轉(zhuǎn)基因阿爾茨海默病模型炎癥調(diào)節(jié)機(jī)制

張 美 狄婷婷 王瑞婷 趙 楊 申家鈺

(承德醫(yī)學(xué)院，河北 承德 067000)

轉(zhuǎn)基因阿爾茨海默病模型炎癥調(diào)節(jié)機(jī)制

張 美 狄婷婷 王瑞婷 趙 楊1申家鈺2

(承德醫(yī)學(xué)院，河北 承德 067000)

炎性反應(yīng)；小膠質(zhì)細(xì)胞；星形膠質(zhì)細(xì)胞；淀粉樣蛋白；tau蛋白；轉(zhuǎn)基因；抗炎

衰老是阿爾茨海默病(AD)進(jìn)展的最大風(fēng)險(xiǎn)，近十年對(duì)AD及炎癥機(jī)制研究不斷增加。β-淀粉樣蛋白(Aβ)可以啟動(dòng)炎癥反應(yīng)，激活小膠質(zhì)細(xì)胞(MG),募集星型膠質(zhì)細(xì)胞,引起與神經(jīng)、突觸損傷有關(guān)的細(xì)胞因子、化學(xué)因子、活性氧(ROS)和神經(jīng)毒性因子的釋放〔1〕。表達(dá)突變型雙轉(zhuǎn)基因淀粉樣前體蛋白(APP)和tau蛋白的小鼠沒(méi)有呈現(xiàn)出明顯的神經(jīng)脫失，因此，設(shè)想通過(guò)增加炎性成分可能會(huì)建立更合理的AD模型。本文旨在總結(jié)不同基因、藥物處理AD動(dòng)物模型,通過(guò)研究炎癥機(jī)制來(lái)確定AD的炎性標(biāo)志物。

1 AD模型建立

高表達(dá)人類(lèi)APP家族性AD 突變的小鼠Tg2567和APP23(均攜有瑞典型APP突變，APPSWE)可激活MG和星型膠質(zhì)細(xì)胞,并且發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)腫瘤壞死因子(TNF)-α、干擾素(IFN)-γ、白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-1α、化學(xué)引誘蛋白-1、環(huán)氧合酶(COX)-2、補(bǔ)體成分1q水平增加〔1〕。3個(gè)月齡APPV717I小鼠模型炎癥特點(diǎn)顯示膠質(zhì)細(xì)胞激活聚集發(fā)生在淀粉樣蛋白斑塊形成之前〔2〕，同時(shí)伴隨長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)作用(LTP)降低。但小鼠模型如何更好地模擬人類(lèi)AD病變?nèi)源嬖跔?zhēng)議，因?yàn)槟壳笆竽Ｐ蜎](méi)有很好地呈現(xiàn)出人類(lèi)出現(xiàn)的tau磷酸化及神經(jīng)元死亡。集APPSWE、PS1M146V和tau P301L 3種基因于一體的轉(zhuǎn)基因模型3×Tg-AD呈現(xiàn)出進(jìn)行性斑塊沉積、纖維纏結(jié)形成、MG激活、促炎癥因子TNF-α和單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1、細(xì)胞趨化因子受體(CCL)2上調(diào),這些變化僅局限于皮質(zhì)〔3〕。tau病理鼠模型顯示有神經(jīng)炎癥特點(diǎn)，包括聚集tau蛋白、IL-1β、COX-2、反應(yīng)性星狀膠質(zhì)細(xì)胞增多，激活的MG沉積圍繞在tau蛋白陽(yáng)性神經(jīng)元周?chē)?。有趣的是?個(gè)月P301S小鼠腦內(nèi)，MG激活先于纖維纏結(jié)形成〔4〕，因此推測(cè)神經(jīng)炎癥在A(yíng)β沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)形成中有重要作用。培養(yǎng)同時(shí)表達(dá)人類(lèi)APPSWE和PSIΔE9的大鼠模型對(duì)研究AD更有意義〔5〕。F344-AD轉(zhuǎn)基因大鼠不僅呈現(xiàn)出一般轉(zhuǎn)基因AD鼠的病理特征(依賴(lài)年齡的腦內(nèi)淀粉樣變性，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞激活和記憶缺失)，還產(chǎn)生了tau病變和神經(jīng)元凋亡,更接近模擬人類(lèi)AD病變。

2 炎癥調(diào)節(jié)

2.1 APP轉(zhuǎn)基因模型調(diào)節(jié) 近十年相關(guān)的轉(zhuǎn)基因研究多數(shù)僅關(guān)注對(duì)淀粉樣沉積物的影響，缺少對(duì)認(rèn)知和縱向活動(dòng)目標(biāo)影像的觀(guān)察。試驗(yàn)結(jié)果提示了一些炎癥誘導(dǎo)AD病變的可能機(jī)制，如誘生型一氧化氮合酶(iNOS)信號(hào)缺失的APP/早老蛋白(PS)1小鼠和敲除iNOS基因的Tg2576型小鼠，兩者產(chǎn)生的Aβ負(fù)荷不同〔6〕。一般認(rèn)為高表達(dá)促炎性介質(zhì)會(huì)加快疾病發(fā)展，因此治療AD疾病應(yīng)采取相應(yīng)的抗炎措施。如消除APP/PS1小鼠中常見(jiàn)亞基p40來(lái)阻斷促炎性細(xì)胞因子IL-12和IL-23的信號(hào)表達(dá),可減少神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化和淀粉樣蛋白斑〔7〕。 Tg2576型APP小鼠〔基因敲出(GRKO)小鼠〕在敲除IFN-γⅠ型受體基因后,神經(jīng)膠質(zhì)變性和淀粉樣蛋白斑塊減少〔8〕。和同窩APP小鼠相比，APP/GRKO 小鼠陽(yáng)性β分泌酶(BACE)1星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量明顯下降，而且缺失TNF受體(TNFR)Ⅰ的P23小鼠的BACE1蛋白減少并降低了活性〔9〕。這些實(shí)驗(yàn)證實(shí)體內(nèi)炎癥可加強(qiáng)BACEI的表達(dá)〔10〕。

2.2 炎性介質(zhì)調(diào)節(jié) Aβ聚集增多是導(dǎo)致AD病變的另一種可能機(jī)制。Aβ硝基化可促進(jìn)其聚集，出現(xiàn)在A(yíng)PP/PS1 AD小鼠模型和AD患者腦內(nèi)斑塊核心。敲除iNOS基因的APP/PS1小鼠3NTyr(10)-Aβ明顯減少，其總Aβ沉積量及認(rèn)知紊亂程度均明顯減低〔6〕。炎性復(fù)合體(NLRP)3〔由半胱氨酸蛋白酶(Caspase)1,凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(PYCARD)和噬中性白細(xì)胞堿性磷酸酶(NALP)組成的多蛋白低聚物,有時(shí)也包括Caspase 5〕在受到與病原菌締合的巨噬細(xì)胞刺激時(shí)增加。與同齡未雜交小鼠(一種重要的效應(yīng)酶Caspase 1被刪除)相比，APP/PS1小鼠和NLRP3-/-小鼠雜交后,重現(xiàn)了空間記憶力和突觸可塑性，同時(shí)Aβ減少。這與MG吞噬活性增強(qiáng)、胰島素降解酶增加有關(guān)〔11〕。另外，缺乏NLRP3的APP/PS1小鼠毒蕈堿受體(M)2表現(xiàn)型標(biāo)記物(包括炎癥因子FIZZ1，精氨酸酶-1和IL-4)增加,氧化氮合酶(NOS)2表達(dá)減少。許多通過(guò)脂多糖(LPS)或IL-1β誘導(dǎo)的炎癥研究顯示Aβ斑減少，這種作用和MG活性增強(qiáng)及隨后Aβ被清除有關(guān)〔12〕。但試驗(yàn)過(guò)程像是人為激活MG，表現(xiàn)出的急性應(yīng)答沒(méi)有模擬出人類(lèi)AD慢性炎癥變化，并且LPS和IL-1β誘導(dǎo)了嚙齒類(lèi)動(dòng)物記憶損傷。總之，APP模型研究表明炎癥可能通過(guò)Aβ增殖、聚集、清除來(lái)加強(qiáng)APP轉(zhuǎn)基因AD小鼠的病變。

2.3 tau模型調(diào)節(jié) 目前,沒(méi)有充足實(shí)驗(yàn)來(lái)明確評(píng)估炎癥在tau病變 AD中的作用。但APP進(jìn)程與tau高磷酸化可能存在免疫應(yīng)答關(guān)系。因?yàn)榇傺准?xì)胞因子會(huì)改變激酶/磷酸酶的底物專(zhuān)一性，而激酶/磷酸酶在病理位點(diǎn)上會(huì)導(dǎo)致tau高度磷酸化〔13〕。最近幾種炎癥調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)表明tau轉(zhuǎn)基因模型神經(jīng)炎癥會(huì)導(dǎo)致tau磷酸化加重。P301Ltau轉(zhuǎn)基因小鼠高表達(dá)補(bǔ)體抑制因子sCrry抑制炎癥可減少tau病理改變〔14〕。LPS處理的3×Tg-AD小鼠急性免疫反應(yīng)激活后通過(guò)一種依賴(lài)細(xì)胞周期依賴(lài)性蛋白激酶(Cdk)5的機(jī)制誘導(dǎo)tau高度磷酸化〔15〕，但沒(méi)檢測(cè)到淀粉樣蛋白的病理變化。同樣,3×Tg-AD小鼠經(jīng)濾過(guò)性毒菌感染誘導(dǎo)的急性或慢性炎癥加重了tau病變并引起小鼠空間記憶力損傷，該過(guò)程通過(guò)依賴(lài)于3β的糖原合酶激酶(GSK-3β)機(jī)制完成〔16〕。還有其他誘導(dǎo)3×Tg-AD小鼠大腦炎癥的方法,如控制性皮層撞擊(CCI)外傷性腦損傷(TBI)引起軸突內(nèi)Aβ急性聚集及tau磷酸化增加〔17〕。與只高表達(dá)APP轉(zhuǎn)基因的小鼠模型相比，高表達(dá)IL-1β的3×Tg-AD小鼠tau磷酸化水平增加〔18〕。重組腺病毒群介導(dǎo)干擾素-γ基因試驗(yàn)(載體rAAV1-干擾素γ)可減少3×Tg-AD小鼠tau磷酸化〔19〕，而破壞3×Tg-AD小鼠TNF-α信號(hào)可加重AP和tau蛋白病變〔20〕。

3 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)

3.1 AP調(diào)節(jié) MG/巨噬細(xì)胞應(yīng)答是大腦免疫反應(yīng)的關(guān)鍵中介物。受到外因或內(nèi)因刺激后MG通過(guò)各種受體被激活成M1或M2類(lèi)型，清除毒性產(chǎn)物和受損組織,但同時(shí)也會(huì)引發(fā)炎癥。MG/巨噬細(xì)胞表達(dá)的補(bǔ)體受體(如清道夫受體及和識(shí)別病原體有關(guān)的細(xì)胞因子/趨化因子受體)可促進(jìn)吞噬和清除靶向Aβ。當(dāng)MG表現(xiàn)出更具抗感染性和吞噬作用時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表現(xiàn)型有關(guān)的信號(hào)因素能夠促進(jìn)清除Aβ并改善其他癥狀，提示MG激活是一種特定AD效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明小膠質(zhì)細(xì)胞MG激活負(fù)性調(diào)節(jié)劑可減少淀粉樣蛋白斑塊和神經(jīng)元損傷〔21〕。Toll樣受體(TLRs)及其輔助受體可識(shí)別體內(nèi)病原體并參與MG對(duì)纖維狀A(yù)β的反應(yīng)〔22〕,可能參與了體內(nèi)Aβ清除過(guò)程,產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用〔23〕。實(shí)驗(yàn)證實(shí)在MG培養(yǎng)物中CD33能夠抑制Aβ42的攝取和清除，而在體研究也表明APP(Swe)/PS1(ΔE9)/CD33(-/-)小鼠大腦難溶性Aβ42和淀粉樣蛋白斑塊水平明顯降低，提示CD33失活可能會(huì)減緩Aβ病理改變〔24〕。很多研究認(rèn)為浸潤(rùn)性單核細(xì)胞或血管周的巨噬細(xì)胞有清除淀粉樣蛋白作用〔25〕，但這些外圍單核細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病中的作用還不明確。最近發(fā)現(xiàn)，在不考慮起源情況下，巨噬細(xì)胞/MG可以像干細(xì)胞一樣通過(guò)局部增殖自我更新〔26〕，而MG增殖是慢性神經(jīng)退行性疾病的一個(gè)主要部分。

3.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié) 星形膠質(zhì)細(xì)胞在A(yíng)D中的作用研究少于MG，但它在A(yíng)D中發(fā)揮著重要作用。APP/PS1小鼠缺失膠原纖維酸性蛋白(GFAP)和波形蛋白會(huì)引起星型細(xì)胞活性衰減并加重淀粉樣蛋白斑形成，但該斑和APP進(jìn)程及Aβ產(chǎn)生無(wú)關(guān)〔27〕，提示星型膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)淀粉樣蛋白清除很關(guān)鍵。APP/PS1小鼠模型研究顯示通過(guò)腺相關(guān)病毒-GFAD(AAV-Gfa)2帶菌者阻斷星形膠質(zhì)細(xì)胞活性也會(huì)降低MG活性，改善認(rèn)知和突觸功能，減少淀粉樣蛋白斑〔28〕，由于研究采用年老鼠模型(16～18個(gè)月齡)，該研究早期所用鼠是8～12個(gè)月齡，提示研究AD免疫反應(yīng)可能和月齡有關(guān)。AD大腦淀粉樣蛋白周?chē)患せ畹男切文z質(zhì)細(xì)胞可高度表達(dá)抗胰凝乳蛋白酶α1(α1-ACT，一種急性時(shí)相反應(yīng)蛋白)，并促進(jìn)Aβ纖維化。但星形膠質(zhì)細(xì)胞是促進(jìn)清除淀粉樣蛋白還是惡化沉積還不確定。

綜上，炎性的增強(qiáng)與Aβ增殖聚合、tau蛋白磷酸化增加有關(guān)。雖然APP和tau轉(zhuǎn)基因模型試驗(yàn)表明免疫調(diào)節(jié)存在差動(dòng)效應(yīng)，但也有少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)一般的免疫活性增強(qiáng)會(huì)加強(qiáng)病變。另外，促進(jìn)淀粉樣蛋白吞噬和清除的靶向活性因素也可能減少tau高度磷酸化。而3×Tg-AD模型炎癥調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)顯示tau蛋白磷酸化改變可能與炎癥介導(dǎo)的Aβ水平改變無(wú)關(guān)。需要進(jìn)一步研究評(píng)估追蹤特定炎性過(guò)程在A(yíng)D中的作用，以闡明更有效的治療方法，加深對(duì)AD中炎癥信號(hào)復(fù)雜程度的理解。

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〔2015-09-26修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

河北省衛(wèi)生廳資助項(xiàng)目(No.20120161)；河北省科技廳資助項(xiàng)目(No.08276101D-21)

王瑞婷(1969-)，女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事中藥抗癡呆作用及機(jī)制研究。

張 美(1989-)，女，碩士，主要從事心腦血管疾病研究。

R749.16

A

1005-9202(2016)24-6322-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.24.132

1 承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 2 衡水市故城縣醫(yī)院