阿爾茲海默病與病毒感染的神經(jīng)免疫進展①

王詠純 孫 莉

（吉林大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，長春 130021）

阿爾茲海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種神經(jīng)退行性疾病，是老年人最常見的癡呆類型，常表現(xiàn)為記憶力下降，認知功能減退及精神行為異常等。其主要病理特征為大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)淀粉樣蛋白（amyloid-β，Aβ）沉積形成的老年斑和Tau 蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）。其他特征還包括線粒體缺陷、氧化應(yīng)激、金屬離子代謝異常等。以上病理變化導(dǎo)致突觸功能障礙、神經(jīng)元萎縮，進而導(dǎo)致認知功能損傷［1］。AD 嚴(yán)重影響患者日常生活能力，隨著我國老齡化日益加重，造成了巨大的社會經(jīng)濟負擔(dān)。業(yè)內(nèi)學(xué)者雖然對AD 的發(fā)病機制進行了廣泛研究，但目前尚無有效阻止AD 進展的手段，仍存在多個影響AD進展的未知因素。

隨著研究深入，神經(jīng)炎癥已被證明與包括AD在內(nèi)的多種神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，而病原體是引起神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵因素［2］。導(dǎo)致AD的病原體中，研究較多的為單純皰疹病毒1 型（herpes simplex virus-1，HSV-1），同時隨著新型冠狀病毒暴發(fā)，其對認知功能的潛在影響也引起廣泛關(guān)注。本文圍繞AD 與病毒感染的神經(jīng)免疫機制研究進行綜述。

1 病毒感染與AD

1.1 HSV-1 與AD AD 與病毒研究主要集中于單純皰疹病毒。1991 年首次在大腦中發(fā)現(xiàn)了HSV-1，隨后發(fā)現(xiàn)HSV-1 與AD 的淀粉樣斑塊具有共同定位，提示AD 與HSV 感染有關(guān)［3-5］。隨后研究發(fā)現(xiàn)，HSV IgM 陽性的老年患者AD 發(fā)病率更高，提示AD發(fā)生可能與病毒再激活有關(guān)［5］。

HSV-1 是一種雙鏈DNA 病毒，多數(shù)人在嬰兒時期即有感染，導(dǎo)致口唇等部位黏膜皰疹。初次感染后隨著病毒清除，殘余病毒會隨著感覺纖維到達三叉神經(jīng)節(jié)，并在三叉神經(jīng)節(jié)保持休眠狀態(tài)［6］。但在免疫力低下（如年齡增加）等情況下會被重新激活，也可能是反復(fù)激活，導(dǎo)致感染復(fù)發(fā)。再次復(fù)制的病毒一部分隨著神經(jīng)纖維投射至腦干的三叉神經(jīng)核內(nèi)，進一步投射到腦內(nèi)［7］。同時病毒重新激活會導(dǎo)致炎癥因子釋放，激活小膠質(zhì)細胞和星型膠質(zhì)細胞，導(dǎo)致神經(jīng)炎癥和血腦屏障功能障礙，而后病毒可直接感染毛細血管內(nèi)皮細胞，并通過內(nèi)皮細胞連接部位擴散至腦內(nèi)。此外，病原體還可通過感染的淋巴細胞或單核/巨噬細胞穿過受損的血腦屏障［8］。

HSV-1 進入腦內(nèi)后，可通過病毒的直接損傷和炎癥的慢性損傷兩種方式參與AD 進展［9-10］。直接方式可引起顱內(nèi)輕度局限性“皰疹病毒性腦炎”（herpes virus encephalitis,HSE），盡管不甚劇烈，但可引起神經(jīng)元損傷［9］。雖然與HSE 病程不同，但損傷部位（如雙側(cè)海馬、顳葉）與AD 相同，且均可導(dǎo)致語言、認知等功能改變［11］。病毒反復(fù)感染可導(dǎo)致神經(jīng)元累積損傷。同時病毒感染會激活免疫系統(tǒng)，釋放IFN-γ 等細胞因子，協(xié)同激活的病毒會進一步激活膠質(zhì)細胞，促使細胞因子IL-β、IL-6、TNF-α 及其表面Toll 樣受體、TLR-4 等表達增加，導(dǎo)致神經(jīng)炎癥［12］。同時促進活性氧（reactive oxygen species，ROS）和反應(yīng)性氮（reactive nitrogen，RNS）增加而導(dǎo)致氧化損傷，進一步促發(fā)神經(jīng)退行性病變［13-15］。此外，氧化應(yīng)激進一步促進炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥因子IL-β、IL-6、TNF-α釋放，不受控制的細胞因子循環(huán)擴大，誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷、細胞凋亡和慢性疾病進展。也有研究提示，HSV-1 可與氧化應(yīng)激共同引起細胞內(nèi)溶酶體損傷，導(dǎo)致有毒物質(zhì)積累，并進一步加速神經(jīng)退行性變化［16-17］。

1.2 新型冠狀病毒與AD 目前，世界正處于通過呼吸道傳播的2019 年新型冠狀病毒（COVID-19）大流行，該病毒感染的表現(xiàn)是發(fā)燒、咳嗽、多器官功能障礙等廣泛癥狀，具有個體差異［18］。雖然癥狀主要集中于呼吸道、心血管和腎臟，但超過1/3患者出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，包括意識模糊、頭痛和味覺減退等，作為一種嗜神經(jīng)病毒，其導(dǎo)致的慢性神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥也引起廣泛關(guān)注。

阿根廷一項研究提示，感染COVID-19后3～6個月內(nèi)，約20%老年患者出現(xiàn)短期記憶下降，34%患者出現(xiàn)更嚴(yán)重障礙，如“找詞困難”或“長期記憶困難”等，多數(shù)患者還出現(xiàn)嗅覺障礙，而嗅覺區(qū)域與記憶至關(guān)重要的區(qū)域直接相關(guān)，嗅覺喪失有時是AD 或帕金森病（Parkinson's disease，PD）的早期癥狀。通過對300 多例因COVID-19 住院的老年患者進行血液檢測發(fā)現(xiàn)，血液中神經(jīng)炎癥、腦細胞損傷和AD 相關(guān)蛋白水平明顯升高［19］。雖然這些蛋白的產(chǎn)生可能是大腦應(yīng)對損傷的一種方式，但其是否真的會導(dǎo)致AD需要長時間觀察。

AD 與COVID-19 存在潛在的相互作用。作為SARS-COV-2 結(jié)合蛋白受體，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（angiotensin，converting enzyme 2，ACE2）已被證明在AD 患者中表達上調(diào)［20-21］。一方面，由于受體表達上調(diào)，AD 患者感染COVID-19 風(fēng)險增加，病毒感染后病毒載量升高，更易發(fā)展為危重或死亡病例，且載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）4 陽性個體相對于其他類型個體風(fēng)險更高，與病毒感染后損傷修復(fù)有關(guān)［22］。另一方面，COVID-19 患者更易患AD 且疾病進展較快，與其引發(fā)免疫反應(yīng)和炎癥有關(guān)。因此，AD 患者需更密切地關(guān)注和隔離。雖然COVID-19大流行的總影響尚不清楚，但其無疑會直接或間接影響AD患者［23］。

1.3 其他病毒與AD 皰疹病毒家族其他成員，如人類皰疹病毒6/7（human herpesvirus 6/7，HHV-6/7）、單純皰疹病毒2型（HSV-2）和巨細胞病毒（cytomegalo virus，CMV）也在AD 患者大腦中被檢測到且與AD發(fā)病有關(guān)［7］。

HHV-6/7 被認為在AD 患者大腦中負荷最高，盡管這一發(fā)現(xiàn)的真實性受到了質(zhì)疑［24-25］。但HHV-6在AD 中的流行率遠高于同齡人正常大腦（70% vs 40%），并與HSV-1 在AD 大腦中廣泛重疊［26］。但HHV-6 與HSV-1 不同，在AD 中與APOE-ε4 無直接聯(lián)系，其致病機制尚未闡明［9］。研究表明，HHV-6可能是老年人認知能力下降和AD 進展的環(huán)境風(fēng)險因素。一項為期5年的研究顯示，AD患者外周血白細胞樣本中，HHV-6 陽性率為23%，而對照組為4%［27］。HHV-7被認為是HHV-6的共同影響因素。但HHV-6和HHV-7在AD中的作用仍需更多研究驗證。

HSV-2 是與HSV-1 高度同源的皰疹病毒，在感染神經(jīng)元中保持潛伏狀態(tài)，但能夠重新激活，可如同HSV-1 一樣感染大腦并引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。已發(fā)現(xiàn)HSV-2 感染會導(dǎo)致Aβ 和過磷酸化Tau 蛋白積累增加［28］。此外，2017 年一項研究表明，HSV-2 導(dǎo)致的眼帶狀皰疹患者的癡呆發(fā)病率是對照組的2.97倍［29］。

CMV 也參與AD 發(fā)病機制［30］。抗CMV 陽性患者患AD 的風(fēng)險增加2 倍，認知能力下降更快，且有更多的感染標(biāo)志物［31-32］。

此外，其他類型病毒，如乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）和人類免疫缺陷病毒（HIV）也與AD有關(guān)。

2 AD與感染免疫

2.1 Aβ沉積與感染免疫 病毒感染會導(dǎo)致炎癥因子水平上調(diào)，而炎癥因子可通過上調(diào)γ-分泌酶活性促使Aβ 沉積［2］。Aβ 既往被認為參與AD 疾病進展，但最近研究提示，Aβ可起抗感染作用。

Aβ可能是機體應(yīng)對病毒感染，將感染局限化的一種生理反應(yīng)。實驗研究發(fā)現(xiàn)，具有Aβ 沉積的5XFAD（transgenic mice with five familial AD）轉(zhuǎn)基因小鼠被皰疹病毒感染后損傷更小，生存率更高。進一步研究發(fā)現(xiàn)，類似的Aβ 寡聚物通過其肝素結(jié)合域與HSV 表面糖蛋白結(jié)合，聚集成纖絲狀A(yù)β，與病毒結(jié)合的Aβ 寡聚體進一步寡聚化，從而包裹病毒，限制病毒感染［33］。說明Aβ 可將感染局限化，限制病毒擴散。此外，體外實驗提示Aβ40 和Aβ42 對甲型流感病毒復(fù)制和包膜形成具有抑制作用［34］。

Aβ同時具有抗微生物活性，SOSCIA 等［35］報道，Aβ 活性與已知的腦內(nèi)抗微生物蛋白LL-37 的抗微生物活性相當(dāng)，而AD 患者腦組織樣本較非AD 患者腦組織樣本抗微生物活性顯著升高。因此，Aβ具有生理保護作用。而HSV-1 病毒反復(fù)激活導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失控，Aβ大量沉積，導(dǎo)致AD［36］。因此治療時應(yīng)將Aβ量控制在適當(dāng)范圍，而非完全清除。

2.2 Tau 蛋白與感染免疫 Tau 蛋白為細胞內(nèi)微管蛋白，附著于微管結(jié)構(gòu)（與核骨架和細胞骨架連接），主要位于細胞軸突，用于穩(wěn)定細胞結(jié)構(gòu)，保護核膜穩(wěn)定和宿主DNA免受損傷和修飾［37］。

當(dāng)病毒侵入腦內(nèi)，HSV-1 可提高細胞CDK5、GSK3β、PKA 和激酶B活性，同時降低幾種磷酸酶活性，使Tau 蛋白在S214 和T212 等位置磷酸化，形成成對螺旋絲（paired spiral yarn，PHF）和NFTs，其密度與疾病嚴(yán)重程度和癡呆相關(guān)［38］。磷酸化的Tau蛋白溶解度提高導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，病毒得以進入細胞內(nèi)［39］。此外，病毒可導(dǎo)致微管結(jié)構(gòu)重排，病毒顆粒可順著微管抵達細胞核內(nèi)，從而在宿主細胞內(nèi)完成復(fù)制［40］。且磷酸化的Tau 蛋白DNA 保護作用弱，病毒所致的累積的DNA 損傷使神經(jīng)元死亡進而發(fā)展為AD。

2.3 免疫細胞及內(nèi)源性活性物質(zhì)與感染免疫 病毒侵入腦內(nèi)后，導(dǎo)致膠質(zhì)細胞激活及內(nèi)源性活性物質(zhì)產(chǎn)生，通過炎癥反應(yīng)促使AD 發(fā)生發(fā)展。進入大腦的病原體會觸發(fā)炎癥介質(zhì)釋放，并激活先天免疫反應(yīng)［41］。生理條件下，急性炎癥反應(yīng)有利于損傷修復(fù)和腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)。但慢性炎癥條件下，小膠質(zhì)細胞可能被持續(xù)激活并轉(zhuǎn)化為促炎亞型，導(dǎo)致進一步炎癥損傷。激活的膠質(zhì)細胞釋放ROS 和RNS 增加，導(dǎo)致氧化損傷，加速神經(jīng)退化進程。

同時，作為炎癥免疫過程的主要參與者，炎癥因子與神經(jīng)肽水平與AD 患者認知功能顯著相關(guān)。部分AD 患者雖有Aβ 沉積，但無明顯的癡呆癥狀，可能與神經(jīng)免疫過程中的炎癥抑制有關(guān)。血漿中炎癥細胞因子，尤其是IL-1β、IL-6 和TNF-α 水平升高與AD 患者更嚴(yán)重的認知功能下降有關(guān)。此外，IL-17 和IL-23 水平在AD 患者中也顯著高于對照組［42］。而IL-12、IFN-γ 水平升高可延緩認知能力下降，無論腦內(nèi)是否有Aβ，IL-12、IFN-γ 水平升高均與認知能力下降較慢有關(guān)［43］。目前對此的解釋是星形膠質(zhì)細胞通過釋放IL-3 將殺傷性小膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｗ⒂谙麥鏏β 和NFTs 的小膠質(zhì)細胞，因此較低的IL-3水平與更差的認知功能相關(guān)［44］。

神經(jīng)肽是整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達的具有活性的小分子物質(zhì)，具有免疫調(diào)節(jié)作用。近年神經(jīng)肽在AD 中的作用得到認可，其主要具有神經(jīng)保護作用，并廣泛分布于負責(zé)學(xué)習(xí)和記憶過程的大腦區(qū)域［45］。目前研究提示，這些神經(jīng)肽及其受體水平在AD 中發(fā)生變化。神經(jīng)肽對Aβ 誘導(dǎo)的神經(jīng)元毒性具有顯著神經(jīng)保護作用，涉及多種細胞內(nèi)機制，包括α-分泌酶和Aβ 降解酶激活，神經(jīng)營養(yǎng)素產(chǎn)生，神經(jīng)元葡萄糖攝取增加，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和自噬等［46］。且由于神經(jīng)肽及其受體水平在Aβ 沉積和神經(jīng)元丟失前可能發(fā)生變化，提示可對其進行研究，從而提高早期診斷能力并提供新的治療方向。

3 ApoE在病毒與AD中的作用

雖然病毒感染具有普遍性，但AD 卻并非那么普遍。越來越多研究表示，只有當(dāng)HSV-1 存在于ApoE4 攜帶者身上，HSV-1 才是AD 的重要危險因素，而這兩種等位基因本身都不是AD 的危險因素［47-49］。

ApoE具有調(diào)節(jié)機體脂質(zhì)和脂蛋白代謝、影響機體血脂水平的作用，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最重要的脂蛋白，在脂質(zhì)動員、分布及排泄等代謝過程中起重要作用，還參與神經(jīng)細胞生長和損傷后的修復(fù)過程。多項研究證明ApoE4 基因攜帶者更易發(fā)生AD。據(jù)統(tǒng)計，腦內(nèi)攜帶病毒的AD 患者約60%是ApoE4 攜帶者，可能由于ApoE4 是調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的重要分子之一，可控制多種病原體感染后的結(jié)局。

目前對此已提出幾種猜想。ApoE 和HSV-1 可能通過共同受體硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）競爭進入細胞內(nèi)，因此，與HSV-1 競爭能力較差的ApoE亞型將允許更多病毒顆粒進入細胞，導(dǎo)致更嚴(yán)重損傷。與其他亞型相比，ApoE4 進入神經(jīng)細胞的能力可能比HSV-1 弱，導(dǎo)致其允許更多病毒載量的顆粒進入細胞，造成更嚴(yán)重損傷［50］。第二個提出的解釋涉及病毒損傷后的細胞恢復(fù)。神經(jīng)元損傷后，ApoE在損傷部位聚集，通過清除可能具有神經(jīng)毒性的多余脂質(zhì)和提供所需脂肪參與修復(fù)過程。ApoE亞型修復(fù)神經(jīng)細胞的能力不同，因此對疾病的易感性及感染后的修復(fù)困難可能是AD疾病進展的原因。

4 病毒感染免疫與AD治療

基于病毒在體內(nèi)的重要作用，靶向抗病毒治療可能是AD 治療的重要領(lǐng)域。目前針對HSV 的藥物包括阿昔洛韋、伐昔洛韋、膦甲酸鈉等，主要通過抑制病毒DNA 復(fù)制途徑發(fā)揮作用。最近隊列研究提示，HSV-1攜帶者的癡呆發(fā)病率比對照組高2.56倍。而使用抗病毒藥物后，癡呆發(fā)病率明顯降低［51］。提示有必要對AD 高危人群進行抗病毒治療，尤其是ApoE攜帶者。

體外實驗表明，Tau 蛋白過磷酸化與病毒在體內(nèi)復(fù)制有關(guān)，使用阿昔洛韋、伐昔洛韋后，Tau 蛋白磷酸化水平明顯降低。而Aβ 累積與病毒復(fù)制的關(guān)系并不確切，而是與病毒傳播擴散有關(guān)。結(jié)合既往研究，Aβ 并非AD 發(fā)病中完全有害的物質(zhì)，而是限制病毒擴散的有益物質(zhì)，因此對Aβ 最好的處理不是完全清除，而是將其控制在合理濃度范圍內(nèi)［52］。因此，使用抗病毒藥物是安全合理的，通過抑制病毒DNA 復(fù)制，不僅可有效清除過度磷酸化的Tau 蛋白，同時可有效保留部分Aβ 沉積。作用效果方面伐昔洛韋強于膦甲酸鈉。雖然目前還沒有抗病毒治療改善認知的臨床試驗，但是有必要進行的，尤其在AD發(fā)病早期，或單純有認知功能障礙的人群。

5 展望

盡管目前有諸多證據(jù)證實病毒感染與AD 密切相關(guān)，感染免疫在其中起重要作用，但仍存在較多爭議，尚有多個問題需深入探討，但都在發(fā)病機制方面提供了新的線索，調(diào)控神經(jīng)免疫炎癥可能成為AD治療新的突破點。