潘 露， 李 鑫綜述， 張 偉審校

神經(jīng)變性疾病(neurodegenerative diseases，ND)是一組原因不明的慢性進(jìn)行性損傷神經(jīng)等組織的疾病，以神經(jīng)細(xì)胞死亡和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連通性破壞為共同病理表型，臨床上較為常見的有阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)、肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)、亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)、額顳葉癡呆(frontotemporal dementia，F(xiàn)TD)、多系統(tǒng)萎縮(multiple system atrophy，MSA)等。其中目前發(fā)現(xiàn)的與ND發(fā)病有關(guān)的機(jī)制包括遺傳機(jī)制、氧化應(yīng)激、炎癥機(jī)制、線粒體功能障礙、興奮性毒素、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子障礙、異常蛋白聚集等，但目前仍無確切有效的辦法來延緩或阻止ND的進(jìn)展，大多只能進(jìn)行暫時(shí)緩解和減輕癥狀的對(duì)癥處理。

星形膠質(zhì)細(xì)胞(astrocytes，AS)是一類在形態(tài)和功能上具有多樣性的初級(jí)穩(wěn)態(tài)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)攝取和循環(huán)、膠質(zhì)遞質(zhì)釋放、神經(jīng)能量學(xué)、炎癥、突觸活動(dòng)、離子平衡、血腦屏障的維持，以及發(fā)揮許多其他重要的大腦功能[1]，從而來進(jìn)一步保持正常的神經(jīng)健康和功能，進(jìn)而維持大腦的穩(wěn)定狀態(tài)。近年來，星形膠質(zhì)細(xì)胞功能的異常被認(rèn)為與神經(jīng)變性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，故星形膠質(zhì)細(xì)胞逐漸成為神經(jīng)變性疾病領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文就AS與ND的關(guān)系研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，探討AS在ND發(fā)病中的作用以及其潛在的治療價(jià)值。

1 AS與AD

AD是癡呆最常見的臨床類型，多發(fā)生于老年時(shí)期，以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和行為損害為主要臨床表現(xiàn)，其典型病理特征是大腦中細(xì)胞外β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)形成的老年斑和細(xì)胞內(nèi)過度磷酸化的tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)。其中老年斑被認(rèn)為是AD 最主要的病理變化，在 AD的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)在AD大腦中，反應(yīng)性AS主要與老年斑相關(guān)[2，3]。在3xTG-AD動(dòng)物中，反應(yīng)性AS位于老年斑周圍以及靠近血管周圍淀粉樣蛋白的位置[4]。在AD中，反應(yīng)性AS增生和小膠質(zhì)細(xì)胞的激活都與老年斑的形成直接相關(guān)，活躍的膠質(zhì)細(xì)胞成為老年斑的組成部分。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AS反應(yīng)的抑制會(huì)加重淀粉樣蛋白的負(fù)荷，從而降低神經(jīng)保護(hù)[2]。

目前認(rèn)為反應(yīng)性AS增生是AD的一個(gè)特征，在AD患者的死后腦組織[5]以及AD動(dòng)物模型的大腦樣本中[3，6]均可以觀察到膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic portein，GFAP)、波形蛋白或S100B蛋白表達(dá)增加以及AS增生肥大。與此同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)AD的AS改變?cè)诓煌X區(qū)具有高度異質(zhì)性，表現(xiàn)為AS增生和AS萎縮[7，8]。在海馬中的淀粉樣蛋白沉積和淀粉樣蛋白斑塊被肥大的AS包圍，但在腦內(nèi)皮質(zhì)和額葉前部皮質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的AS增生的征象很少[9]，這也反映出AS可以用于AD病理發(fā)生區(qū)域的早期識(shí)別和監(jiān)測(cè)。

此外，近年來，人們普遍認(rèn)為慢性神經(jīng)炎癥是特發(fā)性AD早期發(fā)展的直接原因，甚至可能具有病因?qū)W意義[10]。有研究發(fā)現(xiàn)AS在AD的神經(jīng)炎癥發(fā)揮一定作用。通過使用外源性Aβ寡聚物建立原代皮質(zhì)神經(jīng)元與AS共培養(yǎng)的AD模型，Garwood等[11]發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的炎癥細(xì)胞因子(IL-β、IL-6和IFN-γ)導(dǎo)致caspase-3活性增加、毒性tau蛋白的裂解和神經(jīng)元細(xì)胞的死亡，這也間接說明了在AD中，AS會(huì)釋放促炎細(xì)胞因子，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的增加。然而在Tg2576小鼠模型(發(fā)生APPSwe突變)中，AS增生較早出現(xiàn)，這與AD進(jìn)展相對(duì)緩慢有關(guān)[12]，而AD患者的腦部影像學(xué)表現(xiàn)也反映出突出的AS增生與神經(jīng)保護(hù)相關(guān)[13]。

綜上看來，AS從一定程度上部分概括了AD的一些重要病理方面，它既可以通過反應(yīng)性AS增生來起到神經(jīng)保護(hù)的作用，也可以通過老年斑的形成、促炎因子和神經(jīng)毒性因子的釋放來損傷神經(jīng)細(xì)胞。但對(duì)于AS參與AD發(fā)病的具體過程和機(jī)制，仍需要進(jìn)一步深入研究。

2 AS與PD

PD是僅次于AD的第二大運(yùn)動(dòng)神經(jīng)退行性疾病[14]，在中老年人中也較為常見，以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡和路易體形成為病理特征，主要臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、肌張力增高和運(yùn)動(dòng)遲緩等神經(jīng)系統(tǒng)受損癥狀[15]。近年來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)PD發(fā)生的原因并不總是由于這些多巴胺能神經(jīng)元的缺失和多巴胺的持續(xù)消耗，關(guān)于AS產(chǎn)生神經(jīng)病理或神經(jīng)保護(hù)功能的概念正逐漸被認(rèn)識(shí)。并且已有研究結(jié)果表明，在黑質(zhì)致密部神經(jīng)炎癥中，AS可能參與PD發(fā)展的功能和病理生理過程，并作為大腦穩(wěn)態(tài)的傳感器發(fā)揮關(guān)鍵作用[16]。體內(nèi)研究已經(jīng)確定，外蒼白球神經(jīng)元的自主活動(dòng)被認(rèn)為是導(dǎo)致PD患者基底神經(jīng)節(jié)神經(jīng)微回路功能障礙的原因[15，17]。而Joe等[17]認(rèn)為大腦中的三種膠質(zhì)細(xì)胞，即少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和AS，它們也參與了外蒼白球的病理生理狀態(tài)。而病理實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)，在PD發(fā)病過程中，AS數(shù)量增加，GFAP表達(dá)增多。

此外，PD的病理特征之一是神經(jīng)元內(nèi)的α-突觸核蛋白聚集形成的包涵體。有研究[18]發(fā)現(xiàn)AS可以通過不依賴于toll樣受體4(TLR4)的內(nèi)吞作用途徑來吸收α-突觸核蛋白，從而為神經(jīng)元提供健康的生存環(huán)境。并且有研究人員通過1-甲基-4-苯基1，2，3，6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)這類神經(jīng)毒物來處理小鼠動(dòng)物模型后，發(fā)現(xiàn)MPTP可與AS溶酶體結(jié)合，能誘導(dǎo)黑質(zhì)紋狀體通路中多巴胺能神經(jīng)元的變性[19]。而在MPTP模型中，MPTP通過AS的單胺氧化酶b產(chǎn)生活性的MPP+代謝產(chǎn)物，進(jìn)而在多巴胺能神經(jīng)元積累引起神經(jīng)毒性。并且在AS內(nèi)的研究也顯示MPTP暴露過程中存在AS的神經(jīng)保護(hù)作用，而這種保護(hù)作用是由紋狀體中AS蛋白標(biāo)記物的GFAP免疫反應(yīng)性增強(qiáng)決定的[20]。

水通道蛋白4(aquaporin-4，AQP4)和GFAP是AS的兩個(gè)蛋白標(biāo)記物，它們與中樞神經(jīng)系統(tǒng)和血腦屏障的某些生理和病理狀態(tài)有關(guān)[21]。而在神經(jīng)病理學(xué)條件下，有證據(jù)表明AQP4參與了PD的病理生理障礙的發(fā)生和進(jìn)展[22]。并且，與年齡匹配的健康對(duì)照組相比，PD患者中出現(xiàn)了AQP4 mRNA的下調(diào)，而AQP4表達(dá)的下調(diào)會(huì)通過調(diào)節(jié)星形細(xì)胞神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子來增強(qiáng)多巴胺能神經(jīng)元對(duì)神經(jīng)毒性的敏感性[23]。這也提示AS通過AQP4的表達(dá)來參與PD 的發(fā)病過程。

此外，有研究[24]認(rèn)為DJ-1突變可以誘發(fā)早發(fā)性PD，而Mullett等[25]共培養(yǎng)突變的AS和多巴胺能神經(jīng)元來評(píng)估AS介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)DJ-1缺失的AS不能保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元免受氧化應(yīng)激的傷害。同時(shí)相關(guān)研究[26]還發(fā)現(xiàn)，DJ-1與AS中脂質(zhì)筏的組裝有關(guān)并調(diào)控其組裝。這也表明在PD中，AS通過DJ-1來介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)作用，進(jìn)一步驗(yàn)證AS參與PD的相關(guān)發(fā)病機(jī)制。

綜上可見AS在PD的發(fā)生發(fā)展過程中存在重要作用，不光是參與到其病理生理變化中，也同時(shí)起到一定的神經(jīng)保護(hù)作用，而對(duì)AS在PD中的作用的進(jìn)一步研究將對(duì)我們進(jìn)一步了解疾病至關(guān)重要，并可能對(duì)開發(fā)新的治療方法有重要意義。

3 AS與ALS

ALS是一種復(fù)雜而致命的神經(jīng)退行性疾病，其特點(diǎn)是上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元退化，進(jìn)一步導(dǎo)致骨骼肌進(jìn)行性癱瘓。目前認(rèn)為Cu/Zn超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD1)基因是ALS最常見的致病基因。而在表達(dá)ALS相關(guān)的人類超氧化物歧化酶1突變基因(hSOD1 G93A)的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，AS退化先于神經(jīng)細(xì)胞死亡和臨床癥狀的發(fā)展。而這些退化的AS通過下調(diào)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，從而失去了有效控制谷氨酸穩(wěn)態(tài)的能力，而谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)進(jìn)一步加劇興奮性毒性并導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，這可能是其早期變性的基礎(chǔ)[27]。而目前與此相關(guān)的機(jī)制還包括突變的SOD1阻止AS誘導(dǎo)鈣滲透性α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid receptor，AMPAR)亞基GluA2的表達(dá)，導(dǎo)致鈣通過鈣滲透性AMPA受體進(jìn)入的增加，從而導(dǎo)致興奮性毒性[28]。此外還發(fā)現(xiàn)，AS中SOD1基因的特異性沉默可以延緩小鼠模型中ALS癥狀的進(jìn)展[29]。而在ALS的其他模型中，共培養(yǎng)方法表明AS中突變的SOD1可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡[30]。同樣，用取自家族性或散發(fā)性ALS患者死后神經(jīng)前體細(xì)胞的AS培養(yǎng)的小鼠干細(xì)胞來源的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元比用非ALS患者的AS培養(yǎng)的神經(jīng)元死亡快[31]。目前認(rèn)為這些結(jié)果是由于某種特殊的毒性分泌因子而引起，仍有待進(jìn)一步證實(shí)。但這可能也反映了這些ALS模型中AS體內(nèi)平衡或保護(hù)功能的喪失。并且利用條件突變動(dòng)物使AS中丟失兩種不同形式的突變SOD1的研究表明，根據(jù)所涉及的突變，AS可以在疾病的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮作用[29]，而這些發(fā)現(xiàn)也進(jìn)一步表明AS在ALS發(fā)病中具有重要作用。

雖然AS在ALS的發(fā)生和進(jìn)展中潛在的主要作用還未達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)，但這些研究充分支持了AS在ALS運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中的作用，這使得AS移植可作為一種可行的治療策略。目前已開始對(duì)ALS患者進(jìn)行星形膠質(zhì)細(xì)胞移植的臨床試驗(yàn)[32]，但其具體的療效仍需觀察，未來這也將可能成為ALS患者的有效治療方法。

4 AS與HD

HD是一種主要的遺傳性神經(jīng)退行性疾病，目前認(rèn)為是由高度保守的huntingtin(HTT)基因突變引起，以運(yùn)動(dòng)功能障礙、精神障礙和認(rèn)知障礙為臨床表現(xiàn)，在組織病理學(xué)上可見紋狀體投射神經(jīng)元大量丟失，而在大腦皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)-丘腦皮質(zhì)環(huán)路的其他區(qū)域則有較少且顯著的丟失[33]。在HD患者的腦組織標(biāo)本中已經(jīng)觀察到進(jìn)展性AS增生，并且其級(jí)別逐漸升高。在許多表達(dá)HTT基因突變(mutant HTT，mHTT)的小鼠模型中也觀察到AS表型的反應(yīng)。在RosaHD/Nestin-Cre模型中，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的mHTT貫穿整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)，在皮質(zhì)和紋狀體中存在顯著的AS增生[34]。這也表明AS增生是HD的一個(gè)特征性反應(yīng)。此外，在成熟的HD小鼠模型中，AS中糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)蛋白表達(dá)增加介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)會(huì)引起促炎細(xì)胞因子釋放的增加，而這也是tau蛋白過度磷酸化和caspase-3介導(dǎo)的神經(jīng)元細(xì)胞死亡的主要驅(qū)動(dòng)因素[35]。研究人員進(jìn)行了野生型與患病神經(jīng)元和AS的共培養(yǎng)組合實(shí)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)當(dāng)病變AS中GSK-3β蛋白表達(dá)缺失時(shí)，tau蛋白磷酸化和caspase-3激活減少，神經(jīng)元的活力增加。這些發(fā)現(xiàn)為可能參與HD發(fā)病機(jī)制的AS和神經(jīng)元之間的病理交互作用提供了證據(jù)。

AS從突觸間隙攝取過量的谷氨酸對(duì)正常的神經(jīng)回路功能至關(guān)重要，而HD攝取的減少和釋放的增加均可能導(dǎo)致疾病的發(fā)生。目前HD對(duì)AS的研究主要集中在EAAT2/GLT-1水平的降低，AS從突觸間隙吸收過量谷氨酸的能力降低，進(jìn)而導(dǎo)致興奮性毒性。AS能夠通過多種機(jī)制釋放谷氨酸，其中包括鈣依賴的囊泡性胞吐[36]。AS釋放的谷氨酸也被證明可以作用于非同步外谷氨酸門控的N-甲基D-天冬氨酸受體(N-methyl D-aspartate receptors，NMDARs)來調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性和突觸傳遞[37]。基于AS調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性的能力，ASmHTT的存在可能改變了這一功能，從而導(dǎo)致HD患者大腦中最關(guān)鍵的興奮性突觸的活性改變。此外，進(jìn)一步檢測(cè)這些表達(dá)mHTT的AS，發(fā)現(xiàn)其線粒體常駐酶丙酮酸羧化酶水平升高，而丙酮酸羧化酶的增加為這些AS釋放的谷氨酸的增加提供了機(jī)制。

此外，在HD中，功能性AS變性表現(xiàn)為谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)減少，從而加重谷氨酸興奮性毒性[38]。此外，谷胱甘肽和抗壞血酸作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中活性氧的主要清除劑能夠起到神經(jīng)保護(hù)的作用，而HD的AS會(huì)減少這些物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放，從而會(huì)進(jìn)一步地降低AS對(duì)神經(jīng)的保護(hù)作用。

綜上，AS與HD的發(fā)生存在密切聯(lián)系，它可以通過多種機(jī)制來改變突觸間隙內(nèi)谷氨酸水平進(jìn)而加重興奮性神經(jīng)毒性，也可以通過抗氧化物質(zhì)的減少參與HD的發(fā)病，但對(duì)于AS對(duì)HD的其他作用仍需大量的研究去發(fā)掘。

5 AS與FTD

FTD是發(fā)病率僅次于AD的常見癡呆類型，以額葉和顳葉深度退化為特征，目前認(rèn)為可能由17號(hào)染色體上的編碼微管相關(guān)蛋白tau(microtubule-associated protein tau，MPAT)基因突變引起[39]，可出現(xiàn)早發(fā)性癡呆并伴有語言、行為和認(rèn)知功能障礙等神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

研究發(fā)現(xiàn)，在FTD患者的額顳葉皮質(zhì)中有AS萎縮和凋亡的跡象[40]，也有AS反應(yīng)的跡象。與其他神經(jīng)變性疾病相比，這兩種現(xiàn)象在FTD中尤其突出[41]，故認(rèn)為AS改變可能作為FTD的突出特征。而研究發(fā)現(xiàn)FTD的病理與AS增生有關(guān)，并且AS增生發(fā)生在疾病進(jìn)展的早期，先于神經(jīng)細(xì)胞喪失出現(xiàn)[41]，這也側(cè)面地體現(xiàn)了AS在疾病早期的診斷價(jià)值，以及其作為新的早期治療干預(yù)措施的可能性。在FTD中凋亡的AS與額顳葉萎縮的程度相關(guān)，并觀察到明顯的AS增生與顯示腦灌注紊亂的區(qū)域重疊[42]。這也提示AS可以作為評(píng)估FTD患者腦功能損傷程度的指標(biāo)。

AS在FTD病理模型中作用的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，AS會(huì)表現(xiàn)出TAU蛋白表達(dá)、肥大、氧化應(yīng)激易感性增加和轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)等一系列改變，并在與健康神經(jīng)元共培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TDAS會(huì)減弱健康神經(jīng)元對(duì)氧化應(yīng)激的耐受能力[43]。同時(shí)，AS出現(xiàn)胞質(zhì)內(nèi)反式激活應(yīng)答DNA結(jié)合蛋白-43(transactive response DNA binding protein-43，TDP-43)積累，可導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡[44]。這些結(jié)果表明，AS可能間接通過對(duì)神經(jīng)元的影響來參與FTD的發(fā)生與進(jìn)展，但對(duì)于其在FTD發(fā)病機(jī)制的其他作用，仍需進(jìn)一步的研究去發(fā)現(xiàn)與證實(shí)。

6 AS與MSA

MSA是一組散發(fā)性的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要在成年期發(fā)病，臨床表現(xiàn)為自主神經(jīng)功能障礙、帕金森綜合征、小腦性共濟(jì)失調(diào)和錐體束癥等。目前認(rèn)為少突膠質(zhì)細(xì)胞胞漿內(nèi)的α-突觸核蛋白包涵體是MSA的主要病理學(xué)特征[45]，雖然在正常情況下，AS中很少表達(dá)α-突觸核蛋白，但有研究[46]發(fā)現(xiàn)在約40%的MSA患者中，軟腦膜下和腦室周圍AS中均出現(xiàn)異常磷酸化和聚合的α-突觸核蛋白聚集。此外，在病理刺激下AS會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)性增生，而在MSA患者的大腦[47]和小鼠MSA模型[48]中也均發(fā)現(xiàn)反應(yīng)性AS與α-突觸核蛋白病理密切相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)提示AS可能會(huì)通過α-突觸核蛋白病理參與到MSA的發(fā)病過程中。

另一方面，生長(zhǎng)抑制因子(growth-inhibitory factor，GIF)在神經(jīng)細(xì)胞的存活和神經(jīng)突的形成中會(huì)起到一定作用[49]。而關(guān)于GIF的研究[50]表明，它在體外具有生物活性，在人體組織中也有所分布，以及它在神經(jīng)退化疾病中具有一定的調(diào)節(jié)作用，如在MSA損傷區(qū)反應(yīng)性AS中GIF水平降低，而GIF的減少與神經(jīng)元的損失相關(guān)，并且由GIF調(diào)控的反應(yīng)性AS分泌的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的行為可能也會(huì)受到影響。這些發(fā)現(xiàn)為探索AS在MSA發(fā)病機(jī)制中的作用提供了一個(gè)新的視角。

7 小 結(jié)

綜上所述，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過多種途徑和機(jī)制參與神經(jīng)變性疾病的病理過程，并與其相關(guān)發(fā)病機(jī)制存在密切聯(lián)系。因此，提高星形膠質(zhì)細(xì)胞的支持和防御能力，防止星形膠質(zhì)細(xì)胞功能喪失，可能會(huì)為預(yù)防、控制甚至治愈相關(guān)神經(jīng)變性疾病提供新靶點(diǎn)，也可能會(huì)為未來神經(jīng)變性疾病的臨床藥物開發(fā)提供新的方向。