趨化因子與抑郁癥關系的研究進展

鄭清煉，楚世峰，任 倩，許 鑫，陳乃宏,

(1. 華南師范大學腦科學與康復醫學研究院，廣東 廣州 510631；2. 中國醫學科學院藥物研究所與神經科學中心，北京 100050)

抑郁癥是一種常見的神經情感類疾病，其特征包括持續的情緒低落、快感缺失和植物神經系統癥狀[1]。抑郁癥通常與經典自身免疫性或炎癥性疾病(如多發性硬化癥或類風濕性關節炎)并發，同時，炎癥引起的功能紊亂也與抑郁癥密切相關。抑郁涉及的神經生物學機制有很多，包括單胺類神經遞質障礙、下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA)軸和神經發生。作為最常見的精神疾病，無論是根據抑郁癥診斷和統計手冊(DSM)標準，還是抑郁癥狀量表定義的抑郁癥，許多都涉及趨化因子相關的研究。抑郁癥的炎癥假說[2]提出：① 炎癥反應產生的氧化應激、NO應激，可誘發細胞凋亡，腦組織萎縮；② 細胞因子、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導2,3-吲哚胺二氧合酶(2,3-indoleamine dioxygenase, 2,3-IDO)生成，降低血漿中色氨酸水平，進而導致5-羥色胺(5-hydroxytryptamin,5-HT)合成減少；③ 前炎癥因子可升高糖皮質激素水平，減少神經元再生，也可直接損傷神經元，減少神經營養因子的釋放，從而導致前額皮質、海馬及杏仁核等腦區損傷，最終導致抑郁癥的產生。

趨化因子也被稱為趨化激素或趨化素，因其有定向細胞趨化作用而得名，是可以吸引流動白細胞到炎癥或損傷位點的細胞因子[3]。趨化因子的共同結構特征包括：分子質量小(8～14 ku)，有4個位置保守的半胱氨酸殘基以保證其三級結構。依據其開始兩個半胱氨酸之間的氨基酸數量，分為4個家族：CXC(α)、CC(β)、CX3C(δ)和C(γ)。在4個家族之中，CC家族是最大的一個。趨化因子通過結合到趨化因子受體上而起作用，目前已知的所有趨化因子受體都是G蛋白偶聯受體，選擇性地表達在靶細胞表面。有的趨化因子被認為促進炎癥反應，而有些趨化因子被認為在正常的修復過程或發育中控制細胞的遷徙(Fig 1)。近年來的研究顯示，抑郁癥與趨化因子的聯系越來越緊密，本文就趨化因子與抑郁癥的關系展開綜述。

1 動物抑郁模型與趨化因子

一項對Wistar大鼠的研究發現，CXCL1可劑量依賴性地減少大鼠在曠場實驗中的自發性探索活動，減少筑巢行為[4]。LPS誘導的抑郁模型中，大鼠前額皮質的CXCL1和CCL2水平明顯升高[5]。最新的研究也表明，在LPS誘導的動物模型中，Col1a1或Rgs5亞型的β型血小板源性生長因子受體(platelet-derived growth factor receptor β, PDGFRβ)細胞能夠在外周急性炎癥的早期，介導中樞神經系統(central nerve system, CNS)CCL2迅速高表達，進而導致CNS炎癥反應[6]，從而引起模型動物產生抑郁樣行為。

另一種誘發抑郁樣行為的模型，利用慢性不可預知應激，這類應激被認為與人類抑郁癥發展相關的應激經歷類似。在小鼠的慢性社交挫敗應激中，模型組和空白組小鼠CCL5和CCL11的血漿水平差異無顯著性。在慢性不可預知應激模型中，雖然在強迫游泳實驗(force swimming test, FST)中，動物表現出明顯的抑郁樣行為，但其海馬的CCL2差異并無顯著性。與野生型比較，腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)功能缺陷小鼠(即TrkB.T1過表達小鼠)的趨化因子水平差異無顯著性，但這些動物的社交性較低。雖然趨化因子在慢性不可預知應激模型中差異并無顯著性，但趨化因子在調控BDNF信號通路及在神經系統生理活動中發揮重要作用，如小膠質細胞激活、神經細胞遷移、突觸可塑性調控等，都表明趨化因子可能間接參與了慢性應激抑郁癥模型的發病機制。

Fig 1 Function of chemokines

There are three ways to describe the effect of chemokines on cells. Chemokines can promote messenger RNA transcription by activating the JAK-STAT pathway. Through activating the ERK1/2 pathway, chemokines promote the cell migration and proliferation. Chemokines enhance the synthesis of prostaglandins to induce leukocyte chemotaxis.

小膠質細胞是一種免疫細胞，在維持大腦穩態方面起著至關重要的作用。在小膠質細胞和神經元之間的通訊機制中，CX3CL1/CX3CR1軸發揮了中樞調節作用。缺乏CX3CR1小膠質細胞受體的動物(CX3CR1-/-小鼠)不僅小膠質細胞產生明顯的改變，而且位于大腦不同區域的神經元中也有明顯改變。CX3CR1-/-小膠質細胞的消耗，導致在傳入和傳出水平上，成年小鼠的齒狀回(dentate gyrus, DG)新生顆粒細胞突觸產生減少。CX3CR1敲除小鼠表現為焦慮樣和抑郁樣抗性表型[7]。在趨化因子受體CX3CR1敲除的小鼠模型中，懸尾實驗的不動時間明顯增加[8]。這種抑郁樣行為與持續的小膠質細胞激活和2,3-IDO活化有關，可通過競爭性抑制2,3-IDO而得到改善[9]。抗抑郁藥文拉法辛的長期治療可以改善小鼠抑郁樣行為，恢復小膠質細胞的形態。相比之下，CX3CR1缺陷小鼠對應激誘導的抑郁樣行為、小膠質細胞形態的改變和抗抑郁藥治療，均表現出明顯的抵抗性。有研究數據表明，高分化的小膠質細胞在抑郁癥中起著重要作用。CX3CR1敲除的小鼠實驗表明，小膠質細胞分化是通過CX3C軸的神經元-小膠質細胞信號控制的[10]。

上述研究顯示，小膠質細胞調控海馬神經發生，可能與情緒障礙高度相關，通過對CX3CL1/CX3CR1的研究，可以判斷趨化因子及其受體不僅在神經炎癥反應中具有重要作用，對于抑郁癥等神經系統疾病也同樣具有潛在的影響。然而，高分化的小膠質細胞如何對抑郁樣行為產生影響還有待進一步闡明。

2 抑郁癥與趨化因子

2.1 CXCL8趨化因子CXCL8，又稱白細胞介素8(interleukin-8, IL-8)，具有吸引和激活中性粒細胞的活性，從而引起機體局部產生炎癥反應。最初發現CXCL8 mRNA在大鼠室旁核(paraventricular nuclei, PVN)中表達，并伴有促腎上腺皮質激素釋放激素(corticotrophin-releasing hormone, CRH)的產生。此外，在海馬體中也發現CXCL8的表達，對HPA軸產生負反饋調節。

Baune等[11]針對血清CXCL8與抑郁癥狀之間的相關性，在老年人群中展開為期兩年的研究。研究表明，血清CXCL8(IL-8)水平與老年抑郁量表(geriatric depression scale, GDS)的抑郁癥狀呈正相關。因此，提示CXCL8參與了與應激相關的神經內分泌系統。趨化因子在神經內分泌功能中的作用主要與其在應激反應中的作用有關，表明CXCL8可能在抑郁癥的發病機制中起重要作用。

血清中趨化因子CXCL8水平在不同年齡人群的橫向研究，得出了不一致的結果。根據DSM-Ⅳ標準定義抑郁的幾個研究發現，血清CXCL8水平升高與抑郁有關[12]，然而，即使在大量相似的樣本中進行重復實驗，這一結果也并不具有廣泛的重復性。

根據癥狀量表來定義抑郁的研究結果也不一致。在使用貝克抑郁量表(Beck depression inventory, BDI)的研究中，BDI評分與血清和體外LPS刺激CXCL8呈正相關。然而，另一篇使用Zung自評抑郁量表(Zung self depression scale, ZSDS)的研究顯示，抑郁癥狀與CXCL8之間沒有明顯關系。將DSM-Ⅲ所定義的抑郁癥與腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)CXCL8相關聯的實驗，也未能在中年(平均年齡38歲)樣本中顯示出任何明顯的相關性[13]。值得注意的是，所有關于抗抑郁藥物治療與CXCL8之間關系的研究，到目前為止都沒有發現有明顯的關系。因此，橫向研究的數據顯示抑郁癥和CXCL8之間的關系仍然是不明確的，需要進一步的縱向研究，才能將CXCL8在老年抑郁癥相關的發現延伸到其他年齡階段的抑郁癥人群。不過神經炎癥與抑郁癥之間存在正相關性，大腦中的CXCL8在大腦區域可能會引起炎癥，從而導致相關腦區神經細胞的凋亡或壞死，因而可能導致抑郁癥的出現或加重。

2.2 CCL2CCL2是一種促炎趨化因子，又稱單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1)，在中樞系統中的神經元、星形膠質細胞及小膠質細胞表達，能夠將單核細胞、記憶T細胞或樹突細胞募集到損傷或炎癥部位而發揮作用。一項研究發現，創傷后應激障礙(post-traumatic stress disorder, PTSD)和CCL2之間存在關聯[14]。這項研究發現，體外有絲分裂原或LPS刺激外周血單核細胞(peripheral blood mononuclear cells, PBMCs)產生的CCL2，與抑郁癥狀呈正相關。然而，CCL2的產生并不能預測應激后抑郁癥狀的加重。CCL2和抑郁的橫向研究，包括根據DSM標準抑郁癥狀量表定義的抑郁癥。大多數根據DSM-IV標準對抑郁進行的研究表明，與對照相比，抑郁患者血清CCL2增加，然而，有一項研究發現CCL2減少。鑒于臨床和人口統計變量與先前研究中樣本的相似性，后者發生的原因尚不清楚。

目前，評估CCL2與抑郁分量表關系的橫向研究僅限于BDI，但這些研究不能直接進行比較。有一項研究檢測健康男性血清中的CCL2，發現CCL2與BDI評分呈正相關。另一項研究檢測了來自健康女性的全血CCL2蛋白的含量，發現與BDI評分差異無顯著性。其他研究集中于多態性在CCL2基因啟動子中的作用。一項研究發現，與對照組相比，韓國住院抑郁癥患者的CCL2 A2518G SNP(rs1024611)與抑郁風險之間存在關聯。然而，在意大利門診人群中進行重復性實驗，并沒有發現明顯相關性。最后，關于CCL2與抗抑郁藥物治療之間關系的研究發現，在使用文拉法辛(未與舍曲林聯合用藥)治療抑郁癥后，CCL2的水平降低。

以上研究顯示，CCL2等趨化因子與單胺類神經遞質及谷氨酸有著密切的關系，通過引起腦內谷氨酸分泌過多及單胺類遞質的缺失，可能是導致抑郁癥加重或產生的原因之一。

2.3 CCL3CCL3也稱巨噬細胞炎性蛋白-1α(macrophage inflammatory protein-1α, MIP-1α)，通過與受體CCR1、CCR4及CCR5結合，參與炎癥中粒細胞的募集和活化。很少有研究評估CCL3與抑郁之間的關系。幾項依據DSM-IV標準的橫向研究發現，抑郁患者血清CCL3比對照組升高[11]。然而，使用BDI量表對健康女性進行同樣規模的研究發現，BDI評分與體外LPS刺激全血CCL3的生成有關。這些研究提供了早期證據，表明抑郁和CCL3之間可能存在關聯，值得進一步研究。

2.4 其他趨化因子其他趨化因子在抑郁癥中的研究現在仍然較少，特別是有關趨化因子C家族蛋白與抑郁癥之間關系的研究。大部分報告指出，抑郁與血清CCL11、CXCL4、CXCL10和CX3CL1呈正相關，而血清CCL4與抑郁呈負相關，有關CCL5的發現處于不明確的狀態[14]。但也有數據顯示，CCL5可以通過強化基底核、皮層和脊髓中谷氨酸的釋放，同時抑制興奮性氨基酸的釋放。目前，對于其他趨化因子及其受體與抑郁癥關系的研究仍然較少，但也不乏一些有趣的發現。Oglodek等[16]發現，抑郁程度不同的女性和男性的基質細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1, SDF-1/CXCL12)和CCL-5水平都有升高的現象。此外，在所有類型的抑郁癥患者中，都觀察到IL-6、CXCR4和CCR-5受體的表達水平升高。有趣的是，女性的SDF-1和CCL-5趨化因子，以及CCR-5和CXCR4趨化因子受體水平高于男性。

2.4.1趨化因子與神經內分泌 趨化因子與神經內分泌功能的聯系，也日漸受到抑郁癥領域研究者的關注。一些數據顯示，趨化因子(如CXCL12)在促性腺激素釋放激素(gonadotrophin-releasing hormone, GnRH)神經元遷移中發揮重要作用。GnRH神經元遷移到下丘腦時，可以調節成人的細胞增殖。遷移的GnRH神經元為CXCR4陽性，在缺乏CXCR4的小鼠中，GnRH神經元遷移減少。

研究發現，中性粒細胞趨化因子(cytokine-induced neutrophil chemoattactant, CINC/CXCL1)在下丘腦和垂體中表達。另外，LPS誘導免疫應激后，CXCL1和干擾素γ誘導蛋白10(interferon-γ-inducible protein 10, IP-10/CXCL10)在PVN中表達增強[17]。因此，CXCL1和CXCL10可以通過神經炎癥反應，引起大腦神經元的損傷及凋亡，可能對海馬神經元產生不良影響，從而對抑郁癥有加重效應。同時，在PVN的單核細胞和單核細胞亞分裂過程中，外界應激可上調CXCL1 mRNA的表達。福爾馬林等有害刺激引起的疼痛應激，增強了垂體后葉和中位隆起的外部層的CINC免疫反應活性。一些趨化因子-趨化因子受體系統在調節應激反應中的重要作用，與這些蛋白對糖皮質激素的作用有關。在活化的小膠質細胞中，地塞米松也抑制CCL2的分泌。糖皮質激素可通過糖皮質激素受體，介導CCL2 mRNA的代謝紊亂[18]。

除趨化因子參與應激相關的神經內分泌功能外，趨化因子還在調節攝食中發揮重要作用。CXCL4的側腦室注射(intracerebroventricular injection, ICV)可產生劑量依賴性抑制作用，從而減少夜間和每日總食物攝入量。最近也有研究表明，CXCL12在表達黑色素聚集激酶素(melanin-concentrating hormone, MCH)的神經元中具有結構性表達，而這些神經元參與了食物的攝入。這些研究表明，趨化因子可以部分解釋抑郁癥患者的飲食量減少，對治療及診斷抑郁癥具有重要的生物學意義。

2.4.2趨化因子與神經可塑性 有證據表明，趨化因子在神經可塑性中也起重要作用。它們的作用雖在不同的大腦結構中略有不同，但在與抑郁癥發病機制密切相關的海馬和額葉皮質的神經細胞中必不可少。CCL5、CCL12、CX3CL1和CXCL12已經被證明可以保護海馬神經元免受β-淀粉肽誘導的神經毒性，CXCL12也被證明具有保護大鼠小腦神經元免于凋亡的潛力。數據表明，趨化因子受體CXCR4和CXCL12控制齒狀回(dentate gyrus, DG)增殖細胞的遷移，也能控制海馬神經元軸突伸長和分支，以及皮層GABA能中間神經元和GnRH神經元從犁鼻骨遷移到下丘腦[19]。CXCL12存在于沿大腦皮層遷移的中間神經元，而CXCR4存在于遷移的中間神經元。在CXCR4敲除小鼠中，在遷移中斷的情況下，中間神經元過早停止遷移，進入皮層，導致異常的中間神經元分布。越來越多的證據表明，海馬神經發生失調是包括抑郁癥在內的幾種精神疾病的病理生理學的重要因素。Stuart等[20]發現，C-X-C家族趨化因子13(CXCL13)及其受體CXCR5可能參與了海馬齒狀回亞粒狀帶細胞的成熟。此外，另一種趨化因子CXCL14，尤其是在海馬中表達，可能參與調節神經祖細胞(neuronal progenitor cells, NPCs)的突觸輸入以及哺乳動物的海馬完整性。

對CX3CR1敲除動物的研究發現，CX3CL1-CX3CR1信號調控神經回路的發育和可塑性，對大腦連接、海馬神經發生、記憶、學習和行為表現產生影響[21-24]。有趣的是，CX3CL1-CX3CR1系統也決定了突觸修剪的過程[25]。突觸修剪是一種依賴于外界刺激的發展過程，在這個過程中，早期形成的許多突觸被消除，而剩下的則被維持和加強。與此相關，Paolicelli等[22]證明，缺乏CX3CR1的小鼠在出生后2～4周內海馬的突觸增多，小膠質細胞數量減少，從而證實了CX3CL1-CX3CR1信號在神經網絡發育中的重要性。

研究表明，當趨化因子CXCL10(Th1相關的中介物)水平升高時，Th2相關的超敏CCL24水平降低。這些發現提示，Th1/Th2細胞因子失衡在抑郁癥中并非簡單的減少或增加，而是發生了有規律的變化。有研究顯示，抗抑郁治療能夠潛在地糾正這些失衡。

綜上所述，這些證據證實了趨化因子在正常的神經發生和神經可塑性中起著重要作用，同時，這些神經發生和神經可塑性對于大腦的正常功能是必不可少的。因此，趨化因子可通過調節神經可塑性來對應激產生反應，這些趨化因子的突變可被認為是導致抑郁癥產生的潛在機制之一。

3 小結與展望

許多趨化因子在主要的精神疾病中，均出現表達或水平的紊亂。在趨化因子恢復正常水平之前，可能會出現情緒癥狀緩解。目前，有關中樞神經系統趨化因子的生理作用，以及不同趨化因子在健康和疾病條件下的調控和平衡的具體機制的研究仍然不夠深入，具體機制尚不明確。趨化因子在CNS中不僅具有趨化作用，還有多種功能。趨化因子可以調節的神經生物學過程包括：① 促炎/抗炎作用；② 神經遞質效應；③ 神經調節；④ 干細胞/祖細胞的調節。多種趨化因子已被發現與精神障礙個體的病理生理學有關，但仍需要反復研究驗證。這為趨化因子可能是這些疾病相關的生物標志物提供了早期和一致的證據。

確定抑郁癥所產生的趨化因子組成改變，以及與抑郁癥相關趨化因子、相關的下游信號通路及靶蛋白的變化，對抑郁癥的早期診斷和治療有重要意義。最近的研究進展表明，趨化因子參與精神疾病相關的神經生物學調控機制，未來的研究將著力克服在人類疾病和動物模型中，趨化因子研究方法上的局限性，確定趨化因子與對應的下游信號通路和靶蛋白的相互作用，以期為抑郁癥的神經生物學研究提供新的見解。