黑质小胶质细胞激活诱导帕金森病的机制

杨 丽 (淄博职业学院护理学院人体形态教研室，山东 淄博 255300)

黑质小胶质细胞激活诱导帕金森病的机制

杨 丽 (淄博职业学院护理学院人体形态教研室，山东 淄博 255300)

帕金森病;小胶质细胞;凋亡

帕金森病(PD)是中老年人常见的以黑质部位的多巴胺能(DA)神经元变性为主要病理特征的中枢神经系统变性疾病。实验证明脂多糖(LPS)可以成功诱导大鼠PD模型。LPS本身对神经元没有直接的毒性损伤作用，离体实验结果已证实LPS单纯与神经元细胞孵育不能产生杀伤作用，仅在加入小胶质细胞后才能对神经元产生毒性作用;在暴露于1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(MPTP)、鱼藤酮的猴子，可发现 Mic被激活，并导致PD进展〔1〕。活化的Mic可以释放多种细胞毒性物质，对DA神经元产生毒性作用，造成DA神经元变性。可见有必要鉴定两种细胞之间相互作用的信息分子，并深入探讨二者之间这种关联的分子机制，为PD的治疗进展提供理论依据。

1 特异性膜表面分子

Mic激活后开始大量表达一些与抗原识别和提呈有关的特异性膜表面分子，如主要组织相容性复合物(MHC)Ⅱ和补体受体CR3。

在外来抗原的刺激下，抗原呈递细胞(APC)表达MHCⅡ分子，它能与CD4+T细胞表面的同源受体结合，从而激活T细胞，启动免疫反应〔2，3〕。许多研究发现活化的Mic能增强培养的CD4+T细胞的活性(包括幼稚及记忆T细胞)，是中枢神经系统(CNS)中的APC，MHCⅡ的表达是MIC活化的标志之一。MHCⅡ由α和β链组成，它们与一种被称作不变链的伴侣蛋白质在内质网上组装而成，这种伴侣蛋白质既可起到稳定αβ异源二聚体，也能抑制不合适的抗原结合到MHCⅡ肽连接沟。新形成的αβ-伴侣蛋白复合物脱离内质网，穿过高尔基复合体和高尔基外侧网络，最后到达细胞膜〔4〕。在多发性硬化(MS)、阿尔茨海默病(AD)、PD及艾滋病的CNS损害等疾病过程中，均能发现Mic表达MHCⅡ类分子。MS急性发作时，活化的Mic(尤其是在硬化斑块中的Mic)能表达MHCⅡ类分子、B71及CD40、CD4+Th细胞数目及IFN-γ分泌量增多。研究表明，在诱导MHCⅡ类分子表达或使其表达量增加的诸多细胞因子中，以干扰素(IFN)-γ的作用最为显著。因此，当活化的Mic通过表达MHCⅡ抗原并呈递给T细胞，启动T细胞迁入中枢神经系统，并释放IFN-γ，后者又可诱导Mic再次活化，从而放大和延长炎症反应，如此反复，导致PD进展。同时，IFN-γ增加细胞诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶-2(COX-2)的表达，促进白细胞穿过血管到达炎症区域，促进自由基的合成和释放。IFN-γ可增加神经元上磷脂酶A2(PLA2)的表达及前列腺素E2(PGE2)的释放，从而增强神经元对淀粉样蛋白的敏感性;IFN-γ增强胶质细胞内β位点淀粉样蛋白切割酶表达，因此它可以促进淀粉样蛋白生成、沉积，并且抑制淀粉样蛋白的清除。因此，在Mic激活存在的情况下，IFN-γ通过诱导MHCⅡ的大量表达对DA神经元具有杀伤能力，可加重炎症反应和DA神经元的脱失。

补体受体CR3为天然免疫的基本组成部分，是一个重要的模式识别受体。CR3主要表达于吞噬细胞、NK细胞以及少数CD5+B细胞和CD8+T细胞。CR3的一个显著特点是能识别各种各样的配体。它除了可识别大量的内源性配体如C3bi、细胞外基质(ECM)蛋白、凝聚蛋白等外，还能与许多外源性配体如多种蛋白和非蛋白性质的微生物及其产物结合。补体介导的细胞毒作用是细胞损伤的重要机制之一。

将PD患者的血清进行热灭活后加入培养的DA神经元中，酪氨酸羟化酶(TH)阳性神经元的数目并无明显改变，但加入兔重组补体后，高亲和力DA的摄取显著下降，TH阳性神经元的数目明显减少，表明PD患者血清能够通过补体介导的细胞毒作用造成DA神经元损伤。因此，作为补体受体的CR3在PD整个病程中的作用不容忽视，可作为治疗的靶点之一对其进行深入研究。

2 毒性细胞因子

PD早期的Mic的激活不但包括上述免疫功能分子表达的升高，还释放出毒性细胞因子，包括白介素(IL)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-α 等。

在这些细胞因子中，IL-1是主要起免疫调节作用的致炎细胞因子，包括IL-1α、IL-1β和IL-1受体拮抗物(IL-1ra)。Mic活化早期，产生大量 IL-1α、IL-1β〔5〕。IL-1ra 在 IL-1α、IL-1β 表达1～3 h后由神经元表达，拮抗IL-1的作用〔6〕。IL-1促进其他炎性因子合成，扩大炎性反应。研究发现，MPTP小鼠模型纹状体IL-1 mRNA在MPTP中毒后迅速表达，在6 h达高峰，而TNF-α、IFN-γ及iNOS的mRNA在6 h开始表达增加，并在24 h达峰值。IL-1可促进自由基的产生，增强氧化应激，最终增加iNOS的表达，使一氧化氮(NO)和自由基产量增加。NO迅速与超氧阴离子反应产生高活性的过亚硝酸盐，使DNA碱基修饰及DNA链断裂，破坏酶的功能及结构蛋白的完整性，造成细胞凋亡。IL-1同时通过作用于磷脂酶A2，刺激花生四烯酸(AA)的释放，从而产生大量氧自由基，增强氧化应激反应。而这些自由基又可以反作用于邻近Mic，使其表达和释放细胞因子，扩大炎性反应。IL-1增加α-突触核蛋白(synuclein)的合成，促进路易小体的形成。IL-1能够促进谷氨酸激活N-甲基-D-天冬氨酸受体，而其激活后又可促进IL-1 mRNA的表达，从而直接或间接增强兴奋性氨基酸的毒性，导致神经元死亡〔7〕。

TNF-α也是重要的对DA能神经元具有潜在毒性作用的细胞因子。PD患者脑脊液和纹状体中TNF-α水平显著高于对照组，而且PD患者黑质DA神经元表面TNF-1R水平升高。敲除TNF-α基因的小鼠，与正常小鼠相比，MPTP对其DA神经元造成的毒性损伤明显减轻。TNF-α能诱导胶质细胞释放一氧化氮、AA、谷氨酸等神经毒性物质，促进炎症因子合成，扩大炎症反应，并影响细胞内钙离子平衡，加重细胞损伤。另外，TNF-α与TNF-1R结合可通过半胱氨酸天冬氨酸酶(caspases)途径导致细胞凋亡。

3 炎性介质

近年，愈来愈多的实验证据表明，炎症反应可能是构成PD神经系统进行性退变的病理学基础〔8〕。因COX-2为炎症介质PGE2合成的限速酶，故COX-2与PGE2可作为炎症反应的重要生物学指标〔9〕。实验研究表明蛋白酶体抑制剂Lactacystin能激活大鼠黑质Mic，诱导炎性介质COX-2表达，导致DA神经元变性缺失〔10〕。

COX-2在PD研究中所受到的关注来源于流行病学数据，服用布洛芬(ibuprofen)等非甾体抗炎药(NSAIDs)可能会对PD的发病起到预防或延迟作用。对PD病人的死后尸检显示，COX-2在黑质DA神经元及Mic中表达量较正常人升高，PGE2在PD患者脑组织中含量升高〔11〕，提示COX-2在PD的发病中起关键作用。对PD动物模型的研究得到了类似结果，小鼠注射MPTP后，中脑COX-2表达量升高，且其升高时相与神经元死亡相吻合。Mic作为参与神经炎性反应的主要细胞类型，在静息状态下仅少量表达COX-2，而在LPS等促炎分子刺激下，MIC中的COX-2 mRNA与蛋白水平迅速升高。

那么，COX-2表达量及其催化产物的升高是如何参与PD发病过程的呢?首先，COX-2在过氧化物酶催化阶段造成的氧化应激是产生DA能神经元损伤的主要原因。一方面，氧自由基可将DA氧化为多巴胺醌。多巴胺醌可将DA能神经元的标志性酶-酪氨酸羟化酶(TH)氧化为醌蛋白，使DA神经元失去其正常的TH表型。另一方面，氧自由基还可使神经元中的DA与α-synuclein形成加合物，导致α-synuclein形成初原纤维并异常积聚，产生神经毒性。其次，COX-2所介导的Mic活化是导致DA神经元进行性死亡的另一重要原因。Mic在PD发病的早期就已活化，并持续整个发病过程。Mic抑制剂可减轻PD模型神经变性程度。当刺激因素通过JNK通路激活COX-2，COX-2的催化产物PGE2释放到细胞外间隙后，可通过EP2受体激活Mic，同时增加COX-2在Mic中的表达量，而激活的Mic细胞一方面可以通过旁分泌释放TNF-α、过氧化亚硝酸盐、氧自由基等对DA能神经元产生二次损伤，另一方面会通过COX-2的催化作用产生并释放更多的PGE2，聚集更多的Mic，共同参与DA神经元的损伤过程，由此通过炎性级联反应形成恶性循环，导致DA神经元进行性丢失，病情进行性加重。敲除或抑制COX-2基因可减轻MPTP等神经毒剂对Mic的激活及DA神经元的损伤程度〔12〕。

现实验研究结果提示Mic内存在呼吸爆发系统，在刺激因素的作用下，Mic被激活，COX-2、PGE2等炎性因子在短时间呈爆发式释放，激发炎症反应，产生大量的神经毒性物质，从而启动免疫应答，加重和扩大DA神经元的损伤。

4 凋亡机制

Mic的激活诱导PD DA神经元的进行性缺失，不论中间经过何种分子途径，最终结局都与DA神经元的异常凋亡有关。在羟多巴胺介导的嗜铬细胞瘤细胞(PC12)及MN9DPD细胞模型中，发现前凋亡分子CHOP/GADD153表达明显增加形成，使用其他神经毒剂如MPTP+和鱼藤酮会出现类似的结果，但伴随激活的通路不尽相同〔13〕。同时，在PD动物模型中发现Mic激活的同时Caspase-3的表达增高。因此可以推测，强烈而持久的Mic激活会刺激启动多种凋亡机制，而CHOP/GADD153、Caspase-3的转录激活分别是其中之一。

目前已有多项研究证实Mic的激活可引起氧化应激和线粒体功能障碍，加重神经元的损伤〔14〕。而在PD与凋亡的研究中，除了经典的死亡受体和线粒体凋亡途径外，近年来新发现的内质网应激(ERS)反应性凋亡途径逐渐引起人们的关注。值得注意的是PD发病时氧化应激与ERS之间存在对话机制，表现为氧化应激可以直接或间接诱导ERS，而ERS又可产生继发的氧化损伤〔15〕，其中CHOP/GADD153是联合损伤的中介之一，因为其作用靶点之一的氧化还原酶ERO1α参与减轻ERS的蛋白二硫键合成过程，同时也会促进活性氧的产生〔16〕。

非应激状态下，CHOP/GADD153存在于胞质溶胶，表达量极低，在各种理化及应激刺激时能够被大量诱导并转位于细胞核。实验研究表明CHOP/GADD153的过度表达或微量注射会引起细胞周期阻断和(或)凋亡，而缺乏该基因二聚体形成部分的细胞对凋亡有抵抗作用，提示CHOP/GADD153作为转录因子调节与细胞存活和死亡相关的基因，在细胞凋亡过程中发挥重要作用。研究显示抗凋亡蛋白Bcl家族成员与细胞凋亡密切相关，是生理性或病理性神经元死亡的关键因子。而Bcl-2可与促凋亡蛋白Bax拮抗，抑制细胞色素C自线粒体释放至胞质，阻止细胞色素C对Caspase蛋白酶的激活，从而抑制凋亡。研究发现CHOP/GADD153的过度表达会减少Bcl-2蛋白和细胞内的谷胱甘肽并促进反应性氧中介物(ROIs)的生成，引起细胞的凋亡。CHOP/GADD153是第一个发现的与ERS凋亡有关的分子，作为此通路激活的标志物之一，其在ERS相关凋亡机制中发挥重要作用。

Caspase是一组天门冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白酶，目前普遍认为Caspase-3是凋亡中的关键蛋白酶。活化的Mic分泌大量可溶的因子，如活性氧产物ROS。有研究显示，ROS能上调一系列与凋亡相关的基因如p53和Bax的表达，致使细胞色素C的释放并激活Caspase-3的表达〔17〕。Caspase-3活化后的效应机制包括以下几方面：①活化脱氧核糖核酸(CAD)，CAD在细胞中以无活性的ICAD复合物的形式存在，当发生凋亡时，Caspase-3抑制ICAD的活性而释放出CAD，后者发挥核酸酶的功能而导致DNA的断裂;②裂解Bcl-2蛋白，使后者失活，而且裂解产物可以促进细胞凋亡;③分解核结构蛋白，致蛋白水解而使染色质浓缩;④切断细胞与周围细胞的联系，重组细胞骨架，阻断DNA的复制与修复，干扰剪切、破坏DNA，摧毁核结构，诱导细胞表达吞噬信号，使细胞分解为凋亡小体而被其他细胞吞噬〔18〕。

5 小结

黑质Mic激活损伤DA神经元的分子机制十分复杂，而这些分子共同作用启动或促发了免疫异常、氧化应激、线粒体功能障碍、内质网应激等多种机制，最终通过多种级联反应导致多巴胺能神经细胞凋亡。虽然目前对于各因素的具体环节和因素间错综复杂的作用仍缺乏确切的了解，但随着人们对以上分子水平致病机制的深入研究，可望为PD的药物治疗开辟新的思路和途径。

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R742.5

A

1005-9202(2012)17-3853-03;

10.3969/j.issn.1005-9202.2012.17.131

杨 丽(1976-)，女，主治医师，硕士，主要从事帕金森病的基础与临床研究。

〔2011-07-14收稿 2012-01-15修回〕

(编辑 赵慧玲/张 慧)