TREM2介導小膠質細胞吞噬功能在神經退行性疾病中的作用①

韓 雪 夏天嬌 劉斌文 顧小萍 （南京大學醫學院附屬鼓樓醫院麻醉科，南京 210008）

常見的神經退行性疾病有阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）、帕金森病（Parkinson's disease，PD）、額顳葉變性（Frontotemporal dementia，FTD）、Nasu-Hakola病［（Nasu-Hakola disease，NHD），也稱多囊脂膜骨發育不良伴硬化性白質腦病（polycystic lipomembranous osteodysplasia with sclerosing leukoencephalopathy，PLOSL）］等，具有共同病理機制，最明顯共同點是由錯誤折疊的蛋白形成的不溶性沉積物，這些蛋白通常在受影響的細胞或中樞神經系統（central nervous system，CNS）受影響的區域中表達增加［1］。研究表明可溶性低聚物可能具有神經毒性，且是淀粉樣蛋白生成蛋白聚集過程中相當穩定的中間體［2］。作為大腦中的常駐巨噬細胞，小膠質細胞具有監視功能，可有效抵御入侵微生物，并通過與神經元相互作用檢測神經元活動和健康變化。小膠質細胞還執行碎片和病原體吞噬清除及突觸修剪作用，負責清除微生物、死亡細胞、蛋白聚集體和其他可能危害CNS 的微粒和可溶性抗原，促進損傷修復和細胞外信號分泌，調節大腦發育，并參與對損傷和感染的炎癥反應，從而維持CNS 動態平衡［3］。多數神經退行性疾病的主要病理標志為小膠質細胞增生，增生的小膠質細胞通過增加趨化性遷移和細胞因子釋放、增強吞噬清除作用快速響應大腦中的神經元損傷和病理性蛋白沉積［4-5］。而小膠質細胞表面表達的髓樣細胞觸發受體2（triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2）可在不引起炎癥反應的情況下激活小膠質細胞吞噬功能清除病變產物，減緩神經退行性病理進程。TREM2 通過銜接蛋白DAP12（DNAX-activating protein of 12 kD，DAP12），也稱TYRO 蛋白酪氨酸激酶結 合 蛋 白（TYRO protein kinase-binding protein，TYROBP）發出信號，促進小膠質細胞免疫應答、增殖、存活、鈣動員、mTOR 信號傳導［6］。因此，了解TREM2 在小膠質細胞表達、信號轉導、功能尤其是其介導的小膠質細胞吞噬功能在不同神經退行性疾病中的作用具有重要意義。

TREM2 是免疫球蛋白超家族先天免疫受體，在包括CNS 的小膠質細胞在內的不同髓樣細胞群體中表達，CNS 中，TREM2 在小膠質細胞中的表達最多，約是神經元和其他類型膠質細胞的300倍，并在先天免疫應答中起重要作用［7-8］。TREM2 由細胞外V 型免疫球蛋白（Ig）結構域、跨膜結構域和短的胞質尾部組成［9-10］。TREM2 無內在信號傳遞能力，通過跨膜結構域與銜接蛋白DAP12 連接，DAP12 是一種細胞質適配器，也與其他受體相關。研究發現，TREM2 的胞外域可結合陰離子和兩性離子脂質、載脂蛋白（包括ApoE、ApoJ和ApoA）和脂蛋白顆粒以及淀粉樣蛋白（β-amyloid protein，Aβ）［11］。在神經退行性疾病中，TREM2與DAP12相互作用可激活參與小膠質細胞活化和吞噬作用的通路，并在凋亡神經元、受損的髓磷脂和淀粉樣斑塊的小膠質細胞吞噬作用中發揮重要作用［12-13］。TREM2 激活通過Src 家族激酶參與DAP12 磷酸化，啟動一系列下游信號，包括PI3K、PKC 和ERK［14］。TREM2-DAP12 可通過激活PI3K/Akt 通路調節核轉錄因子kappa B（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）和炎癥基因表達。此外，此信號通路也可通過在RAF水平阻斷MAPK 信號抑制Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）信 號［15］。TREM2 激 活Wnt/β-catenin 信號通路可促進小膠質細胞存活，并與CSF-1R信號轉導協同誘導轉錄譜，從而驅動有絲分裂、存活和抗凋亡基因表達［16］。TREM2可上調細胞表面趨化因子受體CCR7 表達，并促進趨化因子向其配體趨化因子CCL19 和CCL21 定向遷移。解離素、金屬蛋白酶結構域蛋白10（ADAM10）和ADAM17 與γ-分泌酶從細胞表面切割TREM2，釋放可溶性TREM2（soluble triggering receptor expressed on myeloid cells 2，sTREM2），sTREM2可與TREM2配體競爭性結合，AD 患者腦脊液中sTREM2 濃度提高，提示sTREM2可能成為AD的潛在生物標志物［17］。

1 TREM2介導的小膠質細胞吞噬功能及其對CNS穩態的影響

處于“靜息”或失活狀態的小膠質細胞吞噬功能缺乏，但其吞飲功能仍然存在，可在不干擾神經元及其活動的情況下有效清除各種代謝產物，并監測大腦內環境穩態。小膠質細胞的吞噬功能指受體介導的識別、吞噬和清除腦組織中的“廢物”維持CNS穩態的過程。病理刺激下，小膠質細胞被激活，伴隨著一系列細胞形態、免疫表型與功能等變化，活化的小膠質細胞可吞噬多種感染病原體、細胞碎片、Aβ、髓磷脂碎片等多種物質，從而有效清除有害物質并起抗炎作用。小膠質細胞表面多種受體均參與吞噬過程，IgG 超家族成員TREM2 作為小膠質細胞表面受體參與吞噬過程中內在化過程激發。CNS 中，TREM2-DAP12 在小膠質細胞內優先表達［18-19］。雖然信號轉導需要在小膠質細胞中對內源性表達的TREM2-DAP12 進行順序驗證，但體外基因耗竭實驗支持TREM2-DAP12 介導的小膠質細胞吞噬清除及抗炎作用對CNS 穩態維持具有重要意義。

TREM2-DAP12 可促進外源性病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）/自身來源的損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）的吞噬作用，肌動蛋白細胞骨架重構驅動吞噬過程中的膜動力學，促進損傷或刺激后細胞碎片吞噬清除。Src 激酶使得DAP12免疫受體酪氨酸殘基激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motifs，ITAM）磷酸化，為Syk和鳥嘌呤核苷酸交換因子Vav2/3 下游激活建立了1 個停靠位點，這些位點能夠激活Rac1/CDC42 依賴的吞噬作用并調節吞噬作用所必需的小膠質細胞介導的肌動蛋白細胞骨架重構［20-22］。細胞培養中，采用TREM2 過表達載體轉導骨髓來源巨噬細胞（bone marrow derived macrophage，BMDM）時，對凋亡神經元的吞噬能力顯著增強。當外周髓系細胞中TREM2表達增加時，髓樣細胞遷移到中樞神經系統損傷處，可促進髓鞘碎片清除，改善疾病臨床癥狀［23］。宿主模式識別受體（pattern recognition recep-tor，PRR）介 導 的PAMP/DAMP 識 別 后，TREM2-DAP12通路中接頭蛋白DOK3磷酸酪氨酸結合域與DAP12 的ITAM 基序相關，磷酸化的DOK3 以依賴Src 的方式從細胞質轉移到質膜，與Grb2 和Sos1 結合，阻 止Ras-ERK 途 徑 激 活［24］。因 此，TREM2-DAP12-Dok3 通過阻斷ERK 途徑抑制TLR4 誘導的促炎細胞因子分泌。LPS 刺激后，TREM2 缺失的小膠質細胞和樹突狀細胞中促炎細胞因子TNF-α 和IL-6 合成顯著增加。另外，TREM2-CTF（C 末端片段）或全長TREM2 表達均可導致DAP12 依賴性抗炎作用，但依賴TREM2 的吞噬作用需要全長TREM2受體［25］。包括AD 在內的多數神經退行性疾病和許多其他神經系統疾病最常見的病理學原理為神經膠質增生與炎癥反應，TREM2作為在小膠質細胞中高表達Ⅰ型跨膜蛋白，TREM2-DAP12 通過調節小膠質細胞吞噬、抗炎和增殖作用快速響應大腦中的神經元損傷和病理性蛋白沉積，促進神經退行性疾病中CNS修復。

2 TREM2介導小膠質細胞吞噬功能在神經退行性疾病中的作用

小膠質細胞先天免疫受體TREM2 表達改變及功能喪失最有可能由于“廢物”清除受損而導致慢性神經退行性疾病。研究證實，與具有完整TREM2受體的小膠質細胞相比，敲除TREM2后的小膠質細胞吞噬能力降低，凋亡神經細胞膜成分可促進小膠質細胞活化和炎癥細胞因子如誘導型一氧化氮合酶、腫瘤壞死因子α、IL-6 轉錄，而炎癥細胞因子反過來促進神經細胞死亡，并對突觸和神經突起產生毒性作用［26］。因此，完整的TREM2受體通過調節小膠質細胞吞噬活性似乎抵消了小膠質細胞的促炎活性。TREM2 抑制炎癥細胞因子產生可能阻止腦內破壞性炎癥級聯形成，從而起神經保護作用。吞噬細胞受體TREM2 的突變主要發生在第2 號外顯子（IgV域），該區域包含TREM2的配體結合區域，這些突變可能會干擾亞細胞轉運和配體受體相互作用，從而降低TREM2 的整體信號活性，與多種神經退行性疾病有關［27］。小膠質細胞在執行其正常的前哨功能時，可對Aβ、聚集的α-核蛋白、氧化或mSOD1 等異常或錯誤折疊蛋白的毒性刺激進行響應，并通過吞噬作用清除這些介質。而在一些神經退行性疾病中，如AD、FTD、NHD/PLOSL 和PD，TREM2功能突變可能會影響小膠質細胞吞噬作用，異常蛋白的性質及其持續產生導致小膠質細胞宿主防御功能失調，從而啟動或放大炎癥反應，導致神經毒性和神經變性［28］。

2.1 TREM2 與AD AD 是衰老過程中癡呆癥發生的最常見原因，以記憶力喪失、執行功能受損、人格改變和逐漸喪失日常生活活動能力為主要癥狀，是一種慢性神經退行性疾病。AD 的組織學改變為大腦中豐富的細胞外Aβ 斑塊積聚以及神經元內廣泛存在的過度磷酸化的tau（微管相關蛋白tau）聚集體（神經纖維纏結）［29-30］。大腦中淀粉樣斑塊積累通常比tau 纏結和認知能力下降早十年或更長時間。β-和γ-分泌酶對淀粉樣前體蛋白（APP）的順序切割產生Aβ，在腦組織中不斷生成又不斷清除。病理條件下，Aβ產生增加或清除能力受損時會導致其積累并隨后形成有毒的低聚物，阻斷長時程增強和誘導tau 過度磷酸化和聚集。TREM2 通過上調C/EBPα增加CD36 表達從而增強小膠質細胞對Aβ 的吞噬作用，保護神經元細胞免受Aβ 誘導的細胞毒性［31］。TREM2在小膠質細胞表達可控制淀粉樣斑塊結構，并在斑塊和鄰近神經纖維之間形成絕緣的微環境或屏障限制斑塊生長，防止致密斑塊到彌漫性斑塊轉變。而TREM2 表達下降會導致淀粉樣蛋白斑塊周圍小膠質細胞聚集減少，斑塊周圍小膠質細胞減少可能由增殖減少、代謝適應能力降低和死亡增加引起，斑塊吞噬清除能力降低導致彌漫性淀粉樣斑塊積聚［32-34］。降低的屏障功能可能導致淀粉樣斑塊生長，從而導致疾病進展［35］。TREM2 缺乏的小鼠腦中積聚的彌散性斑塊與嚴重的軸索營養不良有關［34-35］。但究竟由于斑塊周圍的小膠質細胞形成的物理屏障還是通過斑塊致密使其釋放出較少的可擴散抗體保護神經元免受有毒抗體損傷尚未闡明。總之，TREM2 缺乏可導致小膠質細胞在細胞增殖、向斑塊極化、屏障形成和淀粉樣蛋白致密方面存在缺陷，并伴有軸突營養不良惡化。相反，在轉基因AD小鼠模型中過表達TREM2可顯著降低可溶性和不可溶性Aβ 水平，緩解神經元損傷，提高與突觸形成和認知功能相關的突觸素水平，從而起神經保護作用［36］。在經典的中年AD 轉基因模型APPswe/PS1dE9 小鼠大腦中過表達TREM2 可改善AD 相關的神經病理學并改善空間認知障礙，提示TREM2在此過程中早期具有神經保護作用。在衰老（18個月）APPswe/PS1dE9 小鼠大腦中過表達TREM2，并在2 個月后觀察其對AD 相關神經病理學和空間認知障礙的功效，出乎意料的是，TREM2 過表達在衰老的APPswe/PS1dE9小鼠中無法緩解小膠質細胞吞噬功能缺陷，原因可能為Aβ 結合受體數在疾病晚期急劇減少，導致小膠質細胞吞噬Aβ 能力大幅下降，最終導致TREM2 介導的神經保護作用失敗［37］。這些發現強調了對AD 患者進行早期治療的重要性。最近一項研究發現，在AD 早期（2～6個月）階段敲除TREM2 可通過直接抑制小膠質細胞吞噬作用防止突觸損失，而在AD 中晚期（6～10 個月）階段淀粉樣蛋白沉積占主導地位時，敲除TREM2可加速突觸功能障礙，原因為其抑制了小膠質細胞吞噬作用引起更嚴重的淀粉樣蛋白沉積［38］。關于TREM2對tau病理的影響，有研究發現TREM2 缺乏會加速tau 病理過程，反之則阻止tau 引起的神經變性［39］。因此，吞噬受體TREM2 在AD 中的作用可能受疾病發展階段和固有病理影響。

AD 全基因組關聯研究已發現多個免疫相關遺傳風險基因，如早老素1（PS1）基因、PS2 基因、APP基因和載脂蛋白E（ApoE）基因及TREM2 基因，TREM2 R47H 變體被發現與遲發性AD 顯著相關，使AD 發生風險增加了3 倍［40-41］。研究發現，R47H變異體抑制了BV2 細胞的炎癥反應，但與非攜帶者相比，AD 患者中的R47H 攜帶者增加了炎癥途徑相關基因表達［42-43］。R47H 變體在TERM2 胞外域中的定位可能影響與配體的相互作用，體外實驗顯示出與陰離子和兩性離子脂質結合減少，也可能會干擾小膠質細胞與受損神經元膜的相互作用，并影響吞噬清除作用［41-44］。晚發性AD 家族的一項研究發現，ApoE4 主要影響發病年齡，而TREM2 R47H 縮短了病程，可能反映了疾病進展。TREM2 R47H AD 病例中小膠質細胞離子鈣結合接頭分子1(Ionized calcium binding adapter molecule 1，Iba1)水平下降，可能由于小膠質細胞數量減少或大量小膠質細胞丟失Iba1 所致，而Iba1 是小膠質細胞運動和吞噬功能的重要影響因子，AD 患者大腦中β-淀粉樣蛋白負荷與Iba1水平呈負相關［45-46］。因此，TREM2 R47H可能通過進一步降低Iba1 水平加劇AD 小膠質細胞功能障礙。TREM2 R47H突變小膠質細胞無法在體內包圍和清除淀粉樣蛋白斑塊，導致彌散性斑塊附近的營養不良性神經突積聚［47］。R47H 攜帶的AD患者腦組織標本較非攜帶AD 患者小膠質細胞少、斑塊致密，斑塊周圍營養不良神經突起和tau 病變較多，與TREM2 基因缺陷小鼠表型一致。除R47H外，TREM2 另一種變異體R62H 也會引起小膠質細胞的吞噬功能受損。TREM2 R48H變體在體外降低了不同細胞的吞噬活性，吞噬活性降低可能通過破壞受損神經元和聚集蛋白清除而導致神經退行性病變，從而促進大腦中慢性前炎癥反應［44，48］。另外R47H 變異也是其他神經退行性疾病的一個強大的遺傳風險因素。

2.2 TREM2 與PD PD 是一種遲發性神經退行性疾病，是引起神經退行性運動障礙的最常見原因，其特征為運動和非運動癥狀，與錯誤折疊的α-突觸核蛋白組裝成原纖維包裹體（稱為路易體和路易神經炎）及黑質中多巴胺神經元丟失有關。低聚α-突觸核蛋白可直接誘導神經元毒性，還可觸發小膠質細胞活化和炎癥反應，加速疾病進展［49］。TREM2缺乏的PD 小鼠模型中觀察到α-突觸核蛋白誘導的神經變性及小膠質細胞激活增加，小膠質細胞活化可能是抗炎狀態與促炎狀態之間的轉變，表明通過調節小膠質細胞激活狀態，削弱小膠質細胞TREM2信號傳導可加劇α-突觸核蛋白誘導的神經變性。AAVSYN PD 小鼠模型中，TREM2 缺失加劇了AAVSYN 相關的多巴胺能神經元丟失［50］。另外小膠質細胞在清除α-突觸核蛋白方面發揮重要作用，而α-突觸核蛋白異常聚集也會破壞小膠質細胞的吞噬作用，所以小膠質細胞正常的吞噬清除作用對改善PD 疾病進程至關重要。晚發型AD 家族TREM2 R47H 變異攜帶者中發現PD 蛋白病理的主要組成部分α-突觸核蛋白表達增加［45］。最近研究發現，TREM2基因外顯子2 內的編碼變異（R47H）增加了美國和西班牙的散發性PD 易感性。因此R47H 與PD 關聯是否與過表達該變體導致的小膠質細胞中吞噬作用缺乏而引起α-突觸核蛋白異常聚集有關是重要的研究方向［51］。

2.3 TREM2 與NHD/PLOSL NHD/PLOSL 是 一 種罕見的隱性系統性疾病，表現為系統性骨囊腫和進行性腦病，從而導致早老性癡呆，神經病理學表現為髓鞘和神經元丟失、星形膠質細胞增殖和大腦白質及基底神經節中小膠質細胞激活，NHD 患者小膠質細胞功能障礙和激活可能是主要致病因素，且Iba1 水平降低［52-53］。NHD 患者出現軸突變性、白質喪失和皮質萎縮，表現出小膠質細胞密度增加和激活，提示炎癥反應失調。NHD 白質病變脫髓鞘損傷，主要由于缺乏與鞘磷脂、硫脂和腦苷脂結合的TREM2，小膠質細胞不能感知髓鞘損傷導致受損髓鞘清除障礙，無法釋放生長因子幫助少突膠質細胞重新形成髓鞘［54］。TREM2 或DAP12 的純和突變均可導致NHD。NHD 患者的TREM2 基因序列分析發現NHD 和TREM2 胞 外 域Y38C、W50C T66M、V126G 突變有關，NHD 相關的突變（Y38C 和T66M）減少了TREM2 與其配體的結合，且與AD 相關突變相比，NHD相關突變的配體結合丟失更為嚴重［36，55］。TREM2 基因外顯子2 的純合錯義突變即W50C 突變，對其外周血單核細胞和中性粒細胞的吞噬活性研究未發現明顯差異，但生物信息學分析表明，其可損傷TREM2功能，W50C TREM2的突變基因位于細胞外蛋白的一部分，通過影響IgV 形域與其他細胞外分子相互作用導致其下游TYROBP 蛋白的胞內信號轉導降低，從而導致NHD［36］。

2.4 TREM2 與FTD FTD 也是比較常見的神經退行性疾病，是癡呆癥的第二大常見病因，其特征為隨著大腦額葉和顳葉區域參與，行為、性格和語言逐漸改變。FTD 病例中，約40%具有陽性家族史，其中約10%為常染色體顯性遺傳，這些基因缺陷表現出明顯的臨床表型。研究發現小膠質細胞中TREM2 變體p.T66M 和p.Y38C 與FTD 遺傳風險相關，該突變可導致TREM2 成熟障礙，而成熟的膜結合TREM2表達與小膠質細胞吞噬活性相關，表現為ADAM10 介導的蛋白水解顯著減少，抑制TREM2轉運和加工，損傷TREM2介導的小膠質細胞對多個配體的吞噬作用，如顯著抑制了小膠質細胞對大腸桿菌和Aβ 肽等的吞噬清除功能［56］。TREM2p.T66M敲入小鼠中觀察到sTREM2 生成減少，體內脂多糖刺激下炎癥消退，同時巨噬細胞的吞噬活性明顯降低［57］。TREM2 p.T66M 和p.Y38C 突變也可能會引起內質網積累和誘導內質網應激［48］。另外，與FTD弱相關的TREM2 T96K 和D86V 變體引起的結構變化與由FTD 強烈相關的T66M 變體引起的結構變化相似，但程度較小［58］。因此，TREM2 突變不僅可能削弱其信號傳導活性，還會引起細胞應激，影響小膠質細胞功能和生存能力。

3 結語

神經退行性疾病發生發展不僅取決于內源性蛋白錯誤折疊，且取決于蛋白清除。小膠質細胞作為CNS 的常駐細胞，其最顯著特征之一是具有正常的吞噬能力，可清除來自CNS 的異常蛋白，能夠吞噬和降解各種類型的腦源性產物，如凋亡細胞、髓鞘和軸突碎片，包括Aβ 的蛋白沉積物和突觸碎片等，在延緩神經退行性疾病進展中發揮重要作用。先天性免疫受體TREM2 可在不引起炎癥反應的情況下激活小膠質細胞吞噬功能。成熟的膜結合TREM2 正常表達對小膠質細胞吞噬活性的調節對提高細胞碎片和淀粉樣蛋白等的清除率具有重要意義。TREM2 表達改變或功能突變導致小膠質細胞功能受損，破壞吞噬作用，引發慢性炎癥反應或神經變性，從而誘導神經退行性變。這些研究突出了小膠質細胞吞噬作用在維持腦穩態中的重要性，人類遺傳學已證明TREM2 可能通過調節小膠質細胞吞噬功能對AD 和其他神經退行性疾病發揮神經保護作用。因此，吞噬作用的重要調節劑TREM2使小膠質細胞向抑制疾病的方向發展可能代表了神經退行性疾病新的治療靶點，可能是未來神經退行性疾病治療的發展方向。