王紅娟，閆中瑞，劉厚林

(濟寧市第一人民醫(yī)院，山東濟寧 272011)

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·綜述·

自噬在阿爾茨海默病發(fā)病中作用機制的研究進展

王紅娟，閆中瑞，劉厚林

(濟寧市第一人民醫(yī)院，山東濟寧 272011)

自噬是溶酶體介導(dǎo)的細胞自我處理系統(tǒng)，是細胞降解長壽蛋白質(zhì)和功能受損的細胞器進行循環(huán)利用或維持細胞穩(wěn)態(tài)的過程。阿爾茨海默病(AD)作為老年性癡呆的主要原因，其神經(jīng)元內(nèi)β淀粉樣蛋白(Aβ)的積累導(dǎo)致變性和神經(jīng)元凋亡，隨之出現(xiàn)老年斑、Tau蛋白過度磷酸化及代謝障礙。自噬作為清除細胞內(nèi)異常蛋白、細胞器及維持細胞穩(wěn)態(tài)的細胞衛(wèi)士，在AD的發(fā)生發(fā)展中有重要作用。自噬參與Aβ清除，促進Aβ降解，抑制Aβ異常聚集。同時自噬能促進Tau和磷酸化Tau的降解，自噬抑制能增加Tau的細胞毒性。軸突運輸障礙影響自噬功能，軸突運輸缺陷導(dǎo)致自噬小泡堆積和神經(jīng)突起的炎性改變，影響自噬體的成熟和正常功能的發(fā)揮。

自噬；阿爾茨海默??；β淀粉樣蛋白；Tau蛋白磷酸化

阿爾茨海默病(AD)是常見的神經(jīng)退行性疾病，主要病理學特征為β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積形成老年斑(SPs)、Tau蛋白過度磷酸化引發(fā)神經(jīng)元纖維纏結(jié)、神經(jīng)元突觸功能異常及丟失[1]。自噬是長壽蛋白和胞質(zhì)細胞器降解的主要細胞代謝通路，凈化自身多余或受傷細胞器。目前，對于AD發(fā)病機制仍未明確，近年研究顯示自噬可能參與了AD等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程。本文就自噬在AD發(fā)病中作用機制的研究進展情況作一綜述。

1　自噬的概念、分類、形成過程及調(diào)控分子機制

1.1自噬的概念及分類1962年，Porter與Ashford發(fā)現(xiàn)大鼠肝中注入高血糖素后，細胞內(nèi)某種致密體出現(xiàn)，還發(fā)現(xiàn)此種致密體包裹有線粒體，他們把這一致密體形成過程稱為自噬[2]。自噬的形態(tài)學特征最顯著的標志是細胞質(zhì)中有大量包裹著細胞質(zhì)和細胞器的空泡結(jié)構(gòu)，稱作自噬泡。自噬是細胞內(nèi)的物質(zhì)成分利用溶酶體被降解的過程，是真核細胞所特有的。細胞內(nèi)物質(zhì)的降解有兩種途徑，一種是泛素-蛋白酶體通路，另一種是自噬-溶酶體途徑[3]。細胞正常情況下很少發(fā)生自噬，細胞外因素如代謝障礙、衰老、受損的細胞器等，均導(dǎo)致細胞保持很低的自噬活性以維持細胞穩(wěn)態(tài)。適度的自噬是細胞完成自身代謝和細胞器更新的重要方式，調(diào)控細胞損傷和老化，對維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定有重要意義。根據(jù)細胞內(nèi)底物運送到溶酶體腔方式的不同，哺乳動物的自噬可分為大自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬[4]。目前，根據(jù)自噬對降解底物的選擇性將其分為選擇性和非選擇性自噬，選擇性自噬又可分為線粒體自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬、過氧化物酶體自噬、核糖體自噬、細胞核的碎片狀自噬等[5]。

1.2自噬的形成過程自噬的形成過程分為以下幾個階段。①自噬膜的形成，即在饑餓、某項刺激等因素下，雙層膜的杯狀分隔膜在被降解物周圍形成；發(fā)生自噬的細胞胞質(zhì)中出現(xiàn)大量游離膜性結(jié)構(gòu)，不斷扁平擴張，稱之為吞噬泡。②自噬體的形成，即分隔膜逐漸延伸，將被降解物完全包繞隔離形成自噬體；自噬體具有脂質(zhì)雙分子層的膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有胞質(zhì)及細胞器；自噬體的形成是自噬的核心部分，是其發(fā)生的典型特征。③自噬體的運輸、融合，即自噬體形成后通過細胞骨架微管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸將其包裹物運輸至溶酶體，自噬泡的外膜與溶酶體膜結(jié)合，內(nèi)膜及其包裹的物質(zhì)進入溶酶體腔，被溶酶體中的酶溶解；這種吞噬了細胞內(nèi)成分的溶酶體稱自噬溶酶體。④自噬體的降解，即自噬體的內(nèi)膜及其內(nèi)部成分被溶酶體酶降解，降解成分部分被循環(huán)利用，部分排出細胞或沉積在胞質(zhì)中[6]。

1.3自噬的調(diào)控分子機制細胞自噬的調(diào)節(jié)機制中包括依賴雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和不依賴mTOR的信號通路等。①依賴mTOR的信號途徑：a.mTOR相關(guān)靶點在自噬啟動階段發(fā)揮重要作用，包括Ⅰ型PI3K和TOR復(fù)合體1[7]。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是氨基酸、營養(yǎng)狀態(tài)的感受器，在自噬發(fā)生過程中起開關(guān)作用，其活性受細胞內(nèi)氨基酸、ATP水平的調(diào)節(jié)，營養(yǎng)缺乏時mTOR活性受到抑制，從而激活自噬[8,9]。P13K/Akt/TSC2/mTOR信號通路和AMPK/TSC2/mTOR信號通路是mTOR上游調(diào)節(jié)自噬的重要通路。mTOR和Beclin1可通過整合上游各種信號因子，從而發(fā)揮對自噬的調(diào)控作用。b.自噬體形成階段的靶點主要存在于Ⅲ型PI3K介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中。Ⅲ型PI3K可與Beclin1形成復(fù)合物，參與早期自噬體的形成，誘導(dǎo)自噬發(fā)生；自噬抑制劑3-MA可通過抑制Ⅲ型PI3K活性，發(fā)揮抑制或阻斷自噬體形成的作用[10～12]。②不依賴mTOR的信號途徑：不依賴mTOR的信號途徑之一就是周期的、可以通過Camp-Epac-PLC-ε介導(dǎo)的三磷酸肌醇途徑以及Ca2+-calplin-G-stimulatory protein 途徑。Beclin1是酵母中Atg6的同源基因，通過與Bcl-2、UVRAG、mVps34、Barkor、死亡相關(guān)蛋白激酶1的相互作用，調(diào)節(jié)細胞自噬[13]。正常生理條件下，Beclin1與Bcl2相結(jié)合，使自噬保持基礎(chǔ)水平，營養(yǎng)缺乏或氧化應(yīng)激時，壓力激活酶Jun N末端肌酶1致Bcl2磷酸化，使Bcl2從Beclin1分離，Beclin1通過減弱與Bcl2的相互作用，與UVRAG、mVps34等因子結(jié)合激活自噬[14]。此外，胰島素、活性氧(ROS)、Ca2+等因子也能調(diào)節(jié)自噬水平。

2　自噬在AD發(fā)病中的作用機制

AD是常見的神經(jīng)退行性疾病，主要的病理特征為神經(jīng)細胞外出現(xiàn)Aβ、神經(jīng)細胞內(nèi)因Tau蛋白異常形成NFT、SP及神經(jīng)元和突觸缺失等。與之相對應(yīng)的病因?qū)W研究形成了以Aβ、Tau蛋白和軸突運輸障礙機制為主的三大領(lǐng)域，其與自噬關(guān)系的研究越來越深入。

2.1自噬參與Aβ清除正常情況下，自噬具有神經(jīng)保護作用，當自噬功能出現(xiàn)障礙時，Aβ降解及清除障礙，造成沉積及神經(jīng)元損傷，導(dǎo)致AD發(fā)生。Aβ沉積之前，PS1/APP小鼠神經(jīng)細胞內(nèi)就已發(fā)現(xiàn)大量自噬小體的存在，8周齡小鼠神經(jīng)細胞自噬囊泡數(shù)目較正常小鼠高5倍，9月齡小鼠則至少高23倍[15]?；虮磉_技術(shù)提示，AD患者腦組織中自噬啟動因子Beclin1 mRNA表達減少，Beclin1蛋白缺乏，成熟自噬體形成障礙，導(dǎo)致自噬囊泡聚集，Aβ生成增多[16]。自噬系統(tǒng)功能障礙可能導(dǎo)致Aβ沉積，通過AD模型體外和體內(nèi)共培養(yǎng)間充質(zhì)干細胞(MSC)，發(fā)現(xiàn)MSC可增加細胞增殖和增強LC3-Ⅱ表達，增加溶酶體內(nèi)Aβ免疫反應(yīng)性，胞內(nèi)Aβ水平較Aβ-treated細胞下降。此外，MSC顯著降低海馬體Aβ水平，進而增加海馬神經(jīng)元的生存。MSC培養(yǎng)基還能上調(diào)AD模型中Becn1/Beclin1表達。這些結(jié)果表明，MSC細胞顯著提高自噬體形成，并增加AD模型中Aβ蛋白清除，這可能會導(dǎo)致增加存活神經(jīng)元抗Aβ毒性[17]。研究發(fā)現(xiàn)，TgCRND8鼠標模型刺激自噬溶酶體蛋白水解，呈現(xiàn)自噬底物蛋白水解缺陷，大量溶酶體內(nèi)Aβ積累。通過基因刪除溶酶體半胱氨酸蛋白酶抑制劑，比較半胱氨酸蛋白酶抑制物，選擇性地恢復(fù)組織蛋白酶活動，充分清除Aβ、泛素化蛋白及其他自溶酶體/溶酶體自噬基質(zhì)，以及減少總Aβ40/42水平和細胞外淀粉樣蛋白沉積[18]。在體外研究中，超表達轉(zhuǎn)錄因子EB(TFEB)可恢復(fù)被Aβ1-42阻斷的自噬和自噬泡中Aβ1-42降解，調(diào)節(jié)Aβ1-42介導(dǎo)的過度自噬。此外，TFEB過度表達增強組織蛋白酶D的表達和活性，恢復(fù)被溶酶體酸性環(huán)境干擾的Aβ1-42，促進自噬體與溶酶體的融合。TFEB過度表達通過調(diào)節(jié)自噬溶酶體途徑減少Aβ積累，減少Aβ-誘發(fā)ROS生成和細胞凋亡，從而減輕AD進展[19]。同時，自噬影響Aβ的分泌。Nilsson等[20]認為，Aβ分泌及斑塊的形成依賴于自噬，自噬缺陷的APP轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)細胞外Aβ斑塊明顯降低，但卻伴隨著細胞內(nèi)Aβ的異常聚集。因此，自噬促進APP代謝中Aβ的生成以及向細胞外分泌，并通過溶酶體途徑促進Aβ的轉(zhuǎn)運，與AD病理性標志SPs的形成密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，自噬抑制劑和誘導(dǎo)劑均增強α-分泌酶、β-分泌酶、γ-分泌酶的活性，促進Aβ形成。自噬抑制劑較誘導(dǎo)劑可能更有效激活γ-分泌，促進Aβ生產(chǎn)和積累。因此，自噬抑制劑可能激活γ-分泌酶和促進Aβ生產(chǎn)、積累，但對Aβ清除無影響[21]。有研究[22]發(fā)現(xiàn)，口服疫苗接種致APP/PS1大鼠腦內(nèi)rAAV/Aβ、p62水平下降，上調(diào)LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ，提示增強自噬。表明自噬參與誘導(dǎo)Aβ清除，并調(diào)節(jié)自噬通路，可能是一個重要的預(yù)防和干預(yù)AD策略。

2.2自噬促進Tau及磷酸化Tau降解Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，主要分布在神經(jīng)元，其功能是與微管蛋白結(jié)合促進微管的形成并保持其穩(wěn)定性，對維持神經(jīng)細胞骨架完整性和正常軸突運輸起重要的作用。病理狀態(tài)下，Tau被高度磷酸化，失去結(jié)合微管的能力，聚集并形成成對螺旋絲，從而導(dǎo)致細胞骨架異常及細胞死亡。自噬對Tau蛋白聚集有清除作用，自噬缺陷可導(dǎo)致Tau蛋白清除障礙。因此，AD患者神經(jīng)元中Tau蛋白過度磷酸或聚合形成了神經(jīng)纖維纏結(jié)。觀察自噬對Tau降解的影響，在饑餓誘導(dǎo)細胞自噬的基礎(chǔ)上觀察兩種MEFs細胞中Tau和磷酸化Tau的降解情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自噬缺失的細胞中Tau和磷酸化Tau降解速率明顯降低，提示自噬能促進Tau和磷酸化Tau的降解，自噬抑制能增加Tau的細胞毒性[23]。越來越多的證據(jù)表明，Tau積累與神經(jīng)細胞退化和AD認知能力下降的發(fā)展較Aβ斑塊更具相關(guān)性。氧化應(yīng)激是AD的發(fā)病機制中早期重要事件，因此認為導(dǎo)致Tau過度磷酸化。多項研究[24]表明，神經(jīng)元中自噬通路在生理和病理條件下是很重要的。因此，這個途徑在降解內(nèi)在可溶性Tau蛋白中扮演著關(guān)鍵角色。

2.3軸突運輸障礙影響自噬功能軸突運輸功能障礙是AD的另一個重要的病理表現(xiàn)。在軸突上進行逆向轉(zhuǎn)運對神經(jīng)元的存活十分必要，其有助于清理有自噬體富集產(chǎn)生的異常蛋白質(zhì)，也有助于將營養(yǎng)成分從突觸運送到神經(jīng)細胞胞體中。自噬體不僅在神經(jīng)元中被發(fā)現(xiàn)，也存在于軸突及樹突的遠端部分。AD患者腦組織中，營養(yǎng)障礙的神經(jīng)突起和腫脹的軸突內(nèi)大量聚集的細胞器意味著軸突運輸異常[25]。抑制神經(jīng)元自噬使軸突末梢膜結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，伴嚴重的軸突水腫，由此推測自噬是突起重塑和延伸的關(guān)鍵機制。正常神經(jīng)元內(nèi)自噬小體和核內(nèi)體突觸內(nèi)以激活形式存在，當發(fā)生AD時，成熟的自噬體及其逆運輸障礙，導(dǎo)致神經(jīng)營養(yǎng)不良及變性軸突腫脹大量積累自噬的中間體(自噬空泡)。增強的自噬反應(yīng)，自噬空泡Aβ清除缺陷，導(dǎo)致β淀粉狀蛋白質(zhì)在AD積聚[26]。研究發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)障礙的軸突包繞淀粉樣斑塊，同時能與有功能的神經(jīng)元連接，據(jù)此推測軸突的損害可能先于突觸的丟失和神經(jīng)元的損害，在AD的早期病理過程中起重要作用，同時說明Tau蛋白早期磷酸化使軸突運輸缺陷，導(dǎo)致自噬小泡的堆積和神經(jīng)突起的炎性改變，可能是淀粉樣斑塊異常聚集引起軸突反應(yīng)性的改變，但又無法清除這些異常聚集的蛋白，而使自身受損，最終無法起到有效運輸功能，影響自噬體的成熟和正常功能的發(fā)揮[27,28]。

綜上所述，AD發(fā)病早期誘導(dǎo)自噬，自噬囊泡水平Aβ沉積及AD病理改變一致，此種狀態(tài)自噬發(fā)揮代償性保護作用。自噬溶酶體降解異常蛋白，在AD病情嚴重時，mTOR信號通路表達增強或Beclin1表達下降，自噬抑制或自噬損傷，特別是自噬溶酶體障礙，異常蛋白積聚，AD病理改變明顯。

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劉厚林(E-mail: liuhoulin888@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.15.036

R741.02

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1002-266X(2016)15-0095-04

2015-10-18)