阿尔茨海默病中小胶质细胞的作用及针刺干预研究概况

张 淼 马 帅 张思琪 杨添淞

(1 黑龙江中医药大学附属第二医院,哈尔滨,150000; 2 黑龙江中医药大学,哈尔滨,150040; 3 黑龙江中医药大学附属第一医院,哈尔滨,150040)

阿尔茨海默病(Alzheimer′s Disease,AD)是一种复杂的神经退行性疾病,常见于老年人。临床表现为认知和执行能力渐进式下降。其特征是神经元的进行性丧失,通常会导致包括记忆和学习在内的认知功能受损[1]。随着人口老龄化的加快,世界正面临阿尔茨海默病的危机,AD发病机制复杂,其主要病理特征为β淀粉样蛋白(Amyloid β-protein,Aβ)沉积、神经原纤维缠结(Neurofibrillary Tangles,NFT)、tau蛋白过度磷酸化、神经炎症反应、神经元和突触丧失以及神经营养不良等[2-3]。

目前该病暂无特异性治疗药物,针灸治疗AD等认知功能障碍具有良好效果,本文从神经炎症角度与突触可塑性及自噬角度,阐述小胶质细胞(Microglia,MG)在AD发病机制中的作用,以及针刺治疗AD的研究概况。

1 小胶质细胞极化与AD

大脑的神经炎症是AD的核心病理特征。MG属于神经胶质细胞,起源于原始造血过程中的卵黄囊,是大脑常驻免疫细胞之一,参与构成了中枢神经系统的免疫防线,在维持大脑稳态及神经炎症中发挥重要作用[4]。研究表明,小胶质细胞可以调节神经元活动、促进学习能力和塑造社会行为[5]。

MG的激活是一把双刃剑,具有两面性。正常状态下MG胞体较小且处于静息状态,当发生应激和损伤时,激活的MG胞体增大,炎症介质释放增多,损伤胶质细胞和神经元。中枢神经系统中的MG激活可以分为2种截然相反的类型:M1型(促炎)和M2型(抗炎)。根据激活的表型,MG可以产生细胞毒性或发挥神经保护作用。其中M1(促炎)的特征是通过iNOS/NOS2的上调产生炎症介质(白细胞介素IL-1β、TNF-α、IL-6等)和一氧化氮(NO),炎症介质和神经毒性分子分泌过多导致正常细胞死亡,进而对机体造成损害。M2极化是通过抗炎细胞因子(IL-4和IL-10)的处理实现,如IL-10、TGF-β、CSF1可诱导多种极化方案,响应炎症而下调、保护或修复,发挥神经保护作用,有助于神经元再生[6]。

谢璐霜等[7]通过电针“百会”治疗AD模型大鼠,利用分子学和形态学方法观察海马区MG的极化,结果显示电针组与模型组比较,海马区M1型小胶质细胞数量显著增加,M2型小胶质细胞数量显著减少,说明针刺“百会”可调控AD大鼠海马区MG活化状态,促进M2极化,抑制M1型的生成,且能抑制Aβ斑块激活MG上的Toll样受体(Toll-Like Receptor,TLR)4进而抑制释放炎症介质,清除AD病理产物,降低中枢氧化应激,改善AD症状。Wang L团队研究表明,TLR4在中枢神经系统(Central Nervous System,CNS)的神经元、MG、星形胶质细胞和内皮细胞中广泛表达,TLR4在MG中大量表达并诱导MG活化,活化的MG会引起炎症级联反应,从而导致脑损伤和神经功能障碍,电针AD小鼠可通过调控MG上TLR4的表达,诱导海马区MG的M2极化,进而改善AD的认知功能损害[8]。

MG的炎性活化在AD发生与发展中发挥着重要作用,2种表型(M1与M2)之间的相互转换也成为AD发生与发展的关键点[7],抑制M1型并促进M1型向M2型转换是防治AD的有效途径。相关研究表明,MG作为主动参与者参与AD发病及发展全过程,与AD病理损害机制和认知功能障碍之间密切相关,调控MG对AD治疗有一定作用,MG可能是AD潜在的干预靶点[9]。

2 小胶质细胞介导的神经炎症与AD

MG可以通过去除和降解Aβ及tau蛋白,发挥神经保护作用[10]。然而Aβ和Aβ诱导的炎症介质之间的持续相互作用挤压了MG的间隙[11],且AD发病过程中Aβ的过度沉积导致MG清除能力下降,使MG的激活由M1型向M2型转化,促炎的MG又加剧tau蛋白过度磷酸化[12],对神经元造成二次损伤,进而导致神经元死亡后出现一系列认知功能障碍等异常的行为症状。

活化的MG是AD等神经退行性疾病的常见病理特征,AD中的MG炎性活动增加,导致MG介导的清除机制受到损害。MG在淀粉样蛋白沉积物周围形成保护屏障,将淀粉样蛋白原纤维压实成紧密排列且毒性较低的形式,防止新的Aβ附着在现有斑块上,并减少附近神经细胞的轴突营养不良[13]。在成人大脑中,MG参与调节学习和记忆等高级认知功能[14],此外,MG通过去除细胞碎片、死亡细胞或错误折叠的蛋白质,减轻淀粉样蛋白对脑组织的损害,具有保护神经元的作用[15]。Lue LF团队还通过AD患者尸检,验证了MG在死后仍提供基于大脑起源区域研究MG异质性的机会,进而提示MG驱动的神经炎症反应在AD和其他神经退行性疾病的发病机制中扮演重要角色[16]。

LIN等[17]针刺AD大鼠“百会”“风府”“水沟”等穴位,结果显示针刺治疗的大鼠MG更小、突起更细。这一结果表明,针刺能显著抑制AD大鼠小胶质细胞的激活,可能机制是针刺降低了自体免疫球蛋白和溶血磷脂酸(Lysophosphatidic Acids,LPA)的表达,这些物质共同构成了自体免疫球蛋白溶血磷脂酸轴,该轴可诱导AD大鼠大脑中的MG活化,针刺治疗可下调MG细胞膜上溶血磷脂酸受体LPAR1和LPAR2的表达,从而影响MG的激活进程。证实了电针治疗可通过MG的免疫功能清除,抑制AD大鼠的神经炎症损伤。

MG是中枢神经系统最关键的免疫细胞,是神经炎症最重要的参与者,同样也是诱导AD炎症反应的重要结构。炎症反应在AD不同阶段发挥不同的作用,早期急性反应具有一定神经保护作用,慢性反应会加剧病理变化,引起细胞凋亡,从而诱发新的炎症,形成恶性循环,同样,神经炎症又可以反过来促进NFT,加剧AD症状[18]。

3 小胶质细胞调控AD突触自噬及突触可塑性

3.1 小胶质细胞调控AD突触自噬 自噬是清除受损蛋白质和细胞器的主要途径之一,它通过将蛋白质聚集体和受损细胞器携带到溶酶体中起作用[19-20]。MG在参与AD发展的过程中,自噬方式也发生了变化,在细胞内部,自噬与炎症以双向方式相互作用[21]。通常自噬通过降解细胞中炎症反应的几种成分来减少炎症介质的分泌,包括IL-1β、IL-6和TNF-α,通过这种方式,细胞利用自噬作为负反馈来调节炎症反应的细胞毒性作用。因此,受损的自噬与组织中的持续炎症反应有关,并参与AD慢性炎症的发病机制[22]。

髓样细胞2(TREM2)上表达的受体是一种在AD脑中高表达的小胶质细胞受体[23]。TREM2的消耗会阻碍小胶质细胞对Aβ的吞噬作用,TREM2-Aβ相互作用对清除AD脑中的淀粉样蛋白斑块至关重要,TREM2缺失会导致tau蛋白磷酸化[24]。另外,MG自噬对AD中突触重塑性具有调控作用,认知功能障碍与突触吞噬功能紊乱相关[25]。另有研究显示AD患者大脑中的Aβ寡聚体结合在突触上,诱导经典补体蛋白C1q大量产生,进而引起下游补体受体C3含量的上升,导致MG的突触功能被异常激活,引起MG对突触大量吞噬,最终造成突触丢失和神经炎症[26],诱发AD的发生。

ZHENG等[27]证实,电针可抑制5xFAD小鼠的前额叶皮层和海马中的神经胶质细胞活化,通过抑制AKT-MAPK1-MTORC通路,从而促进大脑中的自噬-溶酶体(ALP)来抑制Aβ病理学,减轻AD的认知障碍,在行为上,电针显著改善了5xFAD小鼠的空间学习能力和恐惧记忆。郑清等[28]也验证了电针通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路调节海马自噬和清除NFD,利用自噬作为负反馈来调节炎症的细胞毒性作用,改善AD大鼠的学习记忆和认知障碍。

综上所述,错误折叠和聚集的tau蛋白组成的NFD通常会被自噬-溶酶体通路降解。MG在免疫监测和神经炎症中起着核心作用,MG自噬严格控制其自身代谢和免疫状态,并调节神经元tau蛋白病理学,自噬增强可以通过靶向免疫细胞功能和tau蛋白病理学来治疗AD[29]。自噬激活可以通过降解炎症酶体或炎症介质以及改善免疫系统功能来抑制炎症反应。自噬是一个多步骤的过程,由于细胞或组织损伤后的动态变化具有时间依赖性,因此需要在实验水平上仔细评估。在特定的病理环境下,自噬可能在早期时间点发挥细胞保护和促进生存的作用,而在损伤情况下,长期诱导自噬可能导致细胞凋亡或坏死[30]。

3.2 小胶质细胞调控突触可塑性 突触功能的可塑性主要是指突触的传递效率,包括长时程增强(Long-term Potentiation,LTP)和长时程抑制(Long-term Depression,LTD)[31]。LTP和LTD均在学习记忆过程中扮演重要角色,前者作用以存储及合成新记忆为主,后者以对记忆整理、遗忘作用为主,并调节LTP[32]。

研究发现去除AD小鼠模型中的MG后能明显改善树突棘的丢失以及认知功能障碍。Aβ沉积会导致MG激活,产生和释放趋化因子CCL11加剧AD神经元的损伤,CCL11上调是导致认知功能下降的诱发因素,而CCL11的受体CCR3主要表达在神经元上,因此敲除CCR3能改善AD的Aβ沉积及突触丢失,进而改善认知功能及记忆能力[33]。在针刺AD模型大鼠实验中,发现电针可以增加群发电位(PS)峰值和峰面积,增加海马兴奋性突触后电位斜率,诱导LTP增强,进而改善AD大鼠学习记忆能力[34]。针灸SAMP8小鼠可以诱导LTP形成,MG可以通过某些特定的信号通路识别和消除不必要的神经连接,影响突触可塑性进而改善其学习记忆能力[35]。

突触可塑性是学习和记忆的基本机制,目前已成为神经科学研究的热点。小胶质细胞具有多突触可塑性的特点,为中枢神经系统内固有的免疫效应细胞,在中枢神经系统的生理过程中发挥极其重要的作用[36]。在生理条件下,小胶质细胞可通过直接与神经元接触或间接释放一些因子调节突触可塑性,这与维持机体正常的认知、学习记忆功能紧密相关。AD状态下常会引起小胶质细胞的激活,释放炎症介质,促进或抑制神经元或突触的损伤。同时激活的小胶质细胞也会通过某些信号通路对死亡的神经元碎片或损伤的突触进行吞噬,进而影响突触可塑性[37-38]。针灸能够上调突触界面结构参数,增强突触的传递功能,对突触进行结构与功能的修饰,促进神经损伤的再生与修复。2020年,浙江大学医学院谷岩研究员课题组和王朗副研究员课题组合作首次发现用于免疫的小胶质细胞通过清除突触而引起记忆遗忘,并且进一步发现补体信号通路参与了小胶质细胞介导的遗忘,且依赖于记忆印记细胞的活动[39]。然而神经元和小胶质细胞之间的相互作用介导的突触重塑稳定性变化的机制尚不清楚。小胶质细胞调控突触变化的分子机制研究尚处于起步阶段。

4 讨论

MG不仅是神经系统常驻的免疫细胞,也是突触结构、记忆强度和精度的重要调节细胞,并且还是治疗AD和其他神经退行性疾病的重要靶点[40]。近年来MG调控AD的基础实验及机制研究越发深入,其中针刺疗法因其安全性及良好疗效,成为补充与替代医学的热门研究之一,其中以电针为主的动物实验研究较多,电针频率、波形、刺激强度等研究较少;选穴多侧重于膀胱经、督脉、胃经及头穴,对于穴位配伍、穴位之间的协同性或拮抗性等量效关系研究较少;如何通过针刺能做到双向调控MG,抑制M1型并促进M1型向M2型转化可能成为关键。

因此,未来研究可侧重电针频率、波形及刺激强度的比较,筛选出电针治疗AD的最优参数,为针刺治疗AD提供最佳疗法。进一步深化穴位之间的量效关系应研究,找出最佳穴位配伍、精简穴位。针刺治疗AD过程中,精准调控靶向MG的特定功能,量化MG的双向作用,更准确地了解MG在AD发生发展中的角色,是未来研究的重中之重。