·綜述·

小膠質(zhì)細胞活化表型與帕金森病

Phenotypes of microglia activation and Parkinson’s disease

單明慧1,3，蘇炳銀2,3，李淑蓉1,3(1.成都醫(yī)學院病理學與病理生理學教研室,四川 成都 610500;2.成都醫(yī)學院人體解剖與組織胚胎學教研室，神經(jīng)科學研究所，四川 成都 610500;3.發(fā)育與再生四川省重點實驗室,四川 成都 610500)

[關(guān)鍵詞]帕金森??；小膠質(zhì)細胞；巨噬細胞；表型；α-突觸核蛋白

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。平均發(fā)病年齡60～65歲，發(fā)病率隨年齡增長而增加。該病以運動遲緩、共濟失調(diào)、肌強直和靜止性震顫為主要臨床特征，以中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元丟失和大量α-突觸核蛋白蓄積形成lewy小體為主要病理改變[1]。近年來，有關(guān)PD發(fā)生發(fā)展中黑質(zhì)致密部的炎癥反應(yīng)經(jīng)多次研究并得到初步證實。最初，研究者在對PD患者進行尸體解剖時發(fā)現(xiàn)其腦組織中含有不同類型的免疫細胞及免疫因子[2]。隨后，人們在PD早期和晚期患者腦脊液中檢測到參與免疫細胞活化的特異性配體[3]。一些關(guān)于抗炎治療的回顧性研究也證實炎癥反應(yīng)是PD發(fā)生的機制之一[4]。小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的免疫細胞，具有免疫監(jiān)視、炎癥調(diào)理和識別吞噬等功能[5]。深入了解PD病程中的炎癥反應(yīng)以及小膠質(zhì)細胞的活化情況，可能會為減少神經(jīng)系統(tǒng)炎癥損傷，保護神經(jīng)元，進而預(yù)防或治療PD等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病提供幫助。本文綜述了巨噬細胞和小膠質(zhì)細胞M1/M2活化表型，及其與PD發(fā)生發(fā)展的密切關(guān)系，為研究PD的病因及發(fā)病機制、研發(fā)靶向藥物和制定治療方案提供新的思路。

1免疫活化巨噬細胞

1.1M1型巨噬細胞

巨噬細胞作為重要的天然免疫細胞和抗原提呈細胞，在不同外界環(huán)境因素刺激下可分化成為具有不同吞噬和分泌能力的巨噬細胞活化亞型。M1型巨噬細胞，即經(jīng)典活化巨噬細胞，以分泌促炎因子為主，主要發(fā)揮抗原呈遞、吞噬和促炎功能。M1型細胞的活化主要依賴CD4+輔助性T細胞(Th1)產(chǎn)生的干擾素γ(IFN-γ)、革蘭氏陰性菌細胞壁成分脂多糖(LPS)、粒-單系集落刺激因子(GM-CSF)及病毒的雙鏈DNA等(表1)，經(jīng)核因子-κ B(NF-κ B)，絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK) 途徑，促進Th1免疫反應(yīng)[6-7]。M1型細胞主要的表面標志物有CD86、CD16/32、組織相容性復合

體Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ，MHCⅡ)等，細胞內(nèi)部標志物是誘導型一氧化氮合酶(iNOS)。M1型細胞可以分泌大量促炎因子，如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素6(IL-6)、IL-12、IL-1β以及化學趨化因子配體10(CXCL10)等[8]，從而強效吞噬細菌及胞內(nèi)病原體，發(fā)揮殺傷作用，甚至可能導致機體正常組織的炎癥損傷。

1.2M2型巨噬細胞

M2型巨噬細胞，即替代激活的巨噬細胞，與M1型細胞在細胞表面受體表達、胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導、細胞因子及趨化因子釋放、炎癥反應(yīng)中的功能和作用等方面存在明顯差異甚至相互抑制。M2型細胞有多種亞型，主要包括M2a、M2b和M2c 3種(表1)。M2a型細胞主要參與抗寄生蟲感染，通過Th2分泌的IL-4或IL-13激活，經(jīng)由JAK激酶家族-信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子6(JAK/STAT6)相關(guān)通路，發(fā)生不同于經(jīng)典激活途徑的特異性改變。M2a型細胞內(nèi)Ⅰ型精氨酸酶(Arginase1)編碼基因(Arg1)表達上調(diào)，Arginase1可與iNOS競爭底物精氨酸，從而抑制iNOS介導的免疫殺傷作用[9]。同時，甘露糖受體(CD206/MR)、幾丁質(zhì)酶1/2(YM1/2)等也表達增加，促炎因子分泌下降，免疫抑制細胞因子IL-10等分泌增加。M2b型細胞主要由免疫復合物及部分Toll樣受體配體誘導激活，引起部分促炎因子(IL-1、IL-6、TNF-α)和免疫抑制因子IL-10表達升高[10]。M2c型細胞由糖皮質(zhì)激素和開環(huán)甾體類激素(如維生素D)誘導產(chǎn)生，可高表達IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)等，其作用與M1型細胞相拮抗?？傊?，M2型細胞的主要功能是抑制炎癥反應(yīng)，參與組織修復、血管再生等，對機體具有保護作用。

2小膠質(zhì)細胞與巨噬細胞

許多研究認為，小膠質(zhì)細胞來源于中胚層的間充質(zhì)細胞，在胚胎發(fā)育后期形成血管時以單核細胞形式侵入腦內(nèi)[11]。進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的單核細胞先轉(zhuǎn)變成為阿米巴樣小膠質(zhì)細胞，然后再分化成為成熟的分支狀靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞。還有觀點認為，在血管系統(tǒng)未成熟前，部分巨噬細胞可能通過細胞遷移的方式進入大腦形成非成熟小膠質(zhì)細胞[12-13]。盡管對小膠質(zhì)細胞的起源存在部分分歧，但毋庸置疑的是，小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞存在許多共通之處。例如，小膠質(zhì)細胞能夠表達巨噬細胞特異性抗原F4/80,Fc受體及補體3受體；在形態(tài)上，活化的小膠質(zhì)細胞常表現(xiàn)為胞體增大、突起回縮等巨噬細胞樣改變；在功能上，小膠質(zhì)細胞與巨噬細胞均可釋放多種炎性介質(zhì)并在吞噬異己成分和碎片過程中發(fā)揮重要作用。同樣的，小膠質(zhì)細胞也可以在外界條件刺激下活化成不同表型的小膠質(zhì)細胞，其誘導劑及相關(guān)表型標志物和分泌因子與巨噬細胞基本一致[14]。但也有研究顯示，小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞在某些基因的表達量上存在差異。例如，CD45在巨噬細胞上高表達而在小膠質(zhì)細胞表達量極低[15]；CD169可作為一項重要標志用于區(qū)分不同類型的巨噬細胞，而在成熟小膠質(zhì)細胞中幾乎不表達[16]。

表1　M1/M2型細胞的激動劑、標志物及釋放因子

與阿爾茲海默病(AD)等其他神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病不同，在人類PD患者及動物PD模型中有關(guān)小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞的獨立研究并不多見。直到近幾年，人們才開始關(guān)注PD進程中神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)小膠質(zhì)細胞及外周血中巨噬細胞的變化和作用。最新研究顯示，PD患者外周血中CCR2+細胞數(shù)量明顯下降而中樞神經(jīng)系統(tǒng)中CCR2+細胞的含量卻有所上升[17]，這提示我們機體內(nèi)部可能存在某些條件下可跨越血腦屏障的遷移或補給機制，為我們研究神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病中小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞的關(guān)系及作用提供新的可能。

3PD病程中的M1型小膠質(zhì)細胞

臨床研究顯示，PD患者的腦脊液中，TNF-α、IL-6等與M1型細胞密切相關(guān)的炎癥因子表達升高，并且其含量與PD患者的臨床癥狀和預(yù)后關(guān)系密切[18]。此外，研究者對PD患者進行尸體解剖后發(fā)現(xiàn)其腦內(nèi)MHCⅡ陽性細胞數(shù)與α-突觸核蛋白沉積水平正相關(guān)，而MHCⅡ正是M1型小膠質(zhì)細胞的表面標志之一[19]。這些研究從某些方面揭示了PD病程中患者體內(nèi)與炎癥相關(guān)的特定標記細胞及因子的表達情況。一項研究使用正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)(PET)對苯二氮卓類受體(PBRs)相關(guān)配體進行檢測，為我們從PD初期追蹤相關(guān)免疫細胞的活化及轉(zhuǎn)化提供了可能。活化的小膠質(zhì)細胞線粒體膜表面PBRs的表達較未活化小膠質(zhì)細胞有所增高，PET檢測發(fā)現(xiàn)在基底神經(jīng)節(jié)等與PD發(fā)病密切相關(guān)的腦區(qū)，早期PD患者與同齡同性別非PD患者相比PBRs表達增加了25%～50%[20]。這提示我們疾病發(fā)生初期已出現(xiàn)了小膠質(zhì)細胞的活化。研究者還試圖通過PET檢測不同腦區(qū)活化小膠質(zhì)細胞的表型，但結(jié)果并不理想。

此外，PD中存在M1型小膠質(zhì)細胞相關(guān)信號通路的激活，也為M1型小膠質(zhì)細胞的存在提供了證據(jù)。包括PD在內(nèi)的絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病均存在相關(guān)腦區(qū)的特異性病理改變，α-突觸核蛋白異常蓄積，就是PD最具代表性的改變。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白與M1型炎癥反應(yīng)關(guān)系密切。α-突觸核蛋白復合體可以與CD36、CD11b、TLR2、TLR4等相互作用，引起M1型炎癥反應(yīng)，而單體核蛋白則不具備這種功能[21-22]。離體實驗發(fā)現(xiàn)，用α-突觸核蛋白復合體刺激未活化的小膠質(zhì)細胞，誘導其向M1型活化細胞轉(zhuǎn)變時效果甚微，而將未活化小膠質(zhì)細胞與CD4+T細胞共培養(yǎng)，再用α-突觸核蛋白復合體刺激，小膠質(zhì)細胞活化明顯，且伴發(fā)一系列炎癥反應(yīng)[23]。研究者認為，相關(guān)通路如CX3CR1等可能參與了α-突觸核蛋白復合體與小膠質(zhì)細胞的相互作用。

隨著人們對PD研究的日漸深入，病程中存在活化的M1型小膠質(zhì)細胞及相關(guān)炎癥反應(yīng)的理論也在基因水平得到證實。全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)已經(jīng)證實PD存在重大遺傳風險。PD基因易感性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人類白細胞抗原DR(HLA-DR)與PD具有明顯相關(guān)性[24]。HLA-DR編碼的MHCⅡ是炎癥反應(yīng)中抗原提呈細胞(APCs)的主要標志，也是M1型小膠質(zhì)細胞的表面標志之一。動物實驗發(fā)現(xiàn)，敲除MHCⅡ可以減少M1型炎癥反應(yīng)，并且能在一定程度上減輕α-突觸核蛋白的過度蓄積[23]。LRRK2(leucine-rich repeat kinase 2)基因突變是引起家族性PD的原因之一，體內(nèi)體外實驗均證實，敲除、敲降或使用LRRK2抑制劑可以減少M1型小膠質(zhì)細胞的活化，還可以減少小鼠PD模型中LPS誘導的M1型炎癥反應(yīng)引起的多巴胺能神經(jīng)元損傷[25]。

4PD病程中的M2型小膠質(zhì)細胞

迄今為止，研究者已基本確定PD病程中存在M1型小膠質(zhì)細胞，并且M1型小膠質(zhì)細胞及相關(guān)炎癥反應(yīng)在PD發(fā)生發(fā)展中起到了重要作用。然而，隨著研究的深入，人們開始質(zhì)疑PD中僅存在M1型小膠質(zhì)細胞嗎？是否存在與其互補的M2型細胞及反應(yīng)？兩者關(guān)系如何？為此人們進行了大量實驗。研究發(fā)現(xiàn)，在脊髓損傷小鼠模型中，可持續(xù)觀察到M1型小膠質(zhì)細胞及M1型炎癥反應(yīng)，同時也伴隨一過性的M2型炎癥反應(yīng)及少量以Arg1和CD206為標志的M2型小膠質(zhì)細胞出現(xiàn)。并且隨著M2型小膠質(zhì)細胞數(shù)量下降，損傷范圍有所擴大，脊髓神經(jīng)元死亡數(shù)量隨之上升。相反，向損傷部位注入外源性M2型小膠質(zhì)細胞和條件培養(yǎng)基，可在一定程度上減緩神經(jīng)元死亡和損傷范圍的擴大[26]。同樣的結(jié)果在外傷性腦損傷的嚙齒類動物模型上得到證實[27]。在另一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)炎癥損傷疾病-多發(fā)性硬化癥(MS)的研究中發(fā)現(xiàn)，無論急性發(fā)作期還是慢性損傷過程中均可檢測到Arg1和CD163陽性的M2型小膠質(zhì)細胞，盡管它的數(shù)量明顯少于M1型小膠質(zhì)細胞[28-29]。實驗性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎動物模型(EAE)實驗證實,M1型小膠質(zhì)細胞與M2型小膠質(zhì)細胞的比例與神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥是否發(fā)生密切相關(guān)：M1型活化細胞占主導地位，可以加快神經(jīng)系統(tǒng)損傷；如果通過人為干預(yù)使M2型小膠質(zhì)細胞比例上升，疾病的損傷進程會減緩，甚至出現(xiàn)小范圍損傷修復和再生[30]。

在PD漫長的病程中，極有可能存在作用互補的M1型和M2型活化小膠質(zhì)細胞。這種假說為合理解釋臨床回顧性研究及動物實驗時得到的關(guān)于炎癥反應(yīng)的相反結(jié)果提供可能。離體實驗也證實，α-突觸核蛋白的形成與M2型小膠質(zhì)細胞的比例以及TLR樣受體活化有關(guān)[31]。遺憾的是，有關(guān)M2型小膠質(zhì)細胞在PD病程中的保護作用還未得到臨床證實，通過小膠質(zhì)細胞的不同表型重新認識傳統(tǒng)意義上的帕金森病并探索相應(yīng)的治療方案還為時尚早。

5結(jié)語

更好地理解M1/M2型小膠質(zhì)細胞及炎癥反應(yīng)在PD發(fā)生發(fā)展中的作用，不僅有助于了解疾病不同階段的發(fā)病機制和病理變化，而且為尋找防治神經(jīng)系統(tǒng)炎癥損傷的潛在藥物作用靶點提供了新的方向。已經(jīng)明確的是，M1型小膠質(zhì)細胞至少可以通過2種途徑引起黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的損傷：一種是通過激活相關(guān)的炎癥通路直接引起神經(jīng)炎癥;另一種是通過對α-突觸核蛋白的影響間接引起多巴胺能神經(jīng)元損傷。目前看來，無論何種損傷途徑，阻止或減少神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞向M1型活化細胞轉(zhuǎn)變，激動或增強與其互補的M2型小膠質(zhì)細胞及反應(yīng)，都對PD的防治具有重大意義和可行性。此外，尋找更精準的炎癥反應(yīng)藥物作用靶點來替代目前臨床上泛泛的抗炎治療，可能有助于達到更好的疾病防治效果，改善預(yù)后的臨床目標。

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(編輯：周小林)

[收稿日期]2015-01-16[修回日期] 2015-02-13

[通訊作者]李淑蓉，E-mail:lsrsus@163.com

[基金項目]國家自然科學基金面上項目(31371215)；發(fā)育與再生四川省重點實驗室基金(NO.SYS13-001，NO.SYS12-001)

doi:10.11659/jjssx.01E015083

[中圖分類號]R322.81

[文獻標識碼]B

[文章編號]1672-5042(2015)03-0330-04