小膠質細胞的吞噬作用與神經退行性疾病的研究進展

吳駿慧，雷方，黨亞龍

(1.河南科技大學臨床醫學院 河南科技大學第一附屬醫院眼科，河南 洛陽 471003； 2.河南科技大學，河南 洛陽 471000；3.河南科技大學附屬三門峽市中心醫院 三門峽市眼科醫院眼科，河南 三門峽 472000)

吞噬作用通常指細胞將細胞內直徑>0.5 μm的顆粒物的內化過程[1]。吞噬是一種由吞噬細胞識別、吞噬和消化目標物質而引起其死亡的形式。吞噬細胞吞噬的物質主要包括：①暴露“吞噬”信號的物質；②失去“不吞噬”信號的物質；③結合調理素的信號分子[2]。吞噬作用是一個需要數百種蛋白質和數十個蛋白質家族相互協調作用的高度復雜的過程。原則上，吞噬作用可能是中樞神經系統(central nervous system，CNS)中神經元、軸突等死亡的原因，而不是后果。小膠質細胞是大腦的主要吞噬細胞，其吞噬作用是維持大腦穩態和清除神經細胞潛在毒性因子及吞噬細菌、聚集的蛋白質和細胞碎片的重要過程[3]。但有研究顯示，CNS中存在由活細胞暴露“吞噬”信號和(或)失去“不吞噬”信號而被小膠質細胞吞噬的現象[4-5]。在生理條件下，小膠質細胞吞噬CNS的組織碎片和代謝物，維持CNS內穩態；在病理狀態下，異常活化的小膠質細胞可吞噬應激狀態下有活性的神經元，即發生吞噬性凋亡[5]。但目前的體內研究尚無法區分有活性的神經元、凋亡狀態的神經元、應激但有活性的神經元和死亡的神經元的吞噬作用。因此，小膠質細胞的吞噬作用可能通過清除細菌、細胞碎片和蛋白質聚集體而對CNS內穩態有益，但其吞噬作用異常會清除活的突觸和活的神經元，從而誘發或加重神經退行性疾病。現就小膠質細胞的吞噬作用與神經退行性疾病的研究進展予以綜述。

1 小膠質細胞及其吞噬作用機制

小膠質細胞是CNS的主要吞噬細胞，起源于卵黃囊中的原始巨噬細胞，應激后會產生不同的表型，從而發揮促炎、抗炎和吞噬作用[5-6]。小膠質細胞可通過響應腦部微環境的變化影響神經發育，如吞噬凋亡細胞、修剪突觸以及調節神經發生、突觸可塑性和髓鞘形成，并提供CNS的關鍵功能[7]。在CNS的炎癥早期，小膠質細胞活化可抑制炎癥擴散并吞噬病原體、聚集的蛋白質及死亡的神經元，維持CNS內環境穩態，延緩其發展進程[3，8-9]，但吞噬不足或過度吞噬可能影響神經發育，加速衰老以及阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、多發性硬化(multiple sclerosis，MS)等疾病的病理進程[10]。因此，將小膠質細胞介導的吞噬作用作為神經退行性疾病的一種新型治療策略具有廣闊的應用前景。

小膠質細胞吞噬作用的活性依賴于細胞表面和下游信號通路特異性表達的受體，這些不同類型的受體有助于肌動蛋白的重組、有害微粒的吞噬以及其他功能的啟動[11]。有研究者將小膠質細胞的吞噬作用描述為吞噬受體胞外結構域通過“識別吞噬”信號連接到靶上的“吞噬”信號，并通過激酶誘導受體磷酸化招募蛋白質，從而啟動一系列細胞骨架和膜重塑事件，使吞噬細胞能夠攝取目標物質并消化其內化物質，然后磷酸酶去磷酸化吞噬受體，使受體回到其未磷酸化的靜止狀態[12]。吞噬作用中小膠質細胞與目標物質通過信號進行傳導，而功能失調的信號傳導可導致病理條件下的吞噬不足或過度吞噬[10，13-14]。因此，“識別吞噬”信號、“吞噬”信號、“不吞噬”信號以及調理素對小膠質細胞吞噬作用及調節均具有重要意義。

1.1“識別吞噬”信號 “識別吞噬”信號主要包括溶血磷脂酰膽堿、鞘氨醇1磷酸、Fractalkine以及核苷酸等[12，14-16]。目前的研究顯示，只有Fractalkine和核苷酸可以在小膠質細胞中發揮作用[15-16]。

Fractalkine是一種由CNS神經元表達的跨膜趨化因子，可通過CX3C趨化因子受體1[chemokine (CX3C motif) receptor 1，CX3CR1]發出“識別吞噬”信號吸引小膠質細胞[15]。CX3C配體1(CX3C ligand 1，CX3CL1)-CX3CR1通路作為免疫檢查點[17]，可通過敲除小膠質細胞中的CX3CR1阻止小膠質細胞向受損神經元快速移動，從而導致小膠質細胞的過度吞噬減弱[18-19]。在體外，CX3CL1可促進神經元存活并抑制小膠質細胞的吞噬作用，但CX3CL1/CX3CR1在完整CNS中的作用目前尚不清楚。而核苷酸可通過激活嘌呤能P2Y12受體吸引小膠質細胞，P2Y12受體是核苷酸在局部CNS損傷反應中早期誘導小膠質細胞趨化性和定向運動的信號通路的重要組成部分[16]，通過失活P2Y12受體基因可阻斷ATP/ADP介導的小膠質細胞募集，進而調節神經元活動和癲癇發作[20]。除了ATP及趨化因子發出“識別吞噬” 信號外，尿苷二磷酸(uridine diphosphate，UDP)也可作為可溶性的“吞噬”信號，阻斷UDP/P2Y6信號可防止激活神經元小膠質細胞的吞噬作用，導致神經元(垂死、受損、應激但存活的神經元)丟失和死亡[21]。此外，UDP誘導的吞噬作用也可防止小膠質細胞過度吞噬，從而延緩神經退行性疾病的進展[22]。當神經元受損時，P2Y6受體的表達上調，并可通過UDP信號作為吞噬作用的傳感器[23]，表明抑制小膠質細胞的吞噬作用可防止神經變性。但也有研究發現，高壓可增加小膠質細胞的吞噬作用，細胞外ATP和腺苷在壓力升高條件下未能阻止吞噬作用增強[24]。

1.2“吞噬”信號 “吞噬”信號在吞噬作用中占有重要地位，吞噬細胞可通過其表面的吞噬受體處理小膠質細胞上的“吞噬”信號。目前已被識別的“吞噬”信號主要包括磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine，PS)、細胞間黏附分子-3、碳水化合物(如氨基糖、甘露糖)、鈣網蛋白(calreticulin，CRT)[25]和UDP等。

PS是較經典的“吞噬”信號，也是目前研究最多的“吞噬”信號。PS是真核細胞膜的重要組成部分，也是真核細胞中含量最豐富的陰離子磷脂，約占細胞總脂質的10%[26]。PS通常存在于質膜的內側小葉上，ATP驅動的氨基磷脂轉位酶ATP8A1和ATP8A2將PS從膜的外側泵送至內側[27]。PS可暴露于細胞表面，其局部外化表達“吞噬”信號可介導小膠質細胞的突觸修剪[28-29]。在小膠質細胞中，PS識別受體主要包括兩種：①可直接結合和識別PS的膜蛋白，如髓樣細胞觸發受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)或G蛋白偶聯受體56[30-31]；②通過結合可溶性橋接分子間接識別PS的膜蛋白，如生長停滯特異性蛋白6或乳脂肪球表皮生長因子8(milk fat globule epidermal growth factor 8，MFG-E8)可間接誘導小膠質細胞的吞噬作用，其分別通過小膠質細胞吞噬受體c-Mer原癌基因酪氨酸蛋白激酶或玻連蛋白受體(如整合素αvβ3或αvβ5)誘導吞噬作用[32-34]。其中，MFG-E8可增強小膠質細胞的吞噬功能，且不會引起炎癥[35]。Sapar等[27]發現，活的神經元上的異位PS暴露可導致小膠質細胞吞噬遠端軸突，進而導致動物神經變性，異位 PS信號的直接掩蔽可減少軸突碎片吞噬[36]。由此可見，“吞噬”信號是可逆的，阻斷由PS暴露、PS結合MFG-E8及小膠質細胞玻連蛋白受體組成的吞噬途徑中的任何步驟均可抑制神經元減少[37]。CRT最初由Ostwald和MacLennan[38]在兔子的肌質網中發現，其可誘導小膠質細胞通過低密度脂蛋白受體相關蛋白1吞噬相關細胞[39-40]。小膠質細胞對暴露于CRT的神經元的吞噬作用可能是炎癥過程中神經元死亡的直接原因，因此可通過阻斷CRT/低密度脂蛋白受體相關蛋白1通路預防神經元死亡，同時CRT阻斷抗體可抑制BV2小膠質細胞吞噬凋亡的PC12細胞[41]。此外，CRT還被認為是一種調理素，有助于小膠質細胞清除大腦的細菌感染[42-43]。

1.3“不吞噬”信號與調理素 目標物質避開小膠質細胞吞噬作用的機制目前尚未闡明。有研究發現，神經元或突觸表面的CD47-信號調節蛋白α(signal regulatory protein α，SIRPα)、唾液酸均可作為“不吞噬”信號[44]，其介導的信號通路可保護目標物質。調理素主要包括補體、半乳糖凝集素3和載脂蛋白 E等。CD47蛋白在活性突觸末端表達，可通過與小膠質細胞上的SIRPα結合并產生“不吞噬”信號，以防止小膠質細胞過度吞噬突觸[14]。CD47與SIRPα相互作用可下調自身吞噬功能，有助于保護完整的髓鞘和髓鞘形成的少突膠質細胞、施萬細胞免受活化的小膠質細胞的影響[45]。小膠質細胞中的SIRPα缺乏可削弱其識別CD47信號的能力、增強對突觸的吞噬作用，加重認知障礙[44]。表明CD47-SIRPα可作為“不吞噬”信號防止小膠質細胞的過度吞噬和突觸丟失。唾液酸是脊椎動物細胞表面表達的糖脂和糖蛋白糖鏈的典型末端殘基[46]。神經元和小膠質細胞的去唾液酸化可通過補體級聯反應減少順式和反式唾液酸與免疫球蛋白樣凝集素的結合，促進小膠質細胞的吞噬作用[47]；但神經元細胞表面的高唾液酸可通過激活小膠質細胞上抑制吞噬作用的唾液酸受體CD22和CD33以及抑制補體1q、補體3與半乳糖凝集素3的結合，抑制神經元被吞噬[48]。CD22可介導α2，6-連接唾液酸的抗吞噬作用，抑制CD22則可促進體內髓鞘碎片、β淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)和α-突觸核蛋白原纖維的清除[49]。表明神經元唾液酸化可抑制神經元小膠質細胞的吞噬作用。綜上，小膠質細胞在執行吞噬作用時并不是單一識別結合信號蛋白，而是與一系列特定信號通路聯合作用，因此信號通路失調可導致小膠質細胞的吞噬異常，進而導致神經退行性疾病的發生，但吞噬作用的相關機制目前尚不明確，仍需未來進一步研究探討。

2 小膠質細胞的吞噬作用與神經退行性疾病

神經退行性疾病是一類以神經元進行性喪失為特征的疾病[50]，主要包括AD、帕金森病(Parkinson′s disease，PD)、MS、青光眼、亨廷頓病、肌萎縮側索硬化癥等。

2.1AD AD是一類與年齡相關的以記憶障礙、執行功能障礙及認知功能漸進變化為特征的神經退行性疾病[51]，其病理學特征為Aβ沉積導致的老年斑形成、tau蛋白過度磷酸化導致的神經原纖維纏結形成等[52-53]。越來越多的證據表明，可溶性Aβ產生與清除失衡是AD早期的致病因素，可溶性Aβ通過體內淀粉樣前體蛋白的特異性蛋白裂解而產生[54]。聚集的Aβ可誘導活神經元或突觸的PS暴露[55-56]，并通過小膠質細胞過度吞噬AD中的活神經元或突觸，導致病程進展[57-58]。阻斷PS與MFG-E8或玻連蛋白受體的相互作用可抑制小膠質細胞的吞噬作用，防止神經元丟失[59]。小膠質細胞在AD早期可吞噬Aβ斑塊，延緩神經退行性疾病的發展，在AD后期階段，Aβ斑塊周圍的活化小膠質細胞的吞噬作用增強，導致促炎性細胞因子水平增加，最終損害周圍的神經元，進而導致疾病進展[60]。此外，吞噬受體TREM2也與AD發病有關。TREM2-DNA X激活蛋白12是一種僅在小膠質細胞中表達的信號復合物，作為細胞表面受體，TREM2通過與DNA X激活蛋白12的相互作用啟動促進小膠質細胞活化、吞噬、存活和增殖的信號轉導通路[61-64]。表明神經元丟失可能由TREM2介導的小膠質細胞的吞噬作用導致。tau蛋白是一種在神經元中高表達的微管相關蛋白，細胞外tau蛋白可通過激活小膠質細胞誘導應激神經元的吞噬作用[65]；而小膠質細胞也可通過吞噬具有病理性tau蛋白的神經元或突觸，在AD中發揮積極作用[66]。在被小膠質細胞吞噬前，病理性tau突觸和神經元PS暴露有助于小膠質細胞去除神經元和突觸[61]。

2.2PD PD是一類以僵硬、震顫和運動遲緩為特征的神經退行性疾病，由黑質神經元的選擇性丟失、紋狀體多巴胺含量顯著減少以及黑質殘存神經元胞質內出現嗜酸性包涵體導致[67]。PD的發病機制之一涉及黑質多巴胺能神經元的選擇性丟失或退化，黑質多巴胺能神經元中富含神經黑色素蛋白，小膠質細胞的過度吞噬可導致神經元的丟失或突觸退化[68]，而經脂多糖誘導的小膠質細胞MDG548吞噬作用增強，可導致黑質多巴胺能神經元死亡[69-70]。研究證明，α-突觸核蛋白與PD密切相關，聚集的α-突觸核蛋白可抑制小膠質細胞的吞噬作用[71]。而胞外單體α-突觸核蛋白可以劑量和時間依賴的方式增強小膠質細胞的吞噬作用，單體α-突觸核蛋白與聚集的α-突觸核蛋白對吞噬作用的不同影響可能與其在細胞中的定位有關[72]。此外，突觸結合蛋白-11也可抑制小膠質細胞吞噬α-突觸核蛋白[73]。富亮氨酸重復激酶2也是PD的一個風險基因，小膠質細胞富亮氨酸重復激酶2可能通過改變氧化應激信號參與PD的發病[74]。富亮氨酸重復激酶2還可調節小膠質細胞的吞噬作用和其他過程[75]。表明小膠質細胞的吞噬作用失調可誘導繼發性免疫反應，并加劇PD進展。因此，調控小膠質細胞的吞噬作用可能為PD的治療提供更多思路。但有研究顯示，小膠質細胞的吞噬作用可能在PD中發揮保護作用[69]。

2.3MS MS是一種以感覺、活動、平衡、視覺及認知變化為主的慢性免疫介導的中樞神經系統脫髓鞘疾病，驅動神經退行性變的關鍵因素包括小膠質細胞活化、慢性氧化損傷、軸突中線粒體損傷的積累以及人腦中與年齡相關的鐵積累等[76]。

慢性脫髓鞘的軸突變性及髓鞘的累積均與MS相關，在髓鞘再生過程中，增加小膠質細胞對髓鞘磷脂碎片的吞噬是有益的[77]。有研究發現，小膠質細胞可通過有效去除凋亡細胞、吞噬碎片促進髓鞘再生[78]。小膠質細胞上的抗體依賴性TREM2激活可促進其對髓鞘磷脂碎片的清除，進而增強髓鞘再生和軸突完整性[79]。在活動性MS病變中，髓鞘被小膠質細胞吞噬，軸突損傷可能與表達小膠質細胞吞噬軸突球的人類白細胞抗原-DR有關[80]。而補體抑制劑Crry在補體3結合的視網膜原化突觸前末端處的過表達可減少突觸小膠質細胞的吞噬并保護視覺功能[81]。有研究發現，半乳糖凝集素3可通過調節肌動蛋白的表達控制小膠質細胞的形態和吞噬活性[82]。因此，將小膠質細胞的吞噬作用應用于MS的治療具有巨大潛力。

2.4青光眼 青光眼是常見的不可逆性致盲性眼病。視網膜小膠質細胞異常吞噬被認為是青光眼的發病因素之一[83-84]。小膠質細胞活化后異常活躍的吞噬功能也可造成視網膜神經節細胞的二次損傷[85]。經一氧化碳誘導后，大鼠視網膜中的阿米巴樣小膠質細胞數量增加[86]，而激活的小膠質細胞會表現出對垂死神經節細胞的吞噬作用[87]。DOCK8(dedicator of cytokinesis 8)是一種鳥嘌呤核苷酸交換因子，DOCK8基因缺陷的青光眼模型小鼠的小膠質細胞吞噬功能受損[88]。此外，補體可通過標記髓鞘和小膠質細胞吞噬細胞碎片，清除受損物質和抗炎小膠質細胞表型[89]。目前關于抑制小膠質細胞的吞噬作用對青光眼影響及機制的研究仍較少，還需未來進一步深入探討。

3 小 結

小膠質細胞的吞噬作用在神經退行性疾病病理生理過程中具有重要作用，但目前控制小膠質細胞吞噬作用信號轉導通路間平衡的機制仍未明確，尚待進一步研究。同時，還應更好地了解小膠質細胞受體在吞噬特定配體中的作用，這對于促進小膠質細胞對凋亡細胞、異常蛋白質聚集體及細胞碎片的吞噬清除至關重要，同時避免吞噬應激但有活性的神經元和(或)突觸。此外，小膠質細胞的炎癥與吞噬作用相關，其炎癥激活通常會增強小膠質細胞的吞噬作用。因此，明確小膠質細胞的吞噬作用在特定疾病環境中的確切作用、確定控制小膠質細胞吞噬作用的特異性機制及其對腦內微環境的影響，有助于探索和開發新的以小膠質細胞吞噬作用為中心的治療策略。