張 淼 馬 帥 張思琪 楊添淞

(1 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院,哈爾濱,150000; 2 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué),哈爾濱,150040; 3 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院,哈爾濱,150040)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s Disease,AD)是一種復(fù)雜的神經(jīng)退行性疾病,常見(jiàn)于老年人。臨床表現(xiàn)為認(rèn)知和執(zhí)行能力漸進(jìn)式下降。其特征是神經(jīng)元的進(jìn)行性喪失,通常會(huì)導(dǎo)致包括記憶和學(xué)習(xí)在內(nèi)的認(rèn)知功能受損[1]。隨著人口老齡化的加快,世界正面臨阿爾茨海默病的危機(jī),AD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,其主要病理特征為β淀粉樣蛋白(Amyloid β-protein,Aβ)沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)(Neurofibrillary Tangles,NFT)、tau蛋白過(guò)度磷酸化、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、神經(jīng)元和突觸喪失以及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良等[2-3]。

目前該病暫無(wú)特異性治療藥物,針灸治療AD等認(rèn)知功能障礙具有良好效果,本文從神經(jīng)炎癥角度與突觸可塑性及自噬角度,闡述小膠質(zhì)細(xì)胞(Microglia,MG)在AD發(fā)病機(jī)制中的作用,以及針刺治療AD的研究概況。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞極化與AD

大腦的神經(jīng)炎癥是AD的核心病理特征。MG屬于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,起源于原始造血過(guò)程中的卵黃囊,是大腦常駐免疫細(xì)胞之一,參與構(gòu)成了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫防線,在維持大腦穩(wěn)態(tài)及神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用[4]。研究表明,小膠質(zhì)細(xì)胞可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)、促進(jìn)學(xué)習(xí)能力和塑造社會(huì)行為[5]。

MG的激活是一把雙刃劍,具有兩面性。正常狀態(tài)下MG胞體較小且處于靜息狀態(tài),當(dāng)發(fā)生應(yīng)激和損傷時(shí),激活的MG胞體增大,炎癥介質(zhì)釋放增多,損傷膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的MG激活可以分為2種截然相反的類型:M1型(促炎)和M2型(抗炎)。根據(jù)激活的表型,MG可以產(chǎn)生細(xì)胞毒性或發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。其中M1(促炎)的特征是通過(guò)iNOS/NOS2的上調(diào)產(chǎn)生炎癥介質(zhì)(白細(xì)胞介素IL-1β、TNF-α、IL-6等)和一氧化氮(NO),炎癥介質(zhì)和神經(jīng)毒性分子分泌過(guò)多導(dǎo)致正常細(xì)胞死亡,進(jìn)而對(duì)機(jī)體造成損害。M2極化是通過(guò)抗炎細(xì)胞因子(IL-4和IL-10)的處理實(shí)現(xiàn),如IL-10、TGF-β、CSF1可誘導(dǎo)多種極化方案,響應(yīng)炎癥而下調(diào)、保護(hù)或修復(fù),發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,有助于神經(jīng)元再生[6]。

謝璐霜等[7]通過(guò)電針“百會(huì)”治療AD模型大鼠,利用分子學(xué)和形態(tài)學(xué)方法觀察海馬區(qū)MG的極化,結(jié)果顯示電針組與模型組比較,海馬區(qū)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增加,M2型小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著減少,說(shuō)明針刺“百會(huì)”可調(diào)控AD大鼠海馬區(qū)MG活化狀態(tài),促進(jìn)M2極化,抑制M1型的生成,且能抑制Aβ斑塊激活MG上的Toll樣受體(Toll-Like Receptor,TLR)4進(jìn)而抑制釋放炎癥介質(zhì),清除AD病理產(chǎn)物,降低中樞氧化應(yīng)激,改善AD癥狀。Wang L團(tuán)隊(duì)研究表明,TLR4在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System,CNS)的神經(jīng)元、MG、星形膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中廣泛表達(dá),TLR4在MG中大量表達(dá)并誘導(dǎo)MG活化,活化的MG會(huì)引起炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),從而導(dǎo)致腦損傷和神經(jīng)功能障礙,電針AD小鼠可通過(guò)調(diào)控MG上TLR4的表達(dá),誘導(dǎo)海馬區(qū)MG的M2極化,進(jìn)而改善AD的認(rèn)知功能損害[8]。

MG的炎性活化在AD發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮著重要作用,2種表型(M1與M2)之間的相互轉(zhuǎn)換也成為AD發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)[7],抑制M1型并促進(jìn)M1型向M2型轉(zhuǎn)換是防治AD的有效途徑。相關(guān)研究表明,MG作為主動(dòng)參與者參與AD發(fā)病及發(fā)展全過(guò)程,與AD病理?yè)p害機(jī)制和認(rèn)知功能障礙之間密切相關(guān),調(diào)控MG對(duì)AD治療有一定作用,MG可能是AD潛在的干預(yù)靶點(diǎn)[9]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥與AD

MG可以通過(guò)去除和降解Aβ及tau蛋白,發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[10]。然而Aβ和Aβ誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)之間的持續(xù)相互作用擠壓了MG的間隙[11],且AD發(fā)病過(guò)程中Aβ的過(guò)度沉積導(dǎo)致MG清除能力下降,使MG的激活由M1型向M2型轉(zhuǎn)化,促炎的MG又加劇tau蛋白過(guò)度磷酸化[12],對(duì)神經(jīng)元造成二次損傷,進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元死亡后出現(xiàn)一系列認(rèn)知功能障礙等異常的行為癥狀。

活化的MG是AD等神經(jīng)退行性疾病的常見(jiàn)病理特征,AD中的MG炎性活動(dòng)增加,導(dǎo)致MG介導(dǎo)的清除機(jī)制受到損害。MG在淀粉樣蛋白沉積物周圍形成保護(hù)屏障,將淀粉樣蛋白原纖維壓實(shí)成緊密排列且毒性較低的形式,防止新的Aβ附著在現(xiàn)有斑塊上,并減少附近神經(jīng)細(xì)胞的軸突營(yíng)養(yǎng)不良[13]。在成人大腦中,MG參與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)認(rèn)知功能[14],此外,MG通過(guò)去除細(xì)胞碎片、死亡細(xì)胞或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì),減輕淀粉樣蛋白對(duì)腦組織的損害,具有保護(hù)神經(jīng)元的作用[15]。Lue LF團(tuán)隊(duì)還通過(guò)AD患者尸檢,驗(yàn)證了MG在死后仍提供基于大腦起源區(qū)域研究MG異質(zhì)性的機(jī)會(huì),進(jìn)而提示MG驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)在AD和其他神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中扮演重要角色[16]。

LIN等[17]針刺AD大鼠“百會(huì)”“風(fēng)府”“水溝”等穴位,結(jié)果顯示針刺治療的大鼠MG更小、突起更細(xì)。這一結(jié)果表明,針刺能顯著抑制AD大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,可能機(jī)制是針刺降低了自體免疫球蛋白和溶血磷脂酸(Lysophosphatidic Acids,LPA)的表達(dá),這些物質(zhì)共同構(gòu)成了自體免疫球蛋白溶血磷脂酸軸,該軸可誘導(dǎo)AD大鼠大腦中的MG活化,針刺治療可下調(diào)MG細(xì)胞膜上溶血磷脂酸受體LPAR1和LPAR2的表達(dá),從而影響MG的激活進(jìn)程。證實(shí)了電針治療可通過(guò)MG的免疫功能清除,抑制AD大鼠的神經(jīng)炎癥損傷。

MG是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最關(guān)鍵的免疫細(xì)胞,是神經(jīng)炎癥最重要的參與者,同樣也是誘導(dǎo)AD炎癥反應(yīng)的重要結(jié)構(gòu)。炎癥反應(yīng)在AD不同階段發(fā)揮不同的作用,早期急性反應(yīng)具有一定神經(jīng)保護(hù)作用,慢性反應(yīng)會(huì)加劇病理變化,引起細(xì)胞凋亡,從而誘發(fā)新的炎癥,形成惡性循環(huán),同樣,神經(jīng)炎癥又可以反過(guò)來(lái)促進(jìn)NFT,加劇AD癥狀[18]。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)控AD突觸自噬及突觸可塑性

3.1 小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)控AD突觸自噬 自噬是清除受損蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的主要途徑之一,它通過(guò)將蛋白質(zhì)聚集體和受損細(xì)胞器攜帶到溶酶體中起作用[19-20]。MG在參與AD發(fā)展的過(guò)程中,自噬方式也發(fā)生了變化,在細(xì)胞內(nèi)部,自噬與炎癥以雙向方式相互作用[21]。通常自噬通過(guò)降解細(xì)胞中炎癥反應(yīng)的幾種成分來(lái)減少炎癥介質(zhì)的分泌,包括IL-1β、IL-6和TNF-α,通過(guò)這種方式,細(xì)胞利用自噬作為負(fù)反饋來(lái)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的細(xì)胞毒性作用。因此,受損的自噬與組織中的持續(xù)炎癥反應(yīng)有關(guān),并參與AD慢性炎癥的發(fā)病機(jī)制[22]。

髓樣細(xì)胞2(TREM2)上表達(dá)的受體是一種在AD腦中高表達(dá)的小膠質(zhì)細(xì)胞受體[23]。TREM2的消耗會(huì)阻礙小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬作用,TREM2-Aβ相互作用對(duì)清除AD腦中的淀粉樣蛋白斑塊至關(guān)重要,TREM2缺失會(huì)導(dǎo)致tau蛋白磷酸化[24]。另外,MG自噬對(duì)AD中突觸重塑性具有調(diào)控作用,認(rèn)知功能障礙與突觸吞噬功能紊亂相關(guān)[25]。另有研究顯示AD患者大腦中的Aβ寡聚體結(jié)合在突觸上,誘導(dǎo)經(jīng)典補(bǔ)體蛋白C1q大量產(chǎn)生,進(jìn)而引起下游補(bǔ)體受體C3含量的上升,導(dǎo)致MG的突觸功能被異常激活,引起MG對(duì)突觸大量吞噬,最終造成突觸丟失和神經(jīng)炎癥[26],誘發(fā)AD的發(fā)生。

ZHENG等[27]證實(shí),電針可抑制5xFAD小鼠的前額葉皮層和海馬中的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化,通過(guò)抑制AKT-MAPK1-MTORC通路,從而促進(jìn)大腦中的自噬-溶酶體(ALP)來(lái)抑制Aβ病理學(xué),減輕AD的認(rèn)知障礙,在行為上,電針顯著改善了5xFAD小鼠的空間學(xué)習(xí)能力和恐懼記憶。鄭清等[28]也驗(yàn)證了電針通過(guò)抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路調(diào)節(jié)海馬自噬和清除NFD,利用自噬作為負(fù)反饋來(lái)調(diào)節(jié)炎癥的細(xì)胞毒性作用,改善AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶和認(rèn)知障礙。

綜上所述,錯(cuò)誤折疊和聚集的tau蛋白組成的NFD通常會(huì)被自噬-溶酶體通路降解。MG在免疫監(jiān)測(cè)和神經(jīng)炎癥中起著核心作用,MG自噬嚴(yán)格控制其自身代謝和免疫狀態(tài),并調(diào)節(jié)神經(jīng)元tau蛋白病理學(xué),自噬增強(qiáng)可以通過(guò)靶向免疫細(xì)胞功能和tau蛋白病理學(xué)來(lái)治療AD[29]。自噬激活可以通過(guò)降解炎癥酶體或炎癥介質(zhì)以及改善免疫系統(tǒng)功能來(lái)抑制炎癥反應(yīng)。自噬是一個(gè)多步驟的過(guò)程,由于細(xì)胞或組織損傷后的動(dòng)態(tài)變化具有時(shí)間依賴性,因此需要在實(shí)驗(yàn)水平上仔細(xì)評(píng)估。在特定的病理環(huán)境下,自噬可能在早期時(shí)間點(diǎn)發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)和促進(jìn)生存的作用,而在損傷情況下,長(zhǎng)期誘導(dǎo)自噬可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死[30]。

3.2 小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)控突觸可塑性 突觸功能的可塑性主要是指突觸的傳遞效率,包括長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(Long-term Potentiation,LTP)和長(zhǎng)時(shí)程抑制(Long-term Depression,LTD)[31]。LTP和LTD均在學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中扮演重要角色,前者作用以存儲(chǔ)及合成新記憶為主,后者以對(duì)記憶整理、遺忘作用為主,并調(diào)節(jié)LTP[32]。

研究發(fā)現(xiàn)去除AD小鼠模型中的MG后能明顯改善樹(shù)突棘的丟失以及認(rèn)知功能障礙。Aβ沉積會(huì)導(dǎo)致MG激活,產(chǎn)生和釋放趨化因子CCL11加劇AD神經(jīng)元的損傷,CCL11上調(diào)是導(dǎo)致認(rèn)知功能下降的誘發(fā)因素,而CCL11的受體CCR3主要表達(dá)在神經(jīng)元上,因此敲除CCR3能改善AD的Aβ沉積及突觸丟失,進(jìn)而改善認(rèn)知功能及記憶能力[33]。在針刺AD模型大鼠實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)電針可以增加群發(fā)電位(PS)峰值和峰面積,增加海馬興奮性突觸后電位斜率,誘導(dǎo)LTP增強(qiáng),進(jìn)而改善AD大鼠學(xué)習(xí)記憶能力[34]。針灸SAMP8小鼠可以誘導(dǎo)LTP形成,MG可以通過(guò)某些特定的信號(hào)通路識(shí)別和消除不必要的神經(jīng)連接,影響突觸可塑性進(jìn)而改善其學(xué)習(xí)記憶能力[35]。

突觸可塑性是學(xué)習(xí)和記憶的基本機(jī)制,目前已成為神經(jīng)科學(xué)研究的熱點(diǎn)。小膠質(zhì)細(xì)胞具有多突觸可塑性的特點(diǎn),為中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)固有的免疫效應(yīng)細(xì)胞,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生理過(guò)程中發(fā)揮極其重要的作用[36]。在生理?xiàng)l件下,小膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)直接與神經(jīng)元接觸或間接釋放一些因子調(diào)節(jié)突觸可塑性,這與維持機(jī)體正常的認(rèn)知、學(xué)習(xí)記憶功能緊密相關(guān)。AD狀態(tài)下常會(huì)引起小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,釋放炎癥介質(zhì),促進(jìn)或抑制神經(jīng)元或突觸的損傷。同時(shí)激活的小膠質(zhì)細(xì)胞也會(huì)通過(guò)某些信號(hào)通路對(duì)死亡的神經(jīng)元碎片或損傷的突觸進(jìn)行吞噬,進(jìn)而影響突觸可塑性[37-38]。針灸能夠上調(diào)突觸界面結(jié)構(gòu)參數(shù),增強(qiáng)突觸的傳遞功能,對(duì)突觸進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能的修飾,促進(jìn)神經(jīng)損傷的再生與修復(fù)。2020年,浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院谷巖研究員課題組和王朗副研究員課題組合作首次發(fā)現(xiàn)用于免疫的小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)清除突觸而引起記憶遺忘,并且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體信號(hào)通路參與了小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的遺忘,且依賴于記憶印記細(xì)胞的活動(dòng)[39]。然而神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用介導(dǎo)的突觸重塑穩(wěn)定性變化的機(jī)制尚不清楚。小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)控突觸變化的分子機(jī)制研究尚處于起步階段。

4 討論

MG不僅是神經(jīng)系統(tǒng)常駐的免疫細(xì)胞,也是突觸結(jié)構(gòu)、記憶強(qiáng)度和精度的重要調(diào)節(jié)細(xì)胞,并且還是治療AD和其他神經(jīng)退行性疾病的重要靶點(diǎn)[40]。近年來(lái)MG調(diào)控AD的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及機(jī)制研究越發(fā)深入,其中針刺療法因其安全性及良好療效,成為補(bǔ)充與替代醫(yī)學(xué)的熱門研究之一,其中以電針為主的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究較多,電針頻率、波形、刺激強(qiáng)度等研究較少;選穴多側(cè)重于膀胱經(jīng)、督脈、胃經(jīng)及頭穴,對(duì)于穴位配伍、穴位之間的協(xié)同性或拮抗性等量效關(guān)系研究較少;如何通過(guò)針刺能做到雙向調(diào)控MG,抑制M1型并促進(jìn)M1型向M2型轉(zhuǎn)化可能成為關(guān)鍵。

因此,未來(lái)研究可側(cè)重電針頻率、波形及刺激強(qiáng)度的比較,篩選出電針治療AD的最優(yōu)參數(shù),為針刺治療AD提供最佳療法。進(jìn)一步深化穴位之間的量效關(guān)系應(yīng)研究,找出最佳穴位配伍、精簡(jiǎn)穴位。針刺治療AD過(guò)程中,精準(zhǔn)調(diào)控靶向MG的特定功能,量化MG的雙向作用,更準(zhǔn)確地了解MG在AD發(fā)生發(fā)展中的角色,是未來(lái)研究的重中之重。