小膠質細胞上α7 nAChR的功能及相關疾病的研究進展

李志冉，沈 磊

(大理大學藥學與化學學院，云南 大理 671000)

α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7 nAChR)是煙堿型乙酰膽堿受體超家族的主要亞型之一。在大腦中，α7 nAChR除在神經元細胞中表達外，還表達于小膠質細胞、內皮細胞和前體細胞等非神經元細胞，被看作細胞功能的重要調節因子[1]。以往關于神經炎癥的研究主要集中在神經元細胞，近年來，越來越多的研究開始關注非神經元細胞的參與。周圍神經損傷后膠質細胞發生多種形態和功能的改變，尤其是小膠質細胞改變最為明顯[2]。雖然小膠質細胞在正常情況下可清除細胞碎片，修復受損組織，但其過度激活參與了多種神經系統疾病的發生。小膠質細胞過度活化后產生大量炎癥，損傷神經，而激活小膠質細胞上的α7 nAChR，能通過多條抗炎通路減輕炎癥和氧化應激對神經的損傷，在多種神經系統疾病中發揮重要作用。因此，深入研究小膠質細胞上α7 nAChR在神經系統疾病中的作用，將為神經系統疾病的治療提供新的思路和途徑?，F就小膠質細胞上α7 nAChR的功能與相關疾病予以綜述，以為小膠質細胞上的α7 nAChR可能成為治療神經系統疾病的潛在靶點提供理論依據。

1 α7 nAChR的結構、功能及其分布

煙堿型乙酰膽堿受體屬于配體門控五聚體離子通道受體超家族中的一員[3]。煙堿型乙酰膽堿受體含有3個亞型：肌肉型、神經元型和非神經非肌肉型，其中α1、β1、γ、δ、ε 5種亞單位構成肌肉型，而神經元型由α2～α10和β2～β4構成[4]。

同型五聚體α7 nAChR為神經元型煙堿型乙酰膽堿受體中表達最豐富的亞型之一，其廣泛分布于下丘腦、大腦皮質、海馬及一些腦干核團[5]。α7 nAChR的胞外結構域N端是許多α7 nAChR選擇性拮抗劑的結合位點，如α-芋螺毒素和α-銀環蛇毒素等，α7 nAChR對神經的保護作用可被α7 nAChR選擇性拮抗劑消除。而α7 nAChR跨膜結構域M2段同N段構成的陽離子通道能調節Ca2+濃度。α7 nAChR作為突觸后受體不僅介導了神經傳遞，也可作為突觸前調節器調節神經遞質(谷氨酸、γ-氨基丁酸、多巴胺、去甲腎上腺素)的釋放，因此α7 nAChR可以影響一系列廣泛的神經生物學功能[6]，其可使神經元處于一種合適的生理狀態，從而維持正常的學習、記憶、認知、運動等過程。

2 小膠質細胞的激活與炎癥反應

小膠質細胞是大腦主要的常駐免疫細胞，是中樞神經系統的第一道防線。在正常條件下，小膠質細胞呈現出小的胞體和較細的突起，這些突起可以多次伸展和分支，作為小膠質細胞在突觸維護過程中的一部分不斷檢查周圍環境是否有細胞碎片或病原體，具有免疫監視的作用[7]。然而，當出現神經損傷或其他損傷時，小膠質細胞被激活，表現為M1表型和M2表型兩種極化狀態：①M1激活后，小膠質細胞發生以肥大體為特征的快速形態轉化，這些M1細胞釋放趨化因子、蛋白酶和促炎細胞因子，如腫瘤壞死因子、白細胞介素(interleukin，IL)1、IL-6 和IL-12等破壞血腦屏障；②M2表型由抗炎細胞因子IL-4、IL-10和轉化生長因子-β等觸發，且能通過吞噬作用清除細胞碎片，發揮神經保護作用[8]。過度的小膠質細胞活化會損害周圍健康神經組織，而反過來死亡或瀕死神經元分泌的因子又會加劇小膠質細胞的慢性活化，導致神經元功能逐漸喪失。很多神經系統疾病與小膠質細胞過度激活后產生的炎癥有關，如帕金森病、精神分裂癥、疼痛及腦卒中神經元死亡等，故抑制小膠質細胞過度活化及其活化后的神經炎癥成為治療這些疾病的關鍵。

3 小膠質細胞上α7 nAChR的功能

3.1抗炎和抗氧化應激 激活α7 nAChR可發揮抗炎作用，研究認為α7 nAChR的抗炎作用主要是通過Janus激酶2/信號轉導及轉錄激活因子3、核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)、促分裂原活化的蛋白激酶等“膽堿能抗炎通路”實現[9]。在外周神經系統中，巨噬細胞上的α7 nAChR通過“膽堿能抗炎通路”調控全身炎癥反應[10]。而許多關于中樞神經系統的研究也在尋找腦中是否存在類似的“膽堿能抗炎通路”。Shytle等[11]證明了在小鼠原代細胞和離體腦片上的小膠質細胞中均有α7 nAChR表達，且他們首次尋找到了腦中的膽堿能通路，該通路通過α7 nAChR調節小膠質細胞的激活；此外該研究還證實，α7 nAChR的炎癥抑制作用是通過減少p44/42和p38促分裂原活化的蛋白激酶的磷酸化來介導。α7 nAChR激動劑gx-50激活小膠質細胞上的α7 nAChR，導致與調控炎癥相關的通路Janus激酶2/信號轉導及轉錄激活因子3和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B激活，從而減輕炎癥反應[12]。

氧化還原穩態決定了小膠質細胞最終表型的獲得，其由NF-κB和核轉錄因子紅系2相關因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)兩個轉錄因子控制，其中NF-κB被認為是炎癥的主要調節因子，Nrf2被認為是氧化應激的主要調節因子；通過這兩個轉錄因子控制氧化還原穩態的能力，可以控制炎癥并使小膠質細胞向M2表型轉移[13]。血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)的表達通常被認為是對氧化應激毒性適應性細胞的保護反應。Egea等[1]指出在巨噬細胞/小膠質細胞中，a7nAChR與IL-10受體的相似性大于其自身家族的煙堿型乙酰膽堿受體。這兩種受體均能促進Janus激酶2/信號轉導及轉錄激活因子3通路的激活，該通路可抑制NF-κB，進而抑制M1表型極化，促進M2表型分解炎癥；同時，這兩種受體均能激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B，從而激活Nrf2/HO-1通路，該通路具有很強的抗氧化和抗炎作用，尤其是能阻止神經元細胞死亡的進程。以上研究揭示，激活小膠質細胞上的α7 nAChR可能通過減輕炎癥和氧化應激治療神經炎癥疾病。

3.2神經保護 小膠質細胞上α7 nAChR的激活能促進神經干細胞分化為膽堿能神經元，從而起到神經保護作用[14]。乙酰膽堿和尼古丁作用于小膠質細胞能減弱脂多糖活化小膠質細胞釋放IL-1β、腫瘤壞死因子-α等炎癥因子引起的神經毒性作用[15-16]。α7 nAChR降低炎癥因子水平，發揮神經保護作用的機制可能為小膠質細胞α7 nAChR驅動一個涉及激活磷脂酶C和從細胞內Ca2+存儲器釋放Ca2+的信號過程，α7 nAChR這一信號過程可能參與尼古丁調控小膠質細胞活化，抑制炎癥，從而發揮神經保護作用[17]。另有研究表明，激活小膠質細胞α7 nAChR的神經保護作用可能是由于成纖維細胞生長因子2的表達，增加了谷氨酸/天冬氨酸轉運體表達，從而減輕由谷氨酸升高導致的神經元毒性[18]。以上研究表明，小膠質細胞上的α7 nAChR能通過多種機制發揮神經保護作用。因此，對α7 nAChR的藥理機制及其選擇性激動劑的研究在神經保護領域具有巨大的臨床治療潛力。

4 與小膠質細胞上的α7 nAChR相關的疾病

4.1阿爾茨海默病 阿爾茨海默病的兩個主要組織病理學特征為β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)的積累和神經纖維纏結，Aβ由其前體蛋白經β-和γ-分泌酶水解后形成[19]。Aβ在大腦中積聚，刺激小膠質細胞產生活性氧、一氧化氮、促炎細胞因子等物質，進而激活更多小膠質細胞，引發神經病變，如突觸損傷和變性、氧化應激、神經炎癥和神經元丟失，促進阿爾茨海默病的發展[20]。有研究表明，小膠質細胞上的α7 nAChR屬于“雙面”受體，既能發揮保護神經的作用，也能引起神經毒性作用，這均取決于受體本身的亞型或與何種類型的Aβ結合。有學者將新生SD大鼠的海馬體短時間暴露于100 nmol/L的寡聚化Aβ42下發現，Aβ與α7 nAChR相互作用，激活磷脂酰肌醇-3-激酶-胞外信號調節激酶1/2-cAMP應答元件結合蛋白；長期暴露于纖維化Aβ42下，Aβ與α7 nAChR相互作用，激活磷脂酰肌醇-3-激酶-c-Jun氨基端激酶-cAMP應答元件結合蛋白，造成學習和記憶功能的損傷[21]。而更多實驗揭示了小膠質細胞α7 nAChR是治療阿爾茨海默病的良好靶點，它不僅介導抗炎作用，同時還參與了吞噬作用[22-24]。Takata等[22]的體外實驗證明，激活小膠質細胞上的α7 nAChR能減少炎癥介質的分泌，增加小膠質細胞對Aβ的吞噬作用和抑制神經元γ-分泌酶活動，從而有助于減少Aβ沉積和認知障礙。加蘭他敏可用于阿爾茨海默病的治療，其可使小膠質細胞上的α7 nAChR對膽堿敏感，并誘導Ca2+流入小膠質細胞，而Ca2+誘發細胞內的信號級聯可能是通過肌動蛋白重組激發Aβ的吞噬作用，減輕認知障礙[23]。用α7 nAChR激動劑PNU282987(10 mg/kg)處理的動物小膠質細胞，通過涉及Nrf2、HO-1、過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α機制的α7 nAChR增加線粒體質量和新陳代謝，從而減少氧化應激，這一機制可能為阿爾茨海默病的治療開辟新途徑[24]。Maurer和Williams[25]發現，記憶不良越來越多地與神經炎癥有關，尤其是在老年癡呆癥中，膽堿能信號還能改善記憶，這可能是通過小膠質細胞和星形膠質細胞等非神經元細胞上的α7 nAChR產生。

4.2缺血性腦卒中 腦卒中是最常見的危及人類生命的神經疾病，包括缺血性和出血性卒中，其中缺血性腦卒發病率高于出血性腦卒中，其發病機制可能與炎癥、氧化應激、細胞凋亡等密切相關。小膠質細胞參與了缺血性腦卒中的發病過程，局部缺血后小膠質細胞可產生大量的自由基損傷微血管，導致血管內容物外泄，從而進一步加重腦損傷。而激活小膠質細胞上的α7 nAChR能減輕腦損傷，其可能通過改變小膠質細胞的極化狀態、減少致炎因子、減少氧化應激、抗神經元細胞凋亡等實現對缺血性腦卒中的保護作用[26]。

腦缺血能引起明顯的炎癥反應，這些過度炎癥可激活小膠質細胞，誘導血源性免疫細胞向梗死區遷移，影響全身免疫反應，旨在促進愈合；但大腦中過度的炎癥反應會導致周圍健康神經組織的免疫抑制狀態，使腦卒中患者處于致命的繼發性感染中[27]。缺血性腦卒中后，小膠質細胞表現出短暫的M2表型，隨后向M1表型轉化，兩者比值的高低與缺血損傷程度顯著相關[28]。而激活小膠質細胞上的α7 nAChR能改變小膠質細胞的極化狀態，使其由M1表型向M2表型轉化，且電針預處理也可發揮相應作用，故電針預處理可能成為治療腦缺血損傷的潛在手段[29]。Parada等[30]報道，小膠質細胞α7 nAChR參與了大腦中的“膽堿能抗炎通路”，在野生型小鼠海馬體中，小膠質細胞的耗竭和Nrf2缺失，使得α7 nAChR的選擇性激動劑PNU282987失去對大腦的保護作用，這與抑制小膠質細胞中HO-1的表達有關；而在小膠質細胞未耗竭小鼠中，激活小膠質細胞α7 nAChR，調節Nrf2和HO-1，減弱小膠質細胞神經炎癥和氧化應激，在大腦缺血條件下提供神經保護作用。da Fonseca等[31]提出缺血性腦卒中后，小膠質細胞可通過增加NF-κB和低氧誘導因子-1的表達，產生基質金屬蛋白酶破壞血腦屏障。此外，小膠質細胞/巨噬細胞上α7 nAChR的激活，通過減少磷酸化NF-κB p65和促炎細胞因子表達，在缺血性腦卒中中對腦損傷起保護作用[32]。α7 nAChR對小膠質細胞表型轉化及活化的干預，使其在抑制氧化應激和神經炎癥中起重要作用，在神經保護和抗炎過程扮演關鍵角色，從而為腦卒中的治療提供了一條新途徑。

4.3疼痛 疼痛是組織產生炎癥或發生損傷時，初級傷害性感覺神經被激活并釋放大量的與炎性疼痛相關的細胞因子(腫瘤壞死因子-α、IL-1β、IL-6)以及緩激肽、組胺、5-羥色胺、花生四烯酸等致痛介質，這些介質刺激并與傷害性感受器末端相應的受體結合，導致機體產生疼痛，疼痛信號通過背根神經節傳遞到脊髓背角，長期的炎性疼痛可產生痛覺過敏[33]。調節膠質細胞的激活狀態，減少促炎產物的釋放可減輕多種疼痛所致的痛覺敏感。因此，小膠質細胞上的α7 nAChR可能通過調節膠質細胞的炎癥反應和下游的信號通路及神經保護作用等，在慢性神經性疼痛和炎性疼痛中發揮重要作用。

此外，激活小膠質細胞α7 nAChR，可減少致炎因子的合成。絕大多數研究支持α7 nAChR的激動劑在疼痛治療中可產生明顯的抗炎及抗傷害效應[34-36]。TQS為α7 nAChR的陽性變構調節劑，其通過瞄準海馬小膠質細胞上的α7 nAChR，減少脂多糖誘導的與痛覺過敏和異常性疼痛有關的NF-κB抑制蛋白和CD11b基因的表達以及小膠質細胞的激活，進而減少NF-κB介導的促炎因子的表達，起到減輕疼痛和痛覺過敏的作用[35]。研究顯示，強啡肽A由小膠質細胞釋放，其有助于神經病理性疼痛的發展和維持，而α7 nAChR的激動劑PHA-543613通過激活小膠質細胞α7 nAChR抑制神經損傷后小膠質細胞的活化來減少強啡肽A的釋放，進而減少其刺激小膠質細胞在神經性疼痛的發展過程中釋放的促炎細胞因子IL-1β和腫瘤壞死因子-α，成為治療神經性疼痛的潛在治療靶點[36]。據報道，術前應激可延緩術后疼痛的恢復，其是慢性術后疼痛的危險因素，且PHA-543613還能通過直接作用于小膠質細胞α7 nAChR，對術前壓力誘導的脊髓小膠質細胞活化導致的術后疼痛時間延長起關鍵作用，故PHA-543613可能是預防術后疼痛時間延長的潛在候選藥物[34]。但Sorge等[37]認為，神經損傷后的機械性異位性疼痛是由適應性免疫細胞介導，如T淋巴細胞，而不是雌性小鼠的小膠質細胞。同時，小膠質細胞在疼痛中的作用可能具有性別差異，但還需進一步驗證。α7 nAChR激動劑尼古丁在治療疼痛時可能發揮神經保護和神經毒性作用。Suzuki等[17]的研究表明，在P2X7受體刺激下，小膠質細胞釋放少量腫瘤壞死因子，保護神經元，而脂多糖致使大量腫瘤壞死因子釋放，導致神經炎癥。在大鼠原代培養的小膠質細胞中，尼古丁通過活化α7 nAChR，增加P2X7受體介導的腫瘤壞死因子釋放，同時抑制脂多糖誘導的腫瘤壞死因子釋放，發揮保護神經元的作用[17]。而王慶賀等[38]的研究顯示，尼古丁作用于小膠質細胞上的α7 nAChR可引起P2X4受體的表達上調，增加腦源性神經營養因子的釋放，最終導致痛覺敏感的發生。由上可知，小膠質細胞上的α7 nAChR激動劑可能代表了一種新的治療神經疼痛和炎性疼痛的方法，也可能由于激動劑特異性不強或激活其他受體加重疼痛。因此，對α7 nAChR的表達和功能變化及對其特異性激動劑、變構激活劑鎮痛效果的研究為疼痛治療提供了新方向。

5 小 結

α7 nAChR在小膠質細胞上廣泛表達，其通過多條信號通路抑制炎癥，減少氧化應激，在神經保護和抗炎過程中扮演重要角色。目前，越來越多的研究開始關注α7 nAChR激動劑在治療神經疾病中的應用，這些研究為開發治療神經疾病的藥物奠定了基礎，典型的α7 nAChR激動劑(尼古丁)雖然能發揮治療作用，但其不良反應較大，且專一性差。未來，在抑制炎癥和神經保護領域，對小膠質細胞上α7 nAChR的藥理機制的深入研究及研發具有高度選擇性的α7 nAChR激動劑可能具有巨大的發展潛力。