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摘要：研究发现CD33在人脑小胶质细胞中表达，小胶质细胞作为中枢神经系统(CNS）免疫细胞，吞噬β淀粉样蛋白（Aβ）和tau等异常聚集蛋白。近年来研究发现，参与机体免疫应答的CD33SNPs被证实与阿尔茨海默病(AD)的发病风险密切相关，且已观察到CD33对AD相关病理发挥作用,动物模型为CD33与AD之间的关联提供了直接和可信的证据。本文就CD33单核苷酸多态性调控小胶质细胞功能及参与阿尔茨海默病发病机制的研究进展进行综述。
关键词：阿尔茨海默病；CD33；小胶质细胞；单核苷酸多态性；β淀粉样蛋白
本文引用格式：冯小燕,韩吉祥,刘军莉.CD33单核苷酸多态性调控小胶质细胞功能及参与阿尔茨海默病发病机制的研究进展[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(82):100-101.
1CD33单核苷酸多态性调控小胶质细胞功能
1.1CD33
CD33(Siglec-3)是CD33Siglec家族的同名成员，其位于染色体19q13.3，编码CD33蛋白，有研究表明，其在骨髓细胞和小胶质细胞均有表达[1]。同时，研究发现其在单核细胞和中性粒细胞中也表达，与中性粒细胞不同，单核细胞的细胞表面高表达CD33，其内部也表达CD33[2]。唾液酸结合型免疫球蛋白样凝集素（Siglecs）可识别唾液酸，其是在鞘糖脂神经节苷脂亚类中大量存在的即9种碳骨架单糖，常存在于糖蛋白和糖脂的聚糖链的末端。唾液酸与小胶质细胞抑制性Siglecs的结合被认为可以抑制斑块的清除。Siglecs是一种膜蛋白，含有一个胞外区，含有不同数量的免疫球蛋白结构域和一个介导唾液酸识别的同源末端V-set结构域，随后是不同数量的C2-set结构域、单通道跨膜结构域和细胞内尾巴。CD33Siglecs通常表达于免疫细胞表面，其与胞外配体结合后影响细胞内的活化状态[3,4]。CD33Siglecs被分类为抑制或活化，它是根据配体与受体结合后对免疫细胞活化的影响进行分类。抑制性Siglecs在其胞内域携带基于酪氨酸的免疫受体抑制基序(ITIM)和ITIM样基序，当配体与免疫受体结合致这些基序中一个酪氨酸残基的磷酸化，即SiglecITIM的磷酸化为含SH2的酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2创造了一个结合位点[3]，进而启动了抑制免疫反应的信号级联反应。而免疫激活Siglec通过磷酸化DAP12的基于酪氨酸的免疫受体激活基序（ITAM）募集脾酪氨酸激酶（Syk）[3]。SHP-1和SHP-2的耗竭导致CD33受体内吞作用轻微的增加，而耗竭Syk则没有作用，这意味着SHP-1和SHP-2可以使ITIMs去磷酸化或掩盖磷酸化的ITIMs与内吞接头的结合[5]。当ITIMs被磷酸化时，通过胞内区抑制CD33的内化部分被解除，并表明SHP-1和SHP-2可以调节这个过程[5]。ITIM和ITAM信号之间似乎以静态平衡的方式调节小胶质细胞的功能[5]。DAP12是原型ITAM家族成员，作为多种细胞表面受体的辅助受体，包括TREM2，该基因与AD风险密切相关[5-7]。DAP12的ITAM区域招募的主要激酶是Syk，其是一种多结构域蛋白，由两个串联的SH2结构域、一个较大的连接区域（结构域B）和激酶结构域组成，研究表明，ITAM序列不仅是Syk活性的靶点，也是Syk活性的调节因子[8]。
目前被广泛接受的AD发病机制的模型是“淀粉样蛋白假说”，即淀粉样蛋白的生成和自组装增加。AD的两种组织病理学标志是由β淀粉样蛋白（Aβ）组成的细胞外淀粉样斑块，以及异常聚集、过度磷酸化的tau蛋白来源的神经元内的神经原纤维缠结(NFTs)，最终导致神经退行性改变。因此，进一步理解调节Aβ的生成和沉积及清除机制是有必要的。近期，对CD33基因多态性的分析提示其与AD风险之间存在相互作用,且CD33似乎可通过小胶质细胞调控Aβ，而CD33可能改善AD的治疗方法。
近年来，研究发现CD33的等位基因影响迟发型阿尔茨海默病(LOAD)的风险[9,10]。与LOAD相关的主要单核苷酸多态性(SNPs)为rs3865444和rs3826656,分别位于CD33编码区上游373bp和1722bp。有研究发现CD33中SNPs关联的有力证据，CD33是一个位于距离APOE大约6Mb的基因，证实CD33为负荷风险位点（rs3865444），且此位点与LOAD相关。该SNPrs3865444的次要等位基因具有保护性[11]，这一结果在人群中得到了成功的验证[9]。有研究确定了rs3865444是AD相关的启动子SNP，且已证实rs12459419与rs3865444存在连锁不平衡，rs12459419调节CD33外显子2剪接[12]。值得注意的是，经不同剪切的CD33基因产物对小胶质细胞吞噬Aβ的效果不同，其中表达常见亚型CD33的小胶质细胞其对Aβ的吞噬作用被抑制，而D2-CD33(CD33常见次要亚型，缺失外显子2)则可抵消这一作用[12]。上述两项结果提示了非常有力的证据，即CD33的减少或D2-CD33的增加降低了AD风险。而研究发现rs201074739，一个排除CD33的4-bp indel，似乎与AD风险无关[13]。CD33的多态性在不同种族人群中存在差异，研究发现rs3865444在中国北方汉族人群中的次要等位基因频率为17%[14]，显著低于欧美人群(30%)[9]。有趣的是，有研究证明rs3865444的次要等位基因A似乎是汉族人群AD的危险而非保护性等位基因[14]。全基因组关联研究(GWASs)发现CD33是与欧美人群晚发性AD(LOAD)相关的一个强遗传位点[9]，这些发现在其他种族群体中也得到了验证[14]。此外，一些研究人员证实rs3865444多态性存在连锁不平衡(LD)[12]，其功能多态性对AD风险有很强的影响，这些变异体之间的LD程度通常因人群而异，这导致rs3865444在一些人群中赋予AD风险，而在其他人群中提供AD保护作用。另一个可能的解释是rs3865444和AD之间的联系受不同人群环境和生活方式因素的影响。
2CD33参与阿尔茨海默病发病机制的研究进展
2.1AD中的CD33水平
有研究发现CD33在人脑小胶质细胞中表达，且分析CD33亚型识别出了一种缺乏外显子2的常见亚型(D2-CD33)[12]。SNPrs3865444与缺乏外显子2的CD33增加有关，并且rs3865444通过外显子2多态性与CD33外显子2剪接效率相关[12]。研究发现，外显子2编码CD33IgV结构域，该结构域通常介导Siglec家族成员与唾液酸结合，发挥功能。相对于年龄匹配的对照组，AD患者大脑中CD33蛋白水平以及CD33阳性小胶质细胞的数量增加。相反的，CD33抗AD的SNPrs3865444导致CD33小胶质细胞表达和不溶性Aβ的水平降低[1]。有研究发现CD33表达与小胶质细胞mRNA表达密切相关[12]。也有研究发现CD33mRNA在AD中显著增加，表明小胶质细胞中CD33转录的潜在上调[1]。这与其他研究者的研究一致，研究表明当纠正小神经胶质细胞数量后，CD33表达水平的升高与AD相关，同时发现CD33表达与疾病状态和临床痴呆评级相关[15]。有遗传学研究表明CD33SNPrs3865444的次要(T)等位基因在AD中具有保护作用[9,16]。有研究证实这一保护作用，AD中SNPrs3865444的(T)等位基因导致大脑中CD33水平的降低,被发现与AD患者大脑皮层中淀粉样蛋白斑块负荷的降低有关[1]。除此之外，当比较SNPrs3865444携带CC风险基因型与SNPrs3865444携带AA保护基因型的单核细胞时，发现CD33细胞表面表达增加7倍，提示rs3865444的风险等位基因(C)与CD33水平升高相关。与此同时，该发现在有或无AD的老年人中得到验证[17]。研究发现，在AD和对照受试者中，次要(T)等位基因与CD33蛋白水平降低相关，值得注意的是，该等位基因携带者的CD33mRNA水平并没有降低[1]。一种合理的解释是rs3865444SNP与位于编码区的功能变异体存在连锁不平衡，这影响mRNA的翻译而不是其稳定性。总之表明，AD脑内CD33mRNA和CD33蛋白水平升高，保护性等位基因携带者CD33蛋白水平降低，提示CD33表达升高在AD的病因和（或）发病机制中起直接作用。
2.2AD患者中CD33调节小胶质细胞摄取β淀粉样蛋白
AD被认为是一种蛋白聚集障碍，其中β淀粉样蛋白(Aβ)和tau蛋白两种蛋白在大脑中的聚集是AD病理生理学的关键参与者。淀粉样蛋白假说强调了Aβ病理在AD发病机制中的重要作用，其被认为驱动了一系列病理级联反应，然而，还有许多额外的细胞通路、过程和分子参与了AD发病机制，并且将继续被发现，它们在疾病中发挥重要作用，最终导致认知损害。为了探索AD患者中CD33小胶质细胞表达与β淀粉样蛋白病理是否相关，有研究者用硫磺素S（检测淀粉样斑块）和直接针对CD33的抗体和小胶质细胞标记物Iba1标记AD额叶皮层，该研究揭示了整个AD皮质广泛分布CD33阳性小胶质细胞，同时CD33阳性小胶质细胞富集到淀粉样斑块周围，这说明了AD患者中CD33小胶质细胞表达与β淀粉样蛋白病理相关[1]。此外，研究发现小胶质细胞表达CD33增加可阻止抗体清除，并进一步提示CD33免疫反应性小胶质细胞在AD大脑抗体病理中的功能[1]。与此同时，在AD患者中CD33阳性的小胶质细胞数量增加，而在保护性等位基因携带者中减少，提示小胶质细胞的CD33活性可能影响AD的病因和/或发病机制。因缺乏CD33的淀粉样前体蛋白/早老素1(APP/PS1)转基因小鼠表现出Aβ水平显著降低以及脑内淀粉样斑块负荷减少，所以，这种直接的联系CD33和Aβ病理已经从AD动物模型中收集到，有趣的是，CD33缺陷和野生型细胞的Aβ降解率没有差异，因此CD33直接调节小胶质细胞对Ab42的摄取，而不是降解[1]。小神经胶质细胞在AD发病机制中发挥关键作用[18]。有研究者报道了，富含丝氨酸和精氨酸的剪接因子1(SRSF1)和多嘧啶束结合蛋白1(PTBP1)是表达的mRNA亚型中CD33外显子-2包涵体的剪接增强子，其增加成熟CD33mRNA中exon-2的包含[19]。在体外和体内，缺乏exon-2的mRNA亚型产生的CD33蛋白在功能上不能抑制小胶质细胞活化和淀粉样斑块吞噬[1，17]。近期，有研究发现姜黄素可恢复先天免疫性阿尔茨海默病风险基因表达以改善阿尔茨海默病，即在人AD脑和小鼠脑切片的体内和离体试验中，低剂量姜黄素（Curc-lo）刺激小胶质细胞迁移和吞噬淀粉样斑块。在没有淀粉样蛋白的条件下（体外人类小神经胶质细胞，老年野生型小鼠），Curc-lo同样降低了CD33，增加了TREM2，这预计可以降低AD风险[20]。姜黄素是一种免疫调节治疗，能够模拟抗Aβ疫苗，通过减少CD33和增加TREM2刺激淀粉样蛋白的吞噬细胞清除，同时恢复神经退行性疾病中涉及的神经炎症网络。通过降低CD33来降低AD风险，这与我们之前的研究一致，进一步说明CD33水平在AD中的重要作用。基于这些观察结果，我们认为小胶质细胞中CD33活性的增加通过阻止抗体摄取从而增强其毒性，促进了AD的病因学和/或发病机制。因此，抑制CD33活性可能代表一种预防和治疗AD的新方法。总之，表明CD33调节小胶质细胞摄取Aβ。具体来说，较低水平的细胞表面CD33增强了Aβ的内化，而较高水平的CD33则削弱了这一过程。
3展望
综上所述，淀粉样蛋白-β肽(Aβ)级联假说认为Aβ蓄积是阿尔茨海默病(AD）的基本始动因素，越来越多的证据表明Aβ清除障碍而不是其过度产生是AD的主要致病事件。小胶质细胞在AD中发挥重大作用，即清除Aβ。CD33表达于人脑内小胶质细胞表面介导小胶质细胞清除Aβ，Griciuc等人[1]研究证明，CD33通过损害小神经胶质细胞介导的Aβ清除而促进AD的发病。近年来，随着人类基因组单核苷酸多态性（SNPs）研究的不断深入，许多的证据表明AD是一种多基因病。CD33作为AD相关的风险基因之一，表达于脑内小神经胶质细胞表面，与唾液酸结合抑制Aβ清除，在未来靶向抑制CD33及抑制唾液酸等小分子化合物成为治疗AD的可能。研究表明当小鼠敲除CD33基因时，并没有表现出解剖缺陷，体内CD33缺陷是可行的，这意味着靶向CD33可能是AD治疗的一个安全选择。值得关注的是，有研究者已经证实rs12459419与CD33外显子2剪接之间的关联，且急性髓系白血病(AML)的研究人员对CD33作为基于抗体的AML治疗的靶点感兴趣，且有研究提示较低的CD33或增加的D2-CD33也可能减轻AML的严重程度。近期研究发现，先天免疫调节中枢基因在AD基因的转录控制下，可被姜黄素协同调控，以模拟Aβ免疫治疗，并在体外和体内控制淀粉样蛋白的信号和吞噬清除。TREM2和CD33均由小胶质细胞和其他细胞类型表达，因此突出了以这一通路为靶点的潜在治疗相关性。这些靶点将小胶质细胞中CD33的活性与抗体识别和摄取过程联系起来，并有望开发出预防和治疗AD的新型治疗药物。此外，有研究者研究CD33常见变异与AD相关MRI神经影像学表型之间的相关性，研究证实CD33基因变异与明显的AD相关的脑结构萎缩相关，包括MRI成像中的海马旁和海马，这些发现提供了CD33多态性作用于AD风险的潜在机制[21]。目前，对于CD33还知之甚少。对于患有临床前AD的个体进行研究，将有望确定该人群中特定生物标志物的预测价值，故而进一步阐明并利用其功能，CD33可能会成为AD预防和治疗的靶点。
参考文献
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