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导读： 阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，特征是细胞外β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积和细胞内过度磷酸化的tau累积。先天性免疫通路的几个关键调控因子是AD的遗传危险因素。这些遗传风险因素结合体内研究揭示了小胶质细胞的关键作用。不断出现的新的证据也指出适应性免疫反应在AD发病机制中的重要作用。近期，《Immunity》期刊发表了题为“Emerging roles of innate and adaptive immunity in Alzheimer's disease”的综述文章，作者总结了先天免疫和适应性免疫之间的交互作用，以及在AD发病和疾病进程中的作用。此外，作者还总结了脑实质中免疫细胞的组成和生理功能，以及脑边界结构中形成动态疾病相关免疫生态位的细胞组成和生理功能。认为脑实质和边界结构中的先天和适应性免疫反应都可以作为治疗AD症状前和症状期的重要靶点。  01 前 言 “免疫豁免”的概念源于几个世纪前，人们观察到体外移植的外来组织或肿瘤在脑实质中可不受免疫抑制而存活，但在外周组织中不行。然而当组织先移植到外周，然后再移植到大脑时，它就会被排斥。尽管稳态脑实质可能不是大多数免疫细胞所在的典型位置，但在中枢神经系统（CNS）所处的周围环境发生改变后，非常驻免疫细胞能够迁移到脑实质并在其中生存。中枢神经系统由不同的隔室组成：包含实质、脉络膜丛和脑脊液（CSF）的蛛网膜下腔、脑膜和脑颅骨骨髓。享有免疫豁免特权的部位似乎是特定的，并具有区域性差异。现在人们已经认识到先天性和适应性免疫系统的细胞在维持中枢神经系统于稳态中均发挥重要作用。在稳态的大脑中，小胶质细胞一直监视着脑实质。适应性免疫细胞和先天免疫细胞的水平都很低，如T细胞、B细胞、中性粒细胞、单核细胞及其来源的巨噬细胞，它们可以进入大脑（特别是脑脊膜）并在大脑发育和学习中发挥作用。最近的研究表明，适应性和先天免疫细胞可以通过连接颅骨骨髓和硬脑膜的颅骨通道填充硬脑膜。因此，在稳态条件下，免疫细胞可以进入大脑的边界区域，并与实质内的细胞群形成潜在的连接。在稳态条件下，中枢神经系统的大多数适应性免疫细胞位于其边界，这为检测并响应大脑和脊髓功能变化提供了可能性，同时通过免疫保护来维持神经元功能（图1 A）。  图1：先天性免疫和适应性免疫在稳态和AD大脑中的相互作用 在疾病条件下，如神经退行性疾病，先天性免疫和适应性免疫都会发生一系列复杂的变化。阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病。一个多世纪以前，1907年，Alois Alzheimer发表了一个51岁妇女的病例报告，她表现出失忆、混乱和定向障碍的症状。病理学上，AD的特征是局部脑萎缩，相应的神经元和突触丢失，这可能导致认知功能的变化。也有研究认为AD是一种蛋白质聚集障碍疾病，涉及两种主要蛋白质。淀粉样蛋白β （Aβ）在细胞外累积成淀粉样斑块并在脑血管壁中积累，形成脑淀粉样血管病（CAA）。微管相关蛋白tau主要聚集在神经元的细胞质中，并以翻译后修饰的形式出现，包括过度磷酸化和其它翻译后修饰。Tau聚集物存在于Aβ斑块周围的营养不良神经突（NP Tau）、神经泌丝（NTs）和神经纤维缠结（NFTs）中。AD不仅仅是一种蛋白质病，因为Aβ和tau聚集导致突触、神经元和血脑屏障（BBB）的损伤，进而导致反应性小胶质细胞和星形胶质细胞以及一些外周免疫细胞浸润。因此，即使在不被认为是自身免疫性疾病的情况下，免疫环境也可能发生变化，局部环境变化和免疫细胞从血液和边界区域浸润都可能导致AD脑实质内先天和适应性免疫系统的发生明显变化（图1B）。 在这篇综述中，作者重点介绍AD病理特征随AD进程的变化，AD局部先天和适应性免疫的研究进展，免疫反应在AD进展中的可能作用，以及制定相应治疗策略的挑战和机遇。 02 AD的病理发展与进展 AD有一个漫长的临床前阶段，随后是临床症状阶段。Aβ沉积开始于新皮层，并在疾病的临床前（无症状）阶段缓慢而稳定地积累。这一过程开始于临床上可检测到认知障碍发生前约20年。症状出现的时间，通常以情景记忆障碍为特征，这时候Aβ沉积已经非常多，接近其最大程度。Tau病理直到出现症状的前几年才开始在新皮层的特定区域积聚，其存在的位置与临床可检测到的认知障碍以及脑萎缩的发生和进展高度相关。目前通过使用血浆、CSF和神经影像生物标记物可以在活体人脑中检测蛋白质聚集的变化，这些生物标记物在疾病分期、结果预测和评估不同治疗方法方面具有重要价值。例如，当淀粉样蛋白开始沉积，脑脊液和血浆中可溶性单体Aβ42水平和Aβ42/40比值下降，随后不同种类的p-tau和总tau增加，这些都标志着淀粉样蛋白沉积增加。随着淀粉样蛋白的广泛积累，tau病理开始进入新皮层并扩散，这些变化可通过淀粉样蛋白和正电子发射断层扫描（PET）进行淀粉样蛋白和tau成像来检测。tau病理扩散后，使用PBR28等化合物进行PET扫描可以在体内检测到小胶质细胞的激活。作为淀粉样斑块的主要成分，Aβ是由淀粉样前体蛋白（APP）在α或β-分泌酶（BACE1）和γ-分泌酶分别以非淀粉样或淀粉样模式连续分解产生。在内体加工后，在突触活动调节的过程中，Aβ被分泌到组织液 （ISF）。在非病理条件下，Aβ主要以40个氨基酸的多肽（Aβ40）的形式存在，还有少量其它形式的Aβ肽，包括更长、更具淀粉样变性的形式，如Aβ42。在常染色体显性AD中，Aβ聚集的早期发作是由多种因素驱动的，取决于基因突变，包括（1）相对过量的Aβ42和较长而非较短形式的Aβ异构体，（2）所有形式的Aβ的过量产生，（3）Aβ序列的改变导致更容易聚集的形式出现。在晚发性AD（LOAD）中，大多数证据表明Aβ清除存在问题。当Aβ聚集确实存在时，较长的形式容易形成更高阶的低聚物、原纤维或纤维，如Aβ42，它们是不可溶性的并于脑实质中开始形成。一旦淀粉样斑块形成，反应性小胶质细胞和星形胶质细胞就会包围纤维斑块。这一过程与肿胀、扭曲的轴突和树突（营养不良的神经突起）的形成有关。值得注意的是，Aβ肽不仅聚集在实质细胞外斑块中，而且以CAA的形式聚集在软脑膜和穿透脑血管的壁上。CAA通常会导致血脑屏障破坏、血管调节失调、缺血，有时还会出血。 正如前文提及，是tau病理，而非Aβ的积累，与认知障碍和区域性脑萎缩密切相关。Tau是一种微管结合蛋白，在正常情况下主要定位于神经元的轴突。在AD中，tau以其它方式过度磷酸化和翻译后修饰（如乙酰化、泛素化），并聚集成寡聚体和成对的螺旋细丝，构成神经元胞体中NP tau、NTs和NFTs的结构。临床-神经病理相关性分析表明，tau病理在AD的整个大脑中传播了好几年，并以一种模式分布在神经解剖学关联的网络中，构成Braak分期的基础。虽然可以看到几种模式，但最常见的模式是tau病理首先出现在内嗅皮层 （Braak I期和II期），这在大多数60岁以上人群中可见，不管他们是否患有AD。在认知衰退开始的前几年，tau病理扩展到下丘脑和下颞叶新皮质的边缘结构（Braak III）。这些区域参与记忆功能形成和视觉物体识别等功能。随着认知能力的下降，tau病变出现在岛叶和中颞叶皮质，然后是涉及情绪处理和记忆的区域（Braak IV），最后出现在新皮质的其他区域（Braak V和VI）。 除非伴有大量Aβ病理，否则几乎看不到tau聚集体的朊病毒样扩散特征，这表明在疾病发展过程中Aβ和tau病理功能上相互作用。Aβ和tau之间的功能相互作用引出以下问题：（1）Aβ的病理如何影响tau的病理和tau相关的神经变性？（2）tau的病理是否会反过来对Aβ的病理产生影响？通过将人AD-tau注射到携带淀粉样蛋白斑块的转基因小鼠的大脑中，含有Aβ斑块的转基因小鼠在一定时间内成功地产生了三种类型的tau病理（NP tau、NTS和NFTs），这表明Aβ斑块创造了一个独特的环境，有助于tau种子的快速扩散。重要的是，在这个模型系统中，小胶质细胞在这一过程中起着关键作用。Aβ斑块是启动病理性tau传播级联的必要条件，但不是充分条件，因为还需要具有正确构象的错误折叠的tau种子。在表达人Aβ和tau的小鼠中，tau依赖性神经元活动抑制主导Aβ依赖性神经元过度活动，这再次表明决定功能状态的是Tau而不是Aβ。一个流行的假设是，存在一个Aβ依赖性疾病期，主要发生在疾病的症状前阶段，这对于全面爆发是必要的，但不是充分的。确定症状出现的时间很重要。随后会有一个更独立于Aβ的时期，推动疾病的发展。如果这一假设是正确的，那么如果在Aβ非依赖性疾病阶段进行抗Aβ治疗的益处可能是有限的。考虑到这些事件的发生时间以及Aβ和tau之间的相互作用，在Aβ依赖病期之前或期间进行针对Aβ的治疗，并在Aβ非依赖病期针对tau或联合治疗，有望产生更好的效果。同时，阐明Aβ和Tau之间的潜在驱动因素和功能相互作用，包括先天和适应性免疫反应、脂质代谢、自噬、蛋白酶体功能、囊泡转运和线粒体功能的变化，可能有助于调节疾病进展。 03 AD遗传易感因素在先天性免疫和AD中的意义 罕见的常染色体显性阿尔茨海默病是由3个基因中的一个突变引起的，即β-淀粉样前体蛋白（APP）、早老素1（PSEN1）或早老素2（PSEN2）。这些病例的临床发病年龄通常在30岁至60岁之间。LOAD在65岁以后发病，也受到遗传因素的高度影响，遗传学研究对于了解LOAD的潜在病因非常重要。全基因组关联分析（GWAS）以及其它方法已经确定了许多AD危险因素；有趣的是，超过一半明显涉及特定基因的风险基因在免疫细胞，特别是小胶质细胞和巨噬细胞中显著富集或唯一表达，包括APOE，髓系细胞触发受体2（TREM2），ATP结合盒转运体（ABCA）家族，补体，CD33，HLA家族，MEF2C和MS4A家族。在基础条件下或在疾病相关背景下对动物的这些遗传变异进行建模，揭示了免疫反应不仅是AD病理的次要反应，而且是疾病发展和进展的关键驱动因素。阿尔茨海默病的遗传危险因素如何与先天免疫相联系，以及它们在阿尔茨海默病发病机制中的作用将在以下几节中讨论。 ApoE是一种存在于脂蛋白颗粒中的载脂蛋白。根据其存在的脂蛋白类型（例如极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白），它可以通过受体介导的内吞作用将脂类和胆固醇输送到靶细胞。当处于高密度脂蛋白中时，它也参与脂类和胆固醇流出细胞的反向运输。ApoE在许多器官中都有表达，在肝脏和脑中表达最多。在脑内，ApoE主要由星形胶质细胞和少突胶质细胞产生，而在疾病条件下，其在反应性小胶质细胞中的表达显著增加。低密度脂蛋白受体（Ldlr）和脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）是调节脑内ApoE水平和其它效应的主要代谢受体。就其在调节中枢神经系统细胞胆固醇和脂质外排的作用而言，含有ApoE的高密度脂蛋白通过Abca1和Abcg1增加其脂化状态来参与这一过程。 人类ApoE是一种由299个氨基酸组成的蛋白质，有三个变异体，即E2（cys112/cys158）、E3（cys112/arg158）和E4（arg112/arg158）。研究表明，ApoE是LOAD的最强遗传易感因素。最近研究表明，拥有两个ApoE3 Christchurch （R136S）突变副本的个体具有抵抗常染色体显性AD导致的认知能力下降的作用。这种效应背后的机制尚不清楚。然而，该个体有大量的淀粉样变性和较少的tau病变，且有不同于其他病例的空间定位，表明这种ApoE突变体作用于Aβ和tau之间的界面，可能是通过影响先天性免疫反应起作用。在另一种情况下，ApoE3变异体（V236E）似乎通过减少ApoE4聚集和增加胆固醇外流而减少Aβ病理。与ε3等位基因相比，ε4等位基因增加疾病风险，而ε2等位基因以剂量依赖的方式降低疾病风险。ApoE4携带者淀粉样蛋白沉积更多，发病更早，一旦出现症状，症状进展更快。转基因动物研究证实ApoE4强烈影响Aβ沉积、tau介导的神经变性和其它表型，如血脑屏障功能障碍、抗原递呈和T细胞激活。就其在脑脂代谢中的作用而言，ApoE已被证明影响星形胶质细胞和小胶质细胞的脂代谢，这可能与其在AD病理中的一些作用有关。 ApoE是Aβ播散和斑块形成所必需的。Aβ沉积小鼠与ApoE-/-小鼠杂交，几乎不会形成纤维状Aβ或CAA。在表达人ApoE3或ApoE4的APP/PS1-21小鼠中，出生后立即使用反义寡核苷酸（ASOS）降低ApoE水平可使Aβ播种和沉积显著减少，且4月龄时Aβ的病理变化减少。相反，在APP/PS1转基因小鼠出生时就过表达ApoE4会增加Aβ播种和病理。ApoE对Aβ播种和斑块形成的影响似乎大都来自星形胶质细胞。在5xFAD小鼠模型中，通过Csf1r-Cre/ApoE f/f选择性敲除小鼠小胶质细胞中的ApoE4对Aβ沉积没有显著影响；然而，通过在APOEf/f小鼠中使用小胶质细胞特异性启动子表达Cre，选择性地将人ApoE亚型从小胶质细胞中移除，以及这种操作对Aβ相关病理的影响仍有待评估。有趣的是，在有Aβ沉积的小鼠（如APP/PS1-21和APP/PS1△E9小鼠）中敲除内源性ApoE，导致Aβ纤维显著减少，非纤维Aβ沉积增加。在少数确实形成了纤维斑块的ApoE-/-小鼠脑内，可观察到斑块相关的小胶质细胞减少和更严重的神经炎性营养不良，表明ApoE在介导小胶质细胞活化、Aβ斑块以及Aβ诱导的局部神经突损伤方面发挥了重要作用。另一方面，在星形胶质细胞、小胶质细胞和内皮细胞上，ApoE竞争性结合Aβ受体，如Ldlr和LRP1，因此削弱了抗体的清除。ApoE亚型的不同是否会影响淋巴和脑膜淋巴管对Aβ的清除尚不清楚，还需要进一步研究。 在tau介导的神经退行性变中，ApoE也发挥重要作用，并且不同ApoE亚型表现出不同的作用。据报道，在散发性tau蛋白病中，携带ApoE4等位基因的个体表现出更多的神经变性。P301S tau转基因小鼠与人ApoE基因敲除小鼠杂交，与ApoE2或ApoE3相比在ApoE4存在下，观察到更多的tau病理和脑萎缩以及更明显的反应性小胶质细胞和星形胶质细胞。此外，P301S小鼠内源性ApoE-/-或选择性敲除星形胶质细胞ApoE4会导致小胶质细胞和星形胶质细胞介导的反应性减弱、疾病相关基因表达变化和区域性脑萎缩。将ApoE4从小胶质细胞中选择性敲除是否会影响tau的病理或tau介导的神经变性仍有待研究。 Trem2 是免疫球蛋白受体超家族的成员，表达于破骨细胞、巨噬细胞和小胶质细胞，其在吞噬、代谢和免疫调节中发挥重要作用。磷脂、脂蛋白包括ApoE、Aβ寡聚体和凋亡神经元在内的脂蛋白均被报道为Trem2 潜在的配体。人类的Trem2 R47H突变，明显增加AD风险，可能与Trem2 功能降低有关。配体与受体胞外结构域结合后，TREM2跨膜结构域与酪氨酸激酶结合蛋白（DAP12）和造血细胞信号转导子（DAP10），它们依次招募酪氨酸蛋白激酶（SYK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）进行下游信号传导。TREM2-DAP12/DAP10信号的下游通路包括细胞内钙离子动员、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的激活和mTOR信号传导。可溶性TREM2（sTREM2）是TREM2的胞外结构域被ADAM10/17（一种含有去整合素和金属蛋白酶结构域的蛋白）切割而脱落释放出来。sTREM2作为AD患者小胶质细胞介导的炎症和神经元损伤的脑脊液生物标志物，促进了TREM2临床前研究成果的转化。对于AD患者，sTREM2的增加与记忆力下降和海马萎缩有关。sTREM2与脑脊液tau、p-tau呈正相关，并与R47H等基因变异携带者有关。sTREM2促进小胶质细胞存活并触发小胶质细胞介导的炎症细胞因子反应。 与ApoE类似，TREM2在淀粉样斑块形成和tau介导的脑萎缩的背景下，对疾病相关性小胶质细胞（DAM）和疾病进展显示出潜在的双重作用。在5xFAD小鼠中，TREM2-/-或者与AD风险增加相关的TREM2 R47H突变导致斑块相关小胶质细胞减少和周围营养不良轴突增加。斑块相关小胶质细胞在TREM2功能降低或TREM2-/-还被证明显著加剧了Aβ相关tau在淀粉样蛋白模型中的播种和扩散。由于TREM2功能下降与Aβ相关的局部毒性增加以及Aβ相关的tau在大脑中的播散有关，部分公司已经开发出治疗方法，包括激活TREM2的抗体，这些抗体已经进入AD的临床试验。在淀粉样蛋白沉积的小鼠中，3月龄的TREM2-/-小鼠纤维状Aβ的沉积显著提高，而后在衰老过程中纤维Aβ以较低的速率沉积，这表明TREM2在早期阶段限制淀粉样蛋白沉积，而且在疾病进展期间依赖年龄的局部微环境可能会将TREM2从有益转化为产生更不利的影响。与TREM2在Aβ模型中的作用相比，在tau病理小鼠模型（P301S小鼠）中，TREM2-/-或者TREM2 R47H突变减弱了小胶质细胞的反应并防止了脑萎缩。这表明TREM2的激活在Aβ病理的背景下发挥有益作用，但当发生更严重的神经退变时，它的激活可能是有害的。需要在这一领域进行进一步研究以更好地了解TREM2激活在调节AD小胶质细胞功能中的作用，无论是急性还是慢性的，以及这些发现的转化意义。 小胶质细胞和星形胶质细胞是中枢神经系统中合成和分泌大部分补体蛋白并表达其受体的细胞。在衰老和AD的背景下，补体途径及其清除功能增强。在Aβ沉积小鼠模型J20中，经典补体级联的启动蛋白C1q在明显的斑块沉积之前增加并与突触相关，可能导致突触丢失。抑制APP/PS1DE9小鼠中的C1q、C3或小胶质细胞补体受体CR3，可减少吞噬小胶质细胞的数量以及早期突触丢失的程度。在tau病模型中，C3ar1-/-使得P301S tau小鼠神经炎症、突触缺陷、tau病理以及神经变性的减轻。C5 siRNA治疗减少了APP/PS1-21小鼠中Aβ相关的小胶质细胞积聚。除了与突触结合外，C1q还直接与Aβ和ApoE结合。在AD患者和APP/PS1-21小鼠的脉络丛和Aβ斑块中也观察到了C1q-ApoE复合体。这些结果表明，补体通路的异常激活也是Aβ和tau介导的神经变性的标志和驱动力，因此减弱过度激活的补体通路的是限制AD神经变性相关病理的潜在治疗靶点。 04 阿尔茨海默病先天免疫中的关键免疫信号通路 大量研究强调了ApoE、TREM2和补体途径在AD病理发生发展中的重要性。越来越多的证据表明，免疫信号通路在AD相关的免疫细胞变化中也很重要，并在AD的病理过程中发挥着潜在的重要作用。NF-kB是一种已知的转录因子，调节许多与神经炎症、神经胶质细胞激活、氧化应激、细胞增殖和脑内细胞凋亡相关的靶基因。NF-kB在Aβ肽处理后的原代神经元和AD患者脑中早期斑块周围的神经元中被激活。Tau病理还激活了小胶质细胞中的NF-kB信号。在P301S tau转基因小鼠中，NF-kB的失活部分恢复了小胶质细胞的动态平衡，逆转了tau介导的转录变化，并挽救了空间学习和记忆缺陷，表明过度活跃的NF-kB信号在tau介导的脑损伤中是有害的。 NOD、LRR和NLRP3主要在巨噬细胞和激活的小胶质细胞中表达。NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和caspase-1前体形成NLRP3炎症体，引发促炎细胞因子IL-1β和IL-18的产生。在APP/PS1△E9 Aβ沉积小鼠中，NLRP3-/-或Caspase-1-/-会显著减少 Aβ斑块的形成，增加小胶质细胞介导的 Aβ吞噬作用，并改善空间记忆。NLRP3炎症小体在原发性tau病患者和tau病理小鼠中也被激活。NLRP3-/-或Caspase-1-/-减少tau蛋白在Tau22小鼠中的过度磷酸化和聚集以及Aβ诱导的tau病理，表明小胶质细胞炎症可能是触发Aβ病理下游的tau病理的因素之一。 mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，参与调节蛋白质合成、细胞能量代谢、生物合成、降解和自噬。mTOR在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中广泛表达，并与其它几种蛋白质相互作用形成两个不同的复合体，即mTORC1和mTORC2。mTOR活性受到严格调控且在脑中维持基础自噬水平。在5xFAD淀粉样蛋白沉积的TREM2-/-小鼠的小胶质细胞中，观察到mTOR激活和小胶质细胞凋亡受损，与代谢应激反应中的低能状态和代偿性自噬增强有关，这表明TREM2作为一种先天免疫受体，通过mTOR途径影响AD病理中的小胶质细胞代谢。环肌酸的加入增加了小胶质细胞mTOR信号转导和细胞活力，挽救了能量旺盛的小胶质细胞代谢，并在Trem2-/-的5xFAD小鼠中对Aβ相关的神经突营养不良提供保护性作用，提示mTOR介导的小胶质细胞代谢可能是一种独特的治疗方法。 TAM信号是由Tyro3、Ax1和Mer酪氨酸激酶受体的配体Gas6和蛋白质S激活驱动的。AXL和Mer表达于小胶质细胞和巨噬细胞，为其吞噬功能所必需。Axl和Mer在APP/PS1△E9小鼠的淀粉样斑块相关的小胶质细胞中表达甚至更显著。TAM-/-小鼠出现较少的致密核心斑块和较高的CAA，这表明TAM缺陷的小胶质细胞Aβ吞噬功能受损，并影响实质斑块和CAA的形成。 干扰素（IFN）是广泛表达的细胞因子，具有经典的抗病毒和免疫监视作用。干扰素家族包括两个主要类别，干扰素-I和干扰素-Ⅱ（IFN-γ）。干扰素-I与干扰素-α/β受体（IFNAR）、IFNAR1和IFNAR2结合，激活Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK-STAT）信号通路，启动一大组干扰素刺激基因（ISG）的转录，包括ISG15、Ifitm1/2/3、IRF1/7和Mx1。在淀粉样蛋白沉积的AD模型中，激活ISG的小胶质细胞以一种年龄依赖的方式特异性地包围含有核酸的Aβ斑块。阻断IFNARs有效减少5xFAD小鼠中STAT1+、CD68+和Clelc7a+小胶质细胞的数量和突触丢失。小胶质细胞特异性的IFNAR1缺失减轻了5xFAD小鼠的认知缺陷。最近的研究还显示，中枢神经系统浸润性T细胞，特别是辅助性T细胞（Th1）表达IFN-γ，通过中和Aβ阻断IFN-γ信号，可减少CD11b的表达和APP/PS1小鼠的斑块负荷。值得注意的是，先天免疫受体和AD相关的触发因素，如淀粉样蛋白，以及AD中干扰素的产生是如何协调的，仍有待确定。由于tau的积聚和tau介导的神经变性与AD和原发性tau病的认知和功能下降密切相关，因此需要进一步研究来解决以下核心问题：在tau病理的背景下，干扰素信号是否会导致神经炎症和神经变性。 05 大脑中的免疫系统和免疫反应 脊椎动物的免疫防御由两个子系统组成：先天免疫反应和获得性免疫反应。先天免疫系统通过生殖细胞编码的受体对病原体作出反应，这些受体在非克隆分布的细胞类型中特别表达。在先天免疫反应中，模式识别受体，如Toll样受体（TLRs），识别微生物病原体和与损伤相关的分子模式（错误折叠/聚集的蛋白质、变性DNA和脂多糖[LPS]），并且对于触发NF-kB信号和炎症是必不可少的。先天免疫系统的细胞成分包括树突状细胞（DC）、单核细胞、巨噬细胞（也包括脑中的小胶质细胞）和自然杀伤T细胞。先天免疫对触发因素反应迅速，但其反应相对非特异性。相比之下，适应性免疫反应可以是特异的。其特异性取决于T细胞和B细胞上的大量抗原受体（TCR和BCR），这是适应性免疫系统的细胞成分。TCR和BCR的多样性是通过位点特异性的DNA重组产生的，每个特定特异性的受体都以克隆的方式表达。这些受体共同组成了一个识别库，增加了适应性免疫反应检测一生中遇到的许多可能抗原的可能性。因此，先天免疫和获得性免疫的性质构成了这两种免疫类型之间的关键区别。 与免疫系统的两个细胞组成臂一致，免疫反应分为传入臂和传出臂。获得性免疫反应的传入臂涉及将抗原呈递给初始T细胞，导致它们的启动和激活。来自大脑的可溶性抗原和携带抗原的免疫细胞被输送到颈深淋巴结（DCLN），在那里这些抗原被抗原提呈细胞（APC）递送给T细胞和B细胞。抗原特异的T细胞和B细胞被激活，并在运输回大脑后进行克隆性扩张。在疾病条件下，APC在发炎的大脑中积累。目前尚不清楚脑实质中的内源性或浸润性APC是否具有抗原提呈功能并导致适应性免疫反应。新的APC、T细胞和B细胞进入大脑，以及驻留的小胶质细胞对局部疾病病理的局部反应，导致脑实质中不同于脑内平衡状态时的免疫状态的改变。当抗原特异性T细胞到达脑实质并发挥其效应器功能时，适应性免疫反应的传出开始。然而，在此之前，这些细胞需要穿过血脑屏障或从脑边界进入实质，在那里它们新遇到一个独特的脑生态位，包括神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞、内皮细胞、细胞外基质和脑液。免疫系统和中枢神经系统都会持续监测环境，并根据需要进行调整，以维持体内平衡。 06 阿尔茨海默病中大脑免疫生态位的保护及其失调 先天免疫反应和适应性免疫反应都存在于中枢神经系统中，在动态平衡的脑实质中，尽管免疫生态位因免疫豁免而受到保护。在包括阿尔茨海默病在内的神经退行性疾病中，已经出现了大量关于先天和适应性免疫反应参与疾病发生或发展的数据，表明脑实质内免疫状态和免疫双臂的重塑。在这里，作者回顾了最近关于保护免疫生态位的更广泛结构及其变化的研究，这些结构可能在人类和模型系统的AD发展和进展过程中改变先天和适应性免疫系统（图1A和1B），并为未来的研究提供前景。 血脑屏障由脑微血管内连续的内皮细胞屏障组成，该屏障具有封闭的细胞间接触，并被周细胞和星形胶质细胞终足所覆盖。脑毛细血管的独特结构导致了高的跨内皮细胞电阻和低的细胞旁和跨细胞的渗透性，从而限制了血液携带的分子进入大脑，除非它们在内皮细胞中有专门的受体和转运体。神经成像和病理学研究表明，在AD和其他神经退行性疾病中，以及在AD病理模型中，BBB功能障碍。这些变化包括血脑屏障通透性增加、微出血、葡萄糖转运减少、P-糖蛋白-1外流功能受损、抗体跨血脑屏障清除减少以及白细胞浸润增加。组织学研究也揭示了显著的病理变化：AD患者死后脑组织，体外从AD患者的诱导多能干细胞获得的人血脑屏障样结构，以及带有AD病理的转基因小鼠模型的血脑屏障改变。这些病理改变包括血源性蛋白渗漏，周细胞和内皮细胞变性，以及外周细胞浸润。尽管已有关于AD临床前期和临床症状期BBB的动态细胞和分子变化的研究，但关于BBB变化的区域特异性、其在区域免疫重塑以及AD进展中的意义仍需更多的研究。这将对调节血脑屏障的潜在疗法进行评估，既可以在神经变性期间恢复其功能，也可能开发绕过血脑屏障输送药物的方法，例如最近实现的使用转铁蛋白受体结合生物制品的方法。 脑膜是一个包裹大脑的三层结构，包含两个薄的内层，软脑膜和蛛网膜物质（合称软脑膜），以及外部硬脑膜层。脑脊液由脉络丛的特殊上皮细胞产生，在软脑膜内的蛛网膜下腔流动。脑脊液可以从血管周围空间流入大脑的ISF，这种流动可以被星形胶质细胞末端足部水通道蛋白-4 （AQP4）调节，即所谓的Glym Phatic系统。AQP4极化分布在星形胶质细胞的血管周围末端足部，表达缺陷和定位错误会导致Aβ清除量减少，这与AD有关。在未来的研究中，确定血管周围巨噬细胞、星形胶质细胞、内皮细胞和周细胞在CSF/ISF血流中包围穿透血管的作用以及它们在生理和病理状态下与神经元的相互作用将是有趣的。这种流动在实质内细胞外分子的交换中可能很重要，如细胞因子、可溶性Aβ和ISF内的抗原，可以通过硬膜淋巴管在离开中枢神经系统之前重新进入脑脊液。 单细胞转录学研究已经成功地描述了硬脑膜和硬脑膜窦内的免疫群体，包括巨噬细胞、树突状细胞、固有淋巴样细胞（ILCs）、肥大细胞、中性粒细胞、B细胞和T细胞。T细胞更可能来自血液，T细胞更可能来自血液，而B细胞、单核细胞和中性粒细胞似乎来自从头骨到大脑通道的邻近骨髓。脑脊液中的CNS来源的抗原聚集在硬脑膜窦周围，被局部APC捕获，并可被呈递给巡游的T细胞。这种监测是由形成窦间质生态位的内皮细胞和壁细胞实现的。T细胞在该部位识别DC和巨噬细胞呈递的抗原，促进组织常驻表型和硬脑膜内的效应功能。 有趣的是，功能性淋巴管存在于硬脑膜内，能够将来自脑实质的脑脊液和局部免疫细胞（如T细胞）的液体和细胞因子运送到dCLN，从而允许脑源性抗原和外周T细胞之间的相互作用。硬脑膜淋巴系统的发现使人们对中枢神经系统、其交界区和外周如何沟通有了新的认识，特别是在神经免疫相互作用方面。这可能会为神经退行性疾病中的神经免疫参与者提供重要线索。除了为分子进入和排出大脑提供了一条不受血脑屏障影响的途径外，脑膜还提供了一个场所，在此处外周免疫细胞可以即刻，甚至在传递给dCLNs之前，对APC在局部递呈给T细胞的可溶性抗原储备进行采样。 在13到14个月龄的5xFAD Aβ沉积小鼠中观察到脑膜淋巴功能障碍，伴随着整个脑膜中Aβ沉积显著增加。切除5xFAD小鼠的脑膜淋巴管会加重Aβ在脑和脑膜中的沉积、小胶质细胞增多和神经血管功能障碍，并影响抗Aβ免疫治疗的结果。有趣的是，增强脑膜的淋巴功能与Aβ抗体免疫治疗相结合，可改善Aβ从脑中的清除。在未来，解决脑膜淋巴内皮细胞以及构成人类中枢神经系统中脑膜淋巴管的其他细胞如何同时受到AD相关病理的影响，以及靶向大脑淋巴系统是否也是影响神经免疫相互作用以影响tau病和tau介导的神经退行性疾病的有效方法，将是非常有趣的。 07 阿尔茨海默病患者脑实质内固有免疫生态位的重建 AD患者中观察到包括血管炎症、血脑屏障功能障碍和脑膜淋巴系统引流障碍在内的保护措施的缺失。当保障措施失调时，包括神经递质、趋化因子和细胞因子、抗原、凋亡神经元诱导的受体系统类别、脱髓鞘以及脑实质中反应性小胶质细胞、星形胶质细胞和微血管内皮细胞产生的梯度信号在内的综合信号成分可能导致白细胞浸润。这可能会导致脑实质内先天免疫和获得性免疫的重大变化，而影响疾病的进展。 小胶质细胞是由卵黄囊红髓样前体产生并在胚胎发育过程中迁移到脑实质的先天性免疫细胞。据报道，小胶质细胞广泛参与出生前后的脑发育和脑功能调节，即免疫监视、重塑神经元连接和功能、吞噬碎片和凋亡细胞以及脱髓鞘/髓鞘再生。AD和其他神经退行性疾病患者的大脑中存在神经炎症，而小胶质细胞是AD发生发展过程中大脑固有免疫反应的关键细胞成分，许多研究聚焦于小胶质细胞的细胞和分子变化上。在单细胞中进行的全基因组转录组研究，以及在动物模型和人类组织中进行的空间转录组研究，在先前讨论的遗传风险因素的影响之外，以空间和时间的方式重新审视小胶质细胞对AD发病机制中的作用。在淀粉样蛋白沉积的背景下，DAM（也称为MGnD）和吞噬细胞小胶质细胞可以限制淀粉样蛋白相关的病理，并抑制Aβ介导的tau种植和扩散。对雄性和雌性AppNL-G-F小鼠皮质和海马区小胶质细胞的单细胞研究表明，随着时间的推移，会出现从DAM到具有活化反应小胶质细胞（ARMs）和IFN反应小胶质细胞（IRMs）的额外小胶质细胞群的转变。ARMS和IRMS是健康衰老过程中小胶质细胞正常进化的一部分，而Aβ促进了体内平衡的小胶质细胞重新分布到ARM，这丰富了与主要组织相容性复合体（MHC）II类呈递相关的基因（H2-AB1、H2-AA和CD74）以及已知的AD风险基因，如ApoE、TREM2、DAP12、CTSB和Spp1。APOE-/-使具有ARM特征的小胶质细胞数量减少，并影响了小胶质细胞与Aβ斑块的相互作用，证明了ApoE的直接免疫调节功能。尽管在AD和小鼠AD病理模型中看到的小胶质细胞基因表达谱有一些重叠，MHC-II基因CD74和HLA-DRB1以及APOE的表达增加，但并不完全重合。对AppNL-G-F小鼠模型和人脑切片的空间转录研究揭示了斑块诱导的基因、信号（包含补体、内酶体和溶酶体）、氧化和炎症以及与原位Aβ相关的原位细胞生态位。在tau积累的背景下，反应性小胶质细胞和DAM/MGnD显示出与tau病理和CNS损伤密切相关的特征性基因表达模式。在tau介导的神经变性发生时，抑制对小胶质细胞生存至关重要的集落刺激因子1受体（CSF1R），使小胶质细胞枯竭而显著减少脑萎缩和神经元丢失。激活的小胶质细胞，包括DAM、ARM和IRM，除了影响tau病理和神经元丢失外，还可以直接分泌细胞因子，并可能通过多种机制介导突触破坏，包括上述与先天免疫相关的信号通路。因此，监测小胶质细胞状态的转变和开发针对小胶质细胞介导的神经毒性和炎症途径的特定化合物可以用来给AD分期并制定减缓或阻止AD进展的策略（图2）。  图2：小胶质细胞状态和AD相关功能转移的模型在AD动物模型和人类的大脑中已经发现了白细胞亚群，包括单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞。中性粒细胞通常是急性炎症的第一线先天免疫细胞，它们也有助于慢性炎症和适应性免疫反应。通过Ly6C/G荧光标记抗体的体内成像，在5xFAD小鼠中观察到中性粒细胞渗透到脑实质并迁移到淀粉样斑块。中性粒细胞黏附于5xFAD和3xTg-AD小鼠的脑血管，并在LFA-1整合素依赖的黏附中迁移到实质中。通过LFA-1整合素阻断中性粒细胞耗竭或抑制中性粒细胞的运输可以减少3xTg-AD小鼠的斑块病理和记忆衰退。单核细胞和巨噬细胞是骨髓来源的髓系细胞，在血液中循环或在组织中繁殖。基于CCR2和Ly6C的表达，促炎症单核细胞（CCR2 High Ly6Chigh）根据炎症信号被招募到组织中，而抗炎单核细胞（CCR2 LowLy6Clow）在血管腔中巡游。体内成像研究表明，Ly6Clow单核细胞被吸引并爬行到Aβ阳性静脉的管腔壁上。选择性敲除APP/PS1小鼠的Ly6Clow单核细胞导致Aβ沉积。在AD和AD病理模型的脑实质中，浸润性单核细胞或单核细胞来源的巨噬细胞在脑实质中的存在程度尚不清楚。如果浸润的单核细胞或单核细胞来源的巨噬细胞确实进入了AD大脑，它们的来源，如何将它们与脑内激活的小胶质细胞区分开来，以及它们对Aβ或tau相关的病理是有利还是有害仍然未知。 08 AD患者脑实质重建适应生态 T和B细胞表达的受体具有识别来自病原体、肿瘤和疾病状态的不同抗原的潜力，并保持免疫记忆和自我耐受性。研究发现，AD患者死后组织以及Aβ和tau小鼠模型中脑脊液、软脑膜和海马区的T细胞增加。AD患者以CD8+T细胞为主，而不是CD4+T细胞，海马区及其他边缘结构的T细胞数量较多，病理改变较重，提示神经元损伤与T细胞积聚密切相关。然而，在非AD痴呆患者的海马区也发生了神经元丢失，T细胞与斑块或NFTs的关系并不一致。在另一项研究中，在AD患者的大脑中观察到CD8+T细胞，尤其是在海马区，表现为tau而不是Aβ病理。这些发现表明了T细胞在AD进展中的潜在作用，但T细胞在脑实质中的积聚需要复杂的疾病和免疫环境。有趣的是，在衰老的小鼠和人类中也观察到T细胞的渗透。衰老大脑中的T细胞克隆性扩张，并有别于相应外周血中的T细胞，这表明它们可能识别衰老大脑中的特定抗原。研究表明帕金森病小鼠模型和患者大脑中的T细胞对a-突触核蛋白有特异性反应。这表明在神经退行性疾病中可能存在共同的适应性免疫反应。特定的抗原，如抗体、不同修饰形式的tau，或受损神经元释放的蛋白质或髓鞘碎片，是否被提呈给AD的适应性免疫细胞，仍然是一个主要的问题。在单细胞水平上对TCR进行测序，结合高通量肽筛选，将能够阐明特异性抗原，进而可能产生针对病理阶段的治疗策略。 越来越多的遗传和功能证据强烈表明，适应性免疫在AD发病机制和疾病进展中既有有益的作用，也有有害的作用，尽管尚不清楚这些影响是直接的还是间接的。对缺乏T细胞、B细胞、NK细胞和NKT细胞的RAG-/--5xFAD小鼠外周免疫细胞群进行基因消融，可显著促进Aβ病理，增强神经炎症，使小胶质细胞数量增多，减少小胶质细胞突起分支，削弱小胶质细胞吞噬功能。相反，IgG的替代或骨髓移植逆转了这些效应并减少了Aβ的病理学，表明外周适应性免疫参与了AD的发病。在另一项研究中，Rag2-/--APP/PS1△E9小鼠的纤维状Aβ沉积和总Aβ显著减少，而随着APP/PS1DE9小鼠的Rag2-/-骨髓重建，小胶质细胞吞噬Aβ的能力明显增强，提示Aβ病理减少伴随着T和B细胞的缺失。通过抗CD8抗体治疗去除CD8+T细胞既没有改变斑块病理也没有改善认知能力，但改变了APP/PS1△E9小鼠神经元和突触相关基因的表达。调节性T细胞（Tregs）在抑制过度免疫反应和自身耐受方面起着至关重要的作用。在5xFAD小鼠和AD患者的外周血中观察到FoxP3+Treg细胞升高。在5xFAD小鼠中，通过将Treg细胞与FoxP3-白喉毒素（DTX）受体杂交，然后给予DTX或药物抑制Tregs来耗尽Treg细胞，增加了单核/单核细胞来源的巨噬细胞和T细胞的浸润，减轻了Aβ病理、星形胶质细胞活化，并改善了5xFAD小鼠的空间学习。在APP/PS1小鼠的实质中存在Th1和Th17细胞，是Aβ特异的Th1细胞而不是Th17细胞产生高水平的干扰素-γ，从而增加CD11b的表达和Aβ的沉积，并损害这些小鼠的认知功能。在ICV注射Th1细胞的APP/PS1△E9小鼠中观察到相反的结果，降低了斑块负荷。B细胞也是一个异质群体。虽然没有直接证据表明AD模型小鼠脑实质中存在B细胞，但在3xTg AD小鼠的脾和颈淋巴结中，活化的B细胞增加，包括CD5+CD11b+CD19+ B1a和CD5-CD11b+CD19+ B1b细胞。3XTg或APP/PS1小鼠与JHT小鼠杂交，获得B细胞缺陷小鼠。这些小鼠在认知测试和运动活动方面有所改善。B细胞缺陷型AD小鼠Aβ负荷降低，TGF-β+小胶质细胞增多。用抗CD20/B220抗体去除活化的B细胞可改善5xFAD小鼠中与Aβ相关的AD病理。 综上所述，适应性免疫除了直接影响神经元的活性外，还影响病理并与先天免疫相互作用，进而影响神经退行性变，表明适应性免疫是Aβ发病机制中的重要组成部分。然而，仍有其他问题有待回答，其中一些涉及（1）AD进展过程中适应性免疫变化的时间特征及考虑靶向适应性免疫系统进行干预的合适时间窗；（2）特定的淋巴细胞亚群，包括但不限于效应CD4+T细胞（Th1、Th2、Th17）、Treg、细胞毒性CD8+T细胞、衰竭的CD8+T细胞、脑内驻留的T细胞和其他主要潜在的免疫介质；以及（3）适应性免疫和先天性免疫在AD不同阶段的相互作用。 09 先天性免疫和适应性免疫在AD中的相互作用 在稳态条件下，Treg和效应T细胞与小胶质细胞相互作用，以及它们分泌的抗炎或促炎细胞因子，包括IL-10、TGF-β、IL-4和IFN-γ。神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞、内皮细胞或巨噬细胞等位于神经退行性或衰老生态位的脑内细胞可产生细胞因子、神经毒性活性氧（ROS）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS），导致脑实质神经炎症级联，从而导致T细胞入侵。同时，随着脑环境的变化，包括脑屏障的变化，脑膜（软脑膜血管）、BBB（实质血管）和血CSF屏障（脉络丛）由于其粘附分子配体和整合素的高表达，可以打开通向T细胞的大门。这些活化的T细胞分泌促炎和神经毒性介质，使炎症级联持久，并诱导小胶质细胞状态转变，这可能引发或加速脑萎缩。作者和其他人的研究发现了一种小胶质细胞群体，特别是在tau病理存在时，其CD80、CD86、MHC-I和MHC-II复合体基因（如H2-D1、B2m和H2-DM）的表达很高。这种“树突状细胞样”的小胶质细胞群是否在这种AD样疾病状态下对T细胞的抗原呈递起作用，以及它们与T细胞亚群的相互作用，都需要进一步研究 AD脑萎缩的区域进展与tau蛋白积累高度相关，但与淀粉样蛋白沉积无关。在AD病理模型系统中，T细胞是否与神经退行性变相关或直接促进神经退行性变仍不清楚。如果它们被证明参与介导神经退行性变，它们是否可以作为治疗AD的调节靶点也是一个有趣的问题。针对PD-1/PDL1通路的免疫封锁可改变导致AD和痴呆的常见病理因素。研究表明，该途径可能涉及Aβ和tauopathy模型的认知功能。T细胞是释放IFNs特别是IFN-γ的主要细胞群，在其局部浸润和释放细胞因子后，其固有免疫和适应性免疫可能有很强的细胞间通讯，因此在疾病状态中发挥重要作用。IFN，特别是IFN-γ信号是否可以通过IFN-γ的中和或针对IFNGR的遗传或操纵作为AD潜在的治疗靶点，特定细胞类型（如小胶质细胞和神经元）中的IFN-γ受体需要进一步研究。因此，在未来的研究中应进一步探讨适应性免疫与Tau蛋白病和神经变性以及脑实质中的免疫微环境的作用。这将有助于发现适应性免疫影响神经退行性变的直接证据。 10 外周和大脑之间的交互 显然，大脑并不孤立，外围和大脑可能会双向交叉对话。涉及外周和大脑之间如何进行通信的细胞和分子基础可能包括但不限于迷走神经感觉传入，脑源性物质进入血液并与外周免疫细胞通信，外周免疫细胞或活性因子与脑内皮或血管巨噬细胞或小胶质细胞通信，以及外周免疫细胞直接渗透到脑实质。值得注意的是，研究已经确定衰老、糖尿病、昼夜节律和睡眠功能障碍以及肠道微生物群是阿尔茨海默病的危险因素，它们会影响全身感染和炎症以及包括阿尔茨海默病在内的慢性神经退行性疾病的进展。外周炎症刺激诱导小胶质细胞的免疫耐受，反过来通过给3个月大的APP23小鼠单次或连续4天注射LPS注射促进或减轻Aβ沉积，并在6个月后进行分析。结果，小胶质细胞的表观遗传修饰导致外周免疫训练刺激下HIF-1和mTOR信号上调。在APP/PS1小鼠中，全身炎症改变了小胶质细胞形态，并以NLRP3依赖的方式损害了Aβ清除。清醒度的增加也会导致神经元活动增加和Aβ产生增加，抑制类淋巴系统功能和Aβ及tau的清除。肠道菌群调节Aβ病理和小胶质细胞形态学。早期抗生素对雄性APPPS1-21小鼠肠道微生物群的干扰导致Aβ斑块病理的减少和斑块相关小胶质细胞表型的改变。 11 总结和展望 中枢神经系统的复杂性质需要它自己专门的免疫反应来检测和应对环境变化。在稳态条件下，小胶质细胞和其他先天免疫细胞驻留并监视脑实质，清除细胞碎片，维持局部微环境稳态。这对正常的突触活动和连接至关重要。完整的血脑屏障、脑膜层、CSF/ISF流体流动和硬脑膜淋巴系统共同工作，保护大脑具有相对免疫特权，并作为边界免疫细胞库与外周和脑实质的免疫系统通信。在AD中，Aβ和tau的积累，以及由这些蛋白聚集诱导的损伤，依次导致脑实质中的免疫系统激活，包括星形胶质细胞和小胶质细胞的反应性变化，大脑边界免疫细胞的变化，包括血脑屏障病理，脑膜免疫细胞变化和淋巴引流系统功能障碍。同时，这些保护结构的功能障碍可能导致外周免疫细胞，特别是适应性免疫系统细胞异位浸润到脑实质，从而导致AD的全新免疫环境。AD患者的先天免疫系统和适应性免疫系统都有变化，这些变化表现为不同的病理、疾病阶段和严重程度，其中抗炎和促炎作用都在发生，并可能以重要的方式促进AD的发生和进展。先天和适应性免疫效应的协同活动对于形成适当的免疫反应至关重要。更好地理解适应性免疫在中枢神经系统免疫环境中的作用，将加深我们对适应性免疫效应因子以及先天和适应性免疫细胞的相互作用如何促进AD的发展和进展的理解。 尽管在对AD病理生理学的理解和潜在治疗干预的发展方面取得了重大进展，特别是针对Aβ，但AD临床症状期的基本机制仍然难以捉摸。更好地理解先天免疫系统和适应性免疫系统在AD病理过程中的具体作用，特别是在AD的tau介导期，可能会产生针对AD临床前和临床症状期的新的干预策略。绘制先天免疫和适应性免疫（尤其是小胶质细胞和T细胞）之间的疾病状态特异性相互联系，包括它们如何交流、抗原呈递和其病理生理反应，将是建立独特的治疗干预措施以预防或逆转AD和原发性tau病中的神经退行性变的关键所在。 精读文献请下载原文： Chen X, Holtzman DM. Emerging roles of innate and adaptive immunity in Alzheimer's disease. Immunity. 2022 Dec 13;55(12):2236-2254. 发布于：陕西 |
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