除[23]。在衰老細胞中，NLRP3 激活，引起一系列炎癥反應反過來抑制自噬，使得免疫介質持續激活，炎性反應延長，加速衰老[24]。

3 AD 的發病機制

正常情況下，人體內淀粉樣肽（amyloid protein，A ）生成后降解平衡。當-淀粉樣前體蛋白（-amyloid precursor protein，APP）基因突變代謝異常時，被體內的和分泌酶切割，導致A 生成增多，或者降解減少，胞外大量A 沉積，形成老年斑。寡聚肽A 具有神經毒性，當其在腦內沉積時，會引發復雜的級聯反應，最終導致神經元的死亡。

人體內Tau 蛋白磷酸化和去磷酸化處于動態平衡狀態，異常磷酸化的Tau 蛋白微管上脫離，胞內沉積，形成神經纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFTs），進而導致疾病的發生。

近些年來，神經炎癥(neuroinflammation) 作為神經退行性疾病的重要組成部分也得到了廣泛的認可，但是炎癥是引起疾病的直接原因還是間接結果還不清楚。細胞因子可以通過調控免疫反應來誘導神經退行性疾病已經得到了廣泛認可，但是細胞因子如何促進AD 的具體機制還知之甚少。在炎性衰老促進AD 的反應進程中，核心事件包括淀粉樣蛋白激活膠質細胞分泌的各種促炎因子和炎癥小體[25]。

4 炎性衰老與AD

神經膠質細胞（neuroglial，NG）構成中樞神經系統微環境，NG 的激活在AD 病理變化中有重要作用。AD 患者腦中繼發有小膠質細胞（microglial，MG）和活化的星形膠質細胞（astrocyte，AS）數量增加，它們活化后分泌大量細胞因子，釋放自由基和一氧化氮（NO），啟動免疫炎癥反應。神經膠質細胞的炎性改變，先于神經元，在神經炎癥中占主導作用[26]。

星形膠質細胞是體積最大和分布最廣泛的膠質細胞，占人腦體積的20%～50%，其特點是胞體發出許多長長的突起，伸展并填充于神經元及突起之間，起支持和分隔作用。同時，作為免疫活性細胞，通過與炎癥介質相關的多種方式而被激活，表現為細胞腫脹、肥大、突起增多及膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）表達增強[27]。在小鼠模型中，由小膠質細胞分泌的IL-1 、TNF 和C1q 誘導A1 反應性星形膠質細胞喪失支撐神經元的能力，并使得神經元和少突膠質細胞死亡[28]。A 可以通過激活原代星形膠質細胞NF- B 通路，誘導C3 mRNA 表達增加，進而導致突觸丟失。

小膠質細胞的作用是吞噬腦組織中病原體和顆粒，是具有清除炎性斑塊作用的清道夫細胞，通過調節功能性突觸的數量在維持腦穩態和神經元回路可塑性中發揮重要作用。小膠質細胞腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BNDF）信號傳導可促進突觸形成，致炎因子長期作用下被激活并分泌多種細胞因子對神經元起毒性作用。小膠質細胞可以通過高度保守的模式識別受體（PRR）[包括Toll 樣受體（TLR）、NOD 樣受體（NLR）和清道夫受體（SR）和高級糖基化終產物（RAGE）受體]檢測外源信號（病原體相關分子模式，PAMP）和內源信號（危險相關分子模式，DAMP）。在AD 中，小膠質細胞PRR 可以與可溶性A 結合，產生促炎因子。

有文獻報道，載脂蛋白E4（APOE4）可以引起血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）的改變，BBB 破壞程度和認知障礙程度有關，是AD 的早期標志物[29]。BBB 功能的破壞也會誘發神經炎癥過程，激活膠質細胞（尤其是A1 型星形膠質細胞），增加炎癥性細胞因子的產生[30]。血腦屏障透過率的增加也常常伴隨著細胞因子和活性氧的增加，使得相關信號通路激活，促進膠質細胞表型改變，導致認知損傷早期的自噬發生[31]。

A 可以激活NLRP3 受體，促進小膠質細胞分泌IL-1[32]。IL-1 在多種細胞中表達，包括巨噬細胞、單核細胞和中性粒細胞。在中樞神經系統中，它可以由小膠質細胞、星形膠質細胞和神經元中釋放[33]。在神經膠質細胞中，IL-1 激活NF- B 信號轉導，上調細胞因子，溶酶體損傷；在APP/PS1 轉基因小鼠中，NLRP3 可以促進A 的病理反應，IL-1激活MAPK-p38 信號，增加被BACE1 切割的分泌APP 片段，使A 沉積增多，缺乏NLRP3 基因或NLRP3 抑制劑則可以減少A 沉積[25]。

IL-18 與IL-1 類似，也是由激活的炎性小體與IL-18 受體結合后，激活NF- B、STAT3 和NFATc4，調節神經元興奮性，抑制LTP，增強神經元可塑性，改善學習記憶。與IL-1 不同的是，NLRP3 抑制劑不會降低IL-18 的表達[33]。

5 炎性衰老的干預對AD 的影響

目前為止尚未發現有效的預防、阻止或者逆轉AD 的方法，膽堿酯酶抑制劑（鹽酸多奈哌齊和加蘭他敏）NMDA受體拮抗劑（美金剛）等藥物治療效果也僅比姑息治療略好。抗炎干預防治認知障礙可能會對AD 患者有益。

除傳統抗氧化劑如維生素C、維生素E、輔酶Q10 具有改善認知障礙的作用外，一些新的抗氧化劑，如Twendee X[34]和Tocotrienols[35]也顯示出對AD 患者的有益作用。20 mg/kg/d 的Twendee X 在CCH 新型AD 小鼠模型中顯示出了明顯的-淀粉樣蛋白，tau 和-突觸核蛋白的病理學和認知缺陷改善，并伴有氧化損傷減弱。臨床研究顯示Tocotrienols 可以通過減輕腦白質病變進展預防AD 的認知能力下降。

Troxerutin（維生素P4）是一種源自蘆丁的具有抗氧化和抗炎作用的半合成生物類類黃酮，在AD 病模型中，降低了膽堿酯酶活性，增加抗氧化酶活性，下調NF- B 改善認知功能[36]。

治療II 型糖尿病的一線用藥二甲雙胍，激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），調節細胞代謝，下調炎癥因子TNF-、IL-6 和COX-2 等表達，抑制DNA 損傷，增強抗氧化等多種途徑改善炎性衰老[37]。

6 小結

生理情況下炎癥是清除感染和維持內環境穩態的有益過程，但是當其發展為慢性低水平炎癥狀態時，則成為死亡的危險因素之一。不僅是AD、PD、II 型糖尿病、心血管疾病、癌癥和骨質疏松等年量相關疾病均與炎性衰老密切相關。未來工作重點應該放在解決老年人維持免疫系統穩定上，而不是干預炎癥介質，以便給疾病提供更好的治療機會。