髓樣細胞觸發受體2在神經退行性疾病中的作用

徐同虓，張 威，張 晴，楊 闊綜述，郝延磊審校

髓樣細胞觸發受體(triggering receptor expressed on myeloid cell，TREM)家族是由Bouchon等[1]于2000年在骨髓細胞表面發現的，TREM2是TREM家族的重要成員之一，被認為是參與調節免疫反應和小膠質細胞吞噬作用的關鍵信號因子。大多數研究證明TREM2具有抗炎活性，而炎性反應是多數神經退行性疾病的共同特征。近年來有關TREM2與神經退行性疾病之間的關系越來越受到重視，已有研究表明，TREM2在阿爾茨海默病(alzheimer’s disease，AD)[2]、帕金森病(parkinson’s disease，PD)[3]、肌萎縮脊髓側索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)[4]、Nasu-Hakola病(nasu-hakola disease，NHD)[5]等神經退行性疾病的發病機制中發揮著重要作用。

1 TREM2概述

TREM2是一種免疫球蛋白超家族跨膜受體，主要由三部分結構域構成：細胞外V型免疫球蛋白結構域、細胞表面跨膜蛋白結構域和細胞質中無任何轉導活化信號功能的短小尾域[6]。在人類，編碼TREM2的基因位于染色體6p21.1上，從41，126，246bp到41，130，922bp，全長共4676bp，包含5個外顯子，其表達的蛋白質編碼230個氨基酸[1]，而在小鼠中，編碼TREM2的基因位于17號染色體上。TREM2的配體包括載脂蛋白E(apolipoprotein E，APOE)、磷脂酰絲氨酸、鞘磷脂、β淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)、核酸、凋亡神經元、損傷的髓鞘等[7～9]。TREM2在髓系細胞中表達，包括單核細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞和組織特異性巨噬細胞如破骨細胞、Kuppfer細胞和肺泡巨噬細胞等。在正常腦組織中，TREM2主要在小膠質細胞中表達[6]，在中樞神經系統中的定位主要是海馬、白質和脊髓[10]。

TREM2具有調控炎癥反應、提高吞噬細胞的吞噬能力[11]、維持能量代謝[12]等生物學功能，而TREM2發揮其功能主要依賴于小膠質細胞。在調控炎癥反應方面，低表達TREM2的小膠質細胞中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、一氧化氮合成酶-2等促炎因子的轉錄水平增高，而過表達TREM2的小膠質細胞中白細胞介素-4(interleukin-4，IL-4)、IL-10等抗炎因子的轉錄水平增高[10]。在吞噬方面，Wang等[13]證實了與正常的5XFAD小鼠相比，敲除TREM2基因的5XFAD小鼠小膠質細胞吞噬Aβ的能力明顯下降。在維持能量代謝方面，既往研究表明，小膠質細胞通過增強有氧糖酵解和抑制呼吸作用來參與葡萄糖、乙酰乙酸、β-羥基丁酸等物質的代謝[14]，TREM2的變異體會破壞小膠質細胞的功能和能量狀態，從而破壞小膠質細胞保護大腦免受Aβ攻擊的能力[15]。Ulland等[12]還發現，在攜帶TREM2變異體的AD患者和TREM2基因缺乏的AD小鼠的小膠質細胞中，雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路存在缺陷，而這一信號通路影響ATP的水平和生物合成途徑。此外，TREM2也與脂質代謝有關，TREM2通過上調脂肪生長調節因子而促進脂肪的生成和誘導肥胖的產生[16]。

2 TREM2的信號通路

TREM2與酪氨酸激酶結合蛋白(tyrosine kinase binding protein，TYROBP)聯合介導下游信號的轉導，以維持免疫系統的穩定性，而這一信號轉導通路是體內中樞神經系統炎癥調節的重要通路之一。TREM2和TYROBP的跨膜區是通過TREM2中帶正電荷的賴氨酸殘基和TYROBP中帶負電荷的天冬氨酸殘基之間的靜電作用而結合的。在胞內，TYROBP含有基于免疫受體酪氨酸的活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM)，TREM2與TYROBP相互作用后，通過Src家族激酶使ITAM中酪氨酸磷酸化，形成SH2的結合位點，從而能夠結合含有SH2結構域的酪氨酸激酶ζ鏈相關蛋白70(tyrosine kinases ζ-chain-associated protein 70，ZAP70)和脾酪氨酸激酶(spleentyrosine kinase，SYK)，通過SOS、Ras蛋白激活絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路，進一步激活應激激活的蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)、c-Jun N端蛋白激酶(c-Jun N terminal kinase，JNK)、胞外信號調節蛋白激酶(extracellular-signal-regulated kinase，ERK)等信號通路，促進抑炎因子的轉錄和編碼，其中ERK信號通路的激活還可提高小膠質細胞的吞噬能力[17～19]。TREM2/ TYROBP/ SYK還介導PI3K-AKT通路的激活，通過募集磷脂酶Cγ(phospholipase Cγ，PLCγ)將磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(PIP3)分解為三磷酸肌醇(IP3)[20]，后者可在細胞內擴散至內質網或肌質網膜上，與Ca2+通道蛋白結合，誘導細胞鈣庫內Ca2+迅速釋放，Ca2+與細胞內的靶分子之一蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)結合后被轉運至質膜表面，然后與質膜上的甘油二酯、磷脂酰絲氨酸共同作用于PKC的調節結構域，使PKC變構而暴露出活性中心，進而參與核轉錄因子kappa B(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB)信號通路的調節以及多種生理功能的調控[17，19]。此外，TREM2/ TYROBP/ SYK介導的下游信號通路對于小膠質細胞激活也發揮著至關重要的作用，小膠質細胞的激活有多種方式，可以通過激活下游Wnt/ β-catenin信號通路促進小膠質細胞的增殖；通過激活下游AKT/ GSK3β/ β-catenin信號通路抑制小膠質細胞凋亡；還可通過調控炎癥體的關鍵成分如含有Pyrin結構域的NLR家族蛋白3(NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3)或消皮素D(Gasdermin D，GSDMD)來抑制小膠質細胞焦亡；還能通過激活PI3K/ AKT/mTOR通路，調節小膠質細胞自噬，維持細胞的生物合成和能量代謝，從而促進小膠質細胞的存活[21]。(見圖1)

圖中縮略詞：TREM2：髓樣細胞觸發受體2；TYROBP：酪氨酸激酶結合蛋白；ITAM：基于免疫受體酪氨酸的活化基序；SYK：脾酪氨酸激酶；ZAP70：酪氨酸激酶ζ鏈相關蛋白70；SH2：Src同源結構域2；SH3：Src同源結構域3；ERK：胞外信號調節蛋白激酶；JNK：c-Jun N端蛋白激酶；SAPK：應激激活的蛋白激酶；MEK：ERK激活蛋白激酶；MAPK：絲裂原激活的蛋白激酶；β-catenin：β連環蛋白；AKT：蛋白激酶B；GSK3β：糖原合成酶激酶3β；NLRP3：含有Pyrin結構域的NLR家族蛋白3；GSDMD：消皮素D；PI3K：磷脂酰肌醇3激酶；PIP3：磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸；IP3：三磷酸肌醇；PKC：蛋白激酶C；DAG：甘油二酯；NF-κB：核轉錄因子kappa B；PLCγ：磷脂酶Cγ；mTOR：雷帕霉素靶蛋白

圖1 TREM2參與的信號通路模式圖

3 TREM2與神經退行性疾病

3.1 TREM2與阿爾茨海默病 阿爾茨海默病是一種最常見的神經系統退行性疾病，病理表現主要為腦內β淀粉樣蛋白沉積形成的神經炎性斑塊和tau蛋白過度磷酸化所形成的神經纖維纏結[18]。已有研究表明，在歐美人群中，TREM2基因第二外顯子上第47位(R47H)的一種罕見錯義突變(rs75932628)使堿基C突變成T，從而使其編碼的氨基酸中第47位上的精氨酸被組氨酸取代，這一突變增加了晚發型AD(late onset Alzheimer’s disease，LOAD)發病風險的2～4倍(OR值為5.05)[10]，其作用與APOE相似，都是AD的危險因素[6]。TREM2的R47H突變增加了高爾基復合體中復合寡糖末端的糖基化，降低了TREM2的溶解度，這可能會影響TYROBP與TREM2的親和力。同時，R47H變異體可能破壞了TREM2蛋白的穩定性[22]。

最近的研究表明，TREM2主要通過介導小膠質細胞的神經保護作用而影響LOAD患者的病理過程。Aβ淀粉樣斑塊可以破壞突觸傳遞、誘導氧化應激、觸發細胞死亡等，而小膠質細胞是腦內重要的免疫細胞，能夠聚集在淀粉樣蛋白斑塊周圍形成屏障，吞噬和清除大腦中的Aβ淀粉樣斑塊，從而阻止淀粉樣蛋白斑塊的擴張[6，23]。最近，Cheng-Hathaway等[24]用CRISPR/Cas9系統將TREM2的R47H變異體敲入到APP/PS1-21轉基因小鼠的內源性TREM2基因中，在雜合子中發現小膠質細胞與斑塊的結合減少，Aβ淀粉樣斑塊誘導的小膠質細胞活性和增殖能力降低，彌散性淀粉樣斑塊增多，加劇了神經的營養不良，盡管他們發現TREM2基因表達在這種小鼠模型中明顯降低，但在AD患者中并未發現TREM2基因表達的降低[25]。其原因是R47H變異體激活了一個隱蔽的剪切位點，從而在小鼠TREM2基因該位點處引入了一個終止密碼子，而在人的TREM2基因內沒有引入[26]。Fan等[27]通過向側腦室內注射NF-κB信號通路抑制劑1-吡咯烷二硫代羧酸銨鹽(1-pyrrolidine dithiocarboxylic acid ammonium salt，PDTC)上調海馬內已注射Aβ1～42小鼠的TREM2的表達，發現小鼠海馬組織淀粉樣沉積蛋白明顯減少，神經元再生增加。最近報道，在LPS誘導的APP/PS1轉基因小鼠中，TREM2對炎癥的負調節作用可能被LPS誘導的Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)過度激活所抑制，TLR4/ TREM2的這種失衡導致小膠質細胞過度激活，并導致大腦皮質神經元凋亡增加，使得APP/PS1轉基因小鼠的認知功能障礙更為嚴重，提示TREM2是控制AD發展過程中全身炎癥的一個潛在靶點[28]。Jiang等[29]在P301S轉基因小鼠中研究發現，TREM2的過表達還可明顯改善tau蛋白的磷酸化，降低細胞周期素依賴性蛋白激酶5和糖原合成酶激酶3β的活性。此外，突觸結構及功能異常也是AD的一大病理特征。在TREM2基因敲除的APP/PS1小鼠中，TREM2的下調在AD進展早期成功保護了突觸的功能，改善了AD突觸功能異常和認知障礙等癥狀，而在AD進展的晚期則損害了突觸的可塑性，這主要是由于淀粉樣蛋白沉積增多所致[30]。

以上研究表明TREM2在Aβ淀粉樣斑塊周圍小膠質細胞的聚集和激活、tau蛋白磷酸化以及突觸可塑性中發揮著重要作用。這些發現讓我們認識到TREM2參與了AD的病理過程，有可能為AD的診斷和早期靶向預防和治療提供新的思路。

3.2 TREM2與帕金森病 帕金森病又稱震顫麻痹，是第二大常見的神經系統退行性疾病。越來越多的證據表明PD患者多巴胺能神經元變性過程中存在著慢性炎癥和小膠質細胞的過度激活[31]。小膠質細胞在中樞神經系統中的激活可分為兩種典型的類型：經典型(促炎型；M1亞型)和選擇型(抗炎型；M2亞型)。M1亞型小膠質細胞可以通過分泌促炎細胞因子加重神經毒性，引起神經組織損傷；而M2亞型主要通過分泌抗炎細胞因子來發揮神經保護、營養、支持和修復作用，促進神經組織恢復[32]。近年來，調節小膠質細胞M1/M2亞型平衡在PD研究中日益受到重視，M2亞型小膠質細胞減少可能是PD病情發展的重要機制。Zhang等[31]利用 TREM2-shRNA慢病毒感染小膠質細胞抑制TREM2基因的表達，或wtTREM2慢病毒感染小膠質細胞使TREM2過表達，結果發現精氨酸酶-1(一種M2亞型小膠質細胞標記物)的表達水平在前者明顯降低，在后者明顯升高，說明前者抑制了小膠質細胞向M2亞型的分化，導致M1亞型小膠質細胞炎性反應過度，而后者則相反。提示TREM2在M1亞型小膠質細胞轉變為M2亞型方面起著關鍵作用，從而可以減輕PD病理過程中的炎性反應。而在α-突觸核蛋白誘導的PD模型中，TREM2可通過調節轉錄激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)家族中STAT1和STAT6的活化，實現小膠質細胞由M1亞型向M2亞型轉化，從而發揮神經保護作用[33]。

最近，Ren等[34]在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)小鼠模型的單側紋狀體內注射含有TREM2載體的腺病毒，構建TREM2過表達小鼠模型，結果發現，MPTP損傷所致的黑質酪氨酸羥化酶(tyrosinehydroxylase，TH)陽性神經元的丟失明顯減少，TNF-α、IL-1β、環氧化酶-2和誘導型一氧化氮合酶等促炎因子的mRNA和蛋白質水平顯著降低，炎癥細胞如小膠質細胞和星形膠質細胞的浸潤減少，紋狀體內多巴胺及其代謝產物含量的減少得到明顯改善，說明TREM2過度表達可以抑制MPTP誘導的神經炎性反應，減輕MPTP誘導的神經毒性作用。進一步的機制研究表明，TREM2是通過負性調節TRAF6/ TLR4介導的MAPK和NF-κB信號通路的激活來抑制神經炎癥的。上述研究均表明TREM2參與了PD的發病過程，有可能成為治療PD的潛在靶點。

3.3 TREM2與肌萎縮側索硬化癥 肌萎縮側索硬化癥又稱盧伽雷氏(Lou Gehrig)病，是一種慢性神經系統退行性疾病。該病主要累及腦干、脊髓運動神經元[35]，造成患者肌肉無力，最終因呼吸衰竭而死亡。它與額顳葉癡呆(frontotemporal dementia，FTD)等被認為是同一神經譜系疾病，多重證據表明二者在病理學特征和遺傳學背景方面有很多相似之處，因此屬于一個疾病連續體。TREM2基因第二外顯子上的罕見突變常常為ALS的危險遺傳因素。Peplonska等[36]對波蘭的811位人群(其中AD患者274例，FTD患者135例，ALS患者194例，神經健康對照組208例)進行了TREM2第二外顯子的DNA序列分析，結果共檢測到9個雜合子變異體，與ALS相關的有三個，分別位于p. R62H、p. D87N和c. 41-2-3insA上，其中c. 41-2-3insA被認為是他們首次發現的TREM2基因的新變異體。Cady等[4]對923例散發性ALS患者和1854例健康對照者的DNA樣本進行了基因型分析，證實p. R47H變異體也是ALS的一個重要危險因素(OR值為2.40)，同時發現18例ALS患者尸檢和SOD1G93A轉基因小鼠的脊髓樣本的TREM2基因表達增加。此外，另有研究表明，miR-155是ALS和SOD1模型中主要的促炎miRNA。在SOD1小鼠的小膠質細胞中，TREM2-APOE信號通路抑制了miR-155的表達，說明TREM2-APOE信號通路通過miR-155來調控SOD1小鼠的異常小膠質細胞活性而改善疾病的病理過程[37，38]。上述研究均顯示TREM2參與了ALS的發病過程。

3.4 TREM2與Nasu-Hakola病 Nasu-Hakola病又稱多囊性脂膜樣骨發育不良并硬化性白質腦病(PLOSL)，是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，其臨床表現為不斷進展的早老性癡呆和全身多發性骨囊腫[5]。病理學表現為髓鞘和神經元的丟失、星形膠質細胞的增生以及腦白質和基底神經節處小膠質細胞的過度激活。TREM2或TYROBP基因上的純合突變是引起Nasu-Hakola病的主要原因[39]。此外，TREM2與TYROBP在小膠質細胞中的表達缺陷被認為與抑制NHD中凋亡神經元的清除密切相關。Park等還發現，NHD中TREM2的突變，抑制了高爾基復合體中低寡聚糖的糖基化，從而降低了TREM2在質膜上的通透性以及TREM2的水溶性，阻礙了TREM2從內質網向高爾基復合體和質膜的轉運，造成TREM2在內質網積聚，引起內質網應激[40]。上述研究表明TREM2在破骨細胞和小膠質細胞中均具有重要的功能，促使人們進一步深入研究其在中樞神經系統退行性疾病中的作用。

綜上所述，TREM2在神經系統退行性疾病的發病機制中發揮著重要作用，在神經系統退行性疾病的治療中受到了廣泛關注，但其具體的作用機制有待于進一步研究。期望隨著對TREM2研究的不斷深入，能為神經系統退行性疾病的治療推出更多安全、有效的藥物。