髓樣細胞觸發(fā)受體2在阿爾茨海默病發(fā)病中的作用

陳建玲，李 婷

(1.上海交通大學醫(yī)學院附屬精神衛(wèi)生中心老年二科，上海 200030； 2.長寧區(qū)精神衛(wèi)生中心老年科，上海 200335)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，是老年癡呆最常見的表現(xiàn)形式，以細胞外β淀粉樣蛋白(β amyloid protein，Aβ)沉積形成的淀粉樣斑塊、細胞內(nèi)過度磷酸化tau蛋白形成的纖維纏結(jié)及神經(jīng)炎癥為主要特征性病理表現(xiàn)。目前，AD的發(fā)病機制尚不完全清楚，無有效的治療方法。近年來，隨著全基因組測序及遺傳學研究方法的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)髓樣細胞觸發(fā)受體2(triggering receptor expresses on myeloid cells-2，TREM2)的罕見變異可以使AD的發(fā)病風險增加[1]。TREM2在AD病理機制中發(fā)揮作用，但其對AD發(fā)病的具體影響尚不清楚。現(xiàn)對TREM2的生物學特性和作用機制及其在AD發(fā)病中的潛在作用予以綜述，用來評估TREM2作為新的治療靶點和預后/診斷生物標志物的可能性。

1 TREM2及其功能效應

TREM2廣泛分布于腦、肺、膀胱、腎上腺、胎盤等組織，在髓系細胞來源的樹突狀細胞和巨噬細胞(如小膠質(zhì)細胞、破骨細胞和肺泡巨噬細胞等)中較為常見。TREM2由1個V型免疫球蛋白樣胞外結(jié)構(gòu)域、含有3個賴氨酸殘基的跨膜結(jié)構(gòu)域和缺乏信號結(jié)構(gòu)的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。TREM2的賴氨酸殘基與DNAX相關(guān)蛋白12的酪氨酸殘基在脂質(zhì)膜上通過靜電相互作用。

人類TREM2基因編碼一種膜蛋白，其功能效應目前尚無定論，大多認為該膜蛋白可與DNAX相關(guān)蛋白12形成受體信號復合物，并可在免疫反應和慢性炎癥中刺激結(jié)構(gòu)性炎癥細胞因子的產(chǎn)生[2]。DNAX相關(guān)蛋白12是自然殺傷細胞受體相關(guān)的同源二聚體結(jié)構(gòu)，其細胞質(zhì)區(qū)域中包含一個免疫受體酪氨酸活化基序。激活TREM2后，免疫受體酪氨酸活化基序通過Src家族酪氨酸激酶發(fā)生磷酸化，使酪氨酸激酶Syk和ZAP70通過C端與Src同源區(qū)2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而激活下游磷脂酰肌醇-3-激酶、蛋白激酶C、胞外信號調(diào)節(jié)激酶等信號通路，并增加Ca2+內(nèi)流，從而調(diào)節(jié)吞噬細胞功能、抑制炎癥信號和促進細胞存活等。

目前，激活TREM2的確切配體尚不清楚。體外研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)可以作為細胞膜的組成部分或作為脂蛋白復合體的組成部分激活TREM2信號。載脂蛋白(apolipoprotein，apo)E是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要apo，脂質(zhì)體apoE和非脂質(zhì)體apoE均與TREM2細胞外區(qū)結(jié)合，但脂質(zhì)體apoE與TREM2的親和力明顯高于非脂質(zhì)體apoE[3]。除apoE外，TREM2還與其他apo(如apoA1、apoB和apoJ)存在關(guān)聯(lián)。高密度脂蛋白和低密度脂蛋白也可能通過脂質(zhì)部分誘導TREM2依賴的信號轉(zhuǎn)導[4]。

TREM2還與其他配體(核苷酸和陰離子)相結(jié)合，但腦內(nèi)與TREM2結(jié)合的配體尚在積極研究階段，主要候選配體是凋亡細胞和髓鞘碎片，它們在神經(jīng)退行性疾病患者大腦中大量存在，并能激活TREM2報告細胞[4]。TREM2還可與大腦中主要負責脂質(zhì)轉(zhuǎn)運的apoE相關(guān)脂蛋白結(jié)合，且這種結(jié)合與apoE亞型是AD敏感性還是AD抵抗性無關(guān)[5-6]。而目前TREM2與脂質(zhì)化apoE結(jié)合還是與非脂質(zhì)化apoE結(jié)合尚無定論。

2TREM2基因變異與AD

TREM2的罕見變異與AD的患病風險增加有關(guān)[7]。TREM2可編碼小膠質(zhì)細胞及相關(guān)細胞表達的細胞表面受體，與AD相關(guān)的R47H變異可能影響TREM2結(jié)合細胞外配體的能力[7]。通過對兩個獨立AD隊列進行序列核關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，在蛋白質(zhì)水平上，罕見TREM2變異體顯著富集，細胞表面新變異體S31F和R47C的表達明顯降低，并在以語言障礙為主的AD患者中發(fā)現(xiàn)了罕見的R136Q變異，該變異也顯示為表面表達[8]。可見，AD中罕見的TREM2變異可能與TREM2功能改變有關(guān)，部分可能由TREM2表面表達的改變所致。此外，AD患者顳葉皮質(zhì)中TREM2轉(zhuǎn)錄水平顯著升高，在攜帶R47H風險等位基因人群中，TREM2信使RNA和蛋白水平有升高趨勢[8]。由此可見，通過直接改變表達或間接影響蛋白質(zhì)加工引起的R47H突變均不影響TREM2的水平，說明R47H變體通過改變受體的結(jié)合特性影響TREM2功能。

Nasu-Hakola病又稱多囊性脂膜樣骨發(fā)育不良并硬化性白質(zhì)腦病，其相關(guān)TREM2的單拷貝數(shù)變異(如Q33X)可導致TREM2蛋白過早截斷，從而增加AD的發(fā)病風險[9]。TREM2的其他變異(如T66M和Y38C)可削弱TREM2的轉(zhuǎn)運，導致TREM2表達減少[10-11]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，TREM2轉(zhuǎn)運功能受損可能由TREM2胞外域的T66和Y38側(cè)鏈被埋入免疫球蛋白折疊導致，表明上述殘基的突變能夠影響TREM2的正常折疊，從而導致TREM2的蛋白穩(wěn)定性下降[11]。由此可見，TREM2的折疊、轉(zhuǎn)運和穩(wěn)定性受損可能與AD的發(fā)病相關(guān)。但另有研究發(fā)現(xiàn)，AD相關(guān)R47H變異并不顯著影響TREM2的折疊、轉(zhuǎn)運和穩(wěn)定性，也不影響TREM2的整體表達水平[7]。

AD相關(guān)TREM2變異可能會影響TREM2的信號轉(zhuǎn)導效率。磷脂和血清脂蛋白在體外可激活TREM2信號，而在表達AD相關(guān)TREM2變異(如R47H和R62H)的細胞中，TREM2依賴的信號轉(zhuǎn)導受損[7,12]。與TREM2常見變異相比，D87N和T96K被認為是影響AD發(fā)病風險的變異，可增強TREM2活性[13]。此外，TREM2基因突變還會改變TREM2對配體的親和力[3]。由于上述基因變異比較罕見，因而并不能對AD的發(fā)病產(chǎn)生決定性影響，但可對TREM2功能起增強或減弱的作用，可進一步擾亂TREM2信號通路的動態(tài)平衡，最終對AD進展產(chǎn)生影響。此外，TREM2變異還會影響TREM2與配體的親和力。體外實驗表明，R47H、R62H和D87N變異會削弱TREM2與apoE的親和力[8]。

TREM2還具有吞噬作用，尤其在清除Aβ和凋亡細胞方面。體外實驗發(fā)現(xiàn)，Nasu-Hakola病相關(guān)TREM2突變Y38C和T66M能夠顯著降低HEK293細胞的吞噬活動，AD相關(guān)R47H變異能夠中等程度地降低HEK293細胞的吞噬活動[1]。TREM2基因敲除小鼠的膠質(zhì)細胞或缺乏TREM2表達的BV2細胞中，TREM2吞噬細菌、熒光珠及Aβ1-42聚合物的能力均減弱[14]。TREM2基因敲除小鼠在抗體介導的Aβ清除過程中的能力和效率減退[11]。從TREM2基因敲除小鼠的胚胎中分離的小膠質(zhì)細胞再攝取ApoJ和低密度脂蛋白的能力減弱，而從TREM2基因敲除成年小鼠中分離出的小膠質(zhì)細胞，在轉(zhuǎn)化生長因子存在的條件下進行培養(yǎng)，其吞噬凋亡細胞或Aβ的能力不受影響，表明小膠質(zhì)細胞的活性可能受到依賴TREM2的吞噬作用的影響[15-16]。

3 TREM2和AD的病理表現(xiàn)

3.1TREM2和Aβ斑塊

3.1.1TREM2促進小膠質(zhì)細胞聚集在Aβ斑塊周圍 TREM2可能與Aβ斑塊的聚集有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，TREM2基因缺陷AD轉(zhuǎn)基因小鼠的Aβ積聚更多、彌漫性更強、密度更小、神經(jīng)損傷更大，可能是小膠質(zhì)細胞功能失調(diào)導致小膠質(zhì)細胞聚集在Aβ沉積物周圍的功能受損引起的[17-18]。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，TREM2能夠感受一系列與Aβ相關(guān)的廣泛暴露于受損傷神經(jīng)元表面脂質(zhì)膜中的陰離子和兩性離子脂質(zhì)，R47H突變可損害脂質(zhì)配體對TREM2的檢測[4]。對單倍體不足或完全缺乏TREM2表達的Aβ沉積模型的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠Aβ斑塊相關(guān)小膠質(zhì)細胞數(shù)量顯著減少[1,4]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，攜帶R47H基因變異的AD患者與攜帶TREM2基因常見突變的AD患者的斑塊相關(guān)小膠質(zhì)細胞增生均減少[19]。此外，對表達單個或兩個TREM2拷貝的3月齡或7月齡轉(zhuǎn)基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，兩者Aβ沉積的差異無統(tǒng)計學意義；并發(fā)現(xiàn)具有單個TREM2拷貝3月齡小鼠的Aβ相關(guān)小膠質(zhì)細胞的數(shù)量和體積顯著減少[11]。Ulrich等[20]的研究認為，單個TREM2拷貝的缺失對Aβ沉積無顯著影響，但能改變Aβ相關(guān)小膠質(zhì)細胞的形狀。綜上所述，TREM2基因是AD的保護性基因，可使小膠質(zhì)細胞聚集在Aβ斑塊周圍，并改變Aβ斑塊的結(jié)構(gòu)，從而限制神經(jīng)炎性損害。

3.1.2TREM2表達上調(diào)與Aβ AD患者大腦中TREM2的表達增加，R47H突變對AD中TREM2的表達無明顯影響。在Aβ沉積的小鼠模型中，TREM2表達增加，特別以斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細胞尤為顯著，但組織水平檢測到的TREM2表達增加與小膠質(zhì)細胞的數(shù)量增加的關(guān)系尚不清楚[21]。對Aβ沉積小鼠進行加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡分析發(fā)現(xiàn)，TREM2是含有其他AD風險位點(如CD33、INPP5D和Ms4a6d)的免疫基因富集模塊中的中樞基因[22]。針對晚期AD基因表達的貝葉斯網(wǎng)絡分析發(fā)現(xiàn)，晚期AD患者DNAX相關(guān)蛋白12表達顯著上調(diào)，是補體基因富集模塊的因果調(diào)節(jié)基因[22]。可見，TREM2-DNAX相關(guān)蛋白12的表達是以炎癥細胞因子以及吞噬和補體信號變化為特點的AD免疫病理的重要組成部分。目前，TREM2表達上調(diào)的機制尚不清楚，但有研究表明，視黃醇類X受體激動劑可增加TREM2和DNAX相關(guān)蛋白12的表達，且視黃醇類X受體與TREM2啟動子相聯(lián)系[23-24]。視黃醇類X受體在Aβ沉積背景下介導TREM2上調(diào)的作用尚待確定。

3.1.3TREM2與Aβ的整體結(jié)構(gòu)TREM2基因敲除小鼠Aβ整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。單倍體不足型和/或TREM2基因敲除型模型小鼠的Aβ形態(tài)結(jié)構(gòu)更為疏松。采用隨機光學重建顯微技術(shù)觀察Aβ的超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，TREM2表達減少或無TREM2表達小鼠的Aβ纖維長度更長，提示TREM2可能在Aβ纖維蛋白絲生長和擠壓方面至關(guān)重要，但這種淀粉樣蛋白結(jié)構(gòu)變化與TREM2變異的相關(guān)性尚不清楚[9]。已有研究發(fā)現(xiàn)，R47H攜帶者表現(xiàn)出絲狀體相對數(shù)量增加和不良的斑塊擠壓，這與TREM2水平較低小鼠模型中緊密淀粉樣結(jié)構(gòu)減少類似[1]。小膠質(zhì)細胞和淀粉樣蛋白纖維的緊密排列可以限制周圍神經(jīng)元暴露于具有神經(jīng)毒性的更有序的神經(jīng)原纖維。TREM2或TYROBP基因敲除模型小鼠發(fā)生斑塊相關(guān)軸突萎縮的比例更高[25-26]。對R47H突變攜帶者尸腦的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)炎性斑塊的增加可導致神經(jīng)元和軸突發(fā)生營養(yǎng)不良的概率增加，與此類患者小膠質(zhì)細胞相關(guān)斑塊減少相一致[19]。因此，TREM2缺失的潛在作用可能增加神經(jīng)損傷過程，由于膠質(zhì)細胞覆蓋神經(jīng)原纖維纏結(jié)的減少，可增加神經(jīng)暴露于Aβ神經(jīng)毒性的概率；此外，TREM2缺失可導致受損軸突的吞噬清除或重塑減少。由此可見，TREM2信號的缺失或突變可通過增強神經(jīng)炎癥或神經(jīng)損傷而促使Aβ整體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

3.2TREM2和tau蛋白 關(guān)于TREM2與tau蛋白關(guān)系的研究目前還較少，且尚無統(tǒng)一定論。對轉(zhuǎn)基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，缺乏TREM2可導致表達人類tau基因P301S突變的轉(zhuǎn)基因小鼠的腦萎縮減少，但內(nèi)嗅區(qū)和梨狀皮質(zhì)的體積不變，未發(fā)現(xiàn)TREM2相關(guān)的tau蛋白磷酸化異常或積聚[27]。對表達人類全長tau基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，TREM2缺乏可導致tau蛋白磷酸化和積聚增多[27-28]。有學者通過對小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元進行共培養(yǎng)，并通過慢病毒介導的方法操控TREM2的水平的研究發(fā)現(xiàn)，TREM2能夠改善小膠質(zhì)細胞激活所致的tau蛋白磷酸化的增加，并抑制小膠質(zhì)細胞的炎癥反應[29]。

4 TREM2作為AD治療靶點的可能性

目前，關(guān)于AD治療的影響大多集中于Aβ的形成方面。通過調(diào)節(jié)β-分泌酶和γ-分泌酶激活α-分泌酶，或使用抗體抑制Aβ單體或聚合物的形成抑制Aβ積累等[30-32]。TREM2變異體可導致攜帶TREM2變異體或其他影響小膠質(zhì)細胞功能的DNA多態(tài)性AD患者的相關(guān)功能喪失，因此，促進TREM2表達、信號傳遞和活動的藥物可能會對AD產(chǎn)生有益影響。抑制蛋白酶裂解可能增強TREM2的表達，使用功能性抗體或模擬磷脂配體的小分子可能放大TREM2信號。由于TREM2能夠維持小膠質(zhì)細胞哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路的信號轉(zhuǎn)導和代謝，可見促進小膠質(zhì)細胞代謝適應性的代謝物也是AD的潛在可行治療方法之一[2,32]。對小膠質(zhì)細胞中過表達TREM2基因的轉(zhuǎn)基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，AD早期(Aβ斑塊形成早期)TREM2轉(zhuǎn)基因小鼠的TREM2活性增強能夠減少Aβ斑塊形成和小鼠的行為缺陷[31]。利用tau蛋白對AD小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，TREM2缺失會加劇tau蛋白磷酸化和聚集[31]。但另有研究發(fā)現(xiàn)，TREM2基因缺失小鼠發(fā)生腦萎縮和腦室擴大的概率較TREM2基因增強小鼠低[31]。目前，早期TREM2活性對AD治療的影響尚無定論。

5 小 結(jié)

TREM2屬于免疫球蛋白超家族成員，在調(diào)節(jié)吞噬細胞功能、抑制炎癥信號和促進細胞存活等方面發(fā)揮重要作用。TREM2的拷貝數(shù)變異可以導致其折疊、轉(zhuǎn)運和穩(wěn)定性受損，從而影響Aβ斑塊周圍小膠質(zhì)細胞的聚集，進而導致Aβ整體結(jié)構(gòu)的改變。目前，關(guān)于TREM2與tau蛋白關(guān)系的研究較少，且結(jié)論尚不一致。抑制Aβ形成和積累是AD治療的重點。TREM2能夠促進Aβ斑塊周圍小膠質(zhì)細胞的聚集，限制神經(jīng)炎性損害，故推測抑制TREM2降解或增強TREM2表達的藥物可能對AD臨床癥狀的改善有效，但目前此推測尚未在不同年齡AD轉(zhuǎn)基因小鼠模型的研究中得到一致結(jié)論。增強TREM2的活性對AD早期的治療有利。隨著年齡的增長，TREM2對AD的治療作用尚需進一步探討。