帕金森病與免疫炎癥的相關性研究進展▲

曾冠文 張媛媛 蘇家宜 李朝暉 卓文燕

(珠海市人民醫院暨南大學附屬珠海醫院神經內科,廣東省珠海市 519000)

【提要】 帕金森病是一種常見的慢性神經系統退行性疾病,主要病理特征為黑質多巴胺能神經元的變性缺失、神經元α-突觸核蛋白沉積及路易小體形成,其病因包括環境因素、遺傳因素、神經系統老化、多因素交互作用等。研究表明,帕金森病不僅是一種中樞神經系統疾病,而且很可能與全身亞炎癥狀態相關。因此,本文就帕金森病的神經炎癥和免疫相關性的研究進展進行綜述。

帕金森病是僅次于阿爾茨海默病的第二常見的神經退行性疾病[1]。帕金森病以靜止性震顫、運動遲緩、姿勢不穩和肌肉強直為典型癥狀[2],其最典型的病理特征是黑質致密部多巴胺能神經元變性缺失、α-突觸核蛋白聚集及路易小體出現[3]。帕金森病是一種多因素疾病,大多數患者屬散發病例,僅有不足10%的病例為遺傳性病例[4]。帕金森病的病因目前尚存在爭議,但大多數學者發現,帕金森病患者的大腦黑質中存在炎癥反應,表現為小膠質細胞活化和相關細胞因子表達增加等[5],因此神經炎癥被認為是帕金森病發病的關鍵因素。而腸道可能在帕金森病的神經退變過程中扮演十分重要的角色。研究發現,帕金森病患者在中樞神經系統癥狀出現之前就可在結腸組織中檢測出α-突觸核蛋白的異常積聚[6],提示帕金森病可能源于腸道。本文就帕金森病與免疫炎癥的相關性的研究現狀進行綜述,以更深刻地理解帕金森病的本質,為臨床上防治該病提供參考。

1 帕金森病的炎癥本質

1988年,McGeer等[7]首先提出了帕金森病病理的神經炎性假說,該研究團隊在帕金森病患者尸體中發現黑質致密部中的多巴胺能細胞被大量的反應性小膠質細胞吞噬破壞,而非帕金森病患者尸體的黑質致密部中反應性小膠質細胞較少。隨后的多個研究均證實激活或增強炎癥反應可導致線粒體功能障礙、氧化應激和多巴胺能神經元凋亡,且正電子發射斷層掃描成像提示帕金森病患者的大腦中廣泛存在炎性變化[8-9]。

小膠質細胞作為大腦免疫系統的重要組成部分,在維持腦微環境穩態方面起著至關重要的作用。異常激活的小膠質細胞可大量分泌腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白細胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β等促炎細胞因子[10],同時導致星形膠質細胞增生,吸引外周免疫細胞(其中大部分是T淋巴細胞)涌入,共同作用形成惡性炎癥網絡[11]。既往觀點認為炎癥是帕金森病發病的次要因素,但以下幾種觀點表明免疫炎癥在帕金森病的發病中起到直接作用:(1)對動物進行免疫處理后可以改變動物對帕金森病的易感性,且病情更為嚴重[12];(2)人類的主要組織相容性復合體基因與帕金森病發病風險之間存在顯著相關性[13];(3)流行病學研究表明,定期服用非甾體抗炎藥的人患帕金森病的風險較低[14]。

研究發現,與健康人群相比,帕金森病患者外周血細胞因子,包括TNF、可溶性TNF受體、IL-1β及IL-6水平均升高[15]。IL-1α、IL-1β和IL-6是炎癥細胞因子,它們主要是由被激活的小膠質細胞和星形膠質細胞產生。研究顯示,IL-1β參與帕金森病的整個病理過程[16]。Lindqvist等[17]發現,帕金森病患者的IL-6水平高于健康對照組,TNF-α水平升高與慢性病治療疲勞功能評估評分高度相關,而帕金森病患者的非運動癥狀(如疲勞和抑郁癥狀)可能是通過炎癥機制產生的。采用蒙哥馬利抑郁量表對帕金森病患者進行評估發現,基線IL-6水平較高的患者2年后更容易表現出抑郁癥狀[18]。此外,腦脊液C反應蛋白水平也被證實與統一帕金森病評定量表第Ⅲ部分及蒙特利爾認知評估量表得分相關,多因素回歸分析結果顯示,腦脊液C反應蛋白水平可以預測6.9%的統一帕金森病評定量表第Ⅲ部分評分的變化情況[19]。因此,對于帕金森病患者,無論運動或非運動癥狀均被證實與炎癥機制相關。

1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)是一種神經毒素,可誘導帕金森病樣特征,包括獨特行為、多巴胺能神經元變性,上調α-突觸核蛋白水平并且激活黑質致密部和紋狀體的小膠質細胞和星形膠質細胞[20]。IL-32能誘導其他促炎細胞因子(如TNF-α、IL-1β和IL-6等)的產生,進一步促進炎癥發展[21-22]。動物實驗表明,誘導IL-32過表達可增強神經炎癥反應,增加MPTP的多巴胺能神經毒性,而抗感染治療能大幅度地減輕MPTP介導的多巴胺能神經毒性[23]。另外,有研究證實,小鼠缺乏某種細胞因子受體(如Ⅰ型干擾素受體)可表現出相應的神經保護作用,神經炎癥反應減弱[24]。這些結果進一步證實帕金森病是一種慢性神經系統炎癥,可能還伴有全身亞炎癥狀態。目前雖尚未明確炎癥機制在帕金森病各階段中的作用,但其造成的臨床癥狀和解剖結構損害均已被證實[7,19]。

除上述機制外,炎癥細胞因子在帕金森病發病機制中的作用可能還涉及誘導腦內急性時相反應、抗原提呈與吞噬、增強細胞介導的細胞毒性、與皮質醇相互作用、抑制線粒體氧化還原酶活性、能量耗竭、促進氧化應激、增加血腦屏障對鐵的通透性及刺激神經膠質細胞產生毒素等。

2 免疫炎癥的一體性

盡管有血腦屏障的保護,中樞神經系統仍會受到外周免疫的影響。動物實驗表明,經外周循環注射脂多糖可刺激促炎細胞因子(IL-1β、IL-6、IL-17A和TNF-α)的表達,這些細胞因子會穿過血腦屏障并作用于中樞神經系統,導致老年大鼠的行為和認知能力降低[25]。因此,外周免疫炎癥可能是神經退行性變的病因之一[26]。目前,低劑量脂多糖誘導的內毒素耐受是檢測免疫耐受的常用方法之一[27],給予脂多糖誘導后動物表現出炎癥細胞因子的減少和小膠質細胞活化的降低。研究發現,經外周循環注射脂多糖誘導免疫耐受可以保護大鼠免受神經炎癥誘導的神經退行性變,從而提高大鼠黑質多巴胺能神經元存活率和減少行為損傷[28]。此外,長期使用非甾體抗炎藥亦可降低帕金森病的發生率[29],提示中樞神經系統或可從外周免疫耐受中獲益,這表明外周炎癥與神經退行性疾病的發生及發展密切相關。

單核細胞作為外周天然免疫的啟動者和組織者,在免疫系統中發揮多重作用,其在中樞神經系統中的作用也受到眾多學者關注。有研究顯示,減少小鼠外周血單核細胞數量不僅可以減輕外周炎癥,還可以減輕經外周注射脂多糖引起的神經炎癥[30]。此外,單核細胞和小膠質細胞被認為與髓系同源[31]。研究發現,單核細胞可以發育成小膠質細胞[32],或者發育成一組特殊的巨噬細胞[33]。這些細胞從外周遷移到大腦,提示活躍的外周炎癥對大腦免疫反應性有重要影響。巨噬細胞是外周免疫系統的關鍵調節細胞。M1型巨噬細胞釋放促炎細胞因子和趨化因子,如IL-1β、TNF-α、單核細胞趨化蛋白1,以及氧化代謝產物,從而招募更多的炎癥細胞[34]。巨噬細胞通過主要組織相容性復合體Ⅱ呈現更強的抗原提呈能力[35],從而進一步激發T淋巴細胞的能力。研究發現,給予小鼠MPTP處理后,小鼠外周M1型巨噬細胞數量和主要組織相容性復合體Ⅱ的表達增加,核因子κB炎癥通路被激活[36]。這一研究結果提示了活化的T淋巴細胞滲透到腦內并導致大腦中多巴胺能神經元死亡的相關機制。而使用氯膦酸鹽脂質體消耗外周M1型巨噬細胞后,可明顯減少T淋巴細胞向腦內的滲透,最終減輕神經炎癥及減少多巴胺能神經元細胞的死亡[36]。還有研究表明,M1型巨噬細胞數量減少會導致帕金森小鼠模型紋狀體和黑質區域炎癥細胞因子的釋放減少,同時減少小膠質細胞的活化[37]。

Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)是一種模式識別受體,是非特異性免疫和特異性免疫的連接橋梁,在小膠質細胞膜上高表達[38]。敲除TLR4可顯著減輕MPTP誘導的運動缺陷及α-突觸核蛋白功能障礙,降低神經炎癥程度[39]。促進T淋巴細胞向結腸黏膜的轉運是帕金森病患者一個重要的腸道病理特征[40]。動物實驗表明,口服魚藤酮的小鼠結腸黏膜中CD3+T淋巴細胞和TLR4+細胞數量增加,該炎癥狀態導致結腸肌間神經叢中膠質細胞數量增加并發生α-突觸核蛋白的病理改變[41],提示腸道炎癥可導致腸膠質細胞的激活。免疫炎癥會增加α-突觸核蛋白的錯誤折疊并促使其以類似于朊病毒的方式擴散[42]。而敲除TLR4同樣可減輕魚藤酮對小鼠腸屏障完整性的破壞,減少肌間神經叢膠質纖維酸性蛋白的表達、結腸α-突觸核蛋白的活化,以及減少小鼠黑質小膠質細胞激活、大腦多巴胺能細胞丟失和運動功能損害[43]。因此,TLR4介導的炎癥反應參與了帕金森病的病理生理過程,敲除TLR4可減輕帕金森病的神經炎癥損害。

綜上所述,神經退行性變可能是一種全身性疾病,并非局限于中樞神經系統,換言之,中樞神經系統慢性炎癥可能是全身亞炎癥狀態的一部分。

3 α-突觸核蛋白引起的免疫反應

α-突觸核蛋白是大腦中一種未折疊的可溶性蛋白,主要在神經元中表達,在生理條件下可調節突觸的可塑性和多巴胺的釋放。在病理條件下α-突觸核蛋白是路易小體的主要構成成分,并以類似于朊病毒的行為在神經元之間擴散[44]。單體α-突觸核蛋白可以轉化為聚集體,繼而通過抑制微管蛋白聚合和激活炎癥反應加速神經元死亡[45]。另外,α-突觸核蛋白的磷酸化水平與帕金森病的發病密切相關,在帕金森病患者的路易小體中約有90%的α-突觸核蛋白發生磷酸化,而健康人群的大腦中只有不到4%的α-突觸核蛋白發生磷酸化[46]。

錯誤折疊的α-突觸核蛋白不僅在中樞神經系統中普遍存在,還存在于外周的神經元間隙,它可以穿越血腦屏障,改變白細胞分布,還能夠激活小膠質細胞,并參與誘導炎癥反應[47]。黑質多巴胺能神經元在被小膠質細胞釋放的細胞因子激活后與α-突觸核蛋白結合,而與α-突觸核蛋白結合的神經元可以被CD8+T淋巴細胞殺滅[48]。研究表明,以源于α-突觸核蛋白的一組特定的肽作為抗原表位,可驅動帕金森病患者的輔助性和細胞毒性T細胞反應,約有40%的帕金森病患者表現出對α-突觸核蛋白表位具有免疫反應[49],而20%～50%的典型自身免疫性疾病患者亦表現出這些反應[50]。另外,T淋巴細胞還可滲入帕金森病患者的大腦黑質[51],在多巴胺能神經元附近可檢測到大量的CD4+和CD8+T淋巴細胞[9]。

研究發現,B淋巴細胞缺乏的小鼠對MPTP誘導的神經變性有一定的抵抗作用[52],提示B淋巴細胞在帕金森病的發生與發展過程中起到一定作用。外周血淋巴細胞亞群分布與帕金森病的發病密切相關,當外周血淋巴細胞表達異常時,帕金森病的發生風險呈上升趨勢[53-54],分析其原因:(1)α-突觸核蛋白在中樞神經系統和外周血異常積聚,并作為抗原表位來促進自然殺傷細胞、CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞的免疫應答[55],同時通過改變帕金森病患者外周血淋巴細胞的表達誘導細胞凋亡[56];(2)自然殺傷細胞、B淋巴細胞和T淋巴細胞分布在腦膜和血腦脊液屏障,這些細胞可以往返于外周血和中樞系統[57-58];(3)各淋巴細胞亞群通過細胞因子與其他亞群相互作用,使得機體固有免疫和獲得性免疫共同影響帕金森病的發展[59]。綜上,α-突觸核蛋白在病理條件下可誘發免疫反應,激活了全身炎癥反應及中樞神經系統炎癥,最終造成腦內多巴胺神經元的死亡。

4 腸道微生物與α-突觸核蛋白

便秘是帕金森病患者常見的非運動癥狀之一,有70%～80%的帕金森患者受到便秘的困擾[60]。一般情況下,帕金森病患者胃腸功能障礙出現的時間早于運動障礙出現的時間[61]。Braak等[62]認為,α-突觸核蛋白最初在腸道聚集,隨后沿著迷走神經進入腦干到達中腦的黑質,并以類似朊病毒的方式進行傳播。相關的病理生理學研究發現,在帕金森病的早期,α-突觸核蛋白包涵體便出現在腸神經系統及舌咽和迷走神經中[63-64],而切斷迷走神經后帕金森病的發病風險降低[65]。動物實驗表明,腸道微生物通過激活α-突觸核蛋白以促進小鼠小膠質細胞增殖,導致小鼠神經元退化和運動功能障礙[66]。將α-突觸核蛋白纖維注射到健康嚙齒動物的腸道組織中,亦能在迷走神經和腦干內誘導出帕金森病病理反應[67]。以上結果提示,帕金森病可能始發于腸道,而腸道微生物群參與了帕金森病病理生理的始動環節。

與健康人相比,帕金森病患者可能會出現普氏菌科水平降低、腸桿菌科水平升高等腸道菌群異?，F象[68]。普氏桿菌豐度的下降與腸道通透性增加呈正相關[69],其原因是低水平的普氏桿菌會導致粘蛋白合成減少,進而引起腸道滲漏和腸道免疫反應異常。與震顫型帕金森患者相比,非震顫型帕金森病患者進展更快,結腸神經元中α-突觸核蛋白的病理改變表現更嚴重,而且其腸道類桿菌屬的豐度與血漿中的TNF-α濃度呈正相關[70]。研究發現,腸桿菌通過脂多糖途徑刺激巨噬細胞和單核細胞產生TNF-α,從而激活免疫反應[71]。

帕金森病早期階段的腸道通透性增加及腸道中α-突觸核蛋白的積聚表明腸膜滲漏可能促進疾病的進展[72]。帕金森病患者由于腸道普氏桿菌數量的減少,導致腸道黏液減少和腸道通透性增加,從而使局部和全身對細菌抗原及內毒素的敏感性增加,所引起的局部炎癥可能導致大量α-突觸核蛋白的表達和錯誤折疊[73]。研究顯示,在運動癥狀出現之前,帕金森病患者結腸組織中已經出現α-突觸核蛋白的異常積聚[74]。α-突觸核蛋白纖維被證明可以在大鼠神經退行性變發生之前招募外周免疫細胞[63]。免疫激活與炎癥作用使得腸道神經系統啟動α-突觸核蛋白錯誤折疊的病理過程,并通過迷走神經以朊病毒樣的方式依次擴散到延髓、黑質[75]?？傊?腸源性細菌產物或外周炎癥反應可通過全身性機制(包括破壞血腦屏障等)影響大腦組織。

5 小 結

α-突觸核蛋白過表達會導致局部免疫和系統免疫反應的異常,同時還伴隨著血漿炎性細胞因子的級聯反應,其主要效應細胞為小膠質細胞、單核-巨噬細胞及T淋巴細胞,在全身和顱內均會引起廣泛的炎癥反應,而顱內黑質多巴胺能神經元因受到炎癥刺激而逐漸死亡,而隨著該過程的緩慢發展最終導致帕金森病的發生。近年來許多研究表明,由于帕金森病患者腸道普氏桿菌數量減少,導致腸道黏液減少和腸道通透性增加,從而使局部和全身對細菌抗原及內毒素的敏感性增加,可能導致大量α-突觸核蛋白的表達和錯誤折疊,繼而導致上述異常的免疫過程。目前,帕金森病的治療仍是以替代多巴胺類神經遞質為基礎,雖在一定程度上能夠減輕患者的臨床癥狀,但不能減少多巴胺能神經元的丟失。因此,針對腸道微生物組成的新型治療方案(益生菌、合生菌),特別是在帕金森病運動癥狀出現前或前驅階段進行干預,或許具有潛在的應用價值。