阿尔茨海默病外周血单核细胞对β淀粉样蛋白吞噬功能的研究

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背景和目的:  阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是以β淀粉样蛋白(amyloid-beta, Aβ)在细胞外沉积形成的老年斑、过度磷酸化 Tau 蛋白在胞内聚集形成的神经纤维缠结(hyperphosphorylated neurofibrillarytangles,NFTs),以及神经元丢失为主要病理特征的神经系统退行性疾病。其中Aβ被认为是AD的核心致病物质。Aβ在脑内过度产生和/或清除障碍是AD发生的主要机制,其中家族型AD(约占全部病例1%)是因为基因突变导致Aβ过度产生而致病,而散发型AD(约占全部病例99%)主要是因为Aβ清除障碍而致病。目前,一方面针对减少 Aβ产生的治疗策略,例如β和γ分泌酶抑制剂的应用,虽然能够减少Aβ的产生,但因抑制β和γ分泌酶的正常生理功能所产生的严重副作用而被限制使用。另一方面,针对清除脑内 Aβ 的临床免疫治疗,包括主动免疫(Aβ疫苗)和被动免疫(Aβ抗体)也宣告失败。主要是因为干预过晚,以及在清除脑内 Aβ 过程中,引起脑炎、脑出血、脑水肿等严重副作用。如何有效清除脑内Aβ、减少Aβ在脑内沉积,是当前亟待解决的关键问题。  目前,全基因组关联研究发现在散发型AD中存在一系列与吞噬途径相关的基因位点易感变异,这些基因包括ATP结合盒子转运体A7(ATP-binding cassette transporter A7,ABCA7)、白细胞分化抗原CD33、髓细胞表达触发受体-2(triggering receptor expressed on myeloid cells-2,TREM2)和补体受体-1(complement receptor 1,CR1)。这些证据提示固有免疫系统与AD发生发展的紧密关联。而单核细胞,作为固有免疫系统的主要成员,不仅能够作为清道夫细胞有效清除体内死亡细胞及细胞残骸、识别和杀伤致病菌、寄生虫、肿瘤细胞,还具有吞噬Aβ的功能。研究发现,AD患者脑内前额叶和海马处血管周围或者斑块中心存在吞噬有Aβ的血液来源单核细胞浸润。此外,在AD小鼠模型上证实,将小鼠外周单核细胞趋化因子受体-2(chemokine receptor 2, CCR-2)进行基因敲除,引起脑内外周血单核细胞招募减少后,会导致脑内淀粉样斑块增多。但如果增加脑内外周血单核细胞招募,可以抑制AD小鼠脑内淀粉样斑块的沉积。这些发现证实外周血单核细胞在 Aβ 清除方面发挥重要作用。文献报道 AD 患者的外周血单核细胞分化为吞噬细胞的能力减弱,并且更容易衰老和凋亡,但单核细胞亚群对 Aβ 吞噬能力在 AD 发生发展及衰老过程中的具体改变尚不清楚。本研究旨在通过对比AD、帕金森氏病(Parkinson’s disease, PD)、轻度认知功能障碍(Mild cognitive impairment, MCI)病人及其年龄和性别匹配的认知正常对照(NormalControl, NC)的单核细胞亚群对Aβ的吞噬能力,明确单核细胞亚群对Aβ吞噬能力在AD中的改变,及与 AD 的相关性。同时,通过分析正常人群中单核细胞各亚群对 Aβ 吞噬能力与年龄的相关性,探讨在衰老过程中单核细胞亚群对 Aβ 吞噬能力的变化。通过分析单核细胞各亚群对Aβ吞噬能力与血液、脑脊液单核细胞对Aβ吞噬能力水平的相关性,探讨单核细胞的Aβ吞噬能力在清除脑内或者血液Aβ中的作用。本研究通过探讨单核细胞对Aβ吞噬在外周和中枢Aβ清除中的作用,揭示其在AD和衰老发生发展过程中的重要意义,为AD的防治提供思路。  材料与方法:  第一部分:比较AD患者外周血细胞改变  纳入92例AD患者和84例性别及年龄相匹配的NC,收集空腹血液样本,比较两组外周血指标(包括单核细胞计数)、血浆叶酸和维生素 B12水平的差异。分析外周血细胞及血浆叶酸、维生素B12水平与简易智能状态检测(Minimum Mental State Examination,MMSE)、日常生活活动能力(Activities of Daily Living,ADL)和临床痴呆评定量表(ClinicalDementia Rating,CDR)评分的相关性。  第二部分:血液单核细胞Aβ42吞噬功能与AD的关系  1.分析血液单核细胞的Aβ42吞噬功能与年龄的相关性  纳入 22 岁至 84 岁的健康研究对象 94 例。收集研究对象空腹静脉血,应用Ficoll-Hypaque 浓度梯度技术分离外周血单个核细胞(包括单核细胞、淋巴细胞、中性粒细胞等),将带FITC荧光标记的Aβ42与单个核细胞进行共同孵育。用流式细胞技术将单核细胞及其三个亚群(即CD14+CD16-、CD14+CD16+、CD14dimCD16+亚群)从单个核细胞中筛选出来,并检测单核细胞及其亚群所吞噬 Aβ42 的平均荧光强度,以判定单核细胞各亚群的 Aβ42 吞噬能力。比较不同年龄段之间单核细胞各亚群的Aβ42吞噬能力差异,并分析其与年龄的相关性。  2.分析血液单核细胞的Aβ42吞噬功能与血浆、脑脊液Aβ42水平相关性  探讨单核细胞亚群对Aβ42的吞噬能力与脑脊液、血浆Aβ42水平的相关性。招募31例进行腰椎麻醉的手术病人,分别于手术腰麻时收取研究对象的空腹静脉血和脑脊液。应用 Ficoll-Hypaque 浓度梯度技术以及流式细胞技术分离、筛选外周血单核细胞亚群,并检测其吞噬的Aβ42的平均荧光强度,以判定单核细胞亚群对Aβ42的吞噬能力。采用 ELISA 方法检测血浆、脑脊液 Aβ42 水平,分析其与单核细胞各亚群 Aβ42吞噬能力的相关性。  3.分析血液单核细胞的Aβ42吞噬功能在AD中的改变  纳入AD患者(20例)、MCI患者(22例)、PD患者(20例),及年龄与性别匹配认知正常对照(normal control, NC, 61例),检测血液单核细胞总体及各亚群的Aβ42吞噬能力。此外,我们对采血条件、时间点进行一对一配对,以尽可能排除进食、生理节律等对实验结果准确性的影响。  结果:  1.AD患者的血液细胞改变情况  在外周血中,AD 患者的淋巴细胞计数(lymphocyte,LYM)、嗜碱性粒细胞计数(basophil,BASO)、血小板分布宽度(platelet distribution width,PDW)较NC低,但平均血小板体积较NC升高。AD患者的红细胞计数(red blood cell,RBC)、血红蛋白(hemoglobin,HGB)、红细胞压积(hematocrit,HCT)、叶酸(folic acid,FOLW)、维生素B12(vitamin B12,VB12)低于NC,但平均红细胞血红蛋白(mean corpuscular hemoglobin,MCH)、平均红细胞体积(mean corpuscular volume,MCV)及平均红细胞血红蛋白浓度(mean corpuscular hemoglobin concentration,MCHC)高于NC。此外,重度痴呆患者红细胞计数低于轻度痴呆患者,重度痴呆患者血小板计数高于中度痴呆病人高。AD患者单核细胞计数与NC比较无统计学差异。  2.血液单核细胞Aβ吞噬功能与年龄的相关性  在外周血单核细胞的三个亚群中,仅 CD14+CD16-亚群的 Aβ42 吞噬能力与年龄呈负相关。其中,30 岁以下人群血液单核细胞 CD14+CD16-亚群的 Aβ42 吞噬能力高于30岁以上人群,31-45岁人群血液单核细胞CD14+CD16-亚群的Aβ42吞噬能力高于60岁以上人群。  3.血液单核细胞Aβ吞噬功能与血浆、脑脊液Aβ42水平的相关性  CD14+CD16- 和 CD14+CD16+ 亚群的 Aβ42 吞噬能力与外周血 Aβ42 水平呈负相关,与脑脊液Aβ42水平无相关性。  4.AD患者血液单核细胞的Aβ吞噬功能变化  AD患者外周血单核细胞三个亚群的Aβ42吞噬能力低于NC组,而PD、MCI患者单核细胞的Aβ42吞噬能力与NC组比较无统计学差异。  结论:  1.AD 患者外周血细胞出现变化,提示外周血细胞在数量或者功能上的变化可能参与 AD 的发生进展。AD 患者单核细胞在数量上与正常对照无统计学差异,提示单核细胞功能变化可能参与AD的发病机制。  2.单核细胞亚群的 Aβ 吞噬能力与年龄相关,提示在衰老过程中外周血单核细胞Aβ吞噬能力的下降可能参与了衰老向AD的演变。  3.CD14+CD16- 和 CD14+CD16+ 亚群的 Aβ42吞噬能力与外周血 Aβ42水平负相关,提示单核细胞在清除外周血Aβ中具有重要作用。  4.AD患者单核细胞各亚群Aβ吞噬能力特异性降低,提示血液单核细胞Aβ吞噬功能是AD发生发展的重要影响因素,也是AD防治的潜在靶点。
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