老年性黃斑變性(AMD)是一種發病機制復雜的年齡相關性退行性疾病,其初始病變即伴隨免疫炎癥反應的發生。β淀粉樣蛋白(A β)是一種經淀粉樣蛋白前體蛋白水解后生成的小分子蛋白,其作為主要成分參與AMD早期特征性表現玻璃膜疣的形成。在AMD局部炎癥反應中,A β作為一種重要的病理沉積物,促進巨噬細胞的增生及分化,改變其形態進而推進AMD病程。此外,A β還可通過激活炎癥反應通路,調控免疫分子及補體系統,從而介導視網膜慢性炎癥反應,加速AMD病程。但由于AMD的發生并不僅僅因炎癥反應導致,所以單一的免疫抑制未必能在AMD的病程中發揮作用,將AMD患者眼內被破壞的免疫系統重新平衡才是未來的發展方向。
引用本文: 黃曉旭, 孫曉東. β淀粉樣蛋白調控老年性黃斑變性免疫炎癥機制的研究進展. 中華眼底病雜志, 2021, 37(12): 969-973. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20201113-00556 復制
老年性黃斑變性(AMD)是發達國家60歲以上老年人群視力不可逆喪失的主要原因。異常的炎癥免疫反應、自噬功能障礙以及細胞衰老是AMD的三大發病機制,其中關于炎癥免疫反應的研究最為廣泛[1]。已有研究表明,β淀粉樣蛋白(Aβ)在AMD患者視網膜色素上皮(RPE)和視神經節細胞(RGC)上表達,其可能通過介導局部免疫紊亂及炎癥微環境參與AMD的發生發展[2],但具體機制及相關調控尚未闡明。現就Aβ對AMD發病機制中的炎癥免疫反應的調控作用研究及進展作一綜述。
1 Aβ參與玻璃膜疣形成
早期AMD以玻璃膜疣沉積和RPE增生、萎縮為主要病理特征,而Aβ作為主要成分參與玻璃膜疣的形成[3]。Aβ是一種經淀粉樣蛋白前體蛋白水解后生成的小分子蛋白,其最早出現于神經系統的年齡相關性疾病阿爾茨海默病(AD)中,參與構成其特征病理表現老年斑[4]。后有學者發現Aβ同樣在AMD患者的RPE和RGC上表達[5]。
玻璃膜疣內部還有大量病理成分與炎癥反應發生密切相關,包括免疫球蛋白、補體因子5(C5)、補體因子5b-9和補體受體1等補體調節相關分子以及叢生蛋白等[6-7]。同時,Aβ還可通過與其他成分間的相互作用增強其聚集能力,進而大量聚集于玻璃膜疣內[8],這為其他物質在玻璃膜疣內的沉積提供了合理解釋。最終玻璃膜疣沉積在RPE層和Bruch膜之間,誘導早期AMD的發生發展。這些研究結果表明,玻璃膜疣與炎癥免疫反應緊密相關,但其導致炎癥反應的具體機制尚不明確。另有研究表明,Aβ是炎癥的潛在激發物質[9]。玻璃膜疣的大小和性質與AMD病程關系密切,尤其是直徑在125 μm以上的軟性玻璃膜疣,是AMD病程發展至晚期的重要危險因素[10]。這提示抑制Aβ的產生或促進其水解將有效阻止玻璃膜疣的過度堆積,從而抑制其繼發的局部炎癥免疫反應,延緩AMD病程。
2 Aβ調控免疫細胞
隨著AMD的病理發展,超負荷的病理產物沉積會刺激局部炎癥反應發生,激活大量的炎癥免疫細胞,包括單核細胞分化的小膠質細胞及巨噬細胞、粒細胞、淋巴細胞等,進而導致嚴重的光感受器死亡及RPE損傷[11]。近年來有部分研究表明,小膠質細胞和巨噬細胞的相關炎癥反應活動在AMD中受到Aβ的調控[12]。目前學界普遍認為視網膜小膠質細胞來源于中胚層,與視網膜內游離的巨噬細胞一起,構成了視網膜內的單核-巨噬細胞系統,作為固有免疫的重要成分參與眼內的免疫防御機制[13]。
2.1 Aβ與小膠質細胞
小膠質細胞是一類具有生理及病理意義的神經免疫細胞,主要位于RGC層、神經纖維層和內叢狀層。小膠質細胞與AMD的發生密切相關,其在玻璃膜疣沉積區域發生明顯聚集。而Aβ是AMD玻璃膜疣的重要病理成分,提示Aβ與小膠質細胞之間存在潛在關聯[14]。
在AMD病程中,具有潛在神經毒性的Aβ可促進小膠質細胞活化及其表面因子上調。Liu等[15]通過向Long-Evens大鼠注射Aβ1-40構建AMD模型,研究發現,與對照組相比,實驗組大鼠在注射后第1天小膠質細胞即表現出明顯的對Aβ1-40的免疫應答,實時聚合酶鏈反應顯示小膠質細胞特異性標記物XAF1和CD11b/c表達量明顯上升。Nebel等[16]在體外培養ARPE-19細胞系時發現活化的小膠質細胞還會分泌釋放大量甲基趨化受體蛋白-1、白細胞介素(IL)-1、腫瘤壞死因子(TNF)-α等炎癥因子,并上調補體因子B的表達,從而損傷視網膜并促進視網膜光感受器細胞的凋亡,加劇AMD發展。Miller等[17]利用Cx3CR1GFP/GFP小鼠構建AMD模型,對其損傷的視網膜中小膠質細胞進行動力學檢測,證實其可以遷移到受損區域,并通過直接吞噬清除受損組織細胞及視網膜中異常沉積的Aβ復合物來促進修復炎性損傷。該方式對于視神經元的保護、損傷修復具有重要意義。
2.2 Aβ與巨噬細胞
巨噬細胞作為視網膜中另一重要的免疫細胞,通常被促炎性細胞因子激活。隨著年齡的增長,由于包括Aβ在內的毒性物質的累積,外視網膜與其血液供應之間的界面滲透性降低,這也伴隨著巨噬細胞數量的增加和慢性炎癥的發生,提示Aβ也同樣對巨噬細胞有一定的調節作用。早在十年前,Perez等[18]就在AD小鼠模型視網膜上發現了呈年齡依賴性的Aβ斑塊形成,同時伴隨小膠質細胞的活化和視神經功能缺陷。隨后Hoh Kam等[19]對AMD衰老小鼠模型進行為期24個月的病理監測,發現建模后12~24個月期間小鼠眼底含有Aβ的巨噬細胞數量隨年齡增長呈進行性增加,且在形態上顯示出樹突樣改變。在該研究中,研究人員還對年齡跨度為31~90歲的4份人視網膜組織樣本進行了免疫熒光染色,發現隨著年齡增大Aβ的累積程度也隨之上升,這一結果與上述小鼠衰老模型的表現具有高度相似性,進一步證實了這一結論。此后,Lee等[20]研究發現,維生素D可以抑制AMD衰老小鼠模型的Aβ累積,且其視網膜巨噬細胞數量隨之大量減少,樹突樣結構也相應減少且細胞胞體增大。這進一步反向證明了上述結論。
3 Aβ激活炎癥免疫通路
3.1 核因子κB(NF-κB)信號通路
Aβ通常以寡聚形式Aβ1-40和Aβ1-42在人體內表達。Aβ1-40可與炎性反應因子相互作用,促進視網膜局部炎癥反應,導致視網膜變性并加快AMD的發生和發展。NF-κB信號通路在AMD炎癥信號轉導中發揮重要作用,并同時介導細胞凋亡及氧化應激的發生。Wang等[21]通過玻璃體內注射Aβ1-40建立萎縮型AMD大鼠模型,發現其細胞熒光素酶報告顯示出增強的NF-κB活化,且大鼠視網膜神經纖維層、RPE和脈絡膜組織中NOD樣受體蛋白3(NLRP3)小體激活,伴隨下游IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α水平明顯升高,且在使用該通路抑制劑長春西汀時,相關炎癥反應被抑制[22]。Lin等[23]在AMD小鼠模型中證明,Aβ參與NF-κB信號通路活化的具體成分為RelA、RelB和c-Rel等Rel蛋白,其均可以被Aβ激活,并介導促炎性細胞因子的轉錄和RPE損傷。Cao等[24]對5只人眼AMD供體樣本進行RPE分離,發現NAD-依賴性去乙酰化酶Sirtuin-1激活劑SRT1720可通過NF-κB信號通路負調節Aβ誘導的眼內炎癥,消除Aβ誘導的RPE屏障破壞以及下游炎癥因子的表達,起到對RPE的保護作用。上述實驗證實,Aβ1-40通過觸發NF-κB信號通路,并誘導其下游NLRP3炎癥小體的激活,或許是導致RPE炎癥產生及功能障礙的重要因素。
3.2 Toll樣受體(TLR)4信號通路
TLR4是一種模式識別受體,是在外界刺激介導由外源和內源配體促炎反應引發的一種關鍵受體,具有炎癥反應放大器的作用,TLR4介導的信號通路可能有助于TLR4陽性動物模型中視網膜變性加速[25]。Ross等[26]通過給予Ccl2?/?/ Cx3cr1?/?小鼠脂多糖刺激建立AMD動物模型,成功誘導出玻璃膜疣結構且Aβ表達增加,同時伴隨TLR4過表達,提示了二者強烈的相關性。隨后Chen等[27]發現,體外培養ARPE-19細胞系并給予Aβ1-40刺激可通過激活玻璃膜疣和RPE中TLR4來銜接蛋白MyD88,刺激其下游炎癥因子IL-6、IL-8、IL-33以及血管內皮生長因子(VEGF)和血管生成素2的表達,從而介導視網膜的衰老、變性并促進炎癥發生和血管生成;而TLR4抑制劑可有效降低Aβ誘導的VEGF和炎癥因子的表達。研究表明,中國人群樣本中,TLR4基因rs4986790的多態性與AMD易感性之間存在顯著關聯[28]。這些研究結果說明,Aβ可通過激活TLR4信號通路介導視網膜慢性炎癥反應,加速AMD病程。
4 Aβ調控免疫分子
4.1 Aβ激活炎性介質
在AMD炎癥反應中,一些炎癥因子不僅作為某些信號通路的下游被激活,還可通過直接和間接機制在RPE細胞中被Aβ誘導表達。研究表明,體外培養的人RPE細胞在Aβ1-40刺激下,其IL-8和IL-33基因表達上調[29]。
4.1.1 IL-33
IL-33是一類新發現的IL分子,由于其配體在結構上與其他IL-1類受體均具備TLR的相似性被歸類為IL-1家族。其具有放大先天免疫反應、介導Th2細胞所激發的免疫應答反應并導致特異性的組織病理改變等多重效應,其在肝、腸及關節等疾病炎性狀態中的高水平表達也證明了這一點。
盡管已有廣泛研究證明了IL-33對各種細胞的影響,但其在RPE細胞中的具體作用尚不明確。Chen等[27]和Kurji等[29]分別對ARPE-19細胞系及人肽RPE細胞進行體外培養并給予Aβ1-40和Aβ1-42刺激,發現IL-33 mRNA表達上調。另有實驗研究發現,在對RPE細胞系D407進行定量Aβ刺激時,細胞內IL-33水平顯著增高,并通過與RPE膜表面受體生長刺激表達基因2蛋白以及信號傳導蛋白酰基載體蛋白形成受體復合物,將活化的信號傳遞至細胞內,同時IL-33可分別通過p38絲裂素活化蛋白激酶(p38 MAPK)、細胞外信號調節激酶1/2(ERK1/2)、NF-κB、c-Jun氨基末端激酶信號通路誘導RPE細胞中IL-6、IL-8、IL-1β和TNF-α的表達并在炎癥反應中發揮作用[30]。該實驗還證明了IL-33相關的信號轉導途徑,即p38 MAPK信號通路僅調控IL-33的轉錄,而ERK1/2信號通路可調控IL-33的表達。上述研究結果表明,IL-33在AMD炎癥免疫反應中有著重要作用,IL-33或可成為AMD炎癥免疫調控的一種潛在靶點。
4.1.2 IL-8和基質金屬蛋白酶9(MMP-9)
慢性炎癥常與AMD的發病機制有關,其來源通常歸因于隨著時間的推移免疫細胞的逐步激活。但最近研究表明,Aβ促進RPE細胞衰老,并通過分泌生長因子、蛋白酶和炎性細胞因子來改變組織微環境。Feng等[31]在一種加速衰老的萎縮型AMD小鼠模型(SAMP8小鼠)中發現Aβ大量沉積,并伴隨IL-8表達明顯上調,表明Aβ在AMD中具有炎癥誘導作用。Liu等[32]通過向C57BL/6小鼠注射Aβ1-42成功構建AMD模型,且小鼠視網膜中IL-8基因過表達。Cao等[33]給予人RPE細胞一定量Aβ刺激,發現其可誘導RPE老化,并通過逆轉錄聚合酶鏈反應、酶聯免疫吸附試驗和明膠酶譜等方法檢測到其誘導了IL-8及MMP-9的大量表達;其中MMP-9可誘導閉合蛋白復合體及緊密連接蛋白-1解體,并促進趨化因子聚集,進而影響RPE間的緊密連接,致使視網膜外屏障完整性受損,以及進一步活化IL-8,而IL-8本身是一種強大的趨化誘導劑,與炎癥反應和新生血管形成等過程的放大相關[34]。Chen等[27]研究表明,MMP-9的沉默保護了衰老RPE細胞屏障的完整性,有效降低了Aβ的視網膜毒性。
還有研究表明,Aβ與氧化應激及活性氧(ROS)的產生密切相關[35],而ROS的產生可誘導大量IL-8分泌。由于其趨化能力,IL-8的釋放可能是在AMD患者玻璃膜疣形成區域觀察到炎癥細胞聚集的原因。綜上所述,Aβ通過改變衰老RPE細胞的分泌模式導致RPE屏障完整性受損及特異性炎癥因子分泌增加,以及誘導RPE發生氧化應激反應,從而形成眼內促炎微環境,這可能成為AMD慢性炎癥的另一個來源。
4.2 Aβ激活補體系統
在人體中,肝臟是血清補體合成的最主要器官;而肝外補體蛋白的合成,如人眼內部局部補體的合成,與局部炎癥反應密切相關。人體中主要有補體經典途徑和補體經典途徑兩種補體途徑。補體經典途徑由補體1(C1)-補體9(C9)通過級聯反應激活完成,其中C1作為起始點有著十分重要的作用;補體旁路途徑由補體調控蛋白直接激活補體3(C3)觸發,而后進行級聯反應,因此C3扮演著重要角色,同時其也是人血清中含量最豐富的補體成分。最終二者形成補體反應末端產物膜攻擊復合體(MAC)導致炎癥反應的放大及相關細胞的死亡。
4.2.1 Aβ與補體因子(CF)相互作用參與補體旁路途徑激活
RPE細胞表達CFI、CFH、CFB以及C3、C5的mRNA,提示AMD中RPE參與補體旁路途經激活的調控[36]。CFI及CFH都是已知的補體系統抑制劑,CFI作為絲氨酸蛋白酶,通過裂解C4b和滅活C3b并將C3b轉化為無活性的C3b(iC3b)參與經典和旁路途徑的調節;而CFH作為AMD病理反應中最先被發現的補體蛋白,在補體旁路途徑中,作為CFI的輔助因子參與C3b的降解以及C3bBb的失活從而調節C3b的濃度。在Aβ刺激下,RPE細胞分泌的CFH和CFI數量下降,但RPE裂解后C3、CFH和CFI表達有所增加,可歸因于上述分子在RPE膜處被Aβ捕獲并結合。Wang等[37]通過細胞實驗和動物實驗發現,Aβ通過阻斷CFI的功能導致iC3b的產量降低,激活玻璃膜疣內的補體系統,從而導致視網膜下組織的低度慢性炎癥。而后Lashkari等[38]采集了194例AMD患者的血清學樣本進行CFI活性測量,發現Aβ通過與CFI結合使其酶活性降低至原來的1/5,導致C3b裂解被抑制,補體系統激活,通過異常激活補體途徑介導慢性炎癥的發生。
4.2.2 Aβ與C1相互作用參與補體經典途徑激活
在補體經典途徑的激活中,C1作為起始成分,有C1q(參與識別)、C1r和C1s(參與催化反應)3種亞單位形式。Jiao等[39]在構建C1qa-/-小鼠AMD模型時,發現活化的小膠質細胞產生的補體成分C1與C1q結合,激活補體級聯反應,介導炎癥的發生。有學者通過玻璃體內注射Aβ1-42成功構建AMD小鼠模型,并發現C1q的表達從1~7 d均增加[23],驗證了上述觀點。
4.2.3 Aβ與MAC
作為補體途徑末端產物,MAC是AMD發病機制中的重要角色,同時是NLRP3炎性小體的激活劑。但目前關于MAC與Aβ之間的相互作用知之甚少。早期研究發現,MAC與Aβ在RPE和脈絡膜組織中的累積均呈年齡相關性[40]。給予體外培養的RPE細胞0.3 μm水平Aβ1-40刺激,其MAC沉積率由總RPE數的3.73%增加至17.52%,且其介導的炎癥小體激活水平也有所增加;而給予MAC抑制劑金精三羧酸絡合物后,其MAC水平明顯減低,并伴隨著Aβ、IL-18、IL-1β、Caspase-1裂解水平降低[41]。這證實了Aβ與MAC之間呈劑量依賴性相互促進激活作用,并且進一步說明MAC誘導的NLRP3激活可能是正常老化眼視網膜外慢性促炎環境的重要原因。而后Lin等[23]通過玻璃體內注射Aβ1-42成功構建AMD小鼠模型,且其發現在Aβ1-42刺激1~7 d,MAC調節酶CD59a的表達增加。上述研究結果均提示,Aβ對MAC具有顯著的正向調節作用。
5 Aβ與復雜炎癥免疫網絡
AMD作為一種發病機制復雜的年齡相關性退行性疾病,其初始病變即伴隨免疫炎癥反應的發生,其早期表現玻璃膜疣與Aβ密切相關,隨著疾病進展,出現眼內免疫系統紊亂、炎癥反應物累積以及RPE細胞凋亡。Aβ所調控的免疫細胞、炎癥通路、免疫分子之間關系密切,三者形成復雜的炎癥免疫網絡并導致炎癥反應進一步擴大,包括炎癥因子與補體、炎癥通路與免疫分子、免疫細胞與免疫因子之間的關系等等。
Aβ可誘導RPE分泌促炎因子,其中IL-1β可以隨后促進IL-8的過表達,其激活機制包括ROS產生等[42]。而IL-8,作為重要的趨化因子,可向RPE遷移并促進中性粒細胞、巨噬細胞等免疫細胞的激活[43]。且越來越多的證據表明補體C1q激活NK-κB通路下游的NLRP3介導的炎癥反應[44],并可調節小膠質細胞對Aβ吞噬作用[45]。可見AMD的發生并不是單一的炎癥反應造成的,單一的免疫抑制未必能在AMD的病程中發揮作用,將AMD患者眼內被破壞的免疫系統重新平衡才是未來的發展方向。
老年性黃斑變性(AMD)是發達國家60歲以上老年人群視力不可逆喪失的主要原因。異常的炎癥免疫反應、自噬功能障礙以及細胞衰老是AMD的三大發病機制,其中關于炎癥免疫反應的研究最為廣泛[1]。已有研究表明,β淀粉樣蛋白(Aβ)在AMD患者視網膜色素上皮(RPE)和視神經節細胞(RGC)上表達,其可能通過介導局部免疫紊亂及炎癥微環境參與AMD的發生發展[2],但具體機制及相關調控尚未闡明。現就Aβ對AMD發病機制中的炎癥免疫反應的調控作用研究及進展作一綜述。
1 Aβ參與玻璃膜疣形成
早期AMD以玻璃膜疣沉積和RPE增生、萎縮為主要病理特征,而Aβ作為主要成分參與玻璃膜疣的形成[3]。Aβ是一種經淀粉樣蛋白前體蛋白水解后生成的小分子蛋白,其最早出現于神經系統的年齡相關性疾病阿爾茨海默病(AD)中,參與構成其特征病理表現老年斑[4]。后有學者發現Aβ同樣在AMD患者的RPE和RGC上表達[5]。
玻璃膜疣內部還有大量病理成分與炎癥反應發生密切相關,包括免疫球蛋白、補體因子5(C5)、補體因子5b-9和補體受體1等補體調節相關分子以及叢生蛋白等[6-7]。同時,Aβ還可通過與其他成分間的相互作用增強其聚集能力,進而大量聚集于玻璃膜疣內[8],這為其他物質在玻璃膜疣內的沉積提供了合理解釋。最終玻璃膜疣沉積在RPE層和Bruch膜之間,誘導早期AMD的發生發展。這些研究結果表明,玻璃膜疣與炎癥免疫反應緊密相關,但其導致炎癥反應的具體機制尚不明確。另有研究表明,Aβ是炎癥的潛在激發物質[9]。玻璃膜疣的大小和性質與AMD病程關系密切,尤其是直徑在125 μm以上的軟性玻璃膜疣,是AMD病程發展至晚期的重要危險因素[10]。這提示抑制Aβ的產生或促進其水解將有效阻止玻璃膜疣的過度堆積,從而抑制其繼發的局部炎癥免疫反應,延緩AMD病程。
2 Aβ調控免疫細胞
隨著AMD的病理發展,超負荷的病理產物沉積會刺激局部炎癥反應發生,激活大量的炎癥免疫細胞,包括單核細胞分化的小膠質細胞及巨噬細胞、粒細胞、淋巴細胞等,進而導致嚴重的光感受器死亡及RPE損傷[11]。近年來有部分研究表明,小膠質細胞和巨噬細胞的相關炎癥反應活動在AMD中受到Aβ的調控[12]。目前學界普遍認為視網膜小膠質細胞來源于中胚層,與視網膜內游離的巨噬細胞一起,構成了視網膜內的單核-巨噬細胞系統,作為固有免疫的重要成分參與眼內的免疫防御機制[13]。
2.1 Aβ與小膠質細胞
小膠質細胞是一類具有生理及病理意義的神經免疫細胞,主要位于RGC層、神經纖維層和內叢狀層。小膠質細胞與AMD的發生密切相關,其在玻璃膜疣沉積區域發生明顯聚集。而Aβ是AMD玻璃膜疣的重要病理成分,提示Aβ與小膠質細胞之間存在潛在關聯[14]。
在AMD病程中,具有潛在神經毒性的Aβ可促進小膠質細胞活化及其表面因子上調。Liu等[15]通過向Long-Evens大鼠注射Aβ1-40構建AMD模型,研究發現,與對照組相比,實驗組大鼠在注射后第1天小膠質細胞即表現出明顯的對Aβ1-40的免疫應答,實時聚合酶鏈反應顯示小膠質細胞特異性標記物XAF1和CD11b/c表達量明顯上升。Nebel等[16]在體外培養ARPE-19細胞系時發現活化的小膠質細胞還會分泌釋放大量甲基趨化受體蛋白-1、白細胞介素(IL)-1、腫瘤壞死因子(TNF)-α等炎癥因子,并上調補體因子B的表達,從而損傷視網膜并促進視網膜光感受器細胞的凋亡,加劇AMD發展。Miller等[17]利用Cx3CR1GFP/GFP小鼠構建AMD模型,對其損傷的視網膜中小膠質細胞進行動力學檢測,證實其可以遷移到受損區域,并通過直接吞噬清除受損組織細胞及視網膜中異常沉積的Aβ復合物來促進修復炎性損傷。該方式對于視神經元的保護、損傷修復具有重要意義。
2.2 Aβ與巨噬細胞
巨噬細胞作為視網膜中另一重要的免疫細胞,通常被促炎性細胞因子激活。隨著年齡的增長,由于包括Aβ在內的毒性物質的累積,外視網膜與其血液供應之間的界面滲透性降低,這也伴隨著巨噬細胞數量的增加和慢性炎癥的發生,提示Aβ也同樣對巨噬細胞有一定的調節作用。早在十年前,Perez等[18]就在AD小鼠模型視網膜上發現了呈年齡依賴性的Aβ斑塊形成,同時伴隨小膠質細胞的活化和視神經功能缺陷。隨后Hoh Kam等[19]對AMD衰老小鼠模型進行為期24個月的病理監測,發現建模后12~24個月期間小鼠眼底含有Aβ的巨噬細胞數量隨年齡增長呈進行性增加,且在形態上顯示出樹突樣改變。在該研究中,研究人員還對年齡跨度為31~90歲的4份人視網膜組織樣本進行了免疫熒光染色,發現隨著年齡增大Aβ的累積程度也隨之上升,這一結果與上述小鼠衰老模型的表現具有高度相似性,進一步證實了這一結論。此后,Lee等[20]研究發現,維生素D可以抑制AMD衰老小鼠模型的Aβ累積,且其視網膜巨噬細胞數量隨之大量減少,樹突樣結構也相應減少且細胞胞體增大。這進一步反向證明了上述結論。
3 Aβ激活炎癥免疫通路
3.1 核因子κB(NF-κB)信號通路
Aβ通常以寡聚形式Aβ1-40和Aβ1-42在人體內表達。Aβ1-40可與炎性反應因子相互作用,促進視網膜局部炎癥反應,導致視網膜變性并加快AMD的發生和發展。NF-κB信號通路在AMD炎癥信號轉導中發揮重要作用,并同時介導細胞凋亡及氧化應激的發生。Wang等[21]通過玻璃體內注射Aβ1-40建立萎縮型AMD大鼠模型,發現其細胞熒光素酶報告顯示出增強的NF-κB活化,且大鼠視網膜神經纖維層、RPE和脈絡膜組織中NOD樣受體蛋白3(NLRP3)小體激活,伴隨下游IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α水平明顯升高,且在使用該通路抑制劑長春西汀時,相關炎癥反應被抑制[22]。Lin等[23]在AMD小鼠模型中證明,Aβ參與NF-κB信號通路活化的具體成分為RelA、RelB和c-Rel等Rel蛋白,其均可以被Aβ激活,并介導促炎性細胞因子的轉錄和RPE損傷。Cao等[24]對5只人眼AMD供體樣本進行RPE分離,發現NAD-依賴性去乙酰化酶Sirtuin-1激活劑SRT1720可通過NF-κB信號通路負調節Aβ誘導的眼內炎癥,消除Aβ誘導的RPE屏障破壞以及下游炎癥因子的表達,起到對RPE的保護作用。上述實驗證實,Aβ1-40通過觸發NF-κB信號通路,并誘導其下游NLRP3炎癥小體的激活,或許是導致RPE炎癥產生及功能障礙的重要因素。
3.2 Toll樣受體(TLR)4信號通路
TLR4是一種模式識別受體,是在外界刺激介導由外源和內源配體促炎反應引發的一種關鍵受體,具有炎癥反應放大器的作用,TLR4介導的信號通路可能有助于TLR4陽性動物模型中視網膜變性加速[25]。Ross等[26]通過給予Ccl2?/?/ Cx3cr1?/?小鼠脂多糖刺激建立AMD動物模型,成功誘導出玻璃膜疣結構且Aβ表達增加,同時伴隨TLR4過表達,提示了二者強烈的相關性。隨后Chen等[27]發現,體外培養ARPE-19細胞系并給予Aβ1-40刺激可通過激活玻璃膜疣和RPE中TLR4來銜接蛋白MyD88,刺激其下游炎癥因子IL-6、IL-8、IL-33以及血管內皮生長因子(VEGF)和血管生成素2的表達,從而介導視網膜的衰老、變性并促進炎癥發生和血管生成;而TLR4抑制劑可有效降低Aβ誘導的VEGF和炎癥因子的表達。研究表明,中國人群樣本中,TLR4基因rs4986790的多態性與AMD易感性之間存在顯著關聯[28]。這些研究結果說明,Aβ可通過激活TLR4信號通路介導視網膜慢性炎癥反應,加速AMD病程。
4 Aβ調控免疫分子
4.1 Aβ激活炎性介質
在AMD炎癥反應中,一些炎癥因子不僅作為某些信號通路的下游被激活,還可通過直接和間接機制在RPE細胞中被Aβ誘導表達。研究表明,體外培養的人RPE細胞在Aβ1-40刺激下,其IL-8和IL-33基因表達上調[29]。
4.1.1 IL-33
IL-33是一類新發現的IL分子,由于其配體在結構上與其他IL-1類受體均具備TLR的相似性被歸類為IL-1家族。其具有放大先天免疫反應、介導Th2細胞所激發的免疫應答反應并導致特異性的組織病理改變等多重效應,其在肝、腸及關節等疾病炎性狀態中的高水平表達也證明了這一點。
盡管已有廣泛研究證明了IL-33對各種細胞的影響,但其在RPE細胞中的具體作用尚不明確。Chen等[27]和Kurji等[29]分別對ARPE-19細胞系及人肽RPE細胞進行體外培養并給予Aβ1-40和Aβ1-42刺激,發現IL-33 mRNA表達上調。另有實驗研究發現,在對RPE細胞系D407進行定量Aβ刺激時,細胞內IL-33水平顯著增高,并通過與RPE膜表面受體生長刺激表達基因2蛋白以及信號傳導蛋白酰基載體蛋白形成受體復合物,將活化的信號傳遞至細胞內,同時IL-33可分別通過p38絲裂素活化蛋白激酶(p38 MAPK)、細胞外信號調節激酶1/2(ERK1/2)、NF-κB、c-Jun氨基末端激酶信號通路誘導RPE細胞中IL-6、IL-8、IL-1β和TNF-α的表達并在炎癥反應中發揮作用[30]。該實驗還證明了IL-33相關的信號轉導途徑,即p38 MAPK信號通路僅調控IL-33的轉錄,而ERK1/2信號通路可調控IL-33的表達。上述研究結果表明,IL-33在AMD炎癥免疫反應中有著重要作用,IL-33或可成為AMD炎癥免疫調控的一種潛在靶點。
4.1.2 IL-8和基質金屬蛋白酶9(MMP-9)
慢性炎癥常與AMD的發病機制有關,其來源通常歸因于隨著時間的推移免疫細胞的逐步激活。但最近研究表明,Aβ促進RPE細胞衰老,并通過分泌生長因子、蛋白酶和炎性細胞因子來改變組織微環境。Feng等[31]在一種加速衰老的萎縮型AMD小鼠模型(SAMP8小鼠)中發現Aβ大量沉積,并伴隨IL-8表達明顯上調,表明Aβ在AMD中具有炎癥誘導作用。Liu等[32]通過向C57BL/6小鼠注射Aβ1-42成功構建AMD模型,且小鼠視網膜中IL-8基因過表達。Cao等[33]給予人RPE細胞一定量Aβ刺激,發現其可誘導RPE老化,并通過逆轉錄聚合酶鏈反應、酶聯免疫吸附試驗和明膠酶譜等方法檢測到其誘導了IL-8及MMP-9的大量表達;其中MMP-9可誘導閉合蛋白復合體及緊密連接蛋白-1解體,并促進趨化因子聚集,進而影響RPE間的緊密連接,致使視網膜外屏障完整性受損,以及進一步活化IL-8,而IL-8本身是一種強大的趨化誘導劑,與炎癥反應和新生血管形成等過程的放大相關[34]。Chen等[27]研究表明,MMP-9的沉默保護了衰老RPE細胞屏障的完整性,有效降低了Aβ的視網膜毒性。
還有研究表明,Aβ與氧化應激及活性氧(ROS)的產生密切相關[35],而ROS的產生可誘導大量IL-8分泌。由于其趨化能力,IL-8的釋放可能是在AMD患者玻璃膜疣形成區域觀察到炎癥細胞聚集的原因。綜上所述,Aβ通過改變衰老RPE細胞的分泌模式導致RPE屏障完整性受損及特異性炎癥因子分泌增加,以及誘導RPE發生氧化應激反應,從而形成眼內促炎微環境,這可能成為AMD慢性炎癥的另一個來源。
4.2 Aβ激活補體系統
在人體中,肝臟是血清補體合成的最主要器官;而肝外補體蛋白的合成,如人眼內部局部補體的合成,與局部炎癥反應密切相關。人體中主要有補體經典途徑和補體經典途徑兩種補體途徑。補體經典途徑由補體1(C1)-補體9(C9)通過級聯反應激活完成,其中C1作為起始點有著十分重要的作用;補體旁路途徑由補體調控蛋白直接激活補體3(C3)觸發,而后進行級聯反應,因此C3扮演著重要角色,同時其也是人血清中含量最豐富的補體成分。最終二者形成補體反應末端產物膜攻擊復合體(MAC)導致炎癥反應的放大及相關細胞的死亡。
4.2.1 Aβ與補體因子(CF)相互作用參與補體旁路途徑激活
RPE細胞表達CFI、CFH、CFB以及C3、C5的mRNA,提示AMD中RPE參與補體旁路途經激活的調控[36]。CFI及CFH都是已知的補體系統抑制劑,CFI作為絲氨酸蛋白酶,通過裂解C4b和滅活C3b并將C3b轉化為無活性的C3b(iC3b)參與經典和旁路途徑的調節;而CFH作為AMD病理反應中最先被發現的補體蛋白,在補體旁路途徑中,作為CFI的輔助因子參與C3b的降解以及C3bBb的失活從而調節C3b的濃度。在Aβ刺激下,RPE細胞分泌的CFH和CFI數量下降,但RPE裂解后C3、CFH和CFI表達有所增加,可歸因于上述分子在RPE膜處被Aβ捕獲并結合。Wang等[37]通過細胞實驗和動物實驗發現,Aβ通過阻斷CFI的功能導致iC3b的產量降低,激活玻璃膜疣內的補體系統,從而導致視網膜下組織的低度慢性炎癥。而后Lashkari等[38]采集了194例AMD患者的血清學樣本進行CFI活性測量,發現Aβ通過與CFI結合使其酶活性降低至原來的1/5,導致C3b裂解被抑制,補體系統激活,通過異常激活補體途徑介導慢性炎癥的發生。
4.2.2 Aβ與C1相互作用參與補體經典途徑激活
在補體經典途徑的激活中,C1作為起始成分,有C1q(參與識別)、C1r和C1s(參與催化反應)3種亞單位形式。Jiao等[39]在構建C1qa-/-小鼠AMD模型時,發現活化的小膠質細胞產生的補體成分C1與C1q結合,激活補體級聯反應,介導炎癥的發生。有學者通過玻璃體內注射Aβ1-42成功構建AMD小鼠模型,并發現C1q的表達從1~7 d均增加[23],驗證了上述觀點。
4.2.3 Aβ與MAC
作為補體途徑末端產物,MAC是AMD發病機制中的重要角色,同時是NLRP3炎性小體的激活劑。但目前關于MAC與Aβ之間的相互作用知之甚少。早期研究發現,MAC與Aβ在RPE和脈絡膜組織中的累積均呈年齡相關性[40]。給予體外培養的RPE細胞0.3 μm水平Aβ1-40刺激,其MAC沉積率由總RPE數的3.73%增加至17.52%,且其介導的炎癥小體激活水平也有所增加;而給予MAC抑制劑金精三羧酸絡合物后,其MAC水平明顯減低,并伴隨著Aβ、IL-18、IL-1β、Caspase-1裂解水平降低[41]。這證實了Aβ與MAC之間呈劑量依賴性相互促進激活作用,并且進一步說明MAC誘導的NLRP3激活可能是正常老化眼視網膜外慢性促炎環境的重要原因。而后Lin等[23]通過玻璃體內注射Aβ1-42成功構建AMD小鼠模型,且其發現在Aβ1-42刺激1~7 d,MAC調節酶CD59a的表達增加。上述研究結果均提示,Aβ對MAC具有顯著的正向調節作用。
5 Aβ與復雜炎癥免疫網絡
AMD作為一種發病機制復雜的年齡相關性退行性疾病,其初始病變即伴隨免疫炎癥反應的發生,其早期表現玻璃膜疣與Aβ密切相關,隨著疾病進展,出現眼內免疫系統紊亂、炎癥反應物累積以及RPE細胞凋亡。Aβ所調控的免疫細胞、炎癥通路、免疫分子之間關系密切,三者形成復雜的炎癥免疫網絡并導致炎癥反應進一步擴大,包括炎癥因子與補體、炎癥通路與免疫分子、免疫細胞與免疫因子之間的關系等等。
Aβ可誘導RPE分泌促炎因子,其中IL-1β可以隨后促進IL-8的過表達,其激活機制包括ROS產生等[42]。而IL-8,作為重要的趨化因子,可向RPE遷移并促進中性粒細胞、巨噬細胞等免疫細胞的激活[43]。且越來越多的證據表明補體C1q激活NK-κB通路下游的NLRP3介導的炎癥反應[44],并可調節小膠質細胞對Aβ吞噬作用[45]。可見AMD的發生并不是單一的炎癥反應造成的,單一的免疫抑制未必能在AMD的病程中發揮作用,將AMD患者眼內被破壞的免疫系統重新平衡才是未來的發展方向。