王彩紅，劉榮鑫，湯 峰，魏曉濤，徐紫清，侯懷晶，張 杰，趙永強(qiáng)，薛建軍

1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000 甘肅省中醫(yī)院 2麻醉科 3甘肅省中西醫(yī)結(jié)合麻醉臨床研究中心 4甘肅省中醫(yī)藥研究院中西醫(yī)結(jié)合麻醉與循證醫(yī)學(xué)研究所 5泌尿外科，蘭州 730000

認(rèn)知功能障礙是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括認(rèn)知減退、記憶力和注意力障礙[1]，是對以阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)為代表的一類影響認(rèn)知功能的疾病的統(tǒng)稱，其對患者的主觀認(rèn)知功能和生活質(zhì)量產(chǎn)生了巨大影響，并與老年人死亡率增加相關(guān)[2-3]，但其病因及發(fā)病機(jī)制尚未闡明。研究顯示，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、常駐吞噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞等介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥在認(rèn)知功能障礙的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4-5]。其中，小膠質(zhì)細(xì)胞通過各種表面受體[如核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)等]對刺激和病原體相關(guān)的分子作出應(yīng)激反應(yīng)，促使小膠質(zhì)細(xì)胞向M1促炎型極化，進(jìn)而促進(jìn)了過度活躍的炎癥狀態(tài)形成。既往研究表明，大腦中炎癥細(xì)胞因子的過度產(chǎn)生和小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，預(yù)示著大腦信號傳導(dǎo)存在障礙，提示認(rèn)知功能障礙的發(fā)生[6]。神經(jīng)炎癥是認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病發(fā)生的主要驅(qū)動因素，過度的神經(jīng)炎癥可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，最終導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病不斷加重[7]。同時，有研究證實(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的激活與腦功能下降及認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病的進(jìn)程密切相關(guān)[7-11]，敲除NLRP3炎癥小體可顯著抑制大腦神經(jīng)炎癥反應(yīng)，提示阻斷NLRP3炎癥小體在認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病早期防治中具有較大潛力。本文通過查閱國內(nèi)外最新文獻(xiàn)，闡述了小膠質(zhì)細(xì)胞、NLRP3炎癥小體及二者共同在認(rèn)知功能障礙中的作用，以期為認(rèn)知功能障礙機(jī)制研究、臨床防治及后續(xù)相關(guān)藥物研發(fā)提供一定參考和依據(jù)。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞、NLRP3炎癥小體與認(rèn)知功能障礙

1.1 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的持續(xù)性神經(jīng)炎癥在認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病的發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。小膠質(zhì)細(xì)胞是從卵黃囊紅髓樣祖細(xì)胞衍生而來的巨噬細(xì)胞，具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞程序性死亡、剝離發(fā)育中神經(jīng)元的多余突觸和促進(jìn)神經(jīng)突形成等多種功能[12]，是神經(jīng)炎癥發(fā)生的起點(diǎn)及大腦的第一道防線，可保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受過度神經(jīng)炎癥和免疫反應(yīng)造成的傷害。隨著大腦微環(huán)境的改變，小膠質(zhì)細(xì)胞可從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘⒚装图せ顮顟B(tài)，分泌大量炎癥介質(zhì)和神經(jīng)毒性物質(zhì)，從而破壞神經(jīng)元功能[13]，進(jìn)而損害大腦神經(jīng)，增加應(yīng)激易損性，加劇認(rèn)知功能障礙[14-15]。除靜息態(tài)外，小膠質(zhì)細(xì)胞還有兩種功能不同的激活態(tài)，即促炎型M1和抗炎型M2。研究證實(shí)，調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞M1型與M2型之間不同形態(tài)的轉(zhuǎn)化，可顯著減輕大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，在神經(jīng)炎癥引起的認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病防治中具有較大潛力和廣闊的應(yīng)用前景[16]。

1.2 NLRP3炎癥小體

NLRP3炎癥小體引發(fā)的無菌性神經(jīng)炎癥是認(rèn)知功能障礙發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動因素。NLRP3炎癥小體是一種多蛋白復(fù)合物，由NLRP3、半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(Caspase-1)和含Caspase募集結(jié)構(gòu)域(casepase recruitment domain，CARD)的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)組成，是β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)觸發(fā)的小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥激活的關(guān)鍵信號傳導(dǎo)介質(zhì)[9]。NLRP3炎癥小體是細(xì)胞內(nèi)的促炎模式識別受體。Aβ的積累和沉積以及神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs)的形成，促使小膠質(zhì)細(xì)胞的NLRP3炎癥小體激活[9]，其通過自催化形式將pro-Caspase-1裂解為活化的Caspase-1。激活的Caspase-1作為炎癥小體效應(yīng)蛋白，能夠?qū)⑹Щ畹拇傺准?xì)胞因子pro-白介素(interleukin，IL)-1β和pro-IL-18分別裂解為成熟的IL-1β和IL-18。最終通過小膠質(zhì)細(xì)胞將成熟的IL-1β和IL-18釋放至細(xì)胞外，觸發(fā)和傳播神經(jīng)炎癥，發(fā)揮多種非特異性炎癥作用[17]。NLRP3炎癥小體已被證明在認(rèn)知功能障礙的患者中被激活[8]。敲除NLRP3可抑制促炎過程，改善淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)/早老素-1(prosenoxin 1，PS1)小鼠的認(rèn)知功能障礙[18]。同時，有研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體的激活限制了M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的有益清除功能，而NLRP3或Caspase-1的缺失則增加了小膠質(zhì)細(xì)胞斑塊的吞噬作用[19-20]，這意味著NLRP3炎癥小體的激活是認(rèn)知功能障礙的早期病理改變。激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的NLRP3炎癥小體通?？杉觿《喟桶纺苌窠?jīng)元的丟失[21-22]。因此，通過抑制NLRP3炎癥小體的激活與表達(dá)，可減少小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型極化、Aβ沉積與NFTs形成、減輕神經(jīng)炎癥，是防治早期認(rèn)知功能障礙的關(guān)鍵舉措，同樣也是未來研究的熱點(diǎn)問題和主要方向，更是研制防治早期認(rèn)知功能障礙藥物的關(guān)鍵作用靶點(diǎn)。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞—NLRP3炎癥小體在認(rèn)知功能障礙中的作用

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，NLRP3炎癥小體主要存在于免疫細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中[23]，小膠質(zhì)細(xì)胞通過細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體介導(dǎo)慢性神經(jīng)炎癥反應(yīng)、神經(jīng)元死亡和細(xì)胞焦亡，從而驅(qū)動認(rèn)知功能障礙的發(fā)生和進(jìn)展[24-25]。NLRP3炎癥小體的活性及其嚴(yán)密調(diào)控作用在很大程度上決定了小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)和調(diào)控功能?！靶∧z質(zhì)細(xì)胞—NLRP3炎癥小體”可通過共同作用減少大腦中炎癥因子的釋放、減少Aβ沉積、調(diào)控細(xì)胞自噬，進(jìn)而減輕大腦神經(jīng)炎癥、調(diào)控大腦微環(huán)境、改善神經(jīng)元和大腦神經(jīng)損害，最終達(dá)到防治認(rèn)知功能障礙的作用。

2.1 減少炎癥因子釋放

小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦的常駐免疫細(xì)胞，淀粉樣斑塊和細(xì)胞外Tau被小膠質(zhì)細(xì)胞所包圍。斑塊聯(lián)合引發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞NLRP3炎癥小體信號，導(dǎo)致IL-1β和IL-18的產(chǎn)生，并在大腦內(nèi)形生一個炎癥環(huán)境[26]。這種炎癥環(huán)境在認(rèn)知功能障礙早期引起小膠質(zhì)細(xì)胞的慢性激活。持續(xù)的NLRP3炎癥小體信號可引發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙，降低其清除Aβ和NFTs的能力，形成Aβ和Tau沉積、炎癥因子大量釋放和小膠質(zhì)細(xì)胞激活的破壞性循環(huán)[27-28]。Wang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)異氟醚麻醉后的高齡小鼠，其小膠質(zhì)細(xì)胞被激活后，海馬區(qū)、小膠質(zhì)細(xì)胞中的NLRP3表達(dá)增加，IL-18、IL-1β分泌增加，進(jìn)而導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙，而敲除小鼠NLRP3基因后異氟醚誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞和NLRP3炎癥小體活性被抑制。在一項(xiàng)褪黑素減輕患有海灣戰(zhàn)爭疾病軍人神經(jīng)炎癥及認(rèn)知和情緒功能障礙的研究中，通過抑制核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)-NLRP3-Caspase-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，降低NLRP3炎癥小體、IL-18、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)的表達(dá)，減少IL-1β、單核細(xì)胞趨化蛋白-1和巨噬細(xì)胞趨化蛋白-1α的數(shù)量[30]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，輔酶Q10的類似物依地苯酮通過靶向神經(jīng)小膠質(zhì)細(xì)胞-NLRP3炎癥小體的激活，下調(diào)促炎細(xì)胞因子(IL-1β、IL-18、TNF-α)水平，調(diào)節(jié)惡性NLRP3/Caspase-1/IL-1β神經(jīng)炎癥循環(huán)，可起到保護(hù)神經(jīng)的作用，并延緩認(rèn)知功能障礙等神經(jīng)炎癥相關(guān)疾病的病理進(jìn)展[31]。因此，NLRP3炎癥小體正逐漸成為頗具前景的認(rèn)知功能障礙治療新靶點(diǎn)。

2.2 減少Aβ沉積

內(nèi)源性分子(如Aβ和Tau)及外周因素(如血清淀粉樣蛋白A等)可觸發(fā)失調(diào)的小膠質(zhì)細(xì)胞-NLRP3炎癥小體活動，驅(qū)動認(rèn)知功能障礙的發(fā)生和發(fā)展[32-33]。認(rèn)知功能障礙的特點(diǎn)是Aβ斑塊沉積，然后形成由高磷酸化Tau組成的神經(jīng)纖維內(nèi)纏結(jié)，這些病變與突觸損傷和最終的認(rèn)知功能障礙相關(guān)。同時，Aβ原纖維具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，被視為一種損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，可被Toll樣受體或NLRs識別，并傳遞促炎信號。被NLRP3炎癥小體激活的小膠質(zhì)細(xì)胞是增加神經(jīng)毒性蛋白Aβ沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)，并最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和認(rèn)知功能障礙的關(guān)鍵因素。NLRP3炎癥小體導(dǎo)致含有CARD的凋亡樣蛋白形成，然后形成新的Aβ斑塊，導(dǎo)致Aβ沉積[23]，進(jìn)而形成惡性循環(huán)。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的巨噬細(xì)胞和原代免疫細(xì)胞，負(fù)責(zé)吞噬和清除Aβ[34]，反之Aβ的長期誘導(dǎo)可引起小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙[35]。研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體激活可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的促炎反應(yīng)，抑制Aβ的清除[36]，增加其沉積。同樣，Liu等[37]的研究結(jié)果亦表明，Aβ通過激活NLRP3炎癥小體信號通路并上調(diào)小膠質(zhì)細(xì)胞中NLRP3炎癥小體相關(guān)分子的表達(dá)，增加IL-1β的分泌，進(jìn)而加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)，加速神經(jīng)元死亡，加速認(rèn)知功能障礙的發(fā)展，是認(rèn)知功能障礙防治過程中的主要作用靶點(diǎn)。敲除APP/PS1小鼠AD模型中的NLRP3或Caspase-1基因，可抑制神經(jīng)炎癥、Aβ沉積和認(rèn)知功能障礙相關(guān)病理變化[19]。清除或減少大腦中Aβ或Tau蛋白的異常沉積是治療AD的關(guān)鍵策略。

2.3 調(diào)控自噬

自噬是一種溶酶體依賴的降解途徑。目前，自噬已被證實(shí)與NLRP3炎癥小體活化密切相關(guān)，可負(fù)向調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體的激活[38]。研究發(fā)現(xiàn)，在炎癥環(huán)境中增強(qiáng)自噬可顯著抑制過度炎癥，并改善認(rèn)知功能障礙[39-41]。自噬可導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉積和神經(jīng)元丟失，越來越多的研究證實(shí)其在認(rèn)知功能障礙中發(fā)揮關(guān)鍵作用[42]。Ying等[43]研究證實(shí)，通過BCL2相關(guān)基因3(BAG3)可逆轉(zhuǎn)內(nèi)毒素誘導(dǎo)的自噬標(biāo)志物表達(dá)變化，如該實(shí)驗(yàn)中p62表達(dá)增加、自噬調(diào)控因子(Beclin-1)表達(dá)減少，進(jìn)而逆轉(zhuǎn)被內(nèi)毒素抑制的自噬，表明該途徑是減輕認(rèn)知功能障礙持續(xù)性神經(jīng)炎癥的機(jī)制之一。同時，Qiu等[44]在體外及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，通過上調(diào)含Src同源2結(jié)構(gòu)域蛋白酪氨酸磷酸酶2(Src homology 2 region-containing protein tyrosine phosphatase 2，SHP2)、調(diào)控腺苷酸活化蛋白激酶(AMP activa-ted protein kinase，AMPK)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)和PTEN誘導(dǎo)假定激酶1(PTEN-induced putative kinase 1，PINK1)/E3泛素蛋白連接酶(E3 ubiquitin-protein ligase)Parkin信號通路，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體自噬，可抑制NLRP3炎癥小體的激活和表達(dá)，減輕神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元死亡，從而發(fā)揮改善認(rèn)知功能障礙的作用。目前，應(yīng)用自噬誘導(dǎo)治療和微RNA抑制NLRP3炎癥小體激活成為防治認(rèn)知功能障礙的可能方式。研究表明，自噬蛋白(如自噬相關(guān)蛋白7)、微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain3，LC3B)和Beclin-1通過維持線粒體的完整性以調(diào)控NLRP3炎癥小體的激活[45-46]。實(shí)驗(yàn)研究表明，LC3B等自噬蛋白的缺失可促使巨噬細(xì)胞中Caspase-1裂解、ASC形成和IL-1β釋放[47-48]，加劇神經(jīng)炎癥，進(jìn)而加快認(rèn)知功能障礙進(jìn)程。因此，抑制NLRP3炎癥小體的激活、調(diào)控細(xì)胞適度自噬是當(dāng)前認(rèn)知功能障礙防治領(lǐng)域具有應(yīng)用前景的防治措施之一。

2.4 維持突觸穩(wěn)態(tài)

認(rèn)知功能障礙的重要特征是突觸異常和功能障礙，如突觸損傷、突觸喪失和突觸結(jié)構(gòu)變化，這些異常改變發(fā)生在認(rèn)知功能障礙的早期階段，因此在行為癥狀發(fā)生之前，維持突觸穩(wěn)態(tài)在認(rèn)知功能障礙早期防治中具有舉足輕重的作用。突觸是神經(jīng)元之間正常交流的必要條件，其減少神經(jīng)沖動在神經(jīng)元之間的傳遞是神經(jīng)退行性疾病認(rèn)知功能障礙的重要機(jī)制之一[49]。突觸變性與認(rèn)知功能障礙相關(guān)[50]。AD小鼠模型的實(shí)驗(yàn)研究表明，突觸密度在Aβ沉積之前已出現(xiàn)明顯下降[51]。突觸喪失和功能障礙將嚴(yán)重破壞信號傳導(dǎo)和神經(jīng)元通訊，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能異常。因此，突觸變性是記憶障礙和認(rèn)知缺陷的重要潛在機(jī)制之一?？扇苄訟β低聚物可在突觸處結(jié)合，導(dǎo)致突觸缺失和突觸形狀、大小及組成發(fā)生改變。來自AD受試者大腦皮層的可溶性Aβ低聚物或由人類淀粉樣前體蛋白(amyloid prebody protein，APP)轉(zhuǎn)染細(xì)胞釋放的Aβ低聚物可改變突觸的數(shù)量、組成和形狀，導(dǎo)致突觸可塑性缺陷和認(rèn)知功能損害[50]。體外及體內(nèi)研究均表明，可溶性Aβ低聚物可對長期認(rèn)知功能障礙發(fā)揮治療作用[50]。NLRP3炎癥小體抑制劑能夠改善突觸可塑性，在認(rèn)知功能障礙小鼠模型中較少引起小膠質(zhì)細(xì)胞激活[52]。對于突觸變化在認(rèn)知功能障礙中作用機(jī)制的研究，可確定治療認(rèn)知功能障礙手段的可行性。確定逆轉(zhuǎn)或防止突觸損失的靶點(diǎn)，可為認(rèn)知功能障礙患者提供新的治療途徑。同時，在認(rèn)知功能障礙早期事件中檢測突觸損失，有助于防止重大突觸損傷的發(fā)生。

3 小結(jié)與展望

認(rèn)知功能障礙作為一種認(rèn)知減退、記憶力和注意力障礙的神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，在多種疾病中可見，如AD、亨廷頓舞蹈癥、創(chuàng)傷性腦損傷、帕金森等，同時也可作為一種疾病單獨(dú)出現(xiàn)。認(rèn)知是大腦的基礎(chǔ)功能，既往研究證實(shí)，神經(jīng)炎癥嚴(yán)重影響大腦的基礎(chǔ)功能認(rèn)知，使其發(fā)生認(rèn)知功能障礙，出現(xiàn)執(zhí)行功能、學(xué)習(xí)和記憶、感知運(yùn)動功能、語言、復(fù)雜注意力和社會認(rèn)知等6種認(rèn)知能力衰退。近年來，小膠質(zhì)細(xì)胞、NLRP3炎癥小體在神經(jīng)炎癥、認(rèn)知功能障礙領(lǐng)域得以廣泛研究，并指出了其存在的因果關(guān)系，但仍存在諸多未知問題需研究進(jìn)一步探索。如Aβ及Tau如何在分子和細(xì)胞水平觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞和NLRP3炎癥小體信號？小膠質(zhì)細(xì)胞和NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥如何加速認(rèn)知能力下降？個別炎癥小體靶蛋白(如IL-1β、IL-18、GSDMD)在認(rèn)知功能障礙中的精確病理生理功能是什么？慢性外周或系統(tǒng)性NLRP3炎癥小體信號如何促進(jìn)神經(jīng)炎癥的發(fā)生？對于這些問題的回答將為認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病驅(qū)動機(jī)制的研究提供洞察力，并有助于目前正在開展的臨床試驗(yàn)，如NLRP3炎癥小體抑制劑對認(rèn)知功能障礙、其他炎癥性和神經(jīng)退行性疾病的臨床研究。

此外，認(rèn)知功能障礙屬于中醫(yī)學(xué)“神病”“呆證”“善忘”“癡呆”的范疇。臨床上應(yīng)用中醫(yī)藥治療認(rèn)知功能障礙的歷史悠久、療效確切[53]。研究表明，中醫(yī)藥可調(diào)控NLRP3炎癥小體和小膠質(zhì)細(xì)胞極化[54]，對神經(jīng)炎癥及認(rèn)知功能障礙具有顯著的改善和治療效果。同時，在“整體觀、個體化、治未病”等中醫(yī)學(xué)理論的指導(dǎo)下，中醫(yī)藥防治認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病具有重視基礎(chǔ)病證與當(dāng)前病證共同調(diào)治的特點(diǎn)，且具有作用靶點(diǎn)與機(jī)制多樣、副作用小、不良反應(yīng)少、患者耐受性好等優(yōu)勢，但目前此方面的高質(zhì)量研究相對較少，未來可通過與現(xiàn)代技術(shù)(網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、基因組學(xué)等)相結(jié)合，進(jìn)一步明確作用機(jī)制，推動中醫(yī)藥的臨床應(yīng)用，并借此研制出療效更好、機(jī)制更明確的中醫(yī)藥類藥品。