第三节　趋化因子在阿尔茨海默病中的研究进展

目前普遍认为慢性神经炎症是Aβ引发的继发性反应，也是AD的重要病理特征之一。炎症病变会促进AD样神经衰退性病变的发展。在此过程中，Aβ沉积物会沉积神经胶质细胞释放细胞因子，包括MCP-1、MIP-1α、IL-8、FKN、IP-10、IL-10、IL-6等。这些因子不但会诱导炎症细胞进入中枢神经系统，参与神经免疫炎症过程，也可选择性的诱发白细胞释放整合素、促炎因子和黏附分子，进一步加剧炎症反应，炎症又影响趋化因子及其他细胞因子的表达，形成一种反馈调节机制。与正常机体中的相比，AD患者血清、脑脊液和脑组织中不同趋化因子的水平发生了不同程度的变化。例如，AD患者血清中毒性趋化因子MCP-1和IL-8水平升高，而保护性趋化因子SDF-1水平下降。AD病理过程中，血清、脑脊液和脑组织中的某些趋化因子变化情况如表3-1所示。

一、参与阿尔茨海默病的CC类趋化因子及其作用机制

1.CCL2/CCR2

CCL2又称为单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1），是一种分泌性炎性分子，受体为CCR2。CCL2/CCR2 ［33］不仅诱导单核细胞、淋巴细胞和小胶质细胞向炎症部位迁移，还能调节单核细胞和巨噬细胞等渗透血脑屏障，扩大脑内神经炎症反应，不过它们进入脑内还可清除SP，因而AD患者中激活的小胶质细胞具有两面性［34］。活化的神经胶质细胞还可自分泌CCL2等细胞因子，在AD慢性炎症中起重要作用。AD患者血清和脑脊液中CCL2水平都上调，轻度患者外周血中CCL2与AD病情呈正相关，而脑脊液中CCL2水平还能预测早期 AD患者记忆能力。因此，CCL2可成为早期AD患者诊断和预测的潜在性生物标志物。CCL2可通过影响Aβ沉积以及神经元突触可塑性，干预记忆的形成过程。体外细胞实验显示，原代星形胶质细胞受Aβ刺激后CCL2表达上调。诸多研究发现，体内CCL2缺陷加速AD模型鼠的行为学异常以及病程的进展，这可能与神经发生有关。Kiyota等［35］证实了，PS1/CCL2 基因敲除鼠的学习记忆、突触可塑性和长时程增强效应的损伤等与海马神经发生相关。还有研究显示CCL2受体CCR2敲除可能影响了可溶性Aβ的形成过程，加剧淀粉样蛋白病变和认知障碍，这表明 CCR2在AD的发病中起重要作用。综上所述，CCL2及其受体CCR2能调节Aβ沉积或形成，而Aβ也可刺激胶质细胞释放CCL2，影响神经再生，进而影响学习记忆功能障碍。JNK-AP1信号通路的激活是Aβ引起的人脑血管内皮细胞（human brain endothelial cell，HBEC）和AD脑内炎症反应的常见机制。已有实验［36］证实了在Aβ刺激下，HBEC以及AD患者和AD/脑淀粉样血管病患者的脑中AP1可被激活，这由于JNK介导c-Jun磷酸化，进而激活AP1。JNK-AP1信号通路的激活导致炎症基因如CCL2、GRO、IL-10、IL-1β和IL-6的表达增加，引发或加剧炎症反应。然而，JNK抑制剂（SP600125）可抑制Aβ诱导的c-Jun磷酸化，AP-1的激活和CCL2在HBEC中的表达。此外，也有研究发现干扰 TLR2/JNK/NF-κB信号途径可以减缓Aβ_1-42诱导神经炎症反应。这些结果表明，JNK信号途径可能成为AD中Aβ诱导的神经炎症潜在的治疗靶点。

2.CCL3/CCR5

CCL3又称为巨噬细胞炎症蛋白-1α（macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α），其受体CCR5主要表达于小胶质细胞和星形胶质细胞，与CCL3结合可以调节免疫炎症细胞的游走，还能活化星形胶质细胞和小胶质细胞，参与神经炎症。与MCI患者相比，AD患者中Aβ₄₂刺激CD14细胞表达NLRP1以及单核细胞表达NLRP3和胱天蛋白酶-1，这些炎症小体不仅明显地扩大炎症反应，还涉及了Aβ病理学改变［37］。炎症小体在神经炎症中发挥关键性作用，Aβ能够激活星形胶质细胞的炎症小体。但是CCL3的释放可以下调炎症小体的活性而增加星形胶质细胞的吞噬作用，进而减轻淀粉样蛋白负荷和认知障碍。这阐述了CCL3为什么能降低AD模型鼠淀粉样蛋白负荷来拯救记忆缺陷［38］。另外，Heneka等［39］研究发现抑制炎症小体激活可以减少神经元死亡，改善AD动物的认知功能。

AD患者与同龄人相比，外周T淋巴细胞表达CCL3明显升高，人脑微血管内皮细胞（human brain microvascular endothelial cell，HBMEC）表达CCR5也增加，还能介导T细胞浸润血脑屏障。并且发现JNK、ERK和PI3K的抑制剂能明显降低Aβ诱导的HBMECS中CCR5的表达，T细胞浸润也减少。另外，CCR5缺陷会造成小鼠记忆功能损伤［40］，β分泌酶表达上调，而CCL3表达下调，还促使星形胶质细胞活化，导致Aβ寡聚体增加。CCL3水平在AD患者中较低，与情绪障碍和人格变化的非认知症状相关，但CCL3与简易精神状态检查（mini-mental state examination，MMSE）评估的痴呆的严重性，或与总体衰退量表（global deteriorate scale，GDS）评估的疾病恶化程度均无关。

3.CCL5/CCR1、CCR3、CCR5

CCL5又称T细胞激活性低分泌因子（reduced upon activation，normal T cell expressed and secreted factor，RANTES），与其相匹配的受体有CCR1、CCR3和CCR5。CCL5及其受体主要分布于内皮细胞、胶质细胞和神经元。其是一种典型的趋化性因子，能够诱导炎症细胞向炎症区域聚集。深入研究发现，CCL5不仅仅局限于趋化性细胞，参与炎症反应，在神经细胞生长发育中也发挥重要作用，还参与了调节神经可塑性和神经突触发生。

临床研究发现，AD患者血清中CCL5水平下降，但外周低水平的CCL5与AD患者的认知功能障碍没有明显相关性。在AD患者脑微循环中的CCL5水平上升［41］，并且Aβ还会刺激星形胶质细胞和少突胶质细胞分泌CCL5。神经系统微环境受到来自外界的刺激物侵袭时，CCL5水平升高以抵抗刺激物侵害，维护神经系统的稳定性。体外细胞试验证实了CCL5可以抵抗凝血酶和硝普酸钠的毒性［41］，具有神经保护作用。早在2004年，已经发现日本脑炎病毒感染胶质细胞后，提供ERK、NF-κB和NF-IL-6介导信号以刺激CCL5的表达，影响中枢神经系统中炎症反应的早期发展。

二、参与阿尔茨海默病的CXC类趋化因子及其作用机制

1.CXCL1/CXCR2

CXCL1又称生长调节癌基因-α（growth-regulated oncogene-α，GRO-α），其特异性受体为CXCR2，表达于少突胶质细胞。免疫荧光双标显示脊髓白质中活化的星形胶质细胞中CXCL1水平较高，以刺激少突先驱胶质细胞增殖。CXCL1/CXCR2交互作用能增强少突胶质细胞内与细胞外基质的黏附作用，并协同血小板源性生长因子促进脊髓腹侧区少突胶质细胞的增殖，还能抑制少突胶质细胞的迁移。Aβ_1-40能刺激人类大脑内皮细胞验证基因GRO和IL-6等表达［36］，参与神经炎症过程。另外，CXCL1对AD患者脑脊液中生物标志物和τ蛋白/Aβ₄₂比值具有一定影响［42］。

2.CXCL8/（CXCR1、CXCR2）

CXCL8又称“白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）”，是一种多源性细胞因子，其受体为CXCR1与CXCR2，但CXCL8不是CXCR1与CXCR2的唯一配体。CXCL8具有双重性，即保护性和促炎性。脑源性的CXCL8维持脑组织的生理功能，而脑部发生炎性改变时CXCL8表达上调，诱导中性粒细胞向病源部位游走，加剧炎症反应。AD患者在Aβ的刺激下，小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元分泌CXCL8。在AD发病早期，活化的星形胶质细胞表达趋化因子CXCL10、CXCL8和CCL2增加。在AD患者中，组蛋白脱乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）、铜和CXCL8水平明显升高，对所有认知评估测试有明显的负调控作用［43］。另外，脑定位向小鼠海马内注射Aβ，刺激CXCR2表达增加，募集T细胞迁移至脑内，而CXCR2拮抗剂能有效地阻止此过程，因而CXCR2拮抗剂可能有效地抑制AD动物模型中炎症反应和保护神经［44］。CXCL8及其受体可能成为AD潜在的治疗靶点。

然而，进一步研究发现神经元可能通过旁分泌或者自分泌CXCL8保护神经元，调节神经元生理功能。虽然CXCL8单独作用不能改变神经元生存能力，但其确实可以抑制Aβ诱导的神经元凋亡，这可能增加神经元脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）产生。因此，CXCL8在AD发病机制中可能发挥保护作用。

3.CXCL10/CXCR3

CXCL10又称γ干扰素诱导蛋白-10（interferon γ-inducible protein-10，IP-10），其受体为CXCR3。CXCL10主要来源于单核细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞（NK细胞）和内皮细胞，有趋化中性粒细胞、调节免疫细胞分化等生物学功能。CXCL10是一种神经退行性疾病的调节因子，也是AD发病的易感基因。临床数据显示，CXCL10在AD患者脑脊液中升高，而外周血清中CXCL10并未增加［45］。这些数据表明CXCL-10有望成为AD临床诊断的生物学指标之一。

另有研究发现，在Tg2576鼠脑组织大脑皮质和海马中CXCL10表达增加，并且Aβ斑块与CXCL10阳性存在共位现象。更深入研究离体脑定位注射Aβ到人海马区，CXCL10在星形胶质细胞中表达明显升高。另外，CXCL10和CXCR3能通过激活小鼠皮质神经元ERK1/2信号通路以传递神经元-胶质细胞信息，参与AD发展。体外细胞实验显示CXCL10募集星形胶质细胞向Aβ沉积形成的SP附近迁移，吞噬Aβ聚集物碎片和调节神经再生［46］。

4.CXCL12/CXCR4

CXCL12又称基质细胞衍生因子-1（stromal cell derived factor-1，SDF-1），受体为CXCR4。CXCL12不只局限在心血管系统和免疫系统中发挥生物学作用，在神经系统中也产生调节效应，如涉及中枢神经系统的发育和突触间信息的传递，并影响认知功能。临床检测发现，AD早期患者血清和脑脊液中的CXCL12水平下降，与脑积液中τ蛋白水平负相关。在Tg2576 AD模型鼠中，CXCL12的蛋白和mRNA，以及CXCR4的表达均下调，且CXCR4拮抗剂长期治疗非转基因小鼠，可以导致小鼠认知功能受损。由此可以推测，CXCL12可以改善学习记忆功能。此外，CXCL12治疗APP/PS1转基因鼠，鼠脑内的Aβ斑块数量和块径均减小，提高了小胶质细胞Iba1表达水平，减轻神经元和突触间的传递障碍［47］。CXCL12还可以调节谷氨酸兴奋性传递和保护神经元免受Aβ寡聚体的损害。上述结果表明CXCL12 是一种保护性趋化因子，对认知功能具有潜在的保护作用。

此外，适当锻炼可以减缓AD样症状。老年Tg2576鼠进行短期的锻炼后，海马CXCL12水平升高，减轻炎症反应和改善认知功能障碍。此外还可以通过逆转体内CCL2和CCL5的表达变化，改善AD样的症状［48］。

5.CX3CL1/CX3CR1

CX3CL1又称分形趋化因子（fractalkine，FKN），其受体是CXCR1。中枢系统中，CX3CL1主要表达在神经元和小胶质细胞，而其受体主要表达于小胶质细胞。CX3CL1参与神经炎症型退行性疾病的发病机制，能够降低神经毒性，发挥保护作用。在体内，CX3CL1具有膜结合型和可溶型两种形式，二者的平衡受到金属蛋白酶依赖性蛋白酶调节。据报道［49］，GSK-3β也可调节CX3CL1的生成。轻度至中度AD患者血浆中CX3CL1水平高于重度患者，且AD患者血浆中可溶性CX3CL1水平与生理状态相比呈下降趋势，这种趋势还与MMSE评分呈正相关。这些表明CX3CL1可以作为AD患者诊断的生物学标志物。CX3CL1水平升高，可增强小胶质细胞的活化和吞噬作用，减缓早期AD疾病进展。CX3CL1/CX3CR1可抑制小胶质细胞活化，降低肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和一氧化氮（NO）的水平，发挥抗炎效应。CX3CL1/CX3CR1除了参与AD的神经性炎性病变外，还参与了其他神经炎性疾病，包括PD、多发性硬化和老年性黄斑变性。此外，CX3CL1还可以通过调节τ蛋白、Aβ，细胞凋亡以及突触可塑性，影响AD发展。

CX3CL1/CX3CR1交互作用是神经元-小胶质细胞间信息交流的一种重要方式。CX3CL1/CX3CR1与AD主要的病理特征相关［50］，包括τ蛋白和Aβ病理学特征。一方面，CX3CL1可以抑制τ蛋白病理改变或改善τ蛋白引发的病变。在APP/PS1转基因鼠中，可溶型CX3CL1大量分泌，抑制τ蛋白病理变化，但对Aβ沉积无明显影响。CX3CL1激活NRF2/NFE2L2和血红素加氧酶1以抑制τ蛋白诱导的小胶质细胞和星形胶质细胞增生，进而控制τ蛋白病变诱发的神经炎症［51］。相反，在CX3CL1缺陷的情况下，尽管可以减少APP/PS1转基因鼠中Aβ沉积，但相关τ蛋白磷酸化水平升高。膜结合型CX3CL1缺陷还会促进小胶质细胞分泌IL-1α和IL-6，进而激活p38 MAPK，导致细胞内微管相关蛋白τ蛋白的过度磷酸化和聚集［52］。另一方面，CX3CL1与Aβ沉积也具有相关性。体内、体外研究均表明，CX3CL1/CX3CR1改变小胶质细胞的吞噬能力，并在CX3CR1缺陷时减少Aβ沉积。此外，神经元CX3CR1敲除后，还可以减轻Aβ聚集和构象改变。给予神经元CX3CR1的拮抗剂，可以得到同样的结果。因此神经元CX3CR1受体可能通过调节Aβ构象以防止Aβ诱导的神经毒性［53］。

CX3CL1不仅影响AD患者的τ蛋白和Aβ，对细胞凋亡和突触丢失也有一定影响。CX3CL1/CX3CR1通过抑制Fas-FasL介导的细胞凋亡而增加小胶质细胞的存活率。其主要作用机制：激活小胶质细胞PI3K/Akt信号转导途径，磷酸化作用增强，Bad促凋亡作用受阻；调节Bcl-2家族成员蛋白的表达。神经元自分泌的CX3CL1与膜上的CX3CR1结合，激活Akt激酶，使NF-κB异位激活，促进抗凋亡基因的表达。趋化因子CX3CL1调节海马CA1区突触传递和长时程增强效应，有利于谷氨酸介导的神经传递，保护突触的可塑性［54］。CX3CL1与血清中BDNF能改善Aβ寡聚体诱导的神经损伤和认知功能。CX3CL1除了依赖于A1受体调节星形胶质细胞谷氨酸转运体-1的活性和释放生长因子以降低神经兴奋性毒性外，还可以通过激活腺苷酸3受体，抑制海马CA1区LTP，调节突触可塑性，保护神经元免受谷氨酸（Glu）兴奋性毒性作用［55］。总之，CX3CL1/CX3CR1可调节细胞凋亡，降低神经兴奋性毒性，发挥保护作用。