小膠質細胞在阿爾茨海默病中的作用及潛在的應用價值*

楊夢艷， 周小濤， 張繼川， 陳艷梅

（昆明理工大學醫學院，云南 昆明 650550）

阿爾茨海默病（Alzheimer disease， AD）是神經退行性疾病的一種。全世界的癡呆癥患者數約為5 000 萬，每年新增的癡呆癥人數約為1 000 萬，AD是癡呆癥中患病率最高的疾病，AD 患者占癡呆癥患者的60%~80%［1］。AD 的發病機制目前尚不明確，其病理特征主要為腦內β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein， Aβ）聚集成的淀粉樣斑塊沉積和τ 蛋白（tau protein）過度磷酸化產生的神經纖維纏結（neurofibrillary tangles， NFTs），由此導致神經元損傷和膠質細胞聚集［2］。通常AD 前期發展緩慢，若不加以控制會隨時間推移而逐步惡化，其臨床表現為記憶力逐漸下降，認知功能衰退等。AD 根據發病形式分為家族性和散發性（遲發性）兩種，散發性AD 是占絕大多數，載脂蛋白E4（apolipoprotein E4， ApoE4）是散發性AD 的風險蛋白［3］。目前AD 的治療方案主要以緩解癥狀為主，而且針對性的候選藥物沒通過后期臨床試驗。

小膠質細胞誘導的神經炎癥可能是AD 治療失敗的原因之一。在大腦發育的早期階段，小膠質細胞主要負責調控中樞神經系統（central nervous system， CNS）內神經元細胞的數量。在正常生理狀態下，小膠質細胞是穩態表型，調控和監測著周圍微環境的穩定。小膠質細胞具有功能可塑性，當腦內出現感染、損傷等時，小膠質細胞被激活，迅速轉移至損傷部位并負責清除有害物質包括入侵微生物、細胞碎片、有毒的蛋白質聚集體等［4］。適度的神經炎癥在CNS 發育和損傷后起修復和保護的作用，但小膠質細胞過度激活（慢性持續激活）引發的神經炎癥是有害的，可造成認知功能下降，最終導致AD 的發展［5］。因此小膠質細胞是否具有保護功能尚存在爭議。本文介紹了小膠質細胞的免疫應答反應及其參與AD 發病的機制，并綜述了靶向小膠質細胞治療AD的可能方案。

1 AD的主要發病機制

AD 發病因素包括氧化應激，內質網應激，Aβ 的產生和 τ 蛋白的過度磷酸化，以及后續誘發的神經炎癥［6］。氧化應激被認為是AD 發病機制中的關鍵角色之一。AD 患者腦內過量的活性氧（reactive oxygen species， ROS）生成會通過控制誘導型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase， iNOS）轉錄而導致DNA 損傷，調節過氧亞硝酸鹽（ONOO）生成等。ONOO、iNOS 和ROS 水平的升高導致活性氮（reactive nitrogen species， RNS）的產生［7］，RNS 和ROS 水平的升高誘導β-和γ-分泌酶的催化作用而導致Aβ生成，并阻止Aβ進入體循環排泄，因此增加了Aβ 的沉積和生成［8］。

Aβ 的毒性主要是由寡聚體或者小的聚合物所介導。τ 蛋白主要調節微管的動態穩定，但τ 蛋白過度磷酸化造成微管結構破壞，導致神經元纏結。在AD中，Aβ的出現先于τ蛋白的病理學改變［9］。Aβ寡聚物與τ 蛋白相互作用。細胞內Aβ/τ 蛋白復合物可以加速τ 蛋白過度磷酸化和Aβ 聚集，并且Aβ 聚集形式（即斑塊、低聚物）可能提供促進τ蛋白聚集和傳播，促進疾病進展［10］。在Aβ 引起的突觸功能障礙中也可以觀察到τ 蛋白的身影，說明Aβ 和τ 蛋白在AD發病機制中聯合發揮作用［11］。

腦中Aβ沉積是AD 的起始事件這一假說一直在學術界流行多年，現在越來越多的證據表明AD 發病機制是多方面的。AD 患者中炎癥標志物水平升高以及AD 風險基因的檢測表明，神經炎癥在AD 的發病機制中具有顯著作用。Aβ 引起神經膠質細胞的激活，進而啟動Toll 樣受體4（Tool-like receptor 4，TLR4）/p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）/核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）神經炎癥信號通路，又通過Nrf2/JNK/Wnt/GSK-3β 途徑產生NFTs 和Aβ 斑塊［12］。神經炎癥主要特征是CNS 中小膠質細胞產生促炎因子，包括IL-1β、IL-6、IL-18 和腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor， TNF），趨化因子等，它們的釋放可導致突觸功能損傷、神經元死亡和神經發生抑制［13］。

谷氨酸是主要的大腦的興奮性神經遞質。細胞內谷氨酸穩態是重要的大腦功能。谷氨酸的代謝失穩導致神經元興奮性毒性［14］。興奮性毒性最初被認為是神經退行性疾病的晚期階段的副作用。有文獻提出τ 蛋白和Aβ 參與介導AD 的興奮毒性，后者在AD 早期可能出現，并促進神經變性過程［15］。在AD中，可溶性Aβ 二聚體阻礙谷氨酸被突觸前膜和星形膠質細胞膜上的興奮性氨基酸轉運體（excitatory amino acid transporters， EAAT）攝取，同時突觸間隙不存在谷氨酸代謝酶，谷氨酸在突觸間隙中積聚［16］，而且淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）和τ 蛋白可以阻礙膠質細胞胞外谷氨酸的進入，最終導致胞外谷氨酸濃度升高，從而對神經元產生興奮性毒性作用［17］。

2 小膠質細胞在AD發病中作用

2.1 小膠質細胞激活的不同表型作用及轉化 神經系統中小膠質細胞是胚胎發生早期遷移大腦的巨噬細胞，具有特定的形態。小膠質細胞主要分為靜息M0 型和活化M1/M2 型［18］。小膠質細胞膜受體通過與神經元分泌的神經遞質相互作用維持靜息M0型，維持著神經系統的穩定［19］，釋放各種神經營養因子以支持神經元回路的形成并促進其存活，促進未成熟或缺陷神經元的程序性細胞死亡，并通過吞噬作用清除細胞碎片。小膠質細胞處于靜息M0 時胞體較小，有樹枝狀分支，呈梭狀；激活后，其胞體變大，突起及分支消失，呈變形蟲樣，有利于移動。

CNS 病變時會導致膠質細胞表型改變，主要有經典活化狀態M1 型或選擇活化狀態M2 型。M1 型小膠質細胞產生促炎因子、細胞趨化因子和多種神經毒性物質，（如IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18、IL-23 和TNF-α），誘導產生有害炎癥反應。M2型小膠質細胞主要分泌抗炎因子（如IL-4、IL-10、ARG1 和TGF-β等），抑制炎癥反應，同時還通過分泌腦源性神經營養因子、神經生長因子等發揮神經元保護作用［20］。

在腦出血后的急性期，M1 型小膠質細胞激活促炎并加重顱腦損傷，隨后M2型小膠質細胞激活增加，發揮抑制炎癥反應、損傷修復等作用［21］。而在AD 這種慢性疾病中，發病早期小膠質細胞因Aβ 而激活，M1 和M2 型小膠質細胞都增加，主要是M2 型小膠質細胞、吞噬和消化Aβ 從而發揮神經保護作用；而在AD的后期，M1亞型持續增加，M2型小膠質細胞通過髓細胞上表達的觸發受體1（triggering receptor expressed on myeloid cells 1， TREM1）信號通路逐漸轉換為M1型小膠質細胞，同時，Aβ清除能力降低，且釋放前炎性因子和神經毒性物質損傷神經元［22-24］。M1型小膠質細胞的過度極化和M2型小膠質細胞的缺乏可能是神經炎癥和神經退行性變的重要機制。

2.2 小膠質細胞被激活并吞噬Aβ 促進τ 蛋白傳播 Aβ 斑塊內出現小膠質細胞的浸潤，小膠質細胞可以吞噬Aβ、α-突觸核蛋白（α-synuclein）等神經退行性疾病中的有毒物質，同時小膠質細胞清除Aβ 是有一定的閾值和容量的。在AD 早期，小膠質細胞能有效地清除Aβ，而AD 晚期大腦出現了超量的Aβ，所以小膠質細胞的Aβ清除功能缺陷可能影響AD 的進程［25］。此外，單細胞RNA 分析技術檢測到具有獨特轉錄和功能特征的小膠質細胞亞群——疾病相關小膠質細胞（disease-associated microglia， DAM）［26］。Aβ1-42可以觸發小膠質細胞變形為DAM 型［27］。研究認為DAM 只存在于Aβ 周圍，吞噬淀粉樣斑塊，且不會引發神經炎癥。但是在AD 患者和AD 動物模型中，在Aβ 斑塊附近的小膠質細胞從穩態表型轉變為DAM 型，表現出錯位的LC3+自噬體聚集［28］，喪失了Aβ 的清除能力。小膠質細胞還表達趨化因子受體，如CX3CR1 和CXCR4，以 及 整 合 素，如CD11b 和CD11c，可以控制小膠質細胞在CNS 中的遷移和定位，并增強它們結合并吞噬和消除靶細胞的能力［4］。此外，神經退行性小膠質細胞（neurodegenerative microglia， MGnD）響應Aβ 斑塊激活，以分泌外泌囊泡方式加速τ蛋白傳播［9］。

2.3 小膠質細胞參與神經炎癥反應加重AD Aβ增加時，過度激活的小膠質細胞誘發持續的炎癥，神經炎癥反應是AD 病理過程中關鍵的角色，被普遍認為是AD中的第三個標志性里程碑事件。

小膠質細胞可以通過膜表面受體如TLR2/4、RAGE 等與可溶性Aβ 寡聚體和纖維結合，激活NADPH 氧化酶2，然后產生大量的ROS，ROS 又作為第二信使啟動NF-κB 依賴的信號通路或MAPK 信號通路，產生低程度的炎癥和神經毒性［29-30］。AD 病理進程中，RNS 和ROS 水平升高可引起小膠質細胞活化并伴隨著核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3， NLRP3）炎癥小體激活。DAM 型小膠質細胞被激活同時NLRP3 炎癥小體也被激活，促進caspase-1活化，并加工IL-1β 和IL-18的前體，促進核內含caspase 募集結構域的凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain， ASC）的形成并釋放到胞外，而釋放的ASC 斑點可以進入臨近小膠質細胞并功能性加入NLRP3 炎癥小體，觸發隨后的免疫反應［31］；所以，Aβ 聚集體激活炎癥小體，反之，炎癥小體的激活也會加劇體內Aβ 和τ 蛋白病理變化。Aβ1-42在釋放后可以快速地和ASC 斑點形成復合物，加速Aβ 的聚集［32］。小膠質細胞的持續激活和周邊的炎癥化又會增加Aβ 的產生［31］。這樣小膠質細胞的炎癥反應導致的ASC-Aβ 復合物的增加在相鄰的神經元和小膠質細胞之間循環（圖1）。小膠質細胞的異常激活參與慢性神經炎癥的產生，因此，小膠質細胞在AD發生發展中的作用不容忽視。

Figure 1.Aβ plaques stimulate the release of pro-inflammatory factors in microglia.Aβ plaques interact with microglia surface receptors and then promote the production of inflammatory mediators by activating MAPK/NF-κB signaling pathway or inflammasome.圖1 Aβ斑塊激活的小膠質細胞釋放促炎介質，并促進慢性神經炎癥

2.4 小膠質細胞在吞噬病理蛋白的同時造成突觸丟失 在病理情況下小膠質細胞參與了含τ 蛋白突觸的消除［9］。在突觸部位，小膠質細胞表達補體受體CR3識別Aβ 激活的補體系統，觸發小膠質細胞吞噬突觸。最近的研究顯示小膠質細胞中的TREM2及其受體DAP12 通過介導小膠質細胞存活和Aβ 清除發揮神經保護作用［33］。然而TREM2 是可促進小膠質細胞的吞噬作用，但容易造成突觸丟失，是AD的關鍵因素，海馬中的TREM2敲除可防止神經元丟失［34］。所以小膠質細胞吞噬作用也可能是神經退行性變的雙刃劍。一方面，它可以促進AD 中病理性蛋白質的清除；另一方面，如果蛋白質消化受損，它可能會促進致病種子的傳播，或者如果修剪過多的突觸，則會導致突觸丟失。

3 靶向小膠質細胞治療AD的研究進展

3.1 AD 的藥物治療現狀 目前，AD 的臨床治療藥物種類少。治療方法主要是通過恢復大腦內參與認知和突觸傳遞的乙酰膽堿的水平。FDA 批準的藥物包括多奈哌齊、利斯的明、加蘭他敏和美金剛，其中前三種藥物是乙酰膽堿酯酶抑制劑，美金剛則是靶向N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartatic acid，NMDA）受體的抑制劑［35］。這些藥物也只能在有限時間抑制病情。因此，迫切需要尋找更有效的藥物。現有一些舊藥新用的研究。雷帕霉素治療通過減少APP 生成減少老年性斑塊沉帕霉素還通過促進自噬增加Aβ清除率，還可降低τ蛋白過度磷酸化［36］；京尼平可以改善AD 鼠的認知能力［37］。黃酮類化合物通過mTOR/自噬信號通路促進Aβ 肽的清除，抑制氧化應激誘導的神經元凋亡和Aβ 產生的關鍵酶，抑制τ 蛋白磷酸化，具有減緩AD 的潛力［38］。這些生化制劑還需要進一步研究證實在臨床上的作用。

3.2 靶向小膠質細胞吞噬作用治療AD 在AD 患者大腦中，Aβ 的聚集狀態不同，可溶性的Aβ 低聚物是認知功能障礙的關鍵。靶向抑制Aβ 的產生和寡聚（如抗體治療、抑制β-和γ-分泌酶來減少Aβ 的生成［39］）是AD 治療的主流方法。但以Aβ 為目標的藥物開發的成功的很少，可能因為沉積的Aβ 斑塊是AD 的主要特征之一，而不是最終原因［39］。所以利用小膠質細胞的吞噬作用也許是一種可行的治療方案。如ApoEε4 是AD 的風險基因，ApoEε2能增強小膠質細胞吞噬Aβ 聚集體，同時調節其炎癥反應［3］。口服類視黃醇X 受體激動劑貝沙羅汀可以提高AD小鼠ApoE 表達水平，可促進可溶性Aβ 的快速清除［40］。而利用基因編輯技術來表達ApoE2并提高ApoE4攜帶者中的ApoE2表達水平也有一定可能性。通過阻斷吞噬作用的負調節因子唾液酸結合免疫球蛋白樣凝集素2（sialic acid binding immunoglobulinlike lectin 2， Siglec-2）如CD33 可增加碎片和毒性聚集體的吞噬，并恢復衰老小鼠的認知功能障礙［12］。TREM2的各種激動性抗體也可以通過提高小膠質細胞對Aβ 的吞噬并通過改善Aβ 病理發揮神經保護特性。此外，TAM 受體酪氨酸激酶介導的小膠質細胞對Aβ 物質的吞噬作用反而促進致密核心斑塊的形成［41］，所以未來研究也應致力于抑制小膠質細胞對彌散斑塊的攝取并配合消除致密性斑塊產生。

然而通過減少Aβ 沉積和清除Aβ 寡聚體沒有產生令人滿意的效果，原因可能是Aβ 不是AD 過程中唯一的致病蛋白。含有過度磷酸化τ 蛋白的神經元纖維纏結也是AD 病理學的標志。MGnD 不僅由Aβ斑塊激活，似乎也可響應AAV-P301L-tau 注射而被激活［9］。靶向Aβ 或τ 蛋白神經毒性的研究并未顯示出治療AD 的顯著療效。而且上文提到MGnD 會促進τ 蛋白的傳播，因此，僅關注Aβ 或τ 蛋白在AD 病變中的作用而忽略兩者之間的相互作用可能并不完全正確。未來也許可以把目光放在Aβ和τ蛋白之間交叉相互作用來抑制Aβ/τ 蛋白共聚集體的形成［10］，以及小膠質細胞在τ蛋白傳播上的作用上。

鑒于補體在突觸丟失中的作用，因此靶向C1q/CR3 通路可能是治療AD 的有價值的選擇。小膠質細胞異常激活還能吞噬活的神經元造成神經元死亡或丟失［42］，所以促進小膠質細胞有利的吞噬作用很有必要。

3.3 靶向小膠質細胞誘導神經炎癥的治療 AD 中抗炎藥物如非甾體抗炎藥、低劑量阿司匹林，在臨床試驗中的結果卻沒達到預期效果。抗炎藥物臨床試驗失敗的原因尚不清楚，但并不意味著抗炎治療沒有意義。在AD模型中，抑制NLRP3炎癥小體可以降低小膠質細胞的炎癥反應。米諾環素可以抑制NLRP3炎癥小體，但米諾環素靶向炎癥反應并不能延緩AD患者認知缺陷的進展。嘌呤能P2X受體7（purinergic P2X receptor 7， P2X7R）參 與NLRP3 炎 癥 小 體激活［43］，因此，拮抗P2X7R 也可能減輕小膠質細胞炎癥反應。在AD患者的神經元中發現內源性大麻素系統失衡［44］，調整和維持內源性大麻素系統可減少前炎癥性小膠質細胞毒性，例如，AD鼠給予大麻素受體2激動劑β-石竹烯可減少前炎癥細胞因子的釋放［45］。

小膠質細胞的兩種活化表型可以互相轉變從而調節AD 的炎癥病理進程，發揮神經毒性或神經保護作用［46］。研究顯示，原兒茶酸可促進M1 到M2 表型轉換［47］；蝦青素通過下調miR-31-5p抑制小膠質細胞M1 活化［48］。IL-4 和IL-10 可增強M2 小膠質細胞表型［49］。維生素D 將M1 轉變為M2 極化狀態［50］。一些非編碼RNA 可以調節小膠質細胞介導的神經炎癥，miR-367可以促進M2極化減輕小膠質細胞的炎性損傷［51］。TREM2 的可溶性片段sTREM2 可作為M2/M1型轉換觸發炎癥反應的生物標志物［52］。sTREM2 水平隨Aβ沉積一起增加，降低AD患者腦中的sTREM2濃度似乎也是降低AD 風險的一種有希望的方法。抗炎因子胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1， IGF-1）在AD 早期顯著上調，但在AD 后期下調，sTREM2 拮抗劑加IGF-1 激動劑的組合在研究中治療效果顯著［33］。結合小膠質細胞在誘導神經炎癥中的作用，可認為通過抑制小膠質細胞而緩解大腦的炎癥，有望治療人類AD［53］。

3.4 靶向小膠質細胞導致的神經元興奮性損傷來治療AD 小膠質細胞激活會分泌過多神經遞質谷氨酸，過量產生導致神經元損傷。而小膠質細胞分泌的TNF-α 會促進谷氨酸的神經元之間傳遞，證明小膠質細胞導致神經元功能障礙；目前已克隆出表達于細胞膜上的高親和力的EAAT1-5，如谷氨酸-天冬 氨 酸 轉 運 體（glutamate-aspartate transporter，GLAST/EAAT1）、谷氨酸轉運體1（glutamate transporter-1， GLT-1/EAAT2）［54-55］等，利用這些受體的靶向表達（如膠質細胞），可以清除突觸間隙中積聚的谷氨酸。還可以通過干預谷氨酸釋放來抑制神經元的這種過度興奮，進而起到預防或早治療AD 的作用［16］。未來的研究將集中證明這種AD 發病早期機制的非Aβ依賴性途徑，拓寬AD的治療策略。

3.5 通過小膠質細胞更新、移植治療AD 有研究在病理τ蛋白和Aβ的周圍檢測到衰老小膠質細胞。衰老的小膠質細胞清除毒性蛋白聚集的能力降低反而會加速疾病發展。因此，衰老小膠質細胞的再生可能是神經系統疾病中有希望的治療策略。小膠質細胞的壽命可以達到15 個月以上［56］，研究觀察到IL-6 依賴的重新填充的小膠質細胞促進損傷部位的修復［57］，所以通過消融衰老小膠質細胞然后增殖更新或外部單核細胞移植而重新繁殖年輕健康小膠質細胞［58］。然而，人為消融衰老小膠質細胞可能是有害的，所以這種治療策略的研究還需要考慮AD病理狀態。

體外生成的人類小膠質細胞樣細胞也已成功移植到小鼠大腦中，多項體內研究證實了移植干細胞的神經保護特性［12］。骨髓間充質干細胞可以通過血小板源性生長因子AA（platelet-derived growth factor-AA， PDGF-AA）/中腦星形膠質細胞源性神經營養因子（mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor ， MANF）途徑誘導小膠質細胞極化至M2 表型。靜脈內移植人臍帶間充質干細胞可以促進小膠質細胞轉變為抗炎M2表型［59］。

4 小結與展望

小膠質細胞是CNS 中的免疫細胞，在大腦中分布較為均勻，其數量約占腦內神經膠質細胞的5%~20%，在神經退行性疾病發病過程中扮演重要角色。長期以來，小膠質細胞由于其吞噬過度磷酸化τ蛋白和Aβ聚集體的能力而被認為對AD 有貢獻。小膠質細胞通過吞噬碎片并釋放細胞因子以維持神經系統穩態，促進神經發生和消除病理性蛋白質。然而損傷信號與表面的TLR 結合又可以介導神經炎癥。小膠質細胞激活會分泌過多神經遞質谷氨酸并且釋放的TNF-α 促進谷氨酸傳遞，產生神經元興奮性毒性。目前認為小膠質細胞的異常激活最終會導致神經元功能障礙和促進AD的發展。

現階段AD的治療藥物還是以延緩病情為主要目的。研究主要集中于舊藥新用、藥物聯用等。靶向小膠質細胞的療法，主要是促進其吞噬磷酸化τ蛋白和Aβ 聚集體，抑制吞噬突觸及抗炎等。盡管越來越多的實驗證據證明，靶向小膠質細胞是AD 診斷和治療的一種有前途的方法，但臨床進展緩慢，所以還要更加重視臨床上的應用研究。活化的小膠質細胞是AD進展中重要的細胞參與者，未來如何促進小膠質細胞的神經保護功能，抑制其損害作用值得關注，研究人員將深入探索，對未來AD的治療提供更多方案。