《Frontiers in Immunology》：Immune crosstalk in Alzheimer’s and Parkinson’s disease: insights from Drosophila models into the brain–peripheral immune axis
1 引言
神经免疫对话指的是中枢神经系统（CNS）与免疫系统之间动态、双向的通讯，涵盖分子信号、细胞相互作用和系统性反馈回路。在神经退行性疾病如阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）中，这种通讯变得慢性失调，导致称为“炎性衰老”的持续、非缓解的炎症状态，加剧神经元脆弱性并加速疾病进展。这种无菌性炎症由小胶质细胞和星形胶质细胞的持续激活驱动。重要的是，神经免疫对话并不局限于中枢神经系统。来自肠道、脾脏或全身循环的外周免疫信号可以通过细胞因子扩散、血脑屏障调节和免疫细胞浸润影响大脑功能。反之，中枢神经系统衍生的应激信号可以改变外周免疫状态，形成一个强化神经炎症和系统性免疫失衡的反馈环。
尽管啮齿类模型长期以来是神经退行性疾病研究的基石，但在剖析先天免疫信号传导的机制基础时往往存在不足。其复杂的免疫系统，包括多样的胶质细胞亚型、适应性免疫成分和冗余的信号网络，可能掩盖操纵个体先天通路的因果效应。
相比之下，黑腹果蝇为神经免疫研究提供了一个简化但进化上保守的平台。果蝇仅拥有先天免疫，但保留了与哺乳动物同源的核心信号通路，包括Toll、免疫缺陷（Imd）和JAK/STAT。这种流线型的结构使得能够精确剖析炎症级联反应，而不受适应性免疫的混杂影响。果蝇的免疫结构被划分为三个相互关联的系统：脑内常驻的胶质细胞、循环的血细胞和脂肪体。这些成分进行连续的分子对话，以维持机体稳态并协调对神经退行性应激的反应。起源于中枢神经系统的神经退行性应激会触发一系列器官间通讯。这种系统性信号传导由体液因子、细胞外囊泡以及Toll、Imd和JAK/STAT等保守通路介导。这些信号协调外周免疫激活并反馈到中枢神经系统，塑造神经炎症和变性的轨迹。
2 黑腹果蝇的神经免疫景观
2.1 免疫组件概述：胶质细胞、血细胞和脂肪体
在黑腹果蝇中，先天免疫依赖于三个专门化但又相互依赖的组织：中枢神经系统内的胶质细胞、血淋巴中循环的血细胞，以及作为系统性免疫和代谢中心的脂肪体。
胶质细胞驻留于中枢神经系统内，包括皮层胶质细胞、包裹胶质细胞和类星形胶质细胞等亚型，执行类似于哺乳动物小胶质细胞和星形胶质细胞的功能。它们通过激活Toll和JAK/STAT等保守免疫通路来应对损伤。
血细胞是主要的循环免疫细胞，在功能上类似于脊椎动物的巨噬细胞和髓系细胞。它们在血淋巴中巡逻，参与吞噬作用，并启动系统性反应。在神经退行性条件下，血细胞可以浸润中枢神经系统，调节胶质细胞活性。
脂肪体是中央代谢和免疫器官，类似于哺乳动物的肝脏和脂肪组织。它是合成和分泌系统性免疫介质（如抗菌肽（AMPs）、Unpaired（Upd）细胞因子和Eiger（一种TNF样配体）的主要场所，从而实现外周免疫与中枢神经系统常驻胶质细胞之间的对话。
2.2 黑腹果蝇的核心先天免疫信号通路
果蝇的先天免疫系统依赖于一套进化上保守的信号通路，这些通路检测微生物威胁和内源性应激，触发对宿主防御、组织修复和神经免疫调节至关重要的转录程序。这些通路，如NF-κB（Toll和Imd）、JAK/STAT以及应激激活激酶（JNK和p38 MAPK），是连接免疫激活与神经退行性结果之间的分子桥梁。
Toll和Imd通路是果蝇中两个典型的NF-κB信号模块，分别对应不同的微生物和应激信号。Toll通路主要由革兰氏阳性菌和真菌激活。Imd通路主要对革兰氏阴性菌和损伤相关分子模式作出反应。
Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK/STAT）通路介导系统性免疫信号传导和组织再生。它由Unpaired（Upd）细胞因子（如Upd1、Upd2和Upd3）激活，这些细胞因子在功能上类似于哺乳动物的IL-6。
JNK和p38 MAPK通路是保守的应激反应级联，将环境和细胞内应激与免疫激活联系起来。p38 MAPK通路响应渗透应激、热休克和氧化损伤等因素。JNK通路由细胞损伤和炎症信号触发，调节细胞凋亡、细胞因子产生和胶质细胞重塑。
2.3 与哺乳动物直系同源物的比较
黑腹果蝇的先天免疫系统为剖析保守的炎症信号传导提供了一个强大的简化框架。尽管结构简单，果蝇保留了核心分子模块，使其成为研究神经退行性变中免疫相互作用的理想模型。
相比之下，哺乳动物系统呈现出显著的复杂性。NF-κB的多个旁系同源物、多样的细胞因子受体以及重叠的信号级联引入了功能冗余，使得难以分离单个通路的贡献。此外，适应性免疫和特殊的胶质细胞亚型的存在进一步使解释复杂化。
3 脑内常驻免疫细胞与胶质细胞激活
3.1 与哺乳动物小胶质细胞和星形胶质细胞的功能相似性
在黑腹果蝇中，胶质细胞在维持神经完整性方面扮演核心角色，其功能与哺乳动物的小胶质细胞和星形胶质细胞高度相似。这些脑内常驻免疫细胞负责监测神经活动、调节突触结构并清除细胞碎片，从而确保环路稳定性和神经保护。
在胶质细胞亚型中，包裹胶质细胞和皮层胶质细胞与神经免疫相互作用特别相关。包裹胶质细胞包裹着突触神经纤维网，是中枢神经系统的主要吞噬细胞。它们在清除凋亡神经元和受损突触方面的作用在功能上类似于哺乳动物的小胶质细胞。皮层胶质细胞包围着神经元胞体，对于在发育过程中吞噬死亡神经元以及维持成年大脑中的稳态平衡至关重要。
这些胶质细胞群体受Draper介导的吞噬作用、JAK/STAT和NF-κB等保守信号通路的调节，这些通路协调免疫反应和结构重塑。
3.2 吞噬作用和碎片清除的机制
在黑腹果蝇中，胶质细胞的吞噬机制主要由进化上保守的受体Draper协调。Draper对于识别和吞噬神经元碎片、凋亡细胞和退化突触至关重要，这使其成为中枢神经系统免疫监视和重塑的核心调节因子。
最近的研究发现扩展了Draper在急性损伤反应之外的作用。在慢性神经退行性应激条件下，受损神经元释放损伤相关分子模式，激活Draper介导的吞噬作用。虽然这种机制对于维持神经完整性至关重要，但在存在神经毒性聚集物（如Tau或淀粉样蛋白-β（Aβ））的情况下，它可能被病理性地过度激活，导致过度的突触修剪和早期突触毒性。
3.3 局部先天通路（NF-κB/Relish）和ROS的激活
在黑腹果蝇中，神经退行性条件下的胶质细胞激活涉及保守的先天免疫通路的启动，最显著的是NF-κB信号级联。转录因子Relish是果蝇特异的NF-κB同源物，在响应应激和损伤时在胶质细胞中上调，反映了在哺乳动物小胶质细胞和星形胶质细胞中观察到的炎症反应。
这种炎症级联与氧化应激紧密耦合，特别是活性氧（ROS）的积累。神经退行性变相关基因（如LRRK2和DJ-1）已被证明会损害线粒体功能，导致ROS产生增加。ROS不仅损害细胞成分，还破坏线粒体动力学，加剧线粒体碎片化和功能障碍。由此产生的ROS-炎症反馈环路放大了胶质细胞的免疫激活，创造了一个自我延续的神经毒性循环。
4 外周免疫成分和系统性对话
4.1 血细胞功能与中枢神经系统通讯
在黑腹果蝇中，血细胞作为主要的循环免疫细胞，类似于哺乳动物的巨噬细胞和髓系谱系。这些细胞不仅对于吞噬病原体和凋亡碎片至关重要，而且还通过分泌抗菌肽和类细胞因子分子来启动和协调体液免疫反应。
最近的研究揭示了中枢神经系统与外周血细胞之间存在直接和动态的通讯轴。这种神经免疫对话由乙酰胆碱介导，这是一种由神经元和胶质细胞释放的神经递质，作用于血细胞上表达的烟碱型乙酰胆碱受体（nAchRs）。这种胆碱能信号机制在神经活动和免疫调节之间建立了一个快速且进化上保守的接口。
重要的是，这种中枢神经系统到血细胞的通讯是双向的。在应激条件下，特别是在神经退行性变期间，血细胞可以浸润大脑，在那里它们有助于碎片清除、细胞因子释放和胶质细胞调节。
4.2 脂肪体-大脑信号传导：细胞因子类似物
在黑腹果蝇中，脂肪体作为一个多功能器官，整合代谢调节、免疫监视和内分泌信号传导。类似于哺乳动物的肝脏和脂肪组织，它分泌保守的类细胞因子分子，介导对应激、感染和神经退行性变的系统性反应。
Upd家族（如Upd1、Upd2和Upd3）包含在结构和功能上类似于哺乳动物IL-6的细胞因子类似物。其中，Upd3在神经退行性模型中已成为关键介质。在中枢神经系统表达神经毒性蛋白（如Aβ42）会触发Upd3的释放，然后其系统性循环以激活骨骼肌中的JAK/STAT信号传导。
Eiger是果蝇的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）同源物，是一种脂肪体衍生的细胞因子，通过Wengen受体调节生长、代谢和向中枢神经系统的炎症反馈。除了代谢作用外，Eiger通过激活涉及细胞死亡、胶质细胞激活和突触重塑的JNK依赖性通路，促进神经退行性信号传导。
4.3 肠道微生物群和肠-脑-免疫轴的作用
肠-脑-免疫轴代表了一个动态的通讯网络，其中来自肠道微生物群和免疫系统的信号显著影响中枢神经系统功能。黑腹果蝇由于其遗传易操作性和简化的免疫结构，已成为剖析该轴的有力模型。
最近的研究表明，起源于肠道的免疫失调可以独立引发神经退行性变化，即使在没有典型的蛋白质聚集物如Aβ或tau的情况下也是如此。这一过程的一个关键参与者是Pirk，它是Imd/NF-κB通路的一个负调控因子。Pirk的缺失导致肠道上皮中NF-κB信号传导的过度激活，引起慢性炎症和系统性免疫失衡。
重要的是，微生物群的影响不仅限于驱动泛化炎症；它还能直接调节已建立的神经退行性蛋白病的严重程度。
4.4 免疫失调的时间层级
在黑腹果蝇中的研究揭示了免疫驱动的神经退行性变中存在时间层级，其中肠道成为病理起始的最早部位。这一过程的核心是Pirk，它是Imd/NF-κB通路的一个负调控因子。pirk的缺失导致慢性免疫过度激活，导致年龄依赖性神经表型。
使用组织特异性RNA干扰（RNAi），研究人员证明肠道特异性敲低pirk（特别是在肠道干细胞中）会诱导早发性神经退行症状，暗示肠道免疫系统是主要驱动因素。相比之下，胶质细胞特异性pirk敲低导致延迟的神经功能衰退，表明中枢神经系统炎症是整体病理的次要贡献者。
这种时间分层强调了外周免疫失调（特别是来自肠道生态系统）在启动和加速神经退行性变中的因果作用。
4.5 微生物群和AMP介质
在黑腹果蝇pirk突变体中，神经退行症状的早期发作由两个汇聚因素驱动：肠道菌群失调和AMP的慢性过度表达。pirk（Imd/NF-κB通路的一个负调控因子）的缺失导致肠道持续免疫激活，改变微生物组成并放大炎症信号。
实验证据表明，在无菌条件下饲养pirk突变体可显著挽救神经和睡眠相关缺陷，证实了微生物群的致病作用。此外，AMP基因AttacinD（AttD）的基因敲除可减轻行为损伤，暗示AMP毒性是中枢神经系统衰退的直接贡献者。
AMPs如AttD，虽然对病原体防御至关重要，但在慢性表达时可能变得具有神经毒性，特别是在肠道免疫失调的背景下。
5 神经退行性果蝇模型中的炎症
5.1 帕金森病的α-突触核蛋白模型
表达人α-Syn的多巴胺能（DA）神经元中的黑腹果蝇为PD提供了一个强大且遗传易操作的模型。这些果蝇重现了PD的标志性特征，包括进行性DA神经元丢失、运动缺陷和年龄依赖性神经退行性变。
对表达α-Syn的果蝇进行的纵向转录组学和蛋白质组学分析揭示了先天免疫通路的加速激活，特别是那些类似于中性粒细胞脱颗粒、血小板激活和NF-κB信号传导的过程，这些过程在人类PD患者中也观察到。这种上调比年龄匹配的对照组发生得更早、更强烈，支持了α-Syn毒性加速“炎性衰老”的假说。
重要的是，这种慢性炎症状态给神经元带来了分子负担。多组学分析揭示了对于神经元维持至关重要的通路早期且显著的下调。这些发现表明，炎症不仅从外部损害神经元，还将细胞资源从修复和稳态中转移开，从而损害神经元的恢复力并加速变性。
5.2 阿尔茨海默病的APP/BACE1和tau转基因模型
黑腹果蝇已被证明是剖析AD分子和免疫基础的有力模型。表达人Aβ42或Tau的转基因果蝇重现了关键的病理特征，包括进行性神经退行性变、行为障碍和免疫激活。
积累的Aβ肽已被证明是中枢神经系统和外周组织中先天免疫反应的有效激活剂，引发慢性炎症和胶质细胞反应性。
果蝇APP同源物Appl的过表达，结合人Tau，会导致严重的成年表型，包括轴突运输中断、突触功能障碍和寿命缩短。
机制研究进一步证明，调节肠道先天免疫信号（特别是通过Imd/NF-κB通路）可以改善Aβ诱导的行为和生存损伤，突出了肠道免疫 tone 与中枢神经系统病理之间的系统性联系。
此外，在双转基因模型中，Tau和α-Syn之间的相互作用已被证明会增强神经毒性，表明蛋白质聚集协同作用加剧了炎症信号传导和神经元脆弱性。
5.3 将慢性炎症与神经元完整性联系起来的证据
慢性炎症与神经退行性变之间因果关系的关键证明来自黑腹果蝇模型，其中先天免疫被独立于蛋白病之外地失调。特别是pirk敲除模型（缺乏Imd/NF-κB通路的负调控因子）表现出持续的免疫激活、AMP表达升高和肠道微生物群改变。
该模型证实，慢性先天免疫信号传导本身足以驱动年龄依赖性神经退行性变，即使在没有典型的蛋白质聚集物如Aβ或Tau的情况下也是如此。
5.4 氧化应激和线粒体应激的相互作用
神经炎症、线粒体功能障碍和氧化应激形成了一个紧密相连的病理三角，驱动神经退行性变。在果蝇PD模型中，保守基因（如LRRK2和DJ-1）的突变破坏了线粒体动力学，损害了蛋白质稳态，并提高了ROS的产生。
ROS的积累引发氧化应激，促进线粒体裂变并抑制融合相关蛋白，进一步破坏线粒体结构。这种线粒体碎片化和能量衰竭的慢性状态启动并维持神经炎症信号传导，将胶质细胞和外周免疫效应器招募到一个自我强化的反馈环中。
6 介导脑-外周对话的分子通路
6.1 作为组织间枢纽的保守应激激酶
JNK和p38 MAPK通路作为进化上保守的枢纽，整合了组织间的细胞损伤、环境应激和细胞因子信号传导。在黑腹果蝇中，响应损伤或应激的JNK激活诱导了Upd细胞因子（特别是Upd3）的表达，这启动了局部再生程序并触发了系统性先天免疫反应。这种反应通过脂肪体中次级Upd的产生进一步放大，建立了一个将受损组织与外周免疫激活联系起来的反馈环。
与JNK并行，p38 MAPK通路受上游激酶（如D-MEKK1）调节，协调对环境和神经内分泌应激源的反应。最近的研究表明，父系束缚应激可以激活p38–MEKK1–dATF-2轴，导致Upd3分泌和系统性细胞因子信号传导。
6.2 体液信号传导和细胞外囊泡
在黑腹果蝇中，体液因子（如细胞因子（Upd, Eiger）和激素肽（如Dilp8））是长程神经免疫通讯的关键介质。这些可溶性信号协调大脑、肠道和外周免疫组织之间的反应。
最近的工作也强调了Dilp8（一种应激反应性胰岛素样肽）在肠-脑信号传导中的作用，它通过神经内分泌反馈环调节胰岛素分泌和发育时间。
除了可溶性因子，细胞外囊泡（EVs），特别是外泌体，已成为细胞间信号传导的保守载体。外泌体携带蛋白质、脂质和核酸，可以通过刺激或抑制炎症来调节免疫反应，这取决于它们的细胞来源和分子货物。
6.3 来自果蝇模型的转录组学和蛋白质组学证据
黑腹果蝇的高分辨率转录组学和蛋白质组学分析阐明了神经免疫相互作用的时空和细胞类型特异性动力学，揭示了先天免疫的命运在神经退行性疾病中并非统一，而是反映了主要的细胞病理学。
在表达人Aβ或Tau的AD模型中，胶质细胞表现出Draper介导的吞噬机制的强劲转录激活。然而，尽管存在这种激活，蛋白质聚集物的功能性清除效率低下，导致慢性胶质细胞应激、氧化损伤和非细胞自主性神经毒性。
相比之下，表达α-Syn的PD模型中的纵向研究揭示了一个独特的免疫轨迹。时间进程转录组学分析显示先天免疫通路（包括抗菌肽和NF-κB靶标）的早期和持续上调，同时伴随着神经元维持程序（如蛋白质翻译、突触功能和线粒体能量代谢）的抑制。
此外，细胞类型特异性的转录组学比较揭示，炎症应激源的影响受目标神经元的蛋白质组特性和功能专业化的调节。
7 神经免疫对话的治疗性调节
7.1 天然化合物和生命阶段依赖性疗效
7.1.1 姜黄素：关闭的治疗窗口
姜黄素，一种植物来源的多酚，具有公认的抗炎和抗氧化特性，在果蝇PD模型中显示出有希望的结果。在年轻成年果蝇中，姜黄素治疗导致脑多巴胺水平恢复、运动功能改善和神经退行性变减少，证实了其神经保护潜力。
然而，这种疗效被发现严格依赖于生命阶段。在代表脆弱过渡阶段的老年成年果蝇中（通常表现为晚发性PD），姜黄素未能提供保护，尽管其持续缓解氧化应激的能力仍在。
机制研究揭示，老化的大脑表现出关键神经保护调节因子表达耗竭。这些分子对于维持神经元完整性至关重要，它们的缺失损害了细胞对治疗干预的反应能力。
这一见解对晚发性神经退行性疾病具有重要的临床意义：随着衰老和慢性炎症侵蚀修复所需的分子基础设施，依赖于内在恢复力机制的药物的治疗窗口可能会关闭。
7.1.2 睡茄素A：系统性和屏障保护
睡茄素A（WA），一种从睡茄（Withania somnifera）中提取的甾体内酯，在黑腹果蝇中展示了多方面的抗衰老作用。WA治疗显著延长中位和最大寿命，改善运动功能，并增强肠道屏障完整性，特别是在老年果蝇中，这是减轻系统性炎症和神经退行性变的关键因素。
从机制上讲，WA上调参与抗氧化防御和DNA损伤反应的关键基因，从而增强细胞对氧化和基因毒性应激的恢复力。这些分子效应与WA调节NF-κB信号传导
