潘 露， 李 鑫綜述， 張 偉審校

神經(jīng)變性疾病(neurodegenerative diseases，ND)是一組原因不明的慢性進行性損傷神經(jīng)等組織的疾病，以神經(jīng)細胞死亡和神經(jīng)網(wǎng)絡的連通性破壞為共同病理表型，臨床上較為常見的有阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)、肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)、亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)、額顳葉癡呆(frontotemporal dementia，F(xiàn)TD)、多系統(tǒng)萎縮(multiple system atrophy，MSA)等。其中目前發(fā)現(xiàn)的與ND發(fā)病有關的機制包括遺傳機制、氧化應激、炎癥機制、線粒體功能障礙、興奮性毒素、神經(jīng)營養(yǎng)因子障礙、異常蛋白聚集等，但目前仍無確切有效的辦法來延緩或阻止ND的進展，大多只能進行暫時緩解和減輕癥狀的對癥處理。

星形膠質(zhì)細胞(astrocytes，AS)是一類在形態(tài)和功能上具有多樣性的初級穩(wěn)態(tài)神經(jīng)膠質(zhì)細胞，通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)攝取和循環(huán)、膠質(zhì)遞質(zhì)釋放、神經(jīng)能量學、炎癥、突觸活動、離子平衡、血腦屏障的維持，以及發(fā)揮許多其他重要的大腦功能[1]，從而來進一步保持正常的神經(jīng)健康和功能，進而維持大腦的穩(wěn)定狀態(tài)。近年來，星形膠質(zhì)細胞功能的異常被認為與神經(jīng)變性疾病的發(fā)病機制有關，故星形膠質(zhì)細胞逐漸成為神經(jīng)變性疾病領域的研究熱點。本文就AS與ND的關系研究進展進行綜述，探討AS在ND發(fā)病中的作用以及其潛在的治療價值。

1 AS與AD

AD是癡呆最常見的臨床類型，多發(fā)生于老年時期，以進行性認知功能障礙和行為損害為主要臨床表現(xiàn)，其典型病理特征是大腦中細胞外β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)形成的老年斑和細胞內(nèi)過度磷酸化的tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)。其中老年斑被認為是AD 最主要的病理變化，在 AD的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)在AD大腦中，反應性AS主要與老年斑相關[2，3]。在3xTG-AD動物中，反應性AS位于老年斑周圍以及靠近血管周圍淀粉樣蛋白的位置[4]。在AD中，反應性AS增生和小膠質(zhì)細胞的激活都與老年斑的形成直接相關，活躍的膠質(zhì)細胞成為老年斑的組成部分。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AS反應的抑制會加重淀粉樣蛋白的負荷，從而降低神經(jīng)保護[2]。

目前認為反應性AS增生是AD的一個特征，在AD患者的死后腦組織[5]以及AD動物模型的大腦樣本中[3，6]均可以觀察到膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic portein，GFAP)、波形蛋白或S100B蛋白表達增加以及AS增生肥大。與此同時，也有研究發(fā)現(xiàn)AD的AS改變在不同腦區(qū)具有高度異質(zhì)性，表現(xiàn)為AS增生和AS萎縮[7，8]。在海馬中的淀粉樣蛋白沉積和淀粉樣蛋白斑塊被肥大的AS包圍，但在腦內(nèi)皮質(zhì)和額葉前部皮質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的AS增生的征象很少[9]，這也反映出AS可以用于AD病理發(fā)生區(qū)域的早期識別和監(jiān)測。

此外，近年來，人們普遍認為慢性神經(jīng)炎癥是特發(fā)性AD早期發(fā)展的直接原因，甚至可能具有病因?qū)W意義[10]。有研究發(fā)現(xiàn)AS在AD的神經(jīng)炎癥發(fā)揮一定作用。通過使用外源性Aβ寡聚物建立原代皮質(zhì)神經(jīng)元與AS共培養(yǎng)的AD模型，Garwood等[11]發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的炎癥細胞因子(IL-β、IL-6和IFN-γ)導致caspase-3活性增加、毒性tau蛋白的裂解和神經(jīng)元細胞的死亡，這也間接說明了在AD中，AS會釋放促炎細胞因子，進而導致細胞死亡的增加。然而在Tg2576小鼠模型(發(fā)生APPSwe突變)中，AS增生較早出現(xiàn)，這與AD進展相對緩慢有關[12]，而AD患者的腦部影像學表現(xiàn)也反映出突出的AS增生與神經(jīng)保護相關[13]。

綜上看來，AS從一定程度上部分概括了AD的一些重要病理方面，它既可以通過反應性AS增生來起到神經(jīng)保護的作用，也可以通過老年斑的形成、促炎因子和神經(jīng)毒性因子的釋放來損傷神經(jīng)細胞。但對于AS參與AD發(fā)病的具體過程和機制，仍需要進一步深入研究。

2 AS與PD

PD是僅次于AD的第二大運動神經(jīng)退行性疾病[14]，在中老年人中也較為常見，以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡和路易體形成為病理特征，主要臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、肌張力增高和運動遲緩等神經(jīng)系統(tǒng)受損癥狀[15]。近年來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)PD發(fā)生的原因并不總是由于這些多巴胺能神經(jīng)元的缺失和多巴胺的持續(xù)消耗，關于AS產(chǎn)生神經(jīng)病理或神經(jīng)保護功能的概念正逐漸被認識。并且已有研究結(jié)果表明，在黑質(zhì)致密部神經(jīng)炎癥中，AS可能參與PD發(fā)展的功能和病理生理過程，并作為大腦穩(wěn)態(tài)的傳感器發(fā)揮關鍵作用[16]。體內(nèi)研究已經(jīng)確定，外蒼白球神經(jīng)元的自主活動被認為是導致PD患者基底神經(jīng)節(jié)神經(jīng)微回路功能障礙的原因[15，17]。而Joe等[17]認為大腦中的三種膠質(zhì)細胞，即少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和AS，它們也參與了外蒼白球的病理生理狀態(tài)。而病理實驗研究也發(fā)現(xiàn)，在PD發(fā)病過程中，AS數(shù)量增加，GFAP表達增多。

此外，PD的病理特征之一是神經(jīng)元內(nèi)的α-突觸核蛋白聚集形成的包涵體。有研究[18]發(fā)現(xiàn)AS可以通過不依賴于toll樣受體4(TLR4)的內(nèi)吞作用途徑來吸收α-突觸核蛋白，從而為神經(jīng)元提供健康的生存環(huán)境。并且有研究人員通過1-甲基-4-苯基1，2，3，6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)這類神經(jīng)毒物來處理小鼠動物模型后，發(fā)現(xiàn)MPTP可與AS溶酶體結(jié)合，能誘導黑質(zhì)紋狀體通路中多巴胺能神經(jīng)元的變性[19]。而在MPTP模型中，MPTP通過AS的單胺氧化酶b產(chǎn)生活性的MPP+代謝產(chǎn)物，進而在多巴胺能神經(jīng)元積累引起神經(jīng)毒性。并且在AS內(nèi)的研究也顯示MPTP暴露過程中存在AS的神經(jīng)保護作用，而這種保護作用是由紋狀體中AS蛋白標記物的GFAP免疫反應性增強決定的[20]。

水通道蛋白4(aquaporin-4，AQP4)和GFAP是AS的兩個蛋白標記物，它們與中樞神經(jīng)系統(tǒng)和血腦屏障的某些生理和病理狀態(tài)有關[21]。而在神經(jīng)病理學條件下，有證據(jù)表明AQP4參與了PD的病理生理障礙的發(fā)生和進展[22]。并且，與年齡匹配的健康對照組相比，PD患者中出現(xiàn)了AQP4 mRNA的下調(diào)，而AQP4表達的下調(diào)會通過調(diào)節(jié)星形細胞神經(jīng)營養(yǎng)因子來增強多巴胺能神經(jīng)元對神經(jīng)毒性的敏感性[23]。這也提示AS通過AQP4的表達來參與PD 的發(fā)病過程。

此外，有研究[24]認為DJ-1突變可以誘發(fā)早發(fā)性PD，而Mullett等[25]共培養(yǎng)突變的AS和多巴胺能神經(jīng)元來評估AS介導的神經(jīng)保護時，也發(fā)現(xiàn)DJ-1缺失的AS不能保護多巴胺能神經(jīng)元免受氧化應激的傷害。同時相關研究[26]還發(fā)現(xiàn)，DJ-1與AS中脂質(zhì)筏的組裝有關并調(diào)控其組裝。這也表明在PD中，AS通過DJ-1來介導神經(jīng)保護作用，進一步驗證AS參與PD的相關發(fā)病機制。

綜上可見AS在PD的發(fā)生發(fā)展過程中存在重要作用，不光是參與到其病理生理變化中，也同時起到一定的神經(jīng)保護作用，而對AS在PD中的作用的進一步研究將對我們進一步了解疾病至關重要，并可能對開發(fā)新的治療方法有重要意義。

3 AS與ALS

ALS是一種復雜而致命的神經(jīng)退行性疾病，其特點是上、下運動神經(jīng)元退化，進一步導致骨骼肌進行性癱瘓。目前認為Cu/Zn超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD1)基因是ALS最常見的致病基因。而在表達ALS相關的人類超氧化物歧化酶1突變基因(hSOD1 G93A)的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，AS退化先于神經(jīng)細胞死亡和臨床癥狀的發(fā)展。而這些退化的AS通過下調(diào)谷氨酸轉(zhuǎn)運體的表達，從而失去了有效控制谷氨酸穩(wěn)態(tài)的能力，而谷氨酸轉(zhuǎn)運體的表達進一步加劇興奮性毒性并導致神經(jīng)元死亡，這可能是其早期變性的基礎[27]。而目前與此相關的機制還包括突變的SOD1阻止AS誘導鈣滲透性α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid receptor，AMPAR)亞基GluA2的表達，導致鈣通過鈣滲透性AMPA受體進入的增加，從而導致興奮性毒性[28]。此外還發(fā)現(xiàn)，AS中SOD1基因的特異性沉默可以延緩小鼠模型中ALS癥狀的進展[29]。而在ALS的其他模型中，共培養(yǎng)方法表明AS中突變的SOD1可導致運動神經(jīng)元死亡[30]。同樣，用取自家族性或散發(fā)性ALS患者死后神經(jīng)前體細胞的AS培養(yǎng)的小鼠干細胞來源的運動神經(jīng)元比用非ALS患者的AS培養(yǎng)的神經(jīng)元死亡快[31]。目前認為這些結(jié)果是由于某種特殊的毒性分泌因子而引起，仍有待進一步證實。但這可能也反映了這些ALS模型中AS體內(nèi)平衡或保護功能的喪失。并且利用條件突變動物使AS中丟失兩種不同形式的突變SOD1的研究表明，根據(jù)所涉及的突變，AS可以在疾病的發(fā)生和進展中發(fā)揮作用[29]，而這些發(fā)現(xiàn)也進一步表明AS在ALS發(fā)病中具有重要作用。

雖然AS在ALS的發(fā)生和進展中潛在的主要作用還未達成統(tǒng)一共識，但這些研究充分支持了AS在ALS運動神經(jīng)元中的作用，這使得AS移植可作為一種可行的治療策略。目前已開始對ALS患者進行星形膠質(zhì)細胞移植的臨床試驗[32]，但其具體的療效仍需觀察，未來這也將可能成為ALS患者的有效治療方法。

4 AS與HD

HD是一種主要的遺傳性神經(jīng)退行性疾病，目前認為是由高度保守的huntingtin(HTT)基因突變引起，以運動功能障礙、精神障礙和認知障礙為臨床表現(xiàn)，在組織病理學上可見紋狀體投射神經(jīng)元大量丟失，而在大腦皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)-丘腦皮質(zhì)環(huán)路的其他區(qū)域則有較少且顯著的丟失[33]。在HD患者的腦組織標本中已經(jīng)觀察到進展性AS增生，并且其級別逐漸升高。在許多表達HTT基因突變(mutant HTT，mHTT)的小鼠模型中也觀察到AS表型的反應。在RosaHD/Nestin-Cre模型中，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞中的mHTT貫穿整個神經(jīng)系統(tǒng)，在皮質(zhì)和紋狀體中存在顯著的AS增生[34]。這也表明AS增生是HD的一個特征性反應。此外，在成熟的HD小鼠模型中，AS中糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)蛋白表達增加介導的細胞信號傳導會引起促炎細胞因子釋放的增加，而這也是tau蛋白過度磷酸化和caspase-3介導的神經(jīng)元細胞死亡的主要驅(qū)動因素[35]。研究人員進行了野生型與患病神經(jīng)元和AS的共培養(yǎng)組合實驗，也發(fā)現(xiàn)當病變AS中GSK-3β蛋白表達缺失時，tau蛋白磷酸化和caspase-3激活減少，神經(jīng)元的活力增加。這些發(fā)現(xiàn)為可能參與HD發(fā)病機制的AS和神經(jīng)元之間的病理交互作用提供了證據(jù)。

AS從突觸間隙攝取過量的谷氨酸對正常的神經(jīng)回路功能至關重要，而HD攝取的減少和釋放的增加均可能導致疾病的發(fā)生。目前HD對AS的研究主要集中在EAAT2/GLT-1水平的降低，AS從突觸間隙吸收過量谷氨酸的能力降低，進而導致興奮性毒性。AS能夠通過多種機制釋放谷氨酸，其中包括鈣依賴的囊泡性胞吐[36]。AS釋放的谷氨酸也被證明可以作用于非同步外谷氨酸門控的N-甲基D-天冬氨酸受體(N-methyl D-aspartate receptors，NMDARs)來調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性和突觸傳遞[37]。基于AS調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性的能力，ASmHTT的存在可能改變了這一功能，從而導致HD患者大腦中最關鍵的興奮性突觸的活性改變。此外，進一步檢測這些表達mHTT的AS，發(fā)現(xiàn)其線粒體常駐酶丙酮酸羧化酶水平升高，而丙酮酸羧化酶的增加為這些AS釋放的谷氨酸的增加提供了機制。

此外，在HD中，功能性AS變性表現(xiàn)為谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達減少，從而加重谷氨酸興奮性毒性[38]。此外，谷胱甘肽和抗壞血酸作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中活性氧的主要清除劑能夠起到神經(jīng)保護的作用，而HD的AS會減少這些物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放，從而會進一步地降低AS對神經(jīng)的保護作用。

綜上，AS與HD的發(fā)生存在密切聯(lián)系，它可以通過多種機制來改變突觸間隙內(nèi)谷氨酸水平進而加重興奮性神經(jīng)毒性，也可以通過抗氧化物質(zhì)的減少參與HD的發(fā)病，但對于AS對HD的其他作用仍需大量的研究去發(fā)掘。

5 AS與FTD

FTD是發(fā)病率僅次于AD的常見癡呆類型，以額葉和顳葉深度退化為特征，目前認為可能由17號染色體上的編碼微管相關蛋白tau(microtubule-associated protein tau，MPAT)基因突變引起[39]，可出現(xiàn)早發(fā)性癡呆并伴有語言、行為和認知功能障礙等神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

研究發(fā)現(xiàn)，在FTD患者的額顳葉皮質(zhì)中有AS萎縮和凋亡的跡象[40]，也有AS反應的跡象。與其他神經(jīng)變性疾病相比，這兩種現(xiàn)象在FTD中尤其突出[41]，故認為AS改變可能作為FTD的突出特征。而研究發(fā)現(xiàn)FTD的病理與AS增生有關，并且AS增生發(fā)生在疾病進展的早期，先于神經(jīng)細胞喪失出現(xiàn)[41]，這也側(cè)面地體現(xiàn)了AS在疾病早期的診斷價值，以及其作為新的早期治療干預措施的可能性。在FTD中凋亡的AS與額顳葉萎縮的程度相關，并觀察到明顯的AS增生與顯示腦灌注紊亂的區(qū)域重疊[42]。這也提示AS可以作為評估FTD患者腦功能損傷程度的指標。

AS在FTD病理模型中作用的相關研究發(fā)現(xiàn)，AS會表現(xiàn)出TAU蛋白表達、肥大、氧化應激易感性增加和轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)等一系列改變，并在與健康神經(jīng)元共培養(yǎng)的實驗中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TDAS會減弱健康神經(jīng)元對氧化應激的耐受能力[43]。同時，AS出現(xiàn)胞質(zhì)內(nèi)反式激活應答DNA結(jié)合蛋白-43(transactive response DNA binding protein-43，TDP-43)積累，可導致神經(jīng)元細胞死亡[44]。這些結(jié)果表明，AS可能間接通過對神經(jīng)元的影響來參與FTD的發(fā)生與進展，但對于其在FTD發(fā)病機制的其他作用，仍需進一步的研究去發(fā)現(xiàn)與證實。

6 AS與MSA

MSA是一組散發(fā)性的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要在成年期發(fā)病，臨床表現(xiàn)為自主神經(jīng)功能障礙、帕金森綜合征、小腦性共濟失調(diào)和錐體束癥等。目前認為少突膠質(zhì)細胞胞漿內(nèi)的α-突觸核蛋白包涵體是MSA的主要病理學特征[45]，雖然在正常情況下，AS中很少表達α-突觸核蛋白，但有研究[46]發(fā)現(xiàn)在約40%的MSA患者中，軟腦膜下和腦室周圍AS中均出現(xiàn)異常磷酸化和聚合的α-突觸核蛋白聚集。此外，在病理刺激下AS會出現(xiàn)反應性增生，而在MSA患者的大腦[47]和小鼠MSA模型[48]中也均發(fā)現(xiàn)反應性AS與α-突觸核蛋白病理密切相關。這些發(fā)現(xiàn)提示AS可能會通過α-突觸核蛋白病理參與到MSA的發(fā)病過程中。

另一方面，生長抑制因子(growth-inhibitory factor，GIF)在神經(jīng)細胞的存活和神經(jīng)突的形成中會起到一定作用[49]。而關于GIF的研究[50]表明，它在體外具有生物活性，在人體組織中也有所分布，以及它在神經(jīng)退化疾病中具有一定的調(diào)節(jié)作用，如在MSA損傷區(qū)反應性AS中GIF水平降低，而GIF的減少與神經(jīng)元的損失相關，并且由GIF調(diào)控的反應性AS分泌的神經(jīng)營養(yǎng)因子的行為可能也會受到影響。這些發(fā)現(xiàn)為探索AS在MSA發(fā)病機制中的作用提供了一個新的視角。

7 小 結(jié)

綜上所述，星形膠質(zhì)細胞通過多種途徑和機制參與神經(jīng)變性疾病的病理過程，并與其相關發(fā)病機制存在密切聯(lián)系。因此，提高星形膠質(zhì)細胞的支持和防御能力，防止星形膠質(zhì)細胞功能喪失，可能會為預防、控制甚至治愈相關神經(jīng)變性疾病提供新靶點，也可能會為未來神經(jīng)變性疾病的臨床藥物開發(fā)提供新的方向。