小膠質細胞髓樣細胞觸發受體2及其可溶形式在肌萎縮側索硬化癥中的研究進展

田 梅綜述， 劉亞玲審校

髓樣細胞觸發受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2，TREM2)是一種表達在髓系細胞上的跨膜受體，在中樞神經系統(central nervous system，CNS)內，僅表達在小膠質細胞表面[1]，參與小膠質細胞的一系列活動，包括擴增、遷移、存活、激活、吞噬[2～8]，具有抑制炎癥反應、促進小膠質細胞吞噬病理性蛋白、凋亡神經元[9～14]等作用。可溶形式TREM2(soluble TREM2，sTREM2)是TREM2經蛋白水解或異常的轉錄本翻譯而來[1]，可在血液及腦脊液中檢測[15]，不僅預示著TREM2的存在，也存在生物學作用，參與小膠質細胞的功能活動[16～19]。小膠質細胞作為CNS內主要的免疫細胞，在肌萎縮側索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)疾病進展過程中發揮著重要的作用[20]，現將小膠質細胞TREM2、sTREM2及其在ALS中的研究進行綜述。

1 TREM2及sTREM2

1.1 TREM2基因結構 TREM2由位于人類染色體6p21.1上的TREM2基因所編碼。TREM2蛋白由胞外結構域(由外顯子1-3編碼，其中外顯子1編碼一種信號肽，外顯子2編碼類免疫球蛋白結構域)、跨膜結構域(由外顯子4編碼)和胞內結構域(由外顯子5編碼)組成，細胞信號傳導由TREM2蛋白的三個區域共同調節[21]。在人腦中已經報道了四種主要的TREM2基因轉錄本：即ENST00000373113、ENST00000373122、ENST00000338469和TREM2Δe2[22～24]。ENST00000373113是表達量最多、最長的TREM2轉錄本，包含上述所有5個外顯子，編碼全長230個氨基酸的跨膜受體蛋白。ENST00000373122沒有外顯子5，是第二長的轉錄本(編碼222個氨基酸)，并且其外顯子4包含一個能改變其編碼序列的替代起點。ENST00000338469(編碼219個氨基酸)缺失了編碼跨膜區的外顯子4。TREM2Δe2則缺少外顯子2(編碼類免疫球蛋白結構域)，但保留了其他外顯子，最終在膜上產生一個沒有與配體結合能力的非功能性受體。但值得注意的是目前尚不清楚ENST00000373122、ENST00000338469和TREM2Δe2這三種轉錄本是否在機體內被翻譯[1]。

1.2 TREM2的配體及其下游信號通路 TREM2是免疫球蛋白超家族的跨膜受體，可以與多種配體相互作用，包括細菌產物、DNA、脂蛋白和磷脂等。一些配體在生理條件下存在于體內，例如低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)和載脂蛋白(apolipoproteins，APOE)。在組織損傷和細胞死亡的過程中，也會釋放相應的TREM2配體，例如，在細菌感染的情況下，TREM2通過各種表面磷脂(磷脂酰絲氨酸、心磷脂等)和糖脂(硫脂、其他腦苷脂等)結合細菌陰離子分子，如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、葡聚糖硫酸鹽以及細胞碎片[9]；在阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的大腦中，TREM2可以直接與病理性β-淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)寡聚體相互作用[25]。TREM2因缺乏免疫受體酪氨酸的活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM)需要與相應的共受體結合來發揮作用。對小鼠巨噬細胞的研究表明，TREM2與接頭蛋白DNAX激活蛋白12(DNAX activation protein 12，DAP12)和DAP10(DNAX activation protein 10，DAP10)通過跨膜區的相反電荷殘基結合。當TREM2與配體相互作用時，這些共受體被磷酸化，形成SH2的結合位點，并招募細胞內的信號傳導機制[9，26]。DAP12，也被稱為酪氨酸激酶結合蛋白(TYRO protein tyrosine kinase binding protein，TYROBP)，介導脾酪氨酸激酶Syk的激活，而DAP10通過招募磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)來促進信號的傳導[9]。TREM2可與DAP12或DAP10結合，并形成TREM2-DAP12/DAP10異二聚體[26]。在小鼠巨噬細胞中，DAP12是鈣動員所必需的，而DAP10是激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)的關鍵[8，26，27]。除上述傳導過程外，其他信號通路也可能調節TREM2的信號傳導。首先，DAP12的ITAM基序可以在集落刺激因子1受體(colony stimulating factor 1 receptor，CSF1R)激活時被SRC酪氨酸激酶磷酸化[28]，因此，該信號的活性也將調節TREM2的信號傳導。其次，參與吞噬凋亡碎片的TAM受體(TYRO3，AXL，MER)也可以參與表達TREM2的小膠質細胞的活動[29]，但他們之間的相互作用尚不清楚。此外，小膠質細胞主要存在兩種不同的吞噬受體類型，一種是對外來微生物病原體具有高親和力的Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)，另一種是可以識別凋亡的細胞物質的受體TREM2[14]。有研究表明，通過DAP12的TREM2信號傳導可拮抗TLR的表達以及TLR介導的炎癥細胞因子的產生[30，31]；相反，TREM2的表達可被LPS(作為TLR4的配體)或干擾素γ(interferon gamma，IFNγ)的促炎信號所抑制[16]。最后，有研究表明刺激核受體過氧化物酶體增殖物激活受體(nuclear receptors peroxisome proliferator activated receptor，PPARγ and PPARδ)、肝X受體(liver X receptor，LXR)和維甲酸X受體(retinoid X receptor，RXR)可以促進小鼠TREM2和其他吞噬相關受體的表達[29]。總之，TREM2信號通路是一個復雜的過程，TREM2信號在體內調控需要進一步的研究。

1.3 sTREM2的產生 2008年，Piccio等[15]首次在人類腦脊液和血清中發現了sTREM2的存在。目前關于sTREM2如何產生，推測存在以下兩種獨立或協作的過程[1]：TREM2胞外區經蛋白水解切割和脫落以及缺乏跨膜區的選擇性剪接的TREM2轉錄本的翻譯。去整合素和金屬蛋白酶 (a disintegrin and metalloprotease，ADAM)家族的成員，主要是ADAM10和ADAM17，在組氨酸157和絲氨酸158(H157-S158)之間催化TREM2胞外結構域的脫落。ADAM17在THP1和CHO細胞系中sTREM2的產生起主要作用，而ADAM10與人類巨噬細胞、HEK293細胞和小鼠小膠質細胞中sTREM2的脫落有關[32～34]。也有研究發現在巨噬細胞中蛋白酶meprin β可以在精氨酸136和天冬氨酸137之間(R136-D137)裂解TREM2，從而釋放sTREM2[35]。TREM2轉錄本ENST00000338469不包括編碼跨膜區的外顯子4，約占大腦中總TREM2 mRNA的25%，因此，大約20%～25%的總sTREM2蛋白可能來自該轉錄本的翻譯，而不是通過脫落酶活性切割全長的跨膜TREM2產生[24]。

1.4 sTREM2水平的調控及其影響因素 生理條件下，全長TREM2在巨噬細胞上的周轉非常迅速，半衰期不到1 h，快速、可誘導的產生sTREM2[33]。sTREM2的脫落通常發生在TREM2與配體結合后，并且新合成的TREM2蛋白需要不斷成熟并運輸到細胞表面，以維持持續的受體活性。因此，sTREM2的水平可能反映了TREM2受體與其配體的結合程度、其脫落以及新的TREM2蛋白生成及運輸的速度[1]。關于增加或減少sTREM2水平的因素目前尚不清楚。有研究表明，LPS或白介素1β可以誘導小鼠原代小膠質細胞釋放sTREM2[16]；其他細胞因子如白介素13或白介素4也可以誘導sTREM2脫落[36]；此外，Aβ寡聚體也可以誘導過表達TREM2的細胞釋放sTREM2[37]。sTREM2水平受到基因及人口學因素的影響：關于基因方面，TREM2受體類免疫球蛋白結構域內的突變，如p. T66M和p. Y38C會導致TREM2的錯誤折疊，導致未成熟蛋白質保留在內質網中，進而使得細胞表面TREM2水平降低，脫落減少，因而體外檢測到sTREM2水平降低，而在攜帶p. R47H變異者中檢測到的腦脊液sTREM2水平卻顯著高于非攜帶者[38，39]；p. H157Y變異增加了TREM2的脫落，同樣也會導致sTREM2水平升高[33，34]；此外，有研究表明，11號染色體MS4A基因座附近的變異與腦脊液sTREM2水平具有相關性[40]。在人口學方面，包括年齡、性別和種族，也可能會影響腦脊液和血液sTREM2水平[1]，因而在評估sTREM2在不同神經系統疾病中的作用時，應該在分析和研究設計中加以考慮。

2 TREM2、sTREM2在CNS中的功能及其在ALS中的研究

在CNS內，TREM2僅表達在小膠質細胞上，參與小膠質細胞的擴增、遷移、存活、激活、吞噬[2～8]，維持小膠質細胞的能量代謝及脂代謝[8，41]，抑制炎癥反應[9～12]。TREM2基因突變與許多神經系統退行性疾病有關[1]，包括ALS[42]。對ALS小鼠模型和ALS患者死后組織的空間轉錄組學分析顯示小膠質細胞功能障礙早在ALS癥狀出現之前就已發生，且TREM2信號是小膠質細胞激活的早期步驟，TREM2在反應性小膠質細胞中被上調[20]。而sTREM2不僅預示著TREM2的存在，也存在一定的生物學作用，參與小膠質細胞的功能活動[16～19]。

2.1 TREM2

2.1.1 調節小膠質細胞吞噬功能 TREM2是小膠質細胞吞噬活動的重要調節因子。在AD中，小膠質細胞直接接觸和吞噬Aβ需要TREM2的介導[43]。在脫髓鞘模型中，TREM2激動劑AL002a可以促進小膠質細胞對髓鞘的攝取和處理[44]。TREM2還可以與神經元上的內源性配體相互作用，并介導對凋亡神經元細胞的吞噬[13]。小鼠和體外培養中TREM2的缺失或損傷減少了小膠質細胞對凋亡細胞、細胞碎片、脂蛋白和細菌的吞噬。在非吞噬細胞中的過表達TREM2，如CHO細胞，可誘導其對細菌、脂蛋白和細胞碎片的吞噬[9]。值得注意的是，有研究發現用ADAM抑制劑阻止TREM2的脫落可以促進小膠質細胞對髓鞘和Aβ的攝取[45]，因而依賴TREM2的吞噬活動似乎需要全長的TREM2的作用。在Xie等[14]的研究中，利用ALS小鼠TDP-43蛋白病變模型，發現TREM2缺陷的小膠質細胞失去了對TDP-43包涵體的吞噬能力，表明TREM2在TDP-43誘導的神經變性中具有保護作用。TREM2介導的底物識別和吞噬的確切機制尚不清楚，推測TREM2可能作為吞噬底物的受體，直接與它們結合。

2.1.2 參與小膠質細胞代謝 小膠質細胞依賴糖酵解和氧化代謝來提供能量并維持其功能，TREM2通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路維持小膠質細胞能量和生物合成代謝[46]，這可能是TREM2缺陷的小膠質細胞對錯誤折疊的蛋白質和損傷的細胞器吞噬能力降低的原因。此外，TREM2也被證明可以調節小膠質細胞的脂質代謝，在脫髓鞘模型中，TREM2缺陷的小膠質細胞雖然可以正常吞噬髓鞘，但卻無法消化髓鞘脂質，進一步應用單細胞RNA測序分析發現在TREM2缺陷的小膠質細胞中，存在溶酶體降解和膽固醇運輸相關的轉錄異常[41]。Kang等[47]在SOD1(G93A)ALS小鼠模型中觀察到軸突進行性脫髓鞘，并且早于疾病發生。TREM2參與脂質代謝是否與ALS的慢性脫髓鞘有關需要進一步的研究來證實。

2.1.3 抑制炎癥反應 TREM2的激活可以拮抗髓系細胞對促炎刺激的反應。體外和體內研究均表明TREM2具有抗炎作用。體外敲除TREM2削弱了白介素4誘導的原代小膠質細胞的抗炎反應[10]，并在LPS治療后增強了促炎介質的表達，包括誘導型一氧化氮合酶、腫瘤壞死因子α、白介素1β和白介素6[11]；體內研究表明，TREM2通過抑制炎癥反應，進而減輕神經炎癥誘導的P301S小鼠內過度激活的tau激酶，而減少TREM2的表達加劇了SAMP8小鼠的衰老相關的神經炎癥[12]。其次，在分子水平上，小鼠的小膠質細胞和巨噬細胞中幾個標志性的抗炎基因以TREM2依賴的方式表達，包括Galectin-1和Galectin-3、白細胞介素1受體拮抗劑、原顆粒蛋白等[9]。此外，上文中提到通過DAP12的TREM2信號可拮抗TLR的表達以及TLR介導的炎癥細胞因子的產生，進而具有抑制炎癥的作用。CNS炎癥是ALS的特征之一，對41個來自散發性ALS患者的運動皮質樣本的全基因組特征分析顯示：總共有1573個與炎癥相關的基因發生了變化[48]。此外，也有研究表明血液和腦脊液中的炎癥指標與ALS存活率具有相關性[49]。因此，靶向TREM2以調節炎癥可能是治療ALS的有效方法。

2.2 sTREM2 sTREM2的脫落對TREM2受體信號的影響，以及sTREM2本身的內源性功能，目前尚不完全清楚，sTREM2在細胞外釋放后，可通過以下方式發揮作用[1]：(1)由于胞外結構域脫落和缺乏與配體結合能力而抑制TREM2受體的信號通路；(2) 與其他細胞(即星形膠質細胞、神經元、巨噬細胞)或小膠質細胞本身的未知受體結合，從而以自分泌方式發揮作用；(3) 阻止特定配體與膜TREM2受體的進一步結合，最終抑制TREM2信號傳導。越來越多的研究表明腦脊液中sTREM2水平不但是小膠質細胞激活的生物標志物，并且其本身即可以導致小膠質細胞激活[18，19]。sTREM2在體內和體外均具有功能效應：直接或通過腺病毒介導將sTREM2注入5XFAD轉基因小鼠(一種Aβ積聚的AD小鼠模型)的海馬區，sTREM2可以增強小膠質細胞的增殖、遷移和聚集在斑塊周圍，與Aβ結合并且可以抑制Aβ聚集，降低Aβ負荷[16]；在原代培養的小鼠小膠質細胞中，sTREM2可以不依賴全長TREM2，抑制細胞自噬，從而促進小膠質細胞存活并刺激依賴于核因子-κB的炎性細胞因子的產生；將sTREM2立體定向注射到野生型或TREM2基因敲除小鼠的海馬區后，誘導了小膠質細胞激活的形態變化[17]。腦脊液中sTREM2的濃度與AD患者腦脊液中總tau蛋白和磷酸化tau蛋白水平具有相關性，提示腦脊液sTREM2水平可以作為神經元損傷的替代免疫生物標志物[9]。

在ALS患者中，腦脊液sTREM2水平顯著升高。這種升高在ALS的早期階段最為明顯。在疾病晚期，sTREM2水平與病程呈正相關，較高水平的sTREM2與疾病晚期進展緩慢相關，表明sTREM2具有潛在的保護作用[50]。

3 治療啟示及未來的研究方向

3.1 治療啟示 TREM2基因突變可能會增加患ALS的風險，因此，糾正突變的TREM2基因可能是預防ALS的一種合理的治療策略。除了以基因組為靶點外，應用外來小膠質細胞樣細胞取代小鼠體內的小膠質細胞，或者用TREM2過表達的誘導性多能干細胞來源的小膠質細胞替代內源性小膠質細胞[51，52]，可能會降低TREM2變異攜帶者發生ALS的風險或推遲疾病的發病時間。除此之外，應用藥物干預或基因治療增加小膠質細胞TREM2的活性或表達也可能會緩解ALS相關的功能障礙，如TREM2的激動型單抗或反義寡核苷酸(Antisense oligonucleotide，ASO)[53，54]。有研究發現將純化的sTREM2直接注射或應用表達sTREM2的病毒載體均對AD小鼠模型具有保護作用[16]，因此，此方法也可能對患有ALS的患者具有一定的保護作用。

3.2 未來的研究方向 疾病相關小膠質細胞(disease-associated microglia，DAM)的特點是穩態基因下調，參與吞噬、脂質代謝和溶酶體途徑的相關基因上調，且DAM具有神經保護作用，可能作為神經變性相關分子模式的傳感器，識別包括死亡神經元、髓鞘碎片和蛋白質聚集體上的特定分子，進而抑制神經退行性病變[55，56]。轉錄研究顯示，ALS中出現了DAM，且與TREM2的表達呈正相關[57，58]，然而，目前對DAM在ALS中所起的作用了解有限，需要進一步的研究來確定誘發DAM的具體誘因、TREM2信號如何在ALS中誘導DAM，以及在不同的疾病階段如何改變，TREM2介導的DAM在所有類型的ALS中是否存在。

目前關于sTREM2的確切功能以及其是否參與中樞神經系統病理依然存在爭議：sTREM2通過改善小膠質細胞的清除作用而發揮神經保護作用，但sTREM2也可以觸發小膠質細胞釋放促炎細胞因子，這可能會對神經元功能產生不利影響[16，17]；用ADAM抑制劑阻止TREM2的脫落，可以促進小膠質細胞的吞噬活動[45]，sTREM2直接注射或應用表達sTREM2的病毒載體對AD小鼠模型卻具有保護作用[16]。此外，關于sTREM2的配體和受體的了解也有限，因此，未來需要進行更為系統的研究。

4 總 結

TREM2及sTREM2參與小膠質細胞的功能活動，與ALS疾病過程有關，靶向小膠質細胞TREM2及sTREM2可能是治療ALS的一種的途徑，但我們對其在ALS不同疾病階段或不同ALS病理中的作用的了解仍然有限，因此未來需要更多深入的研究。