錯誤折疊蛋白質(zhì)在大腦中聚集，是神經(jīng)退行性疾病的一個共同特征。例如亨廷頓（HTT）蛋白和tau蛋白形成的大量聚集體會導(dǎo)致神經(jīng)元退化甚至死亡，進而引發(fā)亨廷頓病（HD）等癥狀[1]。
實際上，細胞自身能夠通過自噬來清除有毒物質(zhì)。但研究表明，在神經(jīng)退行性疾病中，神經(jīng)元的自噬功能被破壞，導(dǎo)致神經(jīng)元無法及時有效地丟棄這些有害的錯誤折疊蛋白質(zhì)[2]。因此，為確定治療靶點，需要了解神經(jīng)元自噬抑制的潛在機制。目前，大多研究關(guān)注于神經(jīng)元以細胞自主性機制來調(diào)節(jié)自噬，而忽視了大腦中其它類型細胞是否通過旁分泌信號分子來影響這一過程。
近日，一篇發(fā)表在《神經(jīng)元》期刊上的文章則提出，激活的小膠質(zhì)細胞參與調(diào)控神經(jīng)元的自噬，并從現(xiàn)成的HIV藥物中找到了相應(yīng)的解決方案[3]。
英國劍橋大學(xué)的David C. Rubinsztein帶領(lǐng)他的團隊發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)退行性疾病中，活化的小膠質(zhì)細胞會分泌趨化因子CCL3、CCL4、CCL5，這些因子與神經(jīng)元表達的CCR5結(jié)合后，通過mTORC1信號通路來抑制神經(jīng)元自噬。
使用CCR5拮抗劑馬拉韋羅（Maraviroc）——一種已由FDA獲批用于HIV治療的藥物，可以緩解神經(jīng)退行性疾病小鼠的異常蛋白質(zhì)聚集，改善認知。
小膠質(zhì)細胞是大腦的常駐免疫細胞，具有維持大腦結(jié)構(gòu)和功能、參與神經(jīng)元信號傳遞、免疫調(diào)節(jié)和參與大腦損傷修復(fù)等作用。
在亨廷頓病和阿爾茨海默病的前驅(qū)期，小膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺谞顟B(tài)并被激活，會分泌一些趨化因子或細胞因子，同時神經(jīng)元中也表達有相應(yīng)受體。這些因子與神經(jīng)元中受體之間的相互作用可能會激活神經(jīng)毒性通路，但尚不清楚是否調(diào)節(jié)神經(jīng)元自噬。
在這項研究中，David C. Rubinsztein等人首先在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，與非活化狀態(tài)相比，小膠質(zhì)細胞被脂多糖和干擾素γ激活后，CCL3、CCL4和CCL5這三種趨化因子表達高度上調(diào)，尤其是CCL5。
在與神經(jīng)元共培養(yǎng)時，活化的小膠質(zhì)細胞通過分泌CCL3、CCL4和CCL5來抑制神經(jīng)元的自噬行為，表現(xiàn)為神經(jīng)元中與自噬相關(guān)的LC3-II蛋白水平顯著減少。如果將培養(yǎng)基中這三種趨化因子消耗殆盡，神經(jīng)元的自噬則不再受抑制。
小膠質(zhì)細胞激活后分泌更多的CCL3、CCL4、CCL5（D）；將培養(yǎng)基中這三種趨化因子消耗盡后，神經(jīng)元的自噬不再被抑制
趨化因子CCL3、CCL4和CCL5，都是CCR5的高親和力配體。而說起CCR5，我們更熟悉其在艾滋病治療領(lǐng)域的意義。
CCR5是人類免疫細胞表面的一個受體分子，可以被HIV病毒利用以進入T細胞，從而導(dǎo)致艾滋病的發(fā)生。使用CCR5拮抗劑可以有效抑制HIV病毒的侵入，減少病毒復(fù)制和傳播，例如藥物馬拉韋羅（Maraviroc），已經(jīng)被用于臨床治療艾滋病超過十年。最近，CCR5被證明在神經(jīng)元中表達，但其作用仍不清楚。
在這里，研究者們發(fā)現(xiàn)，CCR5介導(dǎo)了神經(jīng)元自噬抑制效應(yīng)。
從機制上來看，大量CCL3、CCL4和CCL5由活化的小膠質(zhì)細胞釋放后，與神經(jīng)元表達的CCR5結(jié)合。結(jié)合后，神經(jīng)元中的PI3K-AKT-TSC2通路被激活，進而激活mTORC1，從而抑制神經(jīng)元自噬。
CCR5抑制神經(jīng)元自噬的機制
有了體外實驗結(jié)果，研究者們繼續(xù)在小鼠身上尋找更多的答案。
利用亨廷頓疾病小鼠模型以及tau蛋白聚集小鼠模型，研究者們先是驗證了上述結(jié)論。
與沒有患病的小鼠相比，這些發(fā)生神經(jīng)退行性疾病的小鼠大腦中，神經(jīng)元的CCR5表達水平升高；小膠質(zhì)細胞被激活，大腦中CCL3、CCL4和CCL5水平更高；mTORC1信號通路上調(diào)，LC3-II蛋白水平下降。如果使用遺傳學(xué)手段將小鼠大腦中的CCR5耗竭，可以顯著下調(diào)mTORC1信號通路，并降低HTT蛋白聚集體和不溶性tau蛋白的數(shù)量。
tau蛋白聚集小鼠模型大腦中CCR5水平明顯提高
除此之外，研究者們發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)退行性疾病的前驅(qū)期，小鼠大腦中的CCR5就已經(jīng)開始抑制神經(jīng)元自噬，而且隨著疾病進展，tau蛋白聚集還會反過來驅(qū)動CCR5介導(dǎo)的自噬抑制效應(yīng)。
如此來看，CCR5是調(diào)節(jié)神經(jīng)元自噬的重要開關(guān)。那我們不妨嘗試利用現(xiàn)成的藥物來關(guān)閉神經(jīng)元上的CCR5，也就是剛才提到的CCR5拮抗劑馬拉韋羅。
研究者們在8個月齡的神經(jīng)退行性疾病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，與空白載體治療組相比，持續(xù)4周每日腹腔注射馬拉韋羅顯著減少了患病小鼠神經(jīng)元中的mTORC1異常激活，HTT蛋白或tau聚集體數(shù)量減少，tau蛋白聚集小鼠的認知功能得到改善。
亨廷頓疾病小鼠接受治療后，神經(jīng)元自噬抑制作用解除
以上結(jié)果說明，抑制CCR5可有效解決神經(jīng)退行性疾病小鼠模型中的mTORC1異常激活以及自噬抑制效應(yīng)，并改善這些疾病的臨床表現(xiàn)。
最后，研究者們很想知道為什么神經(jīng)元里會多出這么些CCR5。
一系列研究結(jié)果顯示，CCR5本身也是自噬底物，正常情況下理應(yīng)在神經(jīng)元中通過自噬效應(yīng)維持在正常水平。但是由于CCL5與CCR5的結(jié)合導(dǎo)致自噬被抑制，神經(jīng)元無法丟棄多余的CCR5，導(dǎo)致惡性循環(huán)的開始。換句話說，CCR5可以通過抑制自噬來調(diào)節(jié)其在神經(jīng)元上的表達。
如果將自噬相關(guān)蛋白ATG16敲除，這種惡性循環(huán)則被終止，與CCL5的結(jié)合不會引起CCR5的水平異常提高。
研究者們表示，馬拉韋羅只是投石問路。在之前CCR5拮抗劑的開發(fā)過程中，還有許多候選藥物因?qū)IV無效而宣告失敗，但我們或許可以在這之中尋找到更多具有預(yù)防神經(jīng)退行性疾病潛力的藥物[4]。
參考文獻：
[1]Soto, C., and Pritzkow, S. (2018). Protein misfolding, aggregation, and conformational strains in neurodegenerative diseases. Nat. Neurosci.21, 1332–1340. https://doi.org/10.1038/s41593-018-0235-9.
[2]Feng, Y., He, D., Yao, Z., and Klionsky, D.J. (2014). The machinery of macroautophagy. Cell Res. 24, 24–41. https://doi.org/10.1038/cr.2013.168.
[3]https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00268-4#%20
[4]https://ukdri.ac.uk/news-and-events/hiv-drug-helps-protect-against-build-up-of-dementia-related-proteins-in-mouse-brain
