多巴胺与免疫反应调节的研究进展

黄 洁(综述) 徐格致(审校)

(1复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031; 2复旦大学上海医学院2009级临床医学八年制 上海 200032)

多巴胺(dopamine,DA)是机体重要的儿茶酚胺类神经递质。中枢神经系统(central nervous system,CNS)DA能神经元,位于中脑黑质致密部、腹侧被盖区和红核后区,其神经纤维投射到纹状体、基底前脑及皮层。多处脑区含有低水平的DA,DA含量最高脑区是纹状体。中枢DA参与运动、觉醒、认知、奖赏等功能的调节[1]。在CNS中,DA能神经元合成DA。但DA不能通过血脑屏障,因此神经元的DA系统独立于外周的DA系统。在外周,DA主要来源于肾上腺髓质,调节心血管和肾脏的功能。有些免疫细胞也能合成DA,DA作为化学信使联接神经和免疫系统[2],在免疫系统、组织和器官中发挥重要调节作用[3]。几乎所有的免疫细胞亚群中都表达DA受体,DA通过免疫细胞膜上特异性DA受体,调节免疫细胞的功能。CNS与免疫系统相互作用,共同维持机体内稳态平衡。

DA及其受体DA的合成原料来自于血液中的酪氨酸,DA能神经元内酪氨酸受酪氨酸羟化酶催化,转变成左旋多巴。在芳香族氨基酸脱羧酶的作用下,左旋多巴转化成DA,储存于囊泡内,当神经冲动来临,DA就会被大量释放。突触间隙中的大部分DA被DA转运体再摄取,回收于囊泡中;剩余部分由单胺氧化酶和儿茶酚胺氧位甲基转移酶降解为高香草酸,失去活性。人CD4+CD25+T细胞也表达酪氨酸羟化酶,含有内源性儿茶酚胺,参与自分泌/旁分泌功能环路[4]。

根据DA调控第二信使环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)的不同效应,将DA受体分为两大类,即D1和D2样受体。D1样受体包括D1R和D5R;D2样受体包括D2R、D3R和D4R。两大类受体均为G蛋白耦联超家族成员,D1样受体与Gs 蛋白耦联,增强胞内腺苷酸环化酶活性,使cAMP水平升高,产生兴奋性效应。D2样受体耦合到Gi 蛋白,降低胞内腺苷酸环化酶活性,使cAMP 水平降低,产生抑制作用[1]。来自中枢或外周的DA共享相同的信号传导通路。DA与CNS、外周组织、免疫细胞上的DA受体结合后发挥功能[3,5]。

DA是神经调节和免疫调节分子,白细胞和胶质细胞上的DA受体调节免疫细胞活性,参与外周和CNS的免疫调节作用[3]。另外,免疫细胞能合成DA[4],细胞因子能降低CNS胶质细胞DA受体的表达[21]。提示DA系统与免疫系统相互作用,在机体的防御和炎症反应中发挥重要作用。

免疫细胞表达DA受体几乎所有的免疫细胞亚群中都表达DA受体[6],包括淋巴细胞、单核/巨噬细胞、粒细胞、自然杀伤(natural killer,NK)细胞以及CNS的胶质细胞。大脑及外周循环血液中的DA通过免疫细胞膜上特异性DA受体,调节免疫细胞的活化、增殖和细胞因子分泌。

白细胞表达DA受体 白细胞包括淋巴细胞、单核/巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸/碱性粒细胞等。早期发现淋巴细胞表达D3R、D4R和D5R[7-9],并认为这些细胞不表达D1R和D2R[10-11]。近年发现,T、B淋巴细胞也表达D2R[12-13],活化的T淋巴细胞能表达D1R[14]。人单核细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞表达D2R、D3R、D4R和D5R[12],目前尚未发现在嗜碱性粒细胞上有DA受体。

各类白细胞表达DA受体的水平不同,T淋巴细胞和单核细胞含有低水平的所有亚型的DA受体;除NK细胞外,所有白细胞亚类上均表达低水平D4R。中性粒细胞和嗜酸性粒细胞主要表达高水平D3R和D5R;而B淋巴细胞和NK细胞都能高水平表达DA受体[12]。

胶质细胞表达DA受体 在CNS中,胶质细胞参与免疫和炎症反应。胶质细胞包括小胶质细胞(microglia)、星形胶质细胞(astroglia)和少突胶质细胞(oligodendrocyte)。来自基底神经节的星形胶质细胞表达所有亚型的DA受体[15-17]。前额叶皮层星形胶质细胞表达D2R[18-19]。大鼠脑内神经纤维束中的少突胶质细胞也表达D2R[20]。胶质细胞上DA受体的发现为神经元-胶质细胞相互作用提供了解剖学基础。

D1R在炎症反应中的作用

D1R调节T细胞分化 人外周血CD4+CD25+T细胞和单核细胞能合成儿茶酚胺,蛋白激酶C激活剂诱导酪氨酸羟化酶mRNA表达并产生儿茶酚胺;DA及D1R激动剂能抑制此作用,而D2R激动剂对其无影响[4,22]。DA调节酪氨酸羟化酶的表达和细胞内儿茶酚胺的含量,可能代表着神经系统-免疫系统之间以及免疫系统细胞之间调节的新机制。

树突状细胞是重要的抗原呈递细胞,由树突状细胞产生的各种调节分子是调控T细胞分化的关键因素,决定辅助性T细胞(T helper,Th)向Th1、Th2或Th17亚群的分化。D1R表达在树突状细胞和T细胞上,人单核细胞来源的树突状细胞囊泡中储存DA,当树突状细胞将特异性抗原呈递给静息T细胞时,树突状细胞释放DA。DA作用于CD4+T细胞的D1R,剂量依赖地增加细胞内cAMP水平,促进静息T细胞分化为Th2亚群[23]。Th17细胞是一类新的Th细胞亚群,在自身免疫反应中发挥重要作用。在体外培养的人CD4+静息T细胞,DA增加IL-6依赖的IL-17的产生,此作用可被D1R拮抗剂阻断[24]。拮抗DA D1R可抑制树突状细胞来源的DA所诱导的静息T细胞向Th17的分化[25]。以上研究结果均提示DA参与淋巴细胞的分化。

阻断D1R抑制免疫性炎症反应 Th17亚群的T细胞在实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)和类风湿性关节炎中发挥作用。D1R拮抗剂通过树突状细胞介导,抑制Th17细胞,减轻类风湿性关节炎的软骨损伤[24];预防小鼠产生EAE[25],即人类多发性硬化动物模型。将D1R拮抗剂前处理的树突状细胞移植给EAE模型动物,能成功阻止EAE的发生[25]。以上结果表明,阻断D1R可能用于治疗与免疫反应相关的炎症疾病。

星形胶质细胞D1R对神经元的保护作用 脑内星形胶质细胞表达DA D1R和D2R,DA能增加星形胶质细胞内cAMP水平,D1R激动剂可模拟此作用[16]。成纤维生长因子-2 (fibroblast growth factor-2,FGF-2)由星形胶质细胞合成,对神经元发挥重要的保护作用。研究发现,活化纹状体星形胶质细胞的DA受体,可加强FGF-2的表达[26]。D1R激动剂能上调星形胶质细胞中的FGF-2水平,通过非经典的DA受体通路,即磷脂酰肌醇关联的D1样受体,介导DA对神经元的保护作用[27]。提示星形胶质细胞的DA受体可能是调节星形胶质细胞活性以及神经元-胶质细胞相互作用的重要桥梁。

D2R在神经系统炎症反应中的作用

D2R在缺血性脑卒中的保护作用 DA调节神经系统的先天免疫,可降低缺血后大脑的炎症反应。DA不能通过血脑屏障,其前体左旋多巴可进入大脑,转化成DA,发挥效应。动物实验性脑缺血后,使用左旋多巴,在缺血脑区可减轻细胞毒性T淋巴细胞的浸润和内皮细胞黏附因子1的表达[28]。D2R主要表达在纹状体神经元上,在健康小鼠大脑的原位小胶质细胞上检测不到D2R。然而,在脑缺血区域发现,激活的原位小胶质细胞和来自外周的巨噬细胞都表达D2R。培养的小胶质细胞在炎症刺激下可分泌盐酸盐,D2/3R激动剂可加强其反应[29]。在缺血性脑卒中诱导的继发性脑损伤中,星形胶质细胞介导的神经炎症反应发挥重要作用。αB-晶体蛋白是CD4+T细胞的主要靶点,具有神经保护作用。在缺血性脑卒中动物模型中,激活星形胶质细胞D2R可通过αB-晶体蛋白减轻神经炎症反应[30-31]。提示DA系统可能通过星形胶质细胞D2R减轻炎症反应,为缺血性脑卒中的治疗提供了新的思路。

DA通过D2R调节青春期动物前脑的轴突可塑性[32]和室管膜下区神经前体细胞的增殖[33]。左旋多巴不仅能减轻帕金森病的运动障碍,还能改善慢性脑卒中患者的运动学习能力[34]。在大鼠脑缺血模型中,反应性星形胶质细胞表达D1R和D2R,左旋多巴能增加胶质细胞来源的神经生长因子[35]。因此,在脑缺血后,DA通过星形胶质细胞可能对改善感觉-运动功能具有重要作用。

D2R在神经退行性疾病中的作用 慢性炎症是大脑老化和神经变性疾病的共同特征。研究发现,星形胶质细胞D2R可能是调节神经免疫的重要靶点[2]。在2月龄的D2R基因敲除(knockout,KO)小鼠中,中脑黒质网状部的星形胶质细胞活化;在16个月的高龄D2R KO小鼠中,黒质网状部和纹状体出现明显的胶质细胞增生。神经毒素MPTP能毁损黒质DA能神经元,是经典的帕金森病动物模型。与野生型小鼠相比,D2R KO小鼠注射MPTP后,黒质DA能神经元数量显著减少,表达大量炎症细胞因子,明显降低αB-晶体蛋白水平。另外,D2R KO小鼠纹状体区域的炎症细胞因子表达量也明显增加,包括IL-1β、IL-2、IL-6、IL-12β和环氧合酶-2,但TNF-α不变。然而,敲除D1R或D3R则轻度影响或不影响炎症细胞因子水平。进一步发现,在基础条件下,主要由星形胶质细胞产生炎症介质,在神经元和小胶质细胞中,炎症介质的表达无明显改变。对于炎症介质脂多糖的刺激,D2R KO小鼠的星形胶质细胞比小胶质细胞表现出更强的反应[2]。D2R KO动物发生严重的炎症反应,提示DA可能通过星形胶质细胞和D2R发挥抗炎作用。另外,在EAE动物模型中,D2R 拮抗剂L750667诱导树突状细胞介导的 Th17细胞分化,加速动物发生脑脊髓炎及肢体麻痹;而D2R激动剂可减轻脑脊髓炎[25]。以上结果提示,DA D2R可能作为潜在的细胞和分子靶点,用于治疗实验性和临床CNS炎症性疾病。

D2R激动剂减轻眼部的炎症反应 青光眼患者的主要致病因素是眼压升高和视神经灌流不足,常用β-肾上腺素受体阻断剂降低眼压。但是,患者用药后眼内炎症细胞增加[36],炎症反应诱导眼前部纤维母细胞增殖[37]。增加的炎症细胞和纤维母细胞可能导致青光眼滤过性手术失败[38]。因此,有抗炎特性的治疗青光眼药物具有较好的应用价值。GLC756是DA能药物,具有D2R激动剂和D1R拮抗剂的特性。研究发现,GLC756不仅能降低眼压[39],改善视神经灌流[40],还能抑制炎症反应[41-42]。GLC756能剂量依赖性抑制肥大细胞活化,减少TNF-α释放,可防治过敏性结膜炎[41]。在LPS诱导的葡萄膜炎动物模型中,GLC756可降低眼房水中的蛋白水平[42];并通过肾上腺素受体,减少血清中TNF-α,抑制LPS诱导的炎症反应[43]。以上结果提示,β-肾上腺素受体阻断药联合D2R激动剂,可能是治疗青光眼的新策略。

其他DA受体亚型在免疫反应中的作用除了D1R和D2R,DA受体的其他亚型也参与免疫反应。D1样受体家族成员D5R表达在树突状细胞、T淋巴细胞和胶质细胞上,通过刺激树突状细胞上的D5R,可加强Th17细胞介导的免疫反应[44]。纹状体星形胶质细胞是脑源性神经生长因子的作用靶点,D5R在脑源性神经生长因子介导的星形胶质细胞生长分化中发挥作用[45]。D2样受体家族成员D3R表达在静息或活化的T细胞上[13]。帕金森病患者外周血单核细胞D3R的表达明显降低,与疾病的严重程度相关[9]。在MPTP诱导的帕金森动物模型中敲除D3R,抑制小胶质细胞活化,显著加强对黑质DA能神经元的保护作用[46]。另外,刺激人T细胞的D4R,能诱导T细胞静默[47]。以上提示,D3R和D4R可能用于治疗与T细胞增殖相关的神经系统炎症性疾病。

结语DA调节机体正常免疫反应,如免疫细胞的活化、黏附、增殖、细胞毒以及细胞因子的分泌。在CNS炎症和神经退行性疾病患者和动物模型中,DA及其受体水平发生变化,外周血T细胞功能异常。因此,进一步探索DA介导的免疫系统变化及其与疾病发生发展的关系,寻找新的外周免疫标志物用于这类疾病的诊断和药物疗效的观察,具有重要的临床意义。D2R激动剂的抗炎及神经保护作用可能为开发新靶点的免疫调节剂提供理论依据。