阿爾茨海默病中小膠質細胞的作用及針刺干預研究概況

張 淼 馬 帥 張思琪 楊添淞

(1 黑龍江中醫藥大學附屬第二醫院,哈爾濱,150000; 2 黑龍江中醫藥大學,哈爾濱,150040; 3 黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院,哈爾濱,150040)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s Disease,AD)是一種復雜的神經退行性疾病,常見于老年人。臨床表現為認知和執行能力漸進式下降。其特征是神經元的進行性喪失,通常會導致包括記憶和學習在內的認知功能受損[1]。隨著人口老齡化的加快,世界正面臨阿爾茨海默病的危機,AD發病機制復雜,其主要病理特征為β淀粉樣蛋白(Amyloid β-protein,Aβ)沉積、神經原纖維纏結(Neurofibrillary Tangles,NFT)、tau蛋白過度磷酸化、神經炎癥反應、神經元和突觸喪失以及神經營養不良等[2-3]。

目前該病暫無特異性治療藥物,針灸治療AD等認知功能障礙具有良好效果,本文從神經炎癥角度與突觸可塑性及自噬角度,闡述小膠質細胞(Microglia,MG)在AD發病機制中的作用,以及針刺治療AD的研究概況。

1 小膠質細胞極化與AD

大腦的神經炎癥是AD的核心病理特征。MG屬于神經膠質細胞,起源于原始造血過程中的卵黃囊,是大腦常駐免疫細胞之一,參與構成了中樞神經系統的免疫防線,在維持大腦穩態及神經炎癥中發揮重要作用[4]。研究表明,小膠質細胞可以調節神經元活動、促進學習能力和塑造社會行為[5]。

MG的激活是一把雙刃劍,具有兩面性。正常狀態下MG胞體較小且處于靜息狀態,當發生應激和損傷時,激活的MG胞體增大,炎癥介質釋放增多,損傷膠質細胞和神經元。中樞神經系統中的MG激活可以分為2種截然相反的類型:M1型(促炎)和M2型(抗炎)。根據激活的表型,MG可以產生細胞毒性或發揮神經保護作用。其中M1(促炎)的特征是通過iNOS/NOS2的上調產生炎癥介質(白細胞介素IL-1β、TNF-α、IL-6等)和一氧化氮(NO),炎癥介質和神經毒性分子分泌過多導致正常細胞死亡,進而對機體造成損害。M2極化是通過抗炎細胞因子(IL-4和IL-10)的處理實現,如IL-10、TGF-β、CSF1可誘導多種極化方案,響應炎癥而下調、保護或修復,發揮神經保護作用,有助于神經元再生[6]。

謝璐霜等[7]通過電針“百會”治療AD模型大鼠,利用分子學和形態學方法觀察海馬區MG的極化,結果顯示電針組與模型組比較,海馬區M1型小膠質細胞數量顯著增加,M2型小膠質細胞數量顯著減少,說明針刺“百會”可調控AD大鼠海馬區MG活化狀態,促進M2極化,抑制M1型的生成,且能抑制Aβ斑塊激活MG上的Toll樣受體(Toll-Like Receptor,TLR)4進而抑制釋放炎癥介質,清除AD病理產物,降低中樞氧化應激,改善AD癥狀。Wang L團隊研究表明,TLR4在中樞神經系統(Central Nervous System,CNS)的神經元、MG、星形膠質細胞和內皮細胞中廣泛表達,TLR4在MG中大量表達并誘導MG活化,活化的MG會引起炎癥級聯反應,從而導致腦損傷和神經功能障礙,電針AD小鼠可通過調控MG上TLR4的表達,誘導海馬區MG的M2極化,進而改善AD的認知功能損害[8]。

MG的炎性活化在AD發生與發展中發揮著重要作用,2種表型(M1與M2)之間的相互轉換也成為AD發生與發展的關鍵點[7],抑制M1型并促進M1型向M2型轉換是防治AD的有效途徑。相關研究表明,MG作為主動參與者參與AD發病及發展全過程,與AD病理損害機制和認知功能障礙之間密切相關,調控MG對AD治療有一定作用,MG可能是AD潛在的干預靶點[9]。

2 小膠質細胞介導的神經炎癥與AD

MG可以通過去除和降解Aβ及tau蛋白,發揮神經保護作用[10]。然而Aβ和Aβ誘導的炎癥介質之間的持續相互作用擠壓了MG的間隙[11],且AD發病過程中Aβ的過度沉積導致MG清除能力下降,使MG的激活由M1型向M2型轉化,促炎的MG又加劇tau蛋白過度磷酸化[12],對神經元造成二次損傷,進而導致神經元死亡后出現一系列認知功能障礙等異常的行為癥狀。

活化的MG是AD等神經退行性疾病的常見病理特征,AD中的MG炎性活動增加,導致MG介導的清除機制受到損害。MG在淀粉樣蛋白沉積物周圍形成保護屏障,將淀粉樣蛋白原纖維壓實成緊密排列且毒性較低的形式,防止新的Aβ附著在現有斑塊上,并減少附近神經細胞的軸突營養不良[13]。在成人大腦中,MG參與調節學習和記憶等高級認知功能[14],此外,MG通過去除細胞碎片、死亡細胞或錯誤折疊的蛋白質,減輕淀粉樣蛋白對腦組織的損害,具有保護神經元的作用[15]。Lue LF團隊還通過AD患者尸檢,驗證了MG在死后仍提供基于大腦起源區域研究MG異質性的機會,進而提示MG驅動的神經炎癥反應在AD和其他神經退行性疾病的發病機制中扮演重要角色[16]。

LIN等[17]針刺AD大鼠“百會”“風府”“水溝”等穴位,結果顯示針刺治療的大鼠MG更小、突起更細。這一結果表明,針刺能顯著抑制AD大鼠小膠質細胞的激活,可能機制是針刺降低了自體免疫球蛋白和溶血磷脂酸(Lysophosphatidic Acids,LPA)的表達,這些物質共同構成了自體免疫球蛋白溶血磷脂酸軸,該軸可誘導AD大鼠大腦中的MG活化,針刺治療可下調MG細胞膜上溶血磷脂酸受體LPAR1和LPAR2的表達,從而影響MG的激活進程。證實了電針治療可通過MG的免疫功能清除,抑制AD大鼠的神經炎癥損傷。

MG是中樞神經系統最關鍵的免疫細胞,是神經炎癥最重要的參與者,同樣也是誘導AD炎癥反應的重要結構。炎癥反應在AD不同階段發揮不同的作用,早期急性反應具有一定神經保護作用,慢性反應會加劇病理變化,引起細胞凋亡,從而誘發新的炎癥,形成惡性循環,同樣,神經炎癥又可以反過來促進NFT,加劇AD癥狀[18]。

3 小膠質細胞調控AD突觸自噬及突觸可塑性

3.1 小膠質細胞調控AD突觸自噬 自噬是清除受損蛋白質和細胞器的主要途徑之一,它通過將蛋白質聚集體和受損細胞器攜帶到溶酶體中起作用[19-20]。MG在參與AD發展的過程中,自噬方式也發生了變化,在細胞內部,自噬與炎癥以雙向方式相互作用[21]。通常自噬通過降解細胞中炎癥反應的幾種成分來減少炎癥介質的分泌,包括IL-1β、IL-6和TNF-α,通過這種方式,細胞利用自噬作為負反饋來調節炎癥反應的細胞毒性作用。因此,受損的自噬與組織中的持續炎癥反應有關,并參與AD慢性炎癥的發病機制[22]。

髓樣細胞2(TREM2)上表達的受體是一種在AD腦中高表達的小膠質細胞受體[23]。TREM2的消耗會阻礙小膠質細胞對Aβ的吞噬作用,TREM2-Aβ相互作用對清除AD腦中的淀粉樣蛋白斑塊至關重要,TREM2缺失會導致tau蛋白磷酸化[24]。另外,MG自噬對AD中突觸重塑性具有調控作用,認知功能障礙與突觸吞噬功能紊亂相關[25]。另有研究顯示AD患者大腦中的Aβ寡聚體結合在突觸上,誘導經典補體蛋白C1q大量產生,進而引起下游補體受體C3含量的上升,導致MG的突觸功能被異常激活,引起MG對突觸大量吞噬,最終造成突觸丟失和神經炎癥[26],誘發AD的發生。

ZHENG等[27]證實,電針可抑制5xFAD小鼠的前額葉皮層和海馬中的神經膠質細胞活化,通過抑制AKT-MAPK1-MTORC通路,從而促進大腦中的自噬-溶酶體(ALP)來抑制Aβ病理學,減輕AD的認知障礙,在行為上,電針顯著改善了5xFAD小鼠的空間學習能力和恐懼記憶。鄭清等[28]也驗證了電針通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路調節海馬自噬和清除NFD,利用自噬作為負反饋來調節炎癥的細胞毒性作用,改善AD大鼠的學習記憶和認知障礙。

綜上所述,錯誤折疊和聚集的tau蛋白組成的NFD通常會被自噬-溶酶體通路降解。MG在免疫監測和神經炎癥中起著核心作用,MG自噬嚴格控制其自身代謝和免疫狀態,并調節神經元tau蛋白病理學,自噬增強可以通過靶向免疫細胞功能和tau蛋白病理學來治療AD[29]。自噬激活可以通過降解炎癥酶體或炎癥介質以及改善免疫系統功能來抑制炎癥反應。自噬是一個多步驟的過程,由于細胞或組織損傷后的動態變化具有時間依賴性,因此需要在實驗水平上仔細評估。在特定的病理環境下,自噬可能在早期時間點發揮細胞保護和促進生存的作用,而在損傷情況下,長期誘導自噬可能導致細胞凋亡或壞死[30]。

3.2 小膠質細胞調控突觸可塑性 突觸功能的可塑性主要是指突觸的傳遞效率,包括長時程增強(Long-term Potentiation,LTP)和長時程抑制(Long-term Depression,LTD)[31]。LTP和LTD均在學習記憶過程中扮演重要角色,前者作用以存儲及合成新記憶為主,后者以對記憶整理、遺忘作用為主,并調節LTP[32]。

研究發現去除AD小鼠模型中的MG后能明顯改善樹突棘的丟失以及認知功能障礙。Aβ沉積會導致MG激活,產生和釋放趨化因子CCL11加劇AD神經元的損傷,CCL11上調是導致認知功能下降的誘發因素,而CCL11的受體CCR3主要表達在神經元上,因此敲除CCR3能改善AD的Aβ沉積及突觸丟失,進而改善認知功能及記憶能力[33]。在針刺AD模型大鼠實驗中,發現電針可以增加群發電位(PS)峰值和峰面積,增加海馬興奮性突觸后電位斜率,誘導LTP增強,進而改善AD大鼠學習記憶能力[34]。針灸SAMP8小鼠可以誘導LTP形成,MG可以通過某些特定的信號通路識別和消除不必要的神經連接,影響突觸可塑性進而改善其學習記憶能力[35]。

突觸可塑性是學習和記憶的基本機制,目前已成為神經科學研究的熱點。小膠質細胞具有多突觸可塑性的特點,為中樞神經系統內固有的免疫效應細胞,在中樞神經系統的生理過程中發揮極其重要的作用[36]。在生理條件下,小膠質細胞可通過直接與神經元接觸或間接釋放一些因子調節突觸可塑性,這與維持機體正常的認知、學習記憶功能緊密相關。AD狀態下常會引起小膠質細胞的激活,釋放炎癥介質,促進或抑制神經元或突觸的損傷。同時激活的小膠質細胞也會通過某些信號通路對死亡的神經元碎片或損傷的突觸進行吞噬,進而影響突觸可塑性[37-38]。針灸能夠上調突觸界面結構參數,增強突觸的傳遞功能,對突觸進行結構與功能的修飾,促進神經損傷的再生與修復。2020年,浙江大學醫學院谷巖研究員課題組和王朗副研究員課題組合作首次發現用于免疫的小膠質細胞通過清除突觸而引起記憶遺忘,并且進一步發現補體信號通路參與了小膠質細胞介導的遺忘,且依賴于記憶印記細胞的活動[39]。然而神經元和小膠質細胞之間的相互作用介導的突觸重塑穩定性變化的機制尚不清楚。小膠質細胞調控突觸變化的分子機制研究尚處于起步階段。

4 討論

MG不僅是神經系統常駐的免疫細胞,也是突觸結構、記憶強度和精度的重要調節細胞,并且還是治療AD和其他神經退行性疾病的重要靶點[40]。近年來MG調控AD的基礎實驗及機制研究越發深入,其中針刺療法因其安全性及良好療效,成為補充與替代醫學的熱門研究之一,其中以電針為主的動物實驗研究較多,電針頻率、波形、刺激強度等研究較少;選穴多側重于膀胱經、督脈、胃經及頭穴,對于穴位配伍、穴位之間的協同性或拮抗性等量效關系研究較少;如何通過針刺能做到雙向調控MG,抑制M1型并促進M1型向M2型轉化可能成為關鍵。

因此,未來研究可側重電針頻率、波形及刺激強度的比較,篩選出電針治療AD的最優參數,為針刺治療AD提供最佳療法。進一步深化穴位之間的量效關系應研究,找出最佳穴位配伍、精簡穴位。針刺治療AD過程中,精準調控靶向MG的特定功能,量化MG的雙向作用,更準確地了解MG在AD發生發展中的角色,是未來研究的重中之重。