曾冠文 張媛媛 蘇家宜 李朝暉 卓文燕

(珠海市人民醫(yī)院暨南大學附屬珠海醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,廣東省珠海市 519000)

【提要】 帕金森病是一種常見的慢性神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,主要病理特征為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性缺失、神經(jīng)元α-突觸核蛋白沉積及路易小體形成,其病因包括環(huán)境因素、遺傳因素、神經(jīng)系統(tǒng)老化、多因素交互作用等。研究表明,帕金森病不僅是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病,而且很可能與全身亞炎癥狀態(tài)相關。因此,本文就帕金森病的神經(jīng)炎癥和免疫相關性的研究進展進行綜述。

帕金森病是僅次于阿爾茨海默病的第二常見的神經(jīng)退行性疾病[1]。帕金森病以靜止性震顫、運動遲緩、姿勢不穩(wěn)和肌肉強直為典型癥狀[2],其最典型的病理特征是黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元變性缺失、α-突觸核蛋白聚集及路易小體出現(xiàn)[3]。帕金森病是一種多因素疾病,大多數(shù)患者屬散發(fā)病例,僅有不足10%的病例為遺傳性病例[4]。帕金森病的病因目前尚存在爭議,但大多數(shù)學者發(fā)現(xiàn),帕金森病患者的大腦黑質(zhì)中存在炎癥反應,表現(xiàn)為小膠質(zhì)細胞活化和相關細胞因子表達增加等[5],因此神經(jīng)炎癥被認為是帕金森病發(fā)病的關鍵因素。而腸道可能在帕金森病的神經(jīng)退變過程中扮演十分重要的角色。研究發(fā)現(xiàn),帕金森病患者在中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀出現(xiàn)之前就可在結(jié)腸組織中檢測出α-突觸核蛋白的異常積聚[6],提示帕金森病可能源于腸道。本文就帕金森病與免疫炎癥的相關性的研究現(xiàn)狀進行綜述,以更深刻地理解帕金森病的本質(zhì),為臨床上防治該病提供參考。

1 帕金森病的炎癥本質(zhì)

1988年,McGeer等[7]首先提出了帕金森病病理的神經(jīng)炎性假說,該研究團隊在帕金森病患者尸體中發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)致密部中的多巴胺能細胞被大量的反應性小膠質(zhì)細胞吞噬破壞,而非帕金森病患者尸體的黑質(zhì)致密部中反應性小膠質(zhì)細胞較少。隨后的多個研究均證實激活或增強炎癥反應可導致線粒體功能障礙、氧化應激和多巴胺能神經(jīng)元凋亡,且正電子發(fā)射斷層掃描成像提示帕金森病患者的大腦中廣泛存在炎性變化[8-9]。

小膠質(zhì)細胞作為大腦免疫系統(tǒng)的重要組成部分,在維持腦微環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面起著至關重要的作用。異常激活的小膠質(zhì)細胞可大量分泌腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白細胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β等促炎細胞因子[10],同時導致星形膠質(zhì)細胞增生,吸引外周免疫細胞(其中大部分是T淋巴細胞)涌入,共同作用形成惡性炎癥網(wǎng)絡[11]。既往觀點認為炎癥是帕金森病發(fā)病的次要因素,但以下幾種觀點表明免疫炎癥在帕金森病的發(fā)病中起到直接作用:(1)對動物進行免疫處理后可以改變動物對帕金森病的易感性,且病情更為嚴重[12];(2)人類的主要組織相容性復合體基因與帕金森病發(fā)病風險之間存在顯著相關性[13];(3)流行病學研究表明,定期服用非甾體抗炎藥的人患帕金森病的風險較低[14]。

研究發(fā)現(xiàn),與健康人群相比,帕金森病患者外周血細胞因子,包括TNF、可溶性TNF受體、IL-1β及IL-6水平均升高[15]。IL-1α、IL-1β和IL-6是炎癥細胞因子,它們主要是由被激活的小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生。研究顯示,IL-1β參與帕金森病的整個病理過程[16]。Lindqvist等[17]發(fā)現(xiàn),帕金森病患者的IL-6水平高于健康對照組,TNF-α水平升高與慢性病治療疲勞功能評估評分高度相關,而帕金森病患者的非運動癥狀(如疲勞和抑郁癥狀)可能是通過炎癥機制產(chǎn)生的。采用蒙哥馬利抑郁量表對帕金森病患者進行評估發(fā)現(xiàn),基線IL-6水平較高的患者2年后更容易表現(xiàn)出抑郁癥狀[18]。此外,腦脊液C反應蛋白水平也被證實與統(tǒng)一帕金森病評定量表第Ⅲ部分及蒙特利爾認知評估量表得分相關,多因素回歸分析結(jié)果顯示,腦脊液C反應蛋白水平可以預測6.9%的統(tǒng)一帕金森病評定量表第Ⅲ部分評分的變化情況[19]。因此,對于帕金森病患者,無論運動或非運動癥狀均被證實與炎癥機制相關。

1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)是一種神經(jīng)毒素,可誘導帕金森病樣特征,包括獨特行為、多巴胺能神經(jīng)元變性,上調(diào)α-突觸核蛋白水平并且激活黑質(zhì)致密部和紋狀體的小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞[20]。IL-32能誘導其他促炎細胞因子(如TNF-α、IL-1β和IL-6等)的產(chǎn)生,進一步促進炎癥發(fā)展[21-22]。動物實驗表明,誘導IL-32過表達可增強神經(jīng)炎癥反應,增加MPTP的多巴胺能神經(jīng)毒性,而抗感染治療能大幅度地減輕MPTP介導的多巴胺能神經(jīng)毒性[23]。另外,有研究證實,小鼠缺乏某種細胞因子受體(如Ⅰ型干擾素受體)可表現(xiàn)出相應的神經(jīng)保護作用,神經(jīng)炎癥反應減弱[24]。這些結(jié)果進一步證實帕金森病是一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)炎癥,可能還伴有全身亞炎癥狀態(tài)。目前雖尚未明確炎癥機制在帕金森病各階段中的作用,但其造成的臨床癥狀和解剖結(jié)構(gòu)損害均已被證實[7,19]。

除上述機制外,炎癥細胞因子在帕金森病發(fā)病機制中的作用可能還涉及誘導腦內(nèi)急性時相反應、抗原提呈與吞噬、增強細胞介導的細胞毒性、與皮質(zhì)醇相互作用、抑制線粒體氧化還原酶活性、能量耗竭、促進氧化應激、增加血腦屏障對鐵的通透性及刺激神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生毒素等。

2 免疫炎癥的一體性

盡管有血腦屏障的保護,中樞神經(jīng)系統(tǒng)仍會受到外周免疫的影響。動物實驗表明,經(jīng)外周循環(huán)注射脂多糖可刺激促炎細胞因子(IL-1β、IL-6、IL-17A和TNF-α)的表達,這些細胞因子會穿過血腦屏障并作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng),導致老年大鼠的行為和認知能力降低[25]。因此,外周免疫炎癥可能是神經(jīng)退行性變的病因之一[26]。目前,低劑量脂多糖誘導的內(nèi)毒素耐受是檢測免疫耐受的常用方法之一[27],給予脂多糖誘導后動物表現(xiàn)出炎癥細胞因子的減少和小膠質(zhì)細胞活化的降低。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)外周循環(huán)注射脂多糖誘導免疫耐受可以保護大鼠免受神經(jīng)炎癥誘導的神經(jīng)退行性變,從而提高大鼠黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元存活率和減少行為損傷[28]。此外,長期使用非甾體抗炎藥亦可降低帕金森病的發(fā)生率[29],提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)或可從外周免疫耐受中獲益,這表明外周炎癥與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生及發(fā)展密切相關。

單核細胞作為外周天然免疫的啟動者和組織者,在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮多重作用,其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用也受到眾多學者關注。有研究顯示,減少小鼠外周血單核細胞數(shù)量不僅可以減輕外周炎癥,還可以減輕經(jīng)外周注射脂多糖引起的神經(jīng)炎癥[30]。此外,單核細胞和小膠質(zhì)細胞被認為與髓系同源[31]。研究發(fā)現(xiàn),單核細胞可以發(fā)育成小膠質(zhì)細胞[32],或者發(fā)育成一組特殊的巨噬細胞[33]。這些細胞從外周遷移到大腦,提示活躍的外周炎癥對大腦免疫反應性有重要影響。巨噬細胞是外周免疫系統(tǒng)的關鍵調(diào)節(jié)細胞。M1型巨噬細胞釋放促炎細胞因子和趨化因子,如IL-1β、TNF-α、單核細胞趨化蛋白1,以及氧化代謝產(chǎn)物,從而招募更多的炎癥細胞[34]。巨噬細胞通過主要組織相容性復合體Ⅱ呈現(xiàn)更強的抗原提呈能力[35],從而進一步激發(fā)T淋巴細胞的能力。研究發(fā)現(xiàn),給予小鼠MPTP處理后,小鼠外周M1型巨噬細胞數(shù)量和主要組織相容性復合體Ⅱ的表達增加,核因子κB炎癥通路被激活[36]。這一研究結(jié)果提示了活化的T淋巴細胞滲透到腦內(nèi)并導致大腦中多巴胺能神經(jīng)元死亡的相關機制。而使用氯膦酸鹽脂質(zhì)體消耗外周M1型巨噬細胞后,可明顯減少T淋巴細胞向腦內(nèi)的滲透,最終減輕神經(jīng)炎癥及減少多巴胺能神經(jīng)元細胞的死亡[36]。還有研究表明,M1型巨噬細胞數(shù)量減少會導致帕金森小鼠模型紋狀體和黑質(zhì)區(qū)域炎癥細胞因子的釋放減少,同時減少小膠質(zhì)細胞的活化[37]。

Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)是一種模式識別受體,是非特異性免疫和特異性免疫的連接橋梁,在小膠質(zhì)細胞膜上高表達[38]。敲除TLR4可顯著減輕MPTP誘導的運動缺陷及α-突觸核蛋白功能障礙,降低神經(jīng)炎癥程度[39]。促進T淋巴細胞向結(jié)腸黏膜的轉(zhuǎn)運是帕金森病患者一個重要的腸道病理特征[40]。動物實驗表明,口服魚藤酮的小鼠結(jié)腸黏膜中CD3+T淋巴細胞和TLR4+細胞數(shù)量增加,該炎癥狀態(tài)導致結(jié)腸肌間神經(jīng)叢中膠質(zhì)細胞數(shù)量增加并發(fā)生α-突觸核蛋白的病理改變[41],提示腸道炎癥可導致腸膠質(zhì)細胞的激活。免疫炎癥會增加α-突觸核蛋白的錯誤折疊并促使其以類似于朊病毒的方式擴散[42]。而敲除TLR4同樣可減輕魚藤酮對小鼠腸屏障完整性的破壞,減少肌間神經(jīng)叢膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達、結(jié)腸α-突觸核蛋白的活化,以及減少小鼠黑質(zhì)小膠質(zhì)細胞激活、大腦多巴胺能細胞丟失和運動功能損害[43]。因此,TLR4介導的炎癥反應參與了帕金森病的病理生理過程,敲除TLR4可減輕帕金森病的神經(jīng)炎癥損害。

綜上所述,神經(jīng)退行性變可能是一種全身性疾病,并非局限于中樞神經(jīng)系統(tǒng),換言之,中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥可能是全身亞炎癥狀態(tài)的一部分。

3 α-突觸核蛋白引起的免疫反應

α-突觸核蛋白是大腦中一種未折疊的可溶性蛋白,主要在神經(jīng)元中表達,在生理條件下可調(diào)節(jié)突觸的可塑性和多巴胺的釋放。在病理條件下α-突觸核蛋白是路易小體的主要構(gòu)成成分,并以類似于朊病毒的行為在神經(jīng)元之間擴散[44]。單體α-突觸核蛋白可以轉(zhuǎn)化為聚集體,繼而通過抑制微管蛋白聚合和激活炎癥反應加速神經(jīng)元死亡[45]。另外,α-突觸核蛋白的磷酸化水平與帕金森病的發(fā)病密切相關,在帕金森病患者的路易小體中約有90%的α-突觸核蛋白發(fā)生磷酸化,而健康人群的大腦中只有不到4%的α-突觸核蛋白發(fā)生磷酸化[46]。

錯誤折疊的α-突觸核蛋白不僅在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中普遍存在,還存在于外周的神經(jīng)元間隙,它可以穿越血腦屏障,改變白細胞分布,還能夠激活小膠質(zhì)細胞,并參與誘導炎癥反應[47]。黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元在被小膠質(zhì)細胞釋放的細胞因子激活后與α-突觸核蛋白結(jié)合,而與α-突觸核蛋白結(jié)合的神經(jīng)元可以被CD8+T淋巴細胞殺滅[48]。研究表明,以源于α-突觸核蛋白的一組特定的肽作為抗原表位,可驅(qū)動帕金森病患者的輔助性和細胞毒性T細胞反應,約有40%的帕金森病患者表現(xiàn)出對α-突觸核蛋白表位具有免疫反應[49],而20%～50%的典型自身免疫性疾病患者亦表現(xiàn)出這些反應[50]。另外,T淋巴細胞還可滲入帕金森病患者的大腦黑質(zhì)[51],在多巴胺能神經(jīng)元附近可檢測到大量的CD4+和CD8+T淋巴細胞[9]。

研究發(fā)現(xiàn),B淋巴細胞缺乏的小鼠對MPTP誘導的神經(jīng)變性有一定的抵抗作用[52],提示B淋巴細胞在帕金森病的發(fā)生與發(fā)展過程中起到一定作用。外周血淋巴細胞亞群分布與帕金森病的發(fā)病密切相關,當外周血淋巴細胞表達異常時,帕金森病的發(fā)生風險呈上升趨勢[53-54],分析其原因:(1)α-突觸核蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周血異常積聚,并作為抗原表位來促進自然殺傷細胞、CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞的免疫應答[55],同時通過改變帕金森病患者外周血淋巴細胞的表達誘導細胞凋亡[56];(2)自然殺傷細胞、B淋巴細胞和T淋巴細胞分布在腦膜和血腦脊液屏障,這些細胞可以往返于外周血和中樞系統(tǒng)[57-58];(3)各淋巴細胞亞群通過細胞因子與其他亞群相互作用,使得機體固有免疫和獲得性免疫共同影響帕金森病的發(fā)展[59]。綜上,α-突觸核蛋白在病理條件下可誘發(fā)免疫反應,激活了全身炎癥反應及中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥,最終造成腦內(nèi)多巴胺神經(jīng)元的死亡。

4 腸道微生物與α-突觸核蛋白

便秘是帕金森病患者常見的非運動癥狀之一,有70%～80%的帕金森患者受到便秘的困擾[60]。一般情況下,帕金森病患者胃腸功能障礙出現(xiàn)的時間早于運動障礙出現(xiàn)的時間[61]。Braak等[62]認為,α-突觸核蛋白最初在腸道聚集,隨后沿著迷走神經(jīng)進入腦干到達中腦的黑質(zhì),并以類似朊病毒的方式進行傳播。相關的病理生理學研究發(fā)現(xiàn),在帕金森病的早期,α-突觸核蛋白包涵體便出現(xiàn)在腸神經(jīng)系統(tǒng)及舌咽和迷走神經(jīng)中[63-64],而切斷迷走神經(jīng)后帕金森病的發(fā)病風險降低[65]。動物實驗表明,腸道微生物通過激活α-突觸核蛋白以促進小鼠小膠質(zhì)細胞增殖,導致小鼠神經(jīng)元退化和運動功能障礙[66]。將α-突觸核蛋白纖維注射到健康嚙齒動物的腸道組織中,亦能在迷走神經(jīng)和腦干內(nèi)誘導出帕金森病病理反應[67]。以上結(jié)果提示,帕金森病可能始發(fā)于腸道,而腸道微生物群參與了帕金森病病理生理的始動環(huán)節(jié)。

與健康人相比,帕金森病患者可能會出現(xiàn)普氏菌科水平降低、腸桿菌科水平升高等腸道菌群異?，F(xiàn)象[68]。普氏桿菌豐度的下降與腸道通透性增加呈正相關[69],其原因是低水平的普氏桿菌會導致粘蛋白合成減少,進而引起腸道滲漏和腸道免疫反應異常。與震顫型帕金森患者相比,非震顫型帕金森病患者進展更快,結(jié)腸神經(jīng)元中α-突觸核蛋白的病理改變表現(xiàn)更嚴重,而且其腸道類桿菌屬的豐度與血漿中的TNF-α濃度呈正相關[70]。研究發(fā)現(xiàn),腸桿菌通過脂多糖途徑刺激巨噬細胞和單核細胞產(chǎn)生TNF-α,從而激活免疫反應[71]。

帕金森病早期階段的腸道通透性增加及腸道中α-突觸核蛋白的積聚表明腸膜滲漏可能促進疾病的進展[72]。帕金森病患者由于腸道普氏桿菌數(shù)量的減少,導致腸道黏液減少和腸道通透性增加,從而使局部和全身對細菌抗原及內(nèi)毒素的敏感性增加,所引起的局部炎癥可能導致大量α-突觸核蛋白的表達和錯誤折疊[73]。研究顯示,在運動癥狀出現(xiàn)之前,帕金森病患者結(jié)腸組織中已經(jīng)出現(xiàn)α-突觸核蛋白的異常積聚[74]。α-突觸核蛋白纖維被證明可以在大鼠神經(jīng)退行性變發(fā)生之前招募外周免疫細胞[63]。免疫激活與炎癥作用使得腸道神經(jīng)系統(tǒng)啟動α-突觸核蛋白錯誤折疊的病理過程,并通過迷走神經(jīng)以朊病毒樣的方式依次擴散到延髓、黑質(zhì)[75]?？傊?腸源性細菌產(chǎn)物或外周炎癥反應可通過全身性機制(包括破壞血腦屏障等)影響大腦組織。

5 小 結(jié)

α-突觸核蛋白過表達會導致局部免疫和系統(tǒng)免疫反應的異常,同時還伴隨著血漿炎性細胞因子的級聯(lián)反應,其主要效應細胞為小膠質(zhì)細胞、單核-巨噬細胞及T淋巴細胞,在全身和顱內(nèi)均會引起廣泛的炎癥反應,而顱內(nèi)黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元因受到炎癥刺激而逐漸死亡,而隨著該過程的緩慢發(fā)展最終導致帕金森病的發(fā)生。近年來許多研究表明,由于帕金森病患者腸道普氏桿菌數(shù)量減少,導致腸道黏液減少和腸道通透性增加,從而使局部和全身對細菌抗原及內(nèi)毒素的敏感性增加,可能導致大量α-突觸核蛋白的表達和錯誤折疊,繼而導致上述異常的免疫過程。目前,帕金森病的治療仍是以替代多巴胺類神經(jīng)遞質(zhì)為基礎,雖在一定程度上能夠減輕患者的臨床癥狀,但不能減少多巴胺能神經(jīng)元的丟失。因此,針對腸道微生物組成的新型治療方案(益生菌、合生菌),特別是在帕金森病運動癥狀出現(xiàn)前或前驅(qū)階段進行干預,或許具有潛在的應用價值。