李學(xué)斌綜述, 楊 燦, 李秋波審校

自身免疫性腦炎是一組中樞神經(jīng)系統(tǒng)灰質(zhì)和白質(zhì)的自身免疫性炎癥性疾病[1],抗N-甲基-D-天門冬氨酸受體腦炎(抗NMDAR腦炎)最為常見[2]。NMDAR的亞基在畸胎瘤內(nèi)神經(jīng)組織中的異位表達(dá)可能有助于破壞免疫耐受性[3]?？筃MDAR腦炎的兒科患者,與皰疹病毒感染密切相關(guān)?？筃MDAR抗體可以導(dǎo)致各種神經(jīng)癥狀如癲癇發(fā)作、認(rèn)知缺陷、運(yùn)動和協(xié)調(diào)障礙以及精神障礙[1]。

NMDAR屬于谷氨酸門控離子通道家族[2,4],主要參與記憶功能和突觸可塑性,在突觸傳遞和可塑性中發(fā)揮關(guān)鍵作用[5]。NMDAR由四個亞基組成:包含兩個GluN1亞基或GluN2和GluN3亞基結(jié)合[6,7]。GluN2亞單位的平衡負(fù)責(zé)谷氨酸能神經(jīng)傳遞[8],GluN2A賦予NMDAR特定的電生理特性,如高通道開放概率和電導(dǎo)、更容易脫敏,使這些受體成為突觸活動的多功能調(diào)節(jié)劑[8]。NMDAR亞基都包含一個胞外N端結(jié)構(gòu)域(NTD)[9],在NTD內(nèi),存在谷氨酸和甘氨酸的激動劑結(jié)合位點(diǎn)(ABD)[8]。NMDA受體的離子孔被鎂離子堵塞[4～6,10],只有去除鎂離子[11,12],同時兩種激動劑(谷氨酸和甘氨酸)與NMDAR結(jié)合,受體才對鈉離子和鉀離子具有滲透性,才會發(fā)生去極化過程[1]。而在NMDAR打開后,鈣通過NMDAR進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),在突觸可塑性中發(fā)揮中心作用[1],并且將神經(jīng)元細(xì)胞的去極化與神經(jīng)元存活、突觸形成和長時程增強(qiáng)等至關(guān)重要的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)相耦合[2]。谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性神經(jīng)遞質(zhì),并已被證明可調(diào)節(jié)神經(jīng)元活力、基本神經(jīng)系統(tǒng)回路和對環(huán)境刺激的行為反應(yīng)等多種生理機(jī)制[2],NMDAR的活性在很大程度上是由突觸部位的階段性谷氨酸釋放控制的[5],突觸外NMDAR主要引起谷氨酸興奮毒性,對神經(jīng)元功能不利[12]。NMDAR功能、組成和定位的異常調(diào)節(jié)是許多神經(jīng)和精神疾病中存在的突觸功能障礙的基礎(chǔ)。對這種疾病的認(rèn)識不足,導(dǎo)致許多癲癇、特發(fā)性腦膜炎或精神疾病患者被誤診,從而錯過了潛在的治療干預(yù)的機(jī)會。鑒于這種罕見疾病的潛在災(zāi)難性后果,我們將簡要回顧其發(fā)病機(jī)制,為臨床治療提供一個參考。

1 抗NMDAR腦炎的觸發(fā)因素

卵巢畸胎瘤是抗NMDAR腦炎的誘因[13]。卵巢畸胎瘤大量表達(dá)各種GluR相關(guān)的表位(包括NMDAR表位),針對NR1表位產(chǎn)生異?？贵w[14～16]。

單純皰疹病毒感染亦是抗NMDAR腦炎的誘因[13],單純皰疹腦炎患者釋放神經(jīng)元抗原可能會引起針對NMDAR的免疫激活,導(dǎo)致抗NMDAR腦炎的發(fā)生[13],初始表現(xiàn)與單純皰疹病毒腦炎一致,但隨后出現(xiàn)持續(xù)性和進(jìn)展性神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥,這些包括認(rèn)知和運(yùn)動障礙[11]。

2 抗NMDAR抗體的作用機(jī)制

2.1 突觸受體內(nèi)化 細(xì)胞表面NMDAR的內(nèi)化與抗體滴度相關(guān)[14,17],抗NMDAR抗體與GluN1亞基的表位結(jié)合[11],一方面,導(dǎo)致受體的暫時激活;另一方面,導(dǎo)致AMPA受體超極化導(dǎo)致兩個抗體復(fù)合物的連接(交聯(lián))[13],通過結(jié)合、加帽和交聯(lián),隨后抗體受體復(fù)合物內(nèi)化。

Vissel的研究表明,NMDAR可以通過不同殘基的亞單位CTD磷酸化對NMDAR的內(nèi)吞/清除進(jìn)行調(diào)節(jié)[8],在抗NMDAR腦炎中是否發(fā)揮作用尚不清楚。

腎上腺素和NMDAR的相互作用可以穩(wěn)定各自突觸內(nèi)的NMDAR,自身抗體減少了NMDAR和腎上腺素的相互作用,受體就會聚集在突觸外,受體的這種突觸外定位會反過來促進(jìn)其內(nèi)化[1],并且結(jié)合IgG的NMDAR就在突觸外的位點(diǎn),在內(nèi)化過程中起作用[18]。

抗NMDAR腦炎主要由NMDAR內(nèi)化引起,受體內(nèi)化降低細(xì)胞表面受體密度[19,20],從而降低了海馬神經(jīng)元中突觸NMDAR介導(dǎo)的電流,作為這些過程的結(jié)果,相應(yīng)神經(jīng)細(xì)胞中NMDAR介導(dǎo)的電流減少[21],導(dǎo)致電流振幅顯著降低[18],使得長時程增強(qiáng)(LTP)受損[19]。同時還可能導(dǎo)致海馬神經(jīng)元NMDAR丟失,是NMDAR功能減退的主要原因[18],從而導(dǎo)致精神分裂癥[22],出現(xiàn)一系列精神癥狀[1,13]。非IgG結(jié)合的NMDAR主要在突觸內(nèi),但突觸內(nèi)NMDAR和EphrinB2型受體(EphB2)之間的相互作用在突觸后膜中的穩(wěn)定和聚集來調(diào)節(jié)長時程增強(qiáng)(LTP),這種相互作用的破壞導(dǎo)致NMDAR移位到突觸外位點(diǎn),然后內(nèi)化[21],受體內(nèi)化后以蛋白酶體依賴的方式被破壞[11],從而導(dǎo)致突觸內(nèi)受體減少,這與癲癇相關(guān)[18];而皮質(zhì)神經(jīng)元中NMDAR內(nèi)化導(dǎo)致患者記憶喪失和焦慮[14,19,23,24]。

2.2 抑制突觸可塑性 NMDAR抗體導(dǎo)致NMDAR水平降低[17],使得NMDAR突觸簇數(shù)量減少[13]、密度逐漸降低,當(dāng)突觸中NMDAR 減少時會導(dǎo)致突觸可塑性降低[17],通過調(diào)節(jié)的NMDAR密度改變突觸可塑性,并改變了AMPAR可塑性的誘導(dǎo)閾值[25,26]。

抗NMDAR抗體通過阻斷NMDAR在突觸中的作用,抑制突觸可塑性[11]。NMDAR介導(dǎo)的突觸電流和鈣信號傳導(dǎo)對神經(jīng)可塑性至關(guān)重要[6],鈣進(jìn)入是突觸可塑性的關(guān)鍵[27],NMDAR具有對鈣的特別高的滲透性,突觸通過NMDAR的鈣流入激活 Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ型(CaMKⅡ)及其易位至NMDA受體的GluN2B亞基來參與突觸可塑性[10],這使得它成為突觸可塑性的主要參與者,這種現(xiàn)象被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵[5]。同樣多項(xiàng)證據(jù)表明GluN2B表達(dá)增加與突觸可塑性和認(rèn)知能力增強(qiáng)有關(guān)[5],這表明抗體介導(dǎo)的NMDAR減少與記憶和行為缺陷之間存在明確的聯(lián)系[28]。GluN2A亞基功能障礙與突觸可塑性改變密切相關(guān)[8,29]。突觸后LTP的誘導(dǎo)依賴于突觸后NMDAR的激活,而突觸前LTP不依賴NMDAR[12]。含有GluN2A和GluN2B的NMDAR異聚體在NMDAR依賴性突觸后LTP和LTD中都充當(dāng)關(guān)鍵分子[12],因此GluN2A和GluN2B變體會改變NMDAR依賴的可塑性[30],通過將 GluN2A 亞基賦予的高開放概率(從而允許大量鈣進(jìn)入)和 GluN2B亞基的獨(dú)特信號特性相結(jié)合,NMDAR 可能在觸發(fā) LTP 中具有獨(dú)特的作用:改善學(xué)習(xí)和記憶[5,31]。

2.3 抑制性神經(jīng)元的功能減低 抗體誘導(dǎo)的NMDAR功能減退導(dǎo)致海馬神經(jīng)元的抑制性中間神經(jīng)元的抑制性突觸密度降低[19]。由于抑制性中間神經(jīng)元的激活減少[1],減少了神經(jīng)元的抑制性輸入[30],而興奮性神經(jīng)元的大量去抑制導(dǎo)致興奮性神經(jīng)元釋放更多谷氨酸[1],這可能是抗NMDAR腦炎癲癇發(fā)作的一個原因。

NMDAR的可用性降低會影響每個節(jié)點(diǎn)的抑制性神經(jīng)元,降低多巴胺能神經(jīng)元的正常抑制張力。由于抑制性中間神經(jīng)元的NMDAR功能低下以及由此導(dǎo)致的皮質(zhì)谷氨酸能和多巴胺能投射的去抑制[19],引起多巴胺的產(chǎn)生增加,導(dǎo)致精神癥狀[10]。

3 NMDAR的病理功能

文獻(xiàn)指出抗體作用于NMDAR會導(dǎo)致進(jìn)行性記憶缺陷、快感缺失、抑郁樣行為、認(rèn)知和行為缺陷[18],當(dāng)NMDAR與抗體分離水平恢復(fù)后,相關(guān)的臨床癥狀逐漸改善[17],因此,可以證明抗NMDAR抗體介導(dǎo)突觸功能的喪失,導(dǎo)致了上述癥狀的產(chǎn)生[19]。

小鼠注射抗NMDAR抗體后運(yùn)動皮質(zhì)興奮性顯著增強(qiáng),增加了NMDAR的活性[32],導(dǎo)致NMDAR過度激活從而引起GluN2B亞基上調(diào)導(dǎo)致興奮性毒性和癲癇發(fā)作易感性的增加[33],為與NMDAR功能障礙相關(guān)的癲癇發(fā)作提供證據(jù)[19],因此,抗NMDAR的自身抗體對癲癇發(fā)作具有致病性[19]。

抗NMDAR抗體直接改變谷氨酸能神經(jīng)傳遞[11,19],誘導(dǎo)海馬中谷氨酸釋放增加,從而神經(jīng)細(xì)胞興奮性增加,導(dǎo)致癲癇發(fā)作,并且抗體的致癇作用與海馬內(nèi)結(jié)合的IgG的數(shù)量相關(guān)[18]。

阻斷NMDAR可引起精神病癥狀,包括妄想、幻覺、健忘癥、運(yùn)動障礙和僵直癥,同樣NMDAR功能減退會導(dǎo)致情緒改變和精神分裂癥的癥狀[15,17]。

突觸外NMDAR的過度激活會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣的過度增加[5],Ca2+流入受GluN2B和GluN2A的細(xì)胞質(zhì)C末端的不同結(jié)構(gòu)域控制[33],通過PP1(絲氨酸-蘇氨酸磷酸酶)介導(dǎo)GluN2B 的去磷酸化控制成熟神經(jīng)元中NMDAR突觸含量,致使NMDAR轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控受損,細(xì)胞內(nèi)高鈣負(fù)荷[11,26,34]會導(dǎo)致細(xì)胞凋亡效應(yīng)酶的激活,導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡增加(興奮性毒性)[23,35]。突觸外NMDAR通常富集GluN2B亞單位,被認(rèn)為是構(gòu)成興奮毒性的主要信號通路[9],因此,突觸外NMDAR信號升高會觸發(fā)興奮毒性[23,26]。

GluR亞基是一種定位于突觸的突觸后跨膜蛋白,小腦素介導(dǎo)神經(jīng)絲素-小腦素-谷氨酸受體δ相互作用,會表現(xiàn)出共濟(jì)失調(diào)運(yùn)動[34]。

4 炎癥因子在抗NMDAR腦炎中的作用

在對患者的活檢中海馬內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量的漿細(xì)胞、IgG沉積[13],沒有發(fā)生不可逆的神經(jīng)元變性[14,21],這表明是由抗體導(dǎo)致的神經(jīng)元功能障礙引起的。T細(xì)胞募集和增殖中起作用的細(xì)胞因子,如IFN-γ、腫瘤壞死因子(TNF)-α、CXCL-10、趨化因子C-C基序配體(CCL)22、IL-1β、IL-6、IL-7、IL-10和IL-17A在急性期升高,表明疾病初期T細(xì)胞參與[7,36,37]。而疾病后期CD4+T細(xì)胞與相關(guān)細(xì)胞因子減少的研究表明與抑制免疫治療無關(guān),而動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果考慮與T細(xì)胞及其細(xì)胞因子耗竭相關(guān)[38]。TNF-α和IL-6的應(yīng)用則可能加劇抗NMDAR抗體通過突觸機(jī)制降低海馬神經(jīng)元突觸部位的中樞敏化的作用。 正常濃度IL-6的產(chǎn)生會減少NMDA誘導(dǎo)的胞漿Ca2+超載,抑制神經(jīng)元凋亡和壞死,起保護(hù)作用;慢性輸注IL-6減弱抗NMDAR抗體對的鼠海馬神經(jīng)元中NMDAR介導(dǎo)的MEPSCs,這破壞了動物的學(xué)習(xí)能力;因此,IL-6可能對突觸可塑性和記憶起雙向作用[39]。TNF-α損害突觸可塑性和記憶的機(jī)制在抗NMDAR腦炎中大多是未知的,但我們發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)長期輸注TNF-α可使NMDAR介導(dǎo)的海馬神經(jīng)元EPSCs減少,這可能是潛在機(jī)制[39]。

自身抗體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)對NMDAR的持續(xù)免疫激活導(dǎo)致突觸功能的損傷[28]。

癲癇發(fā)作是由抗體直接引起的,但是與抗NMDAR腦炎相關(guān)的神經(jīng)炎癥可能會促進(jìn)癲癇發(fā)作[40]。研究表明,必須持續(xù)接觸抗體才能誘發(fā)癲癇發(fā)作[19],IL-1受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)是癲癇發(fā)作和持續(xù)的前提,抗炎治療引起的細(xì)胞因子濃度下降與有助于臨床改善。IL-1受體拮抗劑降低了炎性因子的表達(dá),阻斷IL-1的作用會減弱抗體誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作,可能是通過調(diào)節(jié)Ca2+濃度來調(diào)節(jié)谷氨酸能神經(jīng)傳遞[40],并且有助于海馬突觸活動的正常化[32]。因此IL-1可能是通過增強(qiáng)NMDAR介導(dǎo)的谷氨酸能傳遞,增加癲癇的發(fā)生[32]。

本篇綜述主要討論了抗NMDAR腦炎的發(fā)病機(jī)制,目前研究表明NMDAR抗體在抗NMDAR腦炎中的核心作用,抗體與受體結(jié)合、交聯(lián),最終NMDAR受體內(nèi)化,受體密度降低、突觸可塑性受到抑制、抑制性中間神經(jīng)元功能減退,從而出現(xiàn)一系列病理功能,并且多種炎癥因子參與其中,但目前炎癥因子的參與機(jī)制需進(jìn)一步研究;阻斷抗體及抗炎治療是治療該病的重要手段,由于動物模型尚未建立,發(fā)病機(jī)制的闡述有待進(jìn)一步驗(yàn)證。