王玉香 曾愛源 李清華

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣西 桂林 541001)

阿爾茨海默病(AD)表現(xiàn)為進(jìn)行性學(xué)習(xí)記憶障礙和認(rèn)知能力下降。其病理特征：大腦細(xì)胞外β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集形成老年斑(SP)和細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白過磷酸化引起神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)形成。許多學(xué)者〔1〕認(rèn)為,Aβ對(duì)AD病理形成過程發(fā)揮重要作用，研究Aβ的產(chǎn)生、代謝及毒性對(duì)AD的防治有重要的意義。本文就該領(lǐng)域Aβ與AD關(guān)系研究進(jìn)展作一綜述。

1 Aβ的形成

Aβ有40～43個(gè)氨基酸殘基，其中有Aβ40和Aβ42兩種形式，其中Aβ42聚集性最強(qiáng)，并且有強(qiáng)的神經(jīng)細(xì)胞毒性。最新研究表明〔2～4〕，Aβ42聚集是引起Aβ42毒性蛋白的主要原因，Aβ42毒性蛋白是引起AD發(fā)病的主要原因，抑制Aβ42的聚集可以有效防止AD的發(fā)生。研究證實(shí)〔5〕，聚集的Aβ是形成SP的關(guān)鍵步驟。SP形成就是由于Aβ圍繞變性的樹突突起，軸索，類淀粉樣物質(zhì)和膠質(zhì)細(xì)胞及突起聚集而成〔6〕。淀粉樣前體蛋白(APP)經(jīng)分泌酶產(chǎn)生Aβ〔7〕，APP細(xì)胞外側(cè)神經(jīng)(N)末端很長(zhǎng)，而細(xì)胞內(nèi)C末端很短，Aβ的C末端是疏水性氨基酸，C末端越長(zhǎng)越易沉積。APP經(jīng)蛋白酶裂解產(chǎn)生Aβ，APP經(jīng)α-分泌酶水解產(chǎn)生Aβ，這是APP合成Aβ的主要方式，APP還可以在β、γ-分泌酶參與下產(chǎn)生Aβ。3種水解酶裂解APP：α-分泌酶,β-分泌酶,γ-分泌酶。α-分泌酶裂解APP的位點(diǎn)是APP跨膜蛋白區(qū)NH2-末端12堿基位點(diǎn)，能產(chǎn)生可溶性胞外結(jié)構(gòu)α-APPs和-83堿基C(CTF)-C83。而β-分泌酶裂解APP的位點(diǎn)位于α-分泌酶NH末端16堿基位點(diǎn)附近，產(chǎn)生胞外結(jié)構(gòu)β-APPs和99個(gè)堿基CTF-C99。其中C83被γ-分泌酶裂解產(chǎn)生P5，而C99被γ-分泌酶裂解產(chǎn)生Aβ〔8〕。

2 Aβ與Tau蛋白的關(guān)系

Grundke-Iqbal等〔9〕發(fā)現(xiàn)了淀粉樣神經(jīng)突起存在于NFT,其位于神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)部。NFT由雙股螺旋纖維(PHF)構(gòu)成，同年Grundke-Iqbal〔9〕又發(fā)現(xiàn)NFT中大量過度磷酸化的Tau蛋白組成PHFs。Tau蛋白主要功能是促進(jìn)微管形成，加強(qiáng)微管穩(wěn)定，維持軸突形態(tài)。AD患者腦內(nèi)磷酸化水平是正常人的3～4倍。過度磷酸化會(huì)導(dǎo)致Tau蛋白與微管結(jié)合部位構(gòu)象改變，使Tau蛋白與微管分離、解體、細(xì)胞骨架破壞〔10〕。研究發(fā)現(xiàn)〔11〕，抑制Tau蛋白聚集可以減少毒性Tau蛋白聚合物的產(chǎn)生，減少NFT形成、改善Tau蛋白所導(dǎo)致的功能缺失作用。Tau蛋白的磷酸化過程有許多酶參與，包括:糖原合成酶激酶(GSK)-3、胞外信號(hào)調(diào)控激酶(ERK)-2、細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶(CDK)-5等，其中研究GSK-3最多。研究發(fā)現(xiàn)〔12〕，鋰可以抑制GSK-3β活性，提高γ-分泌酶活性，改變APP序列，促使APP分裂生成Aβ，從而提高Aβ聚集。降解蛋白質(zhì)有2條途徑：泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬-溶酶體通路。Tau蛋白一般不通過這兩條途徑，Tau蛋白質(zhì)降解與過度磷酸化、異常折疊及聚集的Tau蛋白清除有關(guān)。研究表明〔13〕,神經(jīng)元有大量過磷酸化蛋白,膠質(zhì)細(xì)胞也存在有磷酸化蛋白，AD和其他神經(jīng)退行性疾病,蛋白免疫反應(yīng)陽性存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞，潛在表達(dá)蛋白的能力出現(xiàn)在膠質(zhì)纖維瘤和膠質(zhì)增生過程,Aβ誘導(dǎo)的毒性因?yàn)榈鞍妆磉_(dá)陽性的細(xì)胞而更加敏感,所以,過度磷酸化Tau蛋白可能是AD淀粉樣纖維形成的重要誘因。研究表明〔14〕,Tau蛋白與 Aβ共同作用可以使AD患者記憶損失和行為缺陷，過度磷酸化Tau蛋白會(huì)代替正常細(xì)胞骨架，從而使神經(jīng)纖維漸進(jìn)性變性,βAPP被過度磷酸化Tau蛋白抑制使其不能向軸突，樹突轉(zhuǎn)運(yùn)，增加Aβ的毒性，損傷神經(jīng)元。最新研究表明〔15〕，Aβ42可以誘導(dǎo)Tau蛋白毒性，并且Ser262在Tau蛋白過磷酸化扮演重要角色，Ser262增強(qiáng)Tau蛋白過磷酸化，促使Aβ聚集誘導(dǎo)神經(jīng)退化。

3 Aβ與早老素(PS)

近年來發(fā)現(xiàn)〔16〕,PS與早發(fā)性家族型AD有關(guān),PS參與Aβ的聚集。突變PS1可以改變?chǔ)?分泌酶活性，引起APP大量生成，導(dǎo)致Aβ42聚集，從而導(dǎo)致早發(fā)性家族型AD發(fā)生。PS 是γ-分泌酶的催化核心，γ-分泌酶功能可以調(diào)節(jié)膜內(nèi)蛋白水解，膜內(nèi)蛋白包括APP、APP樣蛋白(APLPs)、E-鈣黏蛋白、CD44、LRP、Notch、SREBP、干擾素反應(yīng)因子(IRE1)和活化轉(zhuǎn)錄因子(ATF)-6〔17〕。Aβ聚集與PS1有密切關(guān)系，PS1基因位于14q24.3，PS1蛋白水解酶活性中心有TM6和TM7天冬氨酸殘基組成〔18〕。突變PS1主要位于蛋白質(zhì)跨膜區(qū)，過量表達(dá)PS1影響線粒體功能，突變PS1引起APP水解位點(diǎn)的改變，導(dǎo)致Aβ42聚集〔19〕。最新研究表明〔20，21〕，γ-分泌酶的催化核心在PS1，PS1與3種必需輔助蛋白Nct、Pen-2和Aph1組成成熟的γ-分泌酶復(fù)合物，轉(zhuǎn)基因果蠅中γ-分泌酶復(fù)合物可以促使APP分裂生成Aβ。在AD患者中發(fā)現(xiàn)，突變的PS使AD患者血漿Aβ的濃度和神經(jīng)元Aβ的聚集明顯增加，實(shí)驗(yàn)也證實(shí)PS能夠促進(jìn)Aβ的生成，并提高Aβ42水平，表明PS影響APP的代謝過程，引起Aβ的大量聚集〔22〕。PS1突變促使Aβ42聚集物增加2～3倍而Aβ40聚集物沒有改變，這表明PS1對(duì)APP代謝過程有影響〔23〕。Herranz等〔24〕報(bào)道果蠅CRUMBS/PALSI/PATJ(Crumbs復(fù)合物)通過對(duì)γ-分泌酶的抑制實(shí)現(xiàn)調(diào)控Notch信號(hào)的負(fù)反饋。果蠅Crumbs與人Crumbs 2同源，人CRB2與PS結(jié)合后形成復(fù)合體，參與γ-分泌酶的合成，但是這種γ-分泌酶沒有活性，所以可以抑制APP的分解,反而加劇Aβ毒性，損傷神經(jīng)系統(tǒng)。果蠅表現(xiàn)出Notch信號(hào)缺失表型是因?yàn)榈鞍椎娜笔Щ蚓奂?，果蠅基因突變使APP活性增高，從而引起Aβ毒性的大量聚集。

4 Aβ和載脂蛋白E(ApoE)

ApoE分子量34.2 kD，由299個(gè)氨基酸組成，位于人類第19號(hào)染色體。ApoE有3種類型ApoE2、ApoE3和ApoE4，ApoE基因中能使Aβ降低的只有ApoE3，ApoE4與Aβ親和力不如ApoE3高，ApoE4使APP mRNA水平提高9倍。蛋白水解APP產(chǎn)生Aβ，Aβ產(chǎn)生和降解平衡被打破后，會(huì)導(dǎo)致Aβ毒性聚集〔25〕。研究表明〔26〕，Aβ聚集與ApoE關(guān)系密切。首先，ApoE可以促進(jìn)Aβ的聚集。研究證實(shí)〔27〕，ApoE和與Aβ有高度親和性，ApoE4與Aβ結(jié)合不僅快而且強(qiáng)烈，從而引起Aβ大量沉積。其次，Aβ降解過程是ApoE的分子伴侶，二者結(jié)合形成復(fù)合物與低密度脂蛋白受體(LDLR)結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體。一般情況下，ApoE-Aβ復(fù)合物通過血腦屏障進(jìn)行清除，ApoE4-Aβ復(fù)合物被清除速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ApoE3-Aβ和 ApoE2-Aβ，ApoE4-Aβ復(fù)合物的存在影響了Aβ的降解，所以ApoE4 患者Aβ生成量大于降解量。所以,發(fā)現(xiàn)ApoE結(jié)合位點(diǎn)，可以有效阻止與 Aβ結(jié)合,進(jìn)而緩解AD的進(jìn)展。學(xué)者〔28〕發(fā)現(xiàn),ApoE處理過程APP的C末端有聚集物，APP水解過程減弱，APP介導(dǎo)信號(hào)減弱，ApoE影響APP代謝引起Aβ聚集,進(jìn)而促進(jìn)SP的形成。

5 展 望

綜上,Aβ通過諸多途徑產(chǎn)生神經(jīng)毒性,而這些途徑相互作用形成網(wǎng)絡(luò),促進(jìn)AD的發(fā)生,而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心點(diǎn)是Aβ。因此,抑制Aβ聚集是防治AD的關(guān)鍵。Serneels等〔29〕選擇性地除去γ-分泌酶復(fù)合物中的Aph1B成分可減少Aβ斑塊的形成。調(diào)控蛋白磷酸酶和蛋白激酶水平，阻止Tau蛋白的水解，從而抑制Aβ聚集減少AD發(fā)生。目前，AD用于臨床治療的藥物包括美金剛、膽堿酯酶抑制劑、抗氧化藥物、非甾體類抗炎藥物，在臨床中應(yīng)用,可以有效地抵抗Aβ毒性,但它只能改善癥狀、延緩AD進(jìn)程。

6 參考文獻(xiàn)

1Jacobsen KT,Iverfeldt K.Amyloid precursor protein and its homologues:a family of proteolysis-dependent receptors〔J〕.Cell Mol Life Sci,2009；66(14):2299-318.

2Lansbury PT,Lashuel HA.A century-old debate on protein aggregation and neurodegeneration enters the clinic〔J〕.Nature,2006；443(7113):774-9.

3Petkova AT,Leapman RD,Guo Z,etal.Self-propagating，molecular-level polymorphism in Alzheimer's beta-amyloid fibrils〔J〕.Science，2005；307(5707)：262-5.

4Slow EJ,Graham RK,Hayden MR.To be or not to be toxic：aggregations in Huntington and Alzheimer disease〔J〕.Trends Genet,2006；22(8)：408-11.

5Hornsten A,Lieberthal J,Fadia S,etal.APL-1,a Caenorhabditis elegans protein related to the human beta-amyloid precursor protein,is essential for viability〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2007；104(6)：1971-6.

6Ashley J,Packard M,Ataman B,etal.Fasciclin Ⅱ signals new synapse formation through amyloid precursor protein and the scaffolding protein dX11/Mint〔J〕.J Neurosci,2005,25(25):5943-55.

7Torreilles F,Touchon J.Pathogenic theories and intrathecal analysis of the sporadic from of Alzheimer's disease〔J〕.Prog Neurobiol,2002；66(3)：191-203.

8Wiessner C,Wiederhold KH,Tissot AC,etal.The second-generation active Aβ immunotherapy CAD106 reduces amyloid accumulation in APP transgenic mice while minimizing potential side effects〔J〕.J Neurosci,2011；31(25):9323-31.

9Grundke-Iqbal I,Iqbal K,Quialan M,etal.Microtubule-associated protein tan:a component of Alzheimer paired helical filaments〔J〕.J Bilo Chem,1986;261(13):6084-9.

10Hanger DP,Anderton BH,Noble W.Tau phosphorylation：the therapeutic challenge for neurodegenerative disease〔J〕.Trends Mol Med,2009;15(3):112-9.

11Wang Y,Martinez-Vicente M,Krüger U,etal.Tau fragmentation,aggregation and clearance：the dual role of lysosomal processing〔J〕.Hum Mol Genet,2009;18(21):4153-70.

12Levites Y,Das P,Price RW,etal.Anti-Abeta42-and anti-Abeta40-specific mabs attenuate amyloid deposition in an Alzheimer's disease mouse model〔J〕.J Clin Invest,2006；116(1)：193-201.

13Arima K.Ultrastructural characteristics of tau filaments in tauopathies:immuno-electron microscopic demonstration of tau filaments in tauopathies〔J〕.Neuropathology,2006；26(5)：475-83.

14Wang JZ,Grundke-Iqbal I,Iqbal K.Kinases and phosphatases and tau sites involved in Alzheimer neurofibrillary degeneration〔J〕.Eur J Neurosci,2007；25(1):59-68.

15Iijima K,Gatt A,Iijima-Ando K.Tau Ser262 phosphorylation is critical for Abeta42-induced tau toxicity in a transgenic Drosophila model of Alzheimer's disease〔J〕.Hum Mol Genet,2010；19(15):2947-57.

16Kumar S,Walter J.Phosphorylation of amyloid beta(Aβ)peptides-a trigger for formation of toxic aggregates in Alzheimer's disease〔J〕.Aging(Albany NY),2011；3(8):803-12.

17Tolia A,Horré K,De Strooper B.Transmembrane domain 9 of presenilin determines the dynamic conformation of the catalytic site of gamma-secretase〔J〕.J Biol Chem,2008；283(28):19793-803.

18Sato C,Takagi S,Tomita T，etal.The C-terminal PAL motif and transmembrane domain 9 of presenilin 1 are involved in the formation of the catalytic pore of the gamma-secretase〔J〕.J Neurosci,2008；28(24):6264-71.

19Querfurth HW,LaFerla FM.Alzheimer's disease〔J〕.N Engl J Med,2010；362(4)：329-44.

20Du H,Yan SS.Mitochondrial permeability transition pore in Alzheimer's disease：cyclophilin D and amyloid beta〔J〕.Biochim Biophys Acta,2010；1802(1):198-204.

21Poeck B,Strauss R,Kretzschmar D.Analysis of amyloid precursor protein function in Drosophila melanogaster〔J〕.Exp Brain Res，2012；217:413-21.

22Deng Y,Tarassishin L,Kallhoff V,etal.Deletion of presenilin 1 hydrophilic loop sequence leads to impaired gamma-secretase activity and exacerbated amyloid pathology〔J〕.J Neurosci,2006；26(14):3845-54.

23Uemura K,Farner KC,Nasser-Ghodsi N,etal.Reciprocal relationship between APP positioning relative to the membrane and PS1 conformation〔J〕.Mol Neurodegener，2011；6(1):15.

24Herranz H,Stamataki E,Feiguin F,etal.Self-refinement of Notch activity through the transmembrane protein Crumbs：modulation of gamma-secretase activity〔J〕.EMBO Rep，2006；7(3):297-302.

25Rippon GA,Boeve BF,Parisi JE,etal.Late-onset frontotemporal dementia associated with progressive supranuclear palsy/argyrophilic grain disease/Alzheimer's disease pathology 〔J〕.Neurocase,2005；11(3):204-11.

26Drzezga A,Grimmer T,Henriksen G,etal.Effect of APOE genotype on amyloid plaque load and gray matter volume in Alzheimer disease〔J〕.Neurology,2009；(17):1487-94.

27Bell RD,Zlokovic BV.Neurovascular mechanisms and blood-brain barrier disorder in Alzheimer's disease〔J〕.Acta Neuropathol,2009；118(1):103-13.

28Irizarry MC,Deng A,Lleo A,etal.Apolipoprotein E modulates gamma-secretase cleavage of the amyloid precursor protein〔J〕.J Neurochem,2004；90(5):1132-43.

29Serneels L,Van Biervliet J,Craessaerts K,etal.gamma-Secretase heterogeneity in the Aph1 subunit:relevance for Alzheimer's disease〔J〕.Science,2009；324(5927):639-42.