張麗麗 王紅陽 韓廣超 禹江濤 王 袁

(河北聯(lián)合大學(xué)附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科 河北唐山 063000)

認(rèn)知功能障礙是指腦的器質(zhì)性病變所造成的患者在知覺、注意、言語、記憶以及思維等高級(jí)皮層機(jī)能方面出現(xiàn)的機(jī)能障礙。很多疾病可造成認(rèn)知功能損害，如缺氧性腦病、阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)、腦血管病等。這些疾病引發(fā)認(rèn)知功能障礙的具體機(jī)制尚不明確。研究顯示，出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙疾病患者的神經(jīng)中樞都存在不同程度的細(xì)胞凋亡、細(xì)胞退變，在這些無功能細(xì)胞中可見微管蛋白、磷酸化tau蛋白異常改變。本文主要對(duì)認(rèn)知功能障礙疾病中微管蛋白、磷酸化tau蛋白改變的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 微管蛋白、tau蛋白與神經(jīng)元形態(tài)變化的關(guān)系

微管是細(xì)胞骨架的組成部分之一，具有維持細(xì)胞形態(tài)，參與細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、鞭毛和纖毛運(yùn)動(dòng)、紡錘絲和染色體運(yùn)動(dòng)、形成基粒和中心體等重要功能［1］。由微管蛋白(tubulin)和微管結(jié)合蛋白(MAPS)兩大類蛋白組成。微管蛋白的種類很多，而神經(jīng)元的微管主要由β-微管蛋白構(gòu)成。細(xì)胞內(nèi)的微管是由13條微管蛋白組成的長(zhǎng)的原纖維按行定向排列組成的中空的管狀結(jié)構(gòu)，不同的條件可使微管聚合或解聚［2］。神經(jīng)細(xì)胞在分化或壞死過程中β-微管蛋白的表達(dá)將會(huì)發(fā)生巨大的變化［3］。生長(zhǎng)初期主要分布于核周附近，隨神經(jīng)元的成熟散在分布于胞質(zhì)及突起內(nèi)，構(gòu)成細(xì)胞骨架，維持細(xì)胞形態(tài)。微管組裝及其動(dòng)力學(xué)對(duì)腦的發(fā)育及功能發(fā)揮具有重要作用。微管組裝及其動(dòng)力學(xué)變化是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，它不僅受微管蛋白結(jié)構(gòu)的限制，還要受微管相關(guān)蛋白(MAPs)等連接蛋白的調(diào)節(jié)。tau蛋白屬于微管相關(guān)蛋白，錨定在微管壁上，穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)和促進(jìn)微管組裝。啟動(dòng)微管組裝的微管蛋白β亞基與GTP結(jié)合的反應(yīng)受tau蛋白的誘導(dǎo)，tau蛋白的異常磷酸化就失去了誘導(dǎo)微管與GTP結(jié)合的能力，從而降低微管的組裝，微管穩(wěn)定性受影響，神經(jīng)細(xì)胞軸漿運(yùn)輸功能受損，轉(zhuǎn)運(yùn)的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)不能迅速降解，而發(fā)生聚集并導(dǎo)致微管破壞和形成雙螺旋纖維，最終引起神經(jīng)元退變和死亡［4］。

2 磷酸化tau蛋白與缺氧性腦病

缺氧性腦病是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)(NS)受損疾病，認(rèn)知功能障礙是缺氧腦損傷后的主要表現(xiàn)［5］，且與低氧嚴(yán)重程度相關(guān)。缺氧后氧化應(yīng)激、自由基損傷、炎性介質(zhì)的釋放等，發(fā)生了復(fù)雜的病理生理變化，激活多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和許多蛋白激酶，從而產(chǎn)生錯(cuò)綜復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng)。腦組織、腦細(xì)胞、神經(jīng)原的炎性和過氧化性損傷，神經(jīng)細(xì)胞凋亡，造成患者認(rèn)知功能損傷［6］。

細(xì)胞凋亡的發(fā)生、發(fā)展，與細(xì)胞骨架有著極其密切的關(guān)系，凋亡過程中細(xì)胞形態(tài)會(huì)發(fā)生一系列的改變，其本質(zhì)是細(xì)胞骨架的作用，細(xì)胞微管的形態(tài)隨細(xì)胞凋亡的發(fā)展發(fā)生相應(yīng)的改變，凋亡早期微管逐漸凝聚成無功能的團(tuán)塊狀，細(xì)胞骨架的功能改變，細(xì)胞逐漸失去其原來的細(xì)胞形態(tài)，到凋亡晚期，微管結(jié)構(gòu)降解，細(xì)胞骨架塌陷［7］。研究顯示，凋亡早期發(fā)生短暫的tau蛋白高度磷酸化，而凋亡晚期出現(xiàn)tau蛋白去磷酸化和斷裂［8］。AD發(fā)病與慢性缺氧狀態(tài)密切相關(guān)［9］，最近的研究發(fā)現(xiàn)，慢性氧化應(yīng)激可誘導(dǎo)tau蛋白磷酸化，參與神經(jīng)元的損傷過程，促進(jìn)AD發(fā)展［10］，缺氧作為一種應(yīng)激原［11］，能夠誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生廣泛的應(yīng)激反應(yīng)。這些應(yīng)激反應(yīng)包括染色質(zhì)重塑如組蛋白甲基化、乙?；趸瘧?yīng)激，誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)，激活一系列蛋白磷酸激酶和蛋白磷酸酯酶的激活［12～14］，如糖原合酶激酶(GSK3β)的及蛋白磷酸酯酶2A(PP2A)活性的改變，導(dǎo)致tau蛋白磷酸化狀態(tài)改變。有研究證實(shí)，缺氧可引起tau蛋白Thr205、Ser396、Ser404位點(diǎn)的過度磷酸化。酸化后促使tau蛋白從微管上解離出來，引起軸突運(yùn)輸障礙［15］，導(dǎo)致軸突末端營(yíng)養(yǎng)不良，代謝產(chǎn)物聚積，最終產(chǎn)生軸突退行性病變，影響突觸傳遞效率及可塑性而損害學(xué)習(xí)記憶行為，缺氧性腦病患者腦損傷與微管蛋白、磷酸化tau蛋白密切相關(guān)。此過程中異常高度磷酸化的tau蛋白可能與神經(jīng)元凋亡是相互聯(lián)系的，尚不能肯定他們之間的因果關(guān)系，需要對(duì)它們之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制進(jìn)一步研究。

3 磷酸化tau蛋白與AD

AD是一種病因不明的神經(jīng)退行性疾病，主要臨床癥狀表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙，主要病理特征是皮質(zhì)神經(jīng)元數(shù)量減少，老年斑(senile plaque SP)、腦血管淀粉樣蛋白沉積及Tau蛋白異常磷酸化聚集成神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangle NFT)［16］。臨床病理研究發(fā)現(xiàn)AD患者嚴(yán)重程度與腦組織中神經(jīng)元纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFT)數(shù)量呈正相關(guān)，而NFT的主要成分是過度磷酸化tau蛋白［17］。蛋白激酶和磷酸酶活性失去平衡是tau蛋白異常磷酸化的主要原因。tau蛋白過度磷酸化后喪失了促進(jìn)微管組裝的活性，使微管組裝降低，一些在胞體與神經(jīng)末梢之間正常運(yùn)輸而又不被迅速降解的細(xì)胞成分聚集在神經(jīng)元內(nèi)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元退行性變。

tau蛋白過度磷酸化的直接原因是由于蛋白激酶活性增高和/或磷酸酯酶活性降低造成。在AD患者腦中有檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在3種磷酸化的tau蛋白:易溶型非異常磷酸化的tau(C-tau)、易溶型異常磷酸化的tau(AD p-tau)、不溶性以雙螺旋絲聚集的tau(PHF-tau)。C-tau生物學(xué)活性方面與正常tau蛋白相似，AD p-tau是沒有生物學(xué)活性的，但也未聚合成雙螺旋纖維細(xì)絲，PHF-tau是從神經(jīng)元纖維纏結(jié)中提取的異常過度磷酸化的tau蛋白［18］。目前發(fā)現(xiàn)tau蛋白的磷酸化位點(diǎn)多達(dá)21個(gè)，主要的磷酸化位點(diǎn)是 Thr231、Ser396、Ser404、Ser199、Ser202、Thr205、Ser262等。已知脯氨酸指導(dǎo)的蛋白激酶(PDPK)有3大類［19］:①有絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)及其3種主要亞型:細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(Extracelluar signal-regulated kinase，ERK);c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-teminal kinaes，JNKs);P38。②糖原合成激酶Ⅲ(Glycogen Synthesis KinaseⅢ，GSK)。③周圍蛋白依賴性激酶(Gyclin Dependence Kinase，CDK)已經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)證明，他們都能將正常狀態(tài)下的tau蛋白激活成異常的老年癡呆狀態(tài)下的tau蛋白。在眾多的蛋白激酶和磷酸酯酶中，糖原合酶激酶3β(GSK-3β)和蛋白磷酸酯酶2A(PP2A)分別在tau蛋白過度磷酸化中發(fā)揮重要作用［20］，GSK-3有兩個(gè)亞型，分別是 GSK-3α 和 GSK-3β，其中GSK-3β是引起AD樣tau蛋白異常過度磷酸化的重要的蛋白激酶［21］，GSK-3β通過磷酸化tau蛋白的 Ser396和Ser404位點(diǎn)發(fā)揮作用，PP2A是一種重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酯酶，能通過去磷酸化作用下調(diào)PKB，MEK1/2，ERK1/2和JNK的活性，使得tau蛋白的磷酸化水平下降。在AD患者腦中，PP2A的活性下降，而GSK-3β處于激活狀態(tài)，此外GSK-3β激活可上調(diào)PP2A抑制因子的水平并抑制PP2A活性。因此磷酸化tau蛋白與AD發(fā)生存在密切關(guān)系，但AD的發(fā)病因素和機(jī)制復(fù)雜，仍需進(jìn)一步研究。

4 微管蛋白、磷酸化tau蛋白與腦血管病

隨著人口老齡化和生活水平的提高，我國(guó)腦血管發(fā)病率正逐年提高且發(fā)病已有年輕化趨勢(shì)。世界范圍內(nèi)腦卒中的發(fā)病率為150～200/10萬人，其中缺血性腦卒中高達(dá)85%［22］。流行病學(xué)研究資料顯示，大多數(shù)腦卒中患者伴隨認(rèn)知功能障礙。50%～75%的腦卒中患者可發(fā)生認(rèn)知障礙。卒中患者發(fā)生認(rèn)知障礙的風(fēng)險(xiǎn)至少是未患卒中患者的6～9倍，尤以卒中后12個(gè)月內(nèi)發(fā)生認(rèn)知障礙的風(fēng)險(xiǎn)更高，而且可能持續(xù)數(shù)年之久［23］。腦缺血再灌注損傷主要通過鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴性激酶(CaMKs)和有絲分裂原激活蛋白 (MAPKs)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路:細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)，p38和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的激活介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞能量耗竭、興奮性谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)毒性、鈣離子超載、遲發(fā)性細(xì)胞死亡、自由基損傷、各種細(xì)胞因子的釋放、半暗帶區(qū)的去極化以及炎癥反應(yīng)等復(fù)雜的病理變化，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡，功能喪失。

腦梗死急性期患者血液中β-微管蛋白的呈現(xiàn)高表達(dá)狀態(tài)，β-微管蛋白的表達(dá)與患者腦梗死的范圍及預(yù)后密切相關(guān)，β-微管蛋白表達(dá)隨梗死面積增大表達(dá)越顯著，患者預(yù)后越差，β-微管蛋白表達(dá)升高的機(jī)制可能由神經(jīng)細(xì)胞壞死后釋放到血液中引起，檢測(cè)β-微管蛋白對(duì)判斷病情預(yù)后及指導(dǎo)治療具有一定臨床價(jià)值［24］。JNK在腦缺血再灌注后活性增加并參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡［25］，tau蛋白的磷酸化是由許多蛋白激酶調(diào)節(jié)，如:CaMKⅡ、cdcZ、cdk5、GSK-3β、PKA、PKC 等，其中 MAPK、GSK-3β、edk5等是tau蛋白磷酸化的主要激酶。因此腦缺血再灌注后的tau蛋白磷酸化與Gsk-3β、cdk-5和MAPK活性增加有關(guān)，隨缺血再灌注時(shí)間延長(zhǎng)磷酸化tau蛋白會(huì)有所下降，可能與長(zhǎng)時(shí)間缺血再灌注后過度的損傷導(dǎo)致蛋白激酶水解或活性下降甚至失活有關(guān)。tau蛋白的高度異常磷酸化在腦缺血再灌注后病理生理變化中起著重要的作用。

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