小胶质细胞的吞噬作用与神经退行性疾病的研究进展

吴骏慧，雷方，党亚龙

(1.河南科技大学临床医学院 河南科技大学第一附属医院眼科，河南 洛阳 471003； 2.河南科技大学，河南 洛阳 471000；3.河南科技大学附属三门峡市中心医院 三门峡市眼科医院眼科，河南 三门峡 472000)

吞噬作用通常指细胞将细胞内直径>0.5 μm的颗粒物的内化过程[1]。吞噬是一种由吞噬细胞识别、吞噬和消化目标物质而引起其死亡的形式。吞噬细胞吞噬的物质主要包括：①暴露“吞噬”信号的物质；②失去“不吞噬”信号的物质；③结合调理素的信号分子[2]。吞噬作用是一个需要数百种蛋白质和数十个蛋白质家族相互协调作用的高度复杂的过程。原则上，吞噬作用可能是中枢神经系统(central nervous system，CNS)中神经元、轴突等死亡的原因，而不是后果。小胶质细胞是大脑的主要吞噬细胞，其吞噬作用是维持大脑稳态和清除神经细胞潜在毒性因子及吞噬细菌、聚集的蛋白质和细胞碎片的重要过程[3]。但有研究显示，CNS中存在由活细胞暴露“吞噬”信号和(或)失去“不吞噬”信号而被小胶质细胞吞噬的现象[4-5]。在生理条件下，小胶质细胞吞噬CNS的组织碎片和代谢物，维持CNS内稳态；在病理状态下，异常活化的小胶质细胞可吞噬应激状态下有活性的神经元，即发生吞噬性凋亡[5]。但目前的体内研究尚无法区分有活性的神经元、凋亡状态的神经元、应激但有活性的神经元和死亡的神经元的吞噬作用。因此，小胶质细胞的吞噬作用可能通过清除细菌、细胞碎片和蛋白质聚集体而对CNS内稳态有益，但其吞噬作用异常会清除活的突触和活的神经元，从而诱发或加重神经退行性疾病。现就小胶质细胞的吞噬作用与神经退行性疾病的研究进展予以综述。

1 小胶质细胞及其吞噬作用机制

小胶质细胞是CNS的主要吞噬细胞，起源于卵黄囊中的原始巨噬细胞，应激后会产生不同的表型，从而发挥促炎、抗炎和吞噬作用[5-6]。小胶质细胞可通过响应脑部微环境的变化影响神经发育，如吞噬凋亡细胞、修剪突触以及调节神经发生、突触可塑性和髓鞘形成，并提供CNS的关键功能[7]。在CNS的炎症早期，小胶质细胞活化可抑制炎症扩散并吞噬病原体、聚集的蛋白质及死亡的神经元，维持CNS内环境稳态，延缓其发展进程[3，8-9]，但吞噬不足或过度吞噬可能影响神经发育，加速衰老以及阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、多发性硬化(multiple sclerosis，MS)等疾病的病理进程[10]。因此，将小胶质细胞介导的吞噬作用作为神经退行性疾病的一种新型治疗策略具有广阔的应用前景。

小胶质细胞吞噬作用的活性依赖于细胞表面和下游信号通路特异性表达的受体，这些不同类型的受体有助于肌动蛋白的重组、有害微粒的吞噬以及其他功能的启动[11]。有研究者将小胶质细胞的吞噬作用描述为吞噬受体胞外结构域通过“识别吞噬”信号连接到靶上的“吞噬”信号，并通过激酶诱导受体磷酸化招募蛋白质，从而启动一系列细胞骨架和膜重塑事件，使吞噬细胞能够摄取目标物质并消化其内化物质，然后磷酸酶去磷酸化吞噬受体，使受体回到其未磷酸化的静止状态[12]。吞噬作用中小胶质细胞与目标物质通过信号进行传导，而功能失调的信号传导可导致病理条件下的吞噬不足或过度吞噬[10，13-14]。因此，“识别吞噬”信号、“吞噬”信号、“不吞噬”信号以及调理素对小胶质细胞吞噬作用及调节均具有重要意义。

1.1“识别吞噬”信号 “识别吞噬”信号主要包括溶血磷脂酰胆碱、鞘氨醇1磷酸、Fractalkine以及核苷酸等[12，14-16]。目前的研究显示，只有Fractalkine和核苷酸可以在小胶质细胞中发挥作用[15-16]。

Fractalkine是一种由CNS神经元表达的跨膜趋化因子，可通过CX3C趋化因子受体1[chemokine (CX3C motif) receptor 1，CX3CR1]发出“识别吞噬”信号吸引小胶质细胞[15]。CX3C配体1(CX3C ligand 1，CX3CL1)-CX3CR1通路作为免疫检查点[17]，可通过敲除小胶质细胞中的CX3CR1阻止小胶质细胞向受损神经元快速移动，从而导致小胶质细胞的过度吞噬减弱[18-19]。在体外，CX3CL1可促进神经元存活并抑制小胶质细胞的吞噬作用，但CX3CL1/CX3CR1在完整CNS中的作用目前尚不清楚。而核苷酸可通过激活嘌呤能P2Y12受体吸引小胶质细胞，P2Y12受体是核苷酸在局部CNS损伤反应中早期诱导小胶质细胞趋化性和定向运动的信号通路的重要组成部分[16]，通过失活P2Y12受体基因可阻断ATP/ADP介导的小胶质细胞募集，进而调节神经元活动和癫痫发作[20]。除了ATP及趋化因子发出“识别吞噬” 信号外，尿苷二磷酸(uridine diphosphate，UDP)也可作为可溶性的“吞噬”信号，阻断UDP/P2Y6信号可防止激活神经元小胶质细胞的吞噬作用，导致神经元(垂死、受损、应激但存活的神经元)丢失和死亡[21]。此外，UDP诱导的吞噬作用也可防止小胶质细胞过度吞噬，从而延缓神经退行性疾病的进展[22]。当神经元受损时，P2Y6受体的表达上调，并可通过UDP信号作为吞噬作用的传感器[23]，表明抑制小胶质细胞的吞噬作用可防止神经变性。但也有研究发现，高压可增加小胶质细胞的吞噬作用，细胞外ATP和腺苷在压力升高条件下未能阻止吞噬作用增强[24]。

1.2“吞噬”信号 “吞噬”信号在吞噬作用中占有重要地位，吞噬细胞可通过其表面的吞噬受体处理小胶质细胞上的“吞噬”信号。目前已被识别的“吞噬”信号主要包括磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)、细胞间黏附分子-3、碳水化合物(如氨基糖、甘露糖)、钙网蛋白(calreticulin，CRT)[25]和UDP等。

PS是较经典的“吞噬”信号，也是目前研究最多的“吞噬”信号。PS是真核细胞膜的重要组成部分，也是真核细胞中含量最丰富的阴离子磷脂，约占细胞总脂质的10%[26]。PS通常存在于质膜的内侧小叶上，ATP驱动的氨基磷脂转位酶ATP8A1和ATP8A2将PS从膜的外侧泵送至内侧[27]。PS可暴露于细胞表面，其局部外化表达“吞噬”信号可介导小胶质细胞的突触修剪[28-29]。在小胶质细胞中，PS识别受体主要包括两种：①可直接结合和识别PS的膜蛋白，如髓样细胞触发受体2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)或G蛋白偶联受体56[30-31]；②通过结合可溶性桥接分子间接识别PS的膜蛋白，如生长停滞特异性蛋白6或乳脂肪球表皮生长因子8(milk fat globule epidermal growth factor 8，MFG-E8)可间接诱导小胶质细胞的吞噬作用，其分别通过小胶质细胞吞噬受体c-Mer原癌基因酪氨酸蛋白激酶或玻连蛋白受体(如整合素αvβ3或αvβ5)诱导吞噬作用[32-34]。其中，MFG-E8可增强小胶质细胞的吞噬功能，且不会引起炎症[35]。Sapar等[27]发现，活的神经元上的异位PS暴露可导致小胶质细胞吞噬远端轴突，进而导致动物神经变性，异位 PS信号的直接掩蔽可减少轴突碎片吞噬[36]。由此可见，“吞噬”信号是可逆的，阻断由PS暴露、PS结合MFG-E8及小胶质细胞玻连蛋白受体组成的吞噬途径中的任何步骤均可抑制神经元减少[37]。CRT最初由Ostwald和MacLennan[38]在兔子的肌质网中发现，其可诱导小胶质细胞通过低密度脂蛋白受体相关蛋白1吞噬相关细胞[39-40]。小胶质细胞对暴露于CRT的神经元的吞噬作用可能是炎症过程中神经元死亡的直接原因，因此可通过阻断CRT/低密度脂蛋白受体相关蛋白1通路预防神经元死亡，同时CRT阻断抗体可抑制BV2小胶质细胞吞噬凋亡的PC12细胞[41]。此外，CRT还被认为是一种调理素，有助于小胶质细胞清除大脑的细菌感染[42-43]。

1.3“不吞噬”信号与调理素 目标物质避开小胶质细胞吞噬作用的机制目前尚未阐明。有研究发现，神经元或突触表面的CD47-信号调节蛋白α(signal regulatory protein α，SIRPα)、唾液酸均可作为“不吞噬”信号[44]，其介导的信号通路可保护目标物质。调理素主要包括补体、半乳糖凝集素3和载脂蛋白 E等。CD47蛋白在活性突触末端表达，可通过与小胶质细胞上的SIRPα结合并产生“不吞噬”信号，以防止小胶质细胞过度吞噬突触[14]。CD47与SIRPα相互作用可下调自身吞噬功能，有助于保护完整的髓鞘和髓鞘形成的少突胶质细胞、施万细胞免受活化的小胶质细胞的影响[45]。小胶质细胞中的SIRPα缺乏可削弱其识别CD47信号的能力、增强对突触的吞噬作用，加重认知障碍[44]。表明CD47-SIRPα可作为“不吞噬”信号防止小胶质细胞的过度吞噬和突触丢失。唾液酸是脊椎动物细胞表面表达的糖脂和糖蛋白糖链的典型末端残基[46]。神经元和小胶质细胞的去唾液酸化可通过补体级联反应减少顺式和反式唾液酸与免疫球蛋白样凝集素的结合，促进小胶质细胞的吞噬作用[47]；但神经元细胞表面的高唾液酸可通过激活小胶质细胞上抑制吞噬作用的唾液酸受体CD22和CD33以及抑制补体1q、补体3与半乳糖凝集素3的结合，抑制神经元被吞噬[48]。CD22可介导α2，6-连接唾液酸的抗吞噬作用，抑制CD22则可促进体内髓鞘碎片、β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)和α-突触核蛋白原纤维的清除[49]。表明神经元唾液酸化可抑制神经元小胶质细胞的吞噬作用。综上，小胶质细胞在执行吞噬作用时并不是单一识别结合信号蛋白，而是与一系列特定信号通路联合作用，因此信号通路失调可导致小胶质细胞的吞噬异常，进而导致神经退行性疾病的发生，但吞噬作用的相关机制目前尚不明确，仍需未来进一步研究探讨。

2 小胶质细胞的吞噬作用与神经退行性疾病

神经退行性疾病是一类以神经元进行性丧失为特征的疾病[50]，主要包括AD、帕金森病(Parkinson′s disease，PD)、MS、青光眼、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症等。

2.1AD AD是一类与年龄相关的以记忆障碍、执行功能障碍及认知功能渐进变化为特征的神经退行性疾病[51]，其病理学特征为Aβ沉积导致的老年斑形成、tau蛋白过度磷酸化导致的神经原纤维缠结形成等[52-53]。越来越多的证据表明，可溶性Aβ产生与清除失衡是AD早期的致病因素，可溶性Aβ通过体内淀粉样前体蛋白的特异性蛋白裂解而产生[54]。聚集的Aβ可诱导活神经元或突触的PS暴露[55-56]，并通过小胶质细胞过度吞噬AD中的活神经元或突触，导致病程进展[57-58]。阻断PS与MFG-E8或玻连蛋白受体的相互作用可抑制小胶质细胞的吞噬作用，防止神经元丢失[59]。小胶质细胞在AD早期可吞噬Aβ斑块，延缓神经退行性疾病的发展，在AD后期阶段，Aβ斑块周围的活化小胶质细胞的吞噬作用增强，导致促炎性细胞因子水平增加，最终损害周围的神经元，进而导致疾病进展[60]。此外，吞噬受体TREM2也与AD发病有关。TREM2-DNA X激活蛋白12是一种仅在小胶质细胞中表达的信号复合物，作为细胞表面受体，TREM2通过与DNA X激活蛋白12的相互作用启动促进小胶质细胞活化、吞噬、存活和增殖的信号转导通路[61-64]。表明神经元丢失可能由TREM2介导的小胶质细胞的吞噬作用导致。tau蛋白是一种在神经元中高表达的微管相关蛋白，细胞外tau蛋白可通过激活小胶质细胞诱导应激神经元的吞噬作用[65]；而小胶质细胞也可通过吞噬具有病理性tau蛋白的神经元或突触，在AD中发挥积极作用[66]。在被小胶质细胞吞噬前，病理性tau突触和神经元PS暴露有助于小胶质细胞去除神经元和突触[61]。

2.2PD PD是一类以僵硬、震颤和运动迟缓为特征的神经退行性疾病，由黑质神经元的选择性丢失、纹状体多巴胺含量显著减少以及黑质残存神经元胞质内出现嗜酸性包涵体导致[67]。PD的发病机制之一涉及黑质多巴胺能神经元的选择性丢失或退化，黑质多巴胺能神经元中富含神经黑色素蛋白，小胶质细胞的过度吞噬可导致神经元的丢失或突触退化[68]，而经脂多糖诱导的小胶质细胞MDG548吞噬作用增强，可导致黑质多巴胺能神经元死亡[69-70]。研究证明，α-突触核蛋白与PD密切相关，聚集的α-突触核蛋白可抑制小胶质细胞的吞噬作用[71]。而胞外单体α-突触核蛋白可以剂量和时间依赖的方式增强小胶质细胞的吞噬作用，单体α-突触核蛋白与聚集的α-突触核蛋白对吞噬作用的不同影响可能与其在细胞中的定位有关[72]。此外，突触结合蛋白-11也可抑制小胶质细胞吞噬α-突触核蛋白[73]。富亮氨酸重复激酶2也是PD的一个风险基因，小胶质细胞富亮氨酸重复激酶2可能通过改变氧化应激信号参与PD的发病[74]。富亮氨酸重复激酶2还可调节小胶质细胞的吞噬作用和其他过程[75]。表明小胶质细胞的吞噬作用失调可诱导继发性免疫反应，并加剧PD进展。因此，调控小胶质细胞的吞噬作用可能为PD的治疗提供更多思路。但有研究显示，小胶质细胞的吞噬作用可能在PD中发挥保护作用[69]。

2.3MS MS是一种以感觉、活动、平衡、视觉及认知变化为主的慢性免疫介导的中枢神经系统脱髓鞘疾病，驱动神经退行性变的关键因素包括小胶质细胞活化、慢性氧化损伤、轴突中线粒体损伤的积累以及人脑中与年龄相关的铁积累等[76]。

慢性脱髓鞘的轴突变性及髓鞘的累积均与MS相关，在髓鞘再生过程中，增加小胶质细胞对髓鞘磷脂碎片的吞噬是有益的[77]。有研究发现，小胶质细胞可通过有效去除凋亡细胞、吞噬碎片促进髓鞘再生[78]。小胶质细胞上的抗体依赖性TREM2激活可促进其对髓鞘磷脂碎片的清除，进而增强髓鞘再生和轴突完整性[79]。在活动性MS病变中，髓鞘被小胶质细胞吞噬，轴突损伤可能与表达小胶质细胞吞噬轴突球的人类白细胞抗原-DR有关[80]。而补体抑制剂Crry在补体3结合的视网膜原化突触前末端处的过表达可减少突触小胶质细胞的吞噬并保护视觉功能[81]。有研究发现，半乳糖凝集素3可通过调节肌动蛋白的表达控制小胶质细胞的形态和吞噬活性[82]。因此，将小胶质细胞的吞噬作用应用于MS的治疗具有巨大潜力。

2.4青光眼 青光眼是常见的不可逆性致盲性眼病。视网膜小胶质细胞异常吞噬被认为是青光眼的发病因素之一[83-84]。小胶质细胞活化后异常活跃的吞噬功能也可造成视网膜神经节细胞的二次损伤[85]。经一氧化碳诱导后，大鼠视网膜中的阿米巴样小胶质细胞数量增加[86]，而激活的小胶质细胞会表现出对垂死神经节细胞的吞噬作用[87]。DOCK8(dedicator of cytokinesis 8)是一种鸟嘌呤核苷酸交换因子，DOCK8基因缺陷的青光眼模型小鼠的小胶质细胞吞噬功能受损[88]。此外，补体可通过标记髓鞘和小胶质细胞吞噬细胞碎片，清除受损物质和抗炎小胶质细胞表型[89]。目前关于抑制小胶质细胞的吞噬作用对青光眼影响及机制的研究仍较少，还需未来进一步深入探讨。

3 小 结

小胶质细胞的吞噬作用在神经退行性疾病病理生理过程中具有重要作用，但目前控制小胶质细胞吞噬作用信号转导通路间平衡的机制仍未明确，尚待进一步研究。同时，还应更好地了解小胶质细胞受体在吞噬特定配体中的作用，这对于促进小胶质细胞对凋亡细胞、异常蛋白质聚集体及细胞碎片的吞噬清除至关重要，同时避免吞噬应激但有活性的神经元和(或)突触。此外，小胶质细胞的炎症与吞噬作用相关，其炎症激活通常会增强小胶质细胞的吞噬作用。因此，明确小胶质细胞的吞噬作用在特定疾病环境中的确切作用、确定控制小胶质细胞吞噬作用的特异性机制及其对脑内微环境的影响，有助于探索和开发新的以小胶质细胞吞噬作用为中心的治疗策略。