黃 潔(綜述) 徐格致(審校)

(1復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031; 2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院2009級(jí)臨床醫(yī)學(xué)八年制 上海 200032)

多巴胺(dopamine,DA)是機(jī)體重要的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)DA能神經(jīng)元,位于中腦黑質(zhì)致密部、腹側(cè)被蓋區(qū)和紅核后區(qū),其神經(jīng)纖維投射到紋狀體、基底前腦及皮層。多處腦區(qū)含有低水平的DA,DA含量最高腦區(qū)是紋狀體。中樞DA參與運(yùn)動(dòng)、覺醒、認(rèn)知、獎(jiǎng)賞等功能的調(diào)節(jié)[1]。在CNS中,DA能神經(jīng)元合成DA。但DA不能通過血腦屏障,因此神經(jīng)元的DA系統(tǒng)獨(dú)立于外周的DA系統(tǒng)。在外周,DA主要來源于腎上腺髓質(zhì),調(diào)節(jié)心血管和腎臟的功能。有些免疫細(xì)胞也能合成DA,DA作為化學(xué)信使聯(lián)接神經(jīng)和免疫系統(tǒng)[2],在免疫系統(tǒng)、組織和器官中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用[3]。幾乎所有的免疫細(xì)胞亞群中都表達(dá)DA受體,DA通過免疫細(xì)胞膜上特異性DA受體,調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能。CNS與免疫系統(tǒng)相互作用,共同維持機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡。

DA及其受體DA的合成原料來自于血液中的酪氨酸,DA能神經(jīng)元內(nèi)酪氨酸受酪氨酸羥化酶催化,轉(zhuǎn)變成左旋多巴。在芳香族氨基酸脫羧酶的作用下,左旋多巴轉(zhuǎn)化成DA,儲(chǔ)存于囊泡內(nèi),當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)來臨,DA就會(huì)被大量釋放。突觸間隙中的大部分DA被DA轉(zhuǎn)運(yùn)體再攝取,回收于囊泡中;剩余部分由單胺氧化酶和兒茶酚胺氧位甲基轉(zhuǎn)移酶降解為高香草酸,失去活性。人CD4+CD25+T細(xì)胞也表達(dá)酪氨酸羥化酶,含有內(nèi)源性兒茶酚胺,參與自分泌/旁分泌功能環(huán)路[4]。

根據(jù)DA調(diào)控第二信使環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)的不同效應(yīng),將DA受體分為兩大類,即D1和D2樣受體。D1樣受體包括D1R和D5R;D2樣受體包括D2R、D3R和D4R。兩大類受體均為G蛋白耦聯(lián)超家族成員,D1樣受體與Gs 蛋白耦聯(lián),增強(qiáng)胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶活性,使cAMP水平升高,產(chǎn)生興奮性效應(yīng)。D2樣受體耦合到Gi 蛋白,降低胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶活性,使cAMP 水平降低,產(chǎn)生抑制作用[1]。來自中樞或外周的DA共享相同的信號(hào)傳導(dǎo)通路。DA與CNS、外周組織、免疫細(xì)胞上的DA受體結(jié)合后發(fā)揮功能[3,5]。

DA是神經(jīng)調(diào)節(jié)和免疫調(diào)節(jié)分子,白細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞上的DA受體調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞活性,參與外周和CNS的免疫調(diào)節(jié)作用[3]。另外,免疫細(xì)胞能合成DA[4],細(xì)胞因子能降低CNS膠質(zhì)細(xì)胞DA受體的表達(dá)[21]。提示DA系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)相互作用,在機(jī)體的防御和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

免疫細(xì)胞表達(dá)DA受體幾乎所有的免疫細(xì)胞亞群中都表達(dá)DA受體[6],包括淋巴細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞、自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞以及CNS的膠質(zhì)細(xì)胞。大腦及外周循環(huán)血液中的DA通過免疫細(xì)胞膜上特異性DA受體,調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活化、增殖和細(xì)胞因子分泌。

白細(xì)胞表達(dá)DA受體 白細(xì)胞包括淋巴細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸/堿性粒細(xì)胞等。早期發(fā)現(xiàn)淋巴細(xì)胞表達(dá)D3R、D4R和D5R[7-9],并認(rèn)為這些細(xì)胞不表達(dá)D1R和D2R[10-11]。近年發(fā)現(xiàn),T、B淋巴細(xì)胞也表達(dá)D2R[12-13],活化的T淋巴細(xì)胞能表達(dá)D1R[14]。人單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞表達(dá)D2R、D3R、D4R和D5R[12],目前尚未發(fā)現(xiàn)在嗜堿性粒細(xì)胞上有DA受體。

各類白細(xì)胞表達(dá)DA受體的水平不同,T淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞含有低水平的所有亞型的DA受體;除NK細(xì)胞外,所有白細(xì)胞亞類上均表達(dá)低水平D4R。中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞主要表達(dá)高水平D3R和D5R;而B淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞都能高水平表達(dá)DA受體[12]。

膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)DA受體 在CNS中,膠質(zhì)細(xì)胞參與免疫和炎癥反應(yīng)。膠質(zhì)細(xì)胞包括小膠質(zhì)細(xì)胞(microglia)、星形膠質(zhì)細(xì)胞(astroglia)和少突膠質(zhì)細(xì)胞(oligodendrocyte)。來自基底神經(jīng)節(jié)的星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)所有亞型的DA受體[15-17]。前額葉皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)D2R[18-19]。大鼠腦內(nèi)神經(jīng)纖維束中的少突膠質(zhì)細(xì)胞也表達(dá)D2R[20]。膠質(zhì)細(xì)胞上DA受體的發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞相互作用提供了解剖學(xué)基礎(chǔ)。

D1R在炎癥反應(yīng)中的作用

D1R調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化 人外周血CD4+CD25+T細(xì)胞和單核細(xì)胞能合成兒茶酚胺,蛋白激酶C激活劑誘導(dǎo)酪氨酸羥化酶mRNA表達(dá)并產(chǎn)生兒茶酚胺;DA及D1R激動(dòng)劑能抑制此作用,而D2R激動(dòng)劑對(duì)其無影響[4,22]。DA調(diào)節(jié)酪氨酸羥化酶的表達(dá)和細(xì)胞內(nèi)兒茶酚胺的含量,可能代表著神經(jīng)系統(tǒng)-免疫系統(tǒng)之間以及免疫系統(tǒng)細(xì)胞之間調(diào)節(jié)的新機(jī)制。

樹突狀細(xì)胞是重要的抗原呈遞細(xì)胞,由樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生的各種調(diào)節(jié)分子是調(diào)控T細(xì)胞分化的關(guān)鍵因素,決定輔助性T細(xì)胞(T helper,Th)向Th1、Th2或Th17亞群的分化。D1R表達(dá)在樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞上,人單核細(xì)胞來源的樹突狀細(xì)胞囊泡中儲(chǔ)存DA,當(dāng)樹突狀細(xì)胞將特異性抗原呈遞給靜息T細(xì)胞時(shí),樹突狀細(xì)胞釋放DA。DA作用于CD4+T細(xì)胞的D1R,劑量依賴地增加細(xì)胞內(nèi)cAMP水平,促進(jìn)靜息T細(xì)胞分化為Th2亞群[23]。Th17細(xì)胞是一類新的Th細(xì)胞亞群,在自身免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。在體外培養(yǎng)的人CD4+靜息T細(xì)胞,DA增加IL-6依賴的IL-17的產(chǎn)生,此作用可被D1R拮抗劑阻斷[24]。拮抗DA D1R可抑制樹突狀細(xì)胞來源的DA所誘導(dǎo)的靜息T細(xì)胞向Th17的分化[25]。以上研究結(jié)果均提示DA參與淋巴細(xì)胞的分化。

阻斷D1R抑制免疫性炎癥反應(yīng) Th17亞群的T細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中發(fā)揮作用。D1R拮抗劑通過樹突狀細(xì)胞介導(dǎo),抑制Th17細(xì)胞,減輕類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的軟骨損傷[24];預(yù)防小鼠產(chǎn)生EAE[25],即人類多發(fā)性硬化動(dòng)物模型。將D1R拮抗劑前處理的樹突狀細(xì)胞移植給EAE模型動(dòng)物,能成功阻止EAE的發(fā)生[25]。以上結(jié)果表明,阻斷D1R可能用于治療與免疫反應(yīng)相關(guān)的炎癥疾病。

星形膠質(zhì)細(xì)胞D1R對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用 腦內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)DA D1R和D2R,DA能增加星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)cAMP水平,D1R激動(dòng)劑可模擬此作用[16]。成纖維生長因子-2 (fibroblast growth factor-2,FGF-2)由星形膠質(zhì)細(xì)胞合成,對(duì)神經(jīng)元發(fā)揮重要的保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn),活化紋狀體星形膠質(zhì)細(xì)胞的DA受體,可加強(qiáng)FGF-2的表達(dá)[26]。D1R激動(dòng)劑能上調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞中的FGF-2水平,通過非經(jīng)典的DA受體通路,即磷脂酰肌醇關(guān)聯(lián)的D1樣受體,介導(dǎo)DA對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用[27]。提示星形膠質(zhì)細(xì)胞的DA受體可能是調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞活性以及神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞相互作用的重要橋梁。

D2R在神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)中的作用

D2R在缺血性腦卒中的保護(hù)作用 DA調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的先天免疫,可降低缺血后大腦的炎癥反應(yīng)。DA不能通過血腦屏障,其前體左旋多巴可進(jìn)入大腦,轉(zhuǎn)化成DA,發(fā)揮效應(yīng)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)性腦缺血后,使用左旋多巴,在缺血腦區(qū)可減輕細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的浸潤和內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子1的表達(dá)[28]。D2R主要表達(dá)在紋狀體神經(jīng)元上,在健康小鼠大腦的原位小膠質(zhì)細(xì)胞上檢測(cè)不到D2R。然而,在腦缺血區(qū)域發(fā)現(xiàn),激活的原位小膠質(zhì)細(xì)胞和來自外周的巨噬細(xì)胞都表達(dá)D2R。培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞在炎癥刺激下可分泌鹽酸鹽,D2/3R激動(dòng)劑可加強(qiáng)其反應(yīng)[29]。在缺血性腦卒中誘導(dǎo)的繼發(fā)性腦損傷中,星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)發(fā)揮重要作用。αB-晶體蛋白是CD4+T細(xì)胞的主要靶點(diǎn),具有神經(jīng)保護(hù)作用。在缺血性腦卒中動(dòng)物模型中,激活星形膠質(zhì)細(xì)胞D2R可通過αB-晶體蛋白減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)[30-31]。提示DA系統(tǒng)可能通過星形膠質(zhì)細(xì)胞D2R減輕炎癥反應(yīng),為缺血性腦卒中的治療提供了新的思路。

DA通過D2R調(diào)節(jié)青春期動(dòng)物前腦的軸突可塑性[32]和室管膜下區(qū)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖[33]。左旋多巴不僅能減輕帕金森病的運(yùn)動(dòng)障礙,還能改善慢性腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力[34]。在大鼠腦缺血模型中,反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)D1R和D2R,左旋多巴能增加膠質(zhì)細(xì)胞來源的神經(jīng)生長因子[35]。因此,在腦缺血后,DA通過星形膠質(zhì)細(xì)胞可能對(duì)改善感覺-運(yùn)動(dòng)功能具有重要作用。

D2R在神經(jīng)退行性疾病中的作用 慢性炎癥是大腦老化和神經(jīng)變性疾病的共同特征。研究發(fā)現(xiàn),星形膠質(zhì)細(xì)胞D2R可能是調(diào)節(jié)神經(jīng)免疫的重要靶點(diǎn)[2]。在2月齡的D2R基因敲除(knockout,KO)小鼠中,中腦黒質(zhì)網(wǎng)狀部的星形膠質(zhì)細(xì)胞活化;在16個(gè)月的高齡D2R KO小鼠中,黒質(zhì)網(wǎng)狀部和紋狀體出現(xiàn)明顯的膠質(zhì)細(xì)胞增生。神經(jīng)毒素MPTP能毀損黒質(zhì)DA能神經(jīng)元,是經(jīng)典的帕金森病動(dòng)物模型。與野生型小鼠相比,D2R KO小鼠注射MPTP后,黒質(zhì)DA能神經(jīng)元數(shù)量顯著減少,表達(dá)大量炎癥細(xì)胞因子,明顯降低αB-晶體蛋白水平。另外,D2R KO小鼠紋狀體區(qū)域的炎癥細(xì)胞因子表達(dá)量也明顯增加,包括IL-1β、IL-2、IL-6、IL-12β和環(huán)氧合酶-2,但TNF-α不變。然而,敲除D1R或D3R則輕度影響或不影響炎癥細(xì)胞因子水平。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),在基礎(chǔ)條件下,主要由星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生炎癥介質(zhì),在神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞中,炎癥介質(zhì)的表達(dá)無明顯改變。對(duì)于炎癥介質(zhì)脂多糖的刺激,D2R KO小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞比小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的反應(yīng)[2]。D2R KO動(dòng)物發(fā)生嚴(yán)重的炎癥反應(yīng),提示DA可能通過星形膠質(zhì)細(xì)胞和D2R發(fā)揮抗炎作用。另外,在EAE動(dòng)物模型中,D2R 拮抗劑L750667誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的 Th17細(xì)胞分化,加速動(dòng)物發(fā)生腦脊髓炎及肢體麻痹;而D2R激動(dòng)劑可減輕腦脊髓炎[25]。以上結(jié)果提示,DA D2R可能作為潛在的細(xì)胞和分子靶點(diǎn),用于治療實(shí)驗(yàn)性和臨床CNS炎癥性疾病。

D2R激動(dòng)劑減輕眼部的炎癥反應(yīng) 青光眼患者的主要致病因素是眼壓升高和視神經(jīng)灌流不足,常用β-腎上腺素受體阻斷劑降低眼壓。但是,患者用藥后眼內(nèi)炎癥細(xì)胞增加[36],炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)眼前部纖維母細(xì)胞增殖[37]。增加的炎癥細(xì)胞和纖維母細(xì)胞可能導(dǎo)致青光眼濾過性手術(shù)失敗[38]。因此,有抗炎特性的治療青光眼藥物具有較好的應(yīng)用價(jià)值。GLC756是DA能藥物,具有D2R激動(dòng)劑和D1R拮抗劑的特性。研究發(fā)現(xiàn),GLC756不僅能降低眼壓[39],改善視神經(jīng)灌流[40],還能抑制炎癥反應(yīng)[41-42]。GLC756能劑量依賴性抑制肥大細(xì)胞活化,減少TNF-α釋放,可防治過敏性結(jié)膜炎[41]。在LPS誘導(dǎo)的葡萄膜炎動(dòng)物模型中,GLC756可降低眼房水中的蛋白水平[42];并通過腎上腺素受體,減少血清中TNF-α,抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[43]。以上結(jié)果提示,β-腎上腺素受體阻斷藥聯(lián)合D2R激動(dòng)劑,可能是治療青光眼的新策略。

其他DA受體亞型在免疫反應(yīng)中的作用除了D1R和D2R,DA受體的其他亞型也參與免疫反應(yīng)。D1樣受體家族成員D5R表達(dá)在樹突狀細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞上,通過刺激樹突狀細(xì)胞上的D5R,可加強(qiáng)Th17細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[44]。紋狀體星形膠質(zhì)細(xì)胞是腦源性神經(jīng)生長因子的作用靶點(diǎn),D5R在腦源性神經(jīng)生長因子介導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞生長分化中發(fā)揮作用[45]。D2樣受體家族成員D3R表達(dá)在靜息或活化的T細(xì)胞上[13]。帕金森病患者外周血單核細(xì)胞D3R的表達(dá)明顯降低,與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)[9]。在MPTP誘導(dǎo)的帕金森動(dòng)物模型中敲除D3R,抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化,顯著加強(qiáng)對(duì)黑質(zhì)DA能神經(jīng)元的保護(hù)作用[46]。另外,刺激人T細(xì)胞的D4R,能誘導(dǎo)T細(xì)胞靜默[47]。以上提示,D3R和D4R可能用于治療與T細(xì)胞增殖相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性疾病。

結(jié)語DA調(diào)節(jié)機(jī)體正常免疫反應(yīng),如免疫細(xì)胞的活化、黏附、增殖、細(xì)胞毒以及細(xì)胞因子的分泌。在CNS炎癥和神經(jīng)退行性疾病患者和動(dòng)物模型中,DA及其受體水平發(fā)生變化,外周血T細(xì)胞功能異常。因此,進(jìn)一步探索DA介導(dǎo)的免疫系統(tǒng)變化及其與疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系,尋找新的外周免疫標(biāo)志物用于這類疾病的診斷和藥物療效的觀察,具有重要的臨床意義。D2R激動(dòng)劑的抗炎及神經(jīng)保護(hù)作用可能為開發(fā)新靶點(diǎn)的免疫調(diào)節(jié)劑提供理論依據(jù)。