劉馨君 商迎輝 黃漢昌 勞鳳學(xué)

(北京市生物活性物質(zhì)和功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京 100191)

?

阿爾茨海默病神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激功能的研究進(jìn)展

劉馨君 商迎輝 黃漢昌 勞鳳學(xué)

(北京市生物活性物質(zhì)和功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京 100191)

阿爾茨海默??；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；未折疊蛋白反應(yīng)；凋亡

阿爾茨海默病(AD)是一種起病隱匿的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。AD發(fā)病時(shí)間晚，發(fā)病隱匿，沒(méi)有特異性的指標(biāo)可以檢測(cè)，很容易錯(cuò)過(guò)最佳的治療時(shí)期〔1〕。AD已經(jīng)與腦卒中、腫瘤、心腦血管病相匹敵，成為老年人的第四大殺手〔2〕?；加蠥D的病人日常行為能力受限，認(rèn)知功能發(fā)生障礙，記憶力損失，執(zhí)行能力下降；其病理特征為大腦皮層和海馬區(qū)β淀粉樣蛋白(Aβ)聚集形成的老年斑、Tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)以及大腦皮層和海馬區(qū)的神經(jīng)元缺失〔3〕。引起AD的原因到目前為止還不是很明確，仍在探索中〔4〕。受基因、環(huán)境、年齡等因素的影響，AD神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)增多，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，這種平衡的改變會(huì)引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)〔5〕。在AD中的病理形成及神經(jīng)細(xì)胞的凋亡中具有重要作用。AD神經(jīng)元ERS激活后，會(huì)引起神經(jīng)細(xì)胞一系列形態(tài)生理功能的變化，如Ca2+穩(wěn)態(tài)改變，過(guò)氧化物增多；還能激活未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)引起下游一系列凋亡信號(hào)分子的表達(dá)。這些反應(yīng)的最終結(jié)果促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，致使大腦神經(jīng)元缺失，出現(xiàn)認(rèn)知障礙，加重AD。此外，ERS還參與Aβ的形成及tau蛋白的異常磷酸化，促進(jìn)AD病理的形成。研究神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的功能對(duì)于了解AD發(fā)病機(jī)制以及治療AD具有重要意義。

1 ERS與UPR

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)是參與蛋白質(zhì)修飾、折疊及質(zhì)量控制的重要場(chǎng)所，也是Ca2+儲(chǔ)存、類固醇、膽固醇和脂質(zhì)的合成場(chǎng)所〔6〕。分泌蛋白與跨膜蛋白必須在ER中合成，ER中的蛋白質(zhì)只有在正確折疊后才能運(yùn)出至高爾基體，進(jìn)行下一步的修飾。在ER腔內(nèi)還存在許多分子伴侶及與蛋白質(zhì)折疊有關(guān)的酶，它們的相互作用能夠保證蛋白質(zhì)的正確折疊及運(yùn)輸，維持蛋白質(zhì)合成與分泌的動(dòng)態(tài)平衡。但當(dāng)ER受到某些因素的影響將這種平衡打破，導(dǎo)致ER功能紊亂，錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白質(zhì)增多，就會(huì)引起ERS〔7〕。出于防衛(wèi)，細(xì)胞會(huì)激活一種適應(yīng)性應(yīng)答反應(yīng)——UPR，使ER重建穩(wěn)態(tài)〔8〕，恢復(fù)細(xì)胞的正常功能。

參與UPR的主要有3種受體：PKR樣ER調(diào)節(jié)激酶(PERK)、抑制物阻抗性酯酶(IRE)1α、活化轉(zhuǎn)錄因子(ATF)6。每個(gè)跨膜受體都能夠調(diào)控其下游的一系列轉(zhuǎn)錄因子參與細(xì)胞的生存或死亡〔8〕。正常情況下，ER的分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP78/BIP)分別與ER中的跨膜蛋白IRE1α、PERK及轉(zhuǎn)錄因子ATF6結(jié)合在一起，阻止信號(hào)傳導(dǎo)。當(dāng)ER中未折疊、錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)增多聚集時(shí)，GRP78與IRE1、PERK、ATF6分離，轉(zhuǎn)而與未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)結(jié)合〔9〕；解離的IRE1α、PERK發(fā)生二聚化及自身磷酸化，從而被激活。激活的PERK能使真核生物起始因子(eIF2)上α亞基的第51位絲氨酸發(fā)生磷酸化，進(jìn)而抑制蛋白質(zhì)的翻譯水平，使ER中蛋白質(zhì)合成量減少，減緩ERS。激活的IRE1α蛋白具有核酸內(nèi)切酶活性，能夠剪切X盒結(jié)合蛋白(XBP)1的mRNA合成轉(zhuǎn)錄因子X(jué)BP1蛋白，XBP1蛋白可編碼表達(dá)GRP78、GRP94等蛋白，反式激活UPR，減弱ERS。ATF6則從ER運(yùn)送到高爾基體被S1P、S2P(site-1 and site-2 proteases)剪切產(chǎn)生堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)。bZIP進(jìn)入核內(nèi)，反式激活一系列UPR相關(guān)基因如GRP78、GRP94等，有助于ER功能的恢復(fù)。此外，在UPR通路下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)還能啟動(dòng)蛋白酶體自噬途徑(ERAD)，降解錯(cuò)誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)，使ER恢復(fù)穩(wěn)態(tài)〔10〕。如果這些機(jī)制還是不能夠減少錯(cuò)誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)數(shù)量，使ER恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，ER將啟動(dòng)UPR的凋亡通路，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，以保護(hù)機(jī)體組織不受傷害〔11〕。

ERS是神經(jīng)細(xì)胞的一種保護(hù)性機(jī)制，它通過(guò)減少ER內(nèi)錯(cuò)誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)數(shù)量調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量，以維持細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，使細(xì)胞恢復(fù)正常的生理功能。但慢性持續(xù)的ERS將促使UPR啟動(dòng)凋亡信號(hào)通路，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞凋亡〔12〕。

2 ERS介導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡

與正常人腦相比，發(fā)現(xiàn)AD患者大腦中外觀正常的神經(jīng)元GRP78水平出現(xiàn)上升，p-PERK、p-IRE1以及p-eIF2α也增多〔13〕。這說(shuō)明，ERS發(fā)生于AD的早期階段。起初，神經(jīng)元中的ER通過(guò)上調(diào)分子伴侶數(shù)量 、減少蛋白質(zhì)的合成來(lái)減弱ERS。雖然在神經(jīng)細(xì)胞中，ERS是一種保護(hù)性機(jī)制，但受基因、環(huán)境、年齡等因素的影響，AD中ER錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)增多〔5〕，超過(guò)了ER的重折疊能力，使ER恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的能力喪失。此時(shí)，ER啟動(dòng)UPR的凋亡信號(hào)通路，引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促使神經(jīng)元凋亡，加重AD。見(jiàn)圖1。

圖1 ERS啟動(dòng)的凋亡通路

2.1 PERK-eIF2α通路 ER引起應(yīng)激后，PERK激活，使eIF2α發(fā)生磷酸化(p-eIF2α)。在AD病人的大腦組織中發(fā)現(xiàn)，p-eIF2α數(shù)量增多〔14〕。p-eIF2α能夠抑制蛋白質(zhì)的翻譯水平，減少轉(zhuǎn)入ER中的蛋白質(zhì)數(shù)量。雖說(shuō)蛋白質(zhì)合成量的減少能夠降低ER負(fù)荷，有助于ER穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)，但在持續(xù)的ERS下，eIF2α的過(guò)度磷酸化也很有可能會(huì)抑制突觸蛋白的合成，導(dǎo)致突觸蛋白表達(dá)異常、突觸無(wú)法合成，從而致使神經(jīng)元退化〔15〕。在朊病毒小鼠模型中，過(guò)表達(dá)GADD34(p-eIF2α磷酸酶)降低p-eIF2α水平，或用慢病毒干擾RNA減少朊病毒蛋白合成的方式降低p-eIF2α水平，兩者都能使蛋白質(zhì)的翻譯水平恢復(fù)，突觸重塑，神經(jīng)元存活〔16〕。相反，如果用Salubrinal(p-eIF2α去磷酸化抑制劑)增加p-eIF2α水平，神經(jīng)毒性加重，神經(jīng)元死亡〔16〕。表明過(guò)度磷酸化的eIF2α導(dǎo)致的蛋白質(zhì)翻譯水平的降低與突觸缺失、神經(jīng)元凋亡相關(guān)聯(lián)。對(duì)翻譯水平進(jìn)行調(diào)控可能是阻止突觸丟失、神經(jīng)元死亡的新途徑〔17〕。

p-eIF2α也能激活A(yù)TF4，進(jìn)而表達(dá)CHOP。用衣霉素處理PC12細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)APP的過(guò)表達(dá)能使CHOP上調(diào)〔4〕。CHOP是一種重要的促凋亡因子，它能抑制抗凋亡因子Bcl-2的轉(zhuǎn)錄，消耗谷胱甘肽(GSH)，使活性氧積增，促使細(xì)胞發(fā)生氧化損害而引起凋亡；CHOP還能與PUMA啟動(dòng)子結(jié)合誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡〔18〕。DR5很有可能是CHOP下游的促凋亡分子，當(dāng)用衣霉素誘導(dǎo)SH-SY5Y細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)DR5明顯增加，與CHOP表達(dá)上調(diào)相一致。大量磷酸化的eIF2α還能使ApoE4增多，ApoE4是散發(fā)性AD的風(fēng)險(xiǎn)遺傳因子，隨著年齡增長(zhǎng)而導(dǎo)致AD〔19〕。除PERK外，調(diào)節(jié)eIF2α磷酸化的酶還有PKR、GCN2、HRI。在AD中，這些酶發(fā)生異常調(diào)節(jié)，能夠?qū)е耬IF2α的過(guò)度磷酸化〔15〕。不過(guò)最近的研究表明，PERK調(diào)節(jié)的eIF2α磷酸化在大腦組織中占主導(dǎo)作用〔17〕。在APP-PS1小鼠中，分別單獨(dú)移除PERK、GCN2、PKR后，只有PERK的缺失能夠降低eIF2α磷酸化的基線水平〔17〕。在朊病毒感染小鼠中注射PERK激酶的特異性抑制劑GSK2606414，能夠阻止eIF2α的異常磷酸化及蛋白質(zhì)合成的減少，使突觸重塑〔15〕。

綜上所述，在ER引起應(yīng)激后，PERK-eIF2α的異常調(diào)節(jié)對(duì)于AD中神經(jīng)細(xì)胞的凋亡扮演著很重要的角色。但在APP/PS1或朊病毒小鼠中，UPR的ATF6、IRE1α并沒(méi)有激活。所以，在AD動(dòng)物模型中PERK的激活是否是UPR信號(hào)的一部分還有待進(jìn)一步研究〔15〕。

2.2 IRE1α通路 ER引起應(yīng)激后，磷酸化的IRE1α(p-IRE1α)蛋白能結(jié)合腫瘤壞死因子TRAF2蛋白，形成IRE1-TRAF2復(fù)合物，凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)能與該復(fù)合物結(jié)合，激活JNK、p38 。短暫的JNK對(duì)細(xì)胞的生存是有益的，長(zhǎng)期的JNK則能激活促凋亡蛋白Bim，同時(shí)還能抑制抗凋亡蛋白Bcl-2〔7〕，誘導(dǎo)胞內(nèi)Aβ產(chǎn)生，促使tau磷酸化及神經(jīng)纖維纏結(jié)，引發(fā)神經(jīng)元凋亡〔20〕。用毒胡蘿卜素或衣霉素處理PC12細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可以活化ASK1、JNK，而且ASK1與IREα只有在TRAF2和毒胡蘿卜素都存在的情況下才表現(xiàn)出相關(guān)性〔19〕。表明ERS可以激活I(lǐng)RE1-TRAF2-ASK1通路，進(jìn)而激活A(yù)SK1-JNK通路，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。

磷酸化的IRE1α還能夠編碼XBP1，XBP1能夠通過(guò)改變編碼閱讀框表達(dá)穩(wěn)定的活性蛋白XBP1s。在核內(nèi)，XBP1s能夠調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊，啟動(dòng)ERAD使錯(cuò)誤折疊、未折疊的蛋白質(zhì)發(fā)生降解〔21〕。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一些疾病模型中，H6、APY29、抗癌藥物伊馬替尼和舒尼替尼能夠誘導(dǎo)XBP1表達(dá)XBP1s，減少ERS，但這種分子機(jī)制并未在神經(jīng)退行性疾病中進(jìn)行驗(yàn)證〔7〕。但也有研究發(fā)現(xiàn)，XBP1啟動(dòng)子的多態(tài)性可以增加AD的患病風(fēng)險(xiǎn)〔7〕。XBP1基因核苷-116共同基序從ACGT 轉(zhuǎn)變?yōu)?AGGT，這種C→G的轉(zhuǎn)變使XBP1轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變。通過(guò)比較276名AD患者和相匹配的254名健康個(gè)體的XBP1-116C/G基因型分布和等位基因頻率，發(fā)現(xiàn)XBP1-116C/G頻率多對(duì)AD敏感〔22〕。此外，XBP1-116C/G對(duì)于AD的發(fā)生還與性別和APOE ε4的適應(yīng)狀態(tài)有關(guān)〔23〕。所以，XBP1到底是有益的還是有害的，是應(yīng)該抑制還是激活UPR中的XBP1途徑，還有待進(jìn)一步研究〔7〕。如果長(zhǎng)時(shí)間的ERS還沒(méi)有使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，則停止XBP1的編碼，啟動(dòng)選擇性降解mRNA編碼蛋白通路，即RIDD(Regulated IRE1-dependent Decay)。RIDD是細(xì)胞減弱蛋白質(zhì)過(guò)載從而保護(hù)細(xì)胞的一種適應(yīng)性機(jī)制，最近的研究表明，RIDD能夠降解編碼ER分子伴侶如GRP78/BIP的mRNA，促使細(xì)胞凋亡〔23〕。

由此可見(jiàn)，在AD中ERS的IRE1α通路下，JNK的表達(dá)及RIDD的啟動(dòng)能夠共同促進(jìn)神經(jīng)元的凋亡，加重AD。

2.3 ATF6通路 與IRE1一樣，ATF6同樣有兩種亞基：ATF6α、ATF6β〔13〕。當(dāng)ER引起應(yīng)激時(shí)，ATF6家族對(duì)于應(yīng)激信號(hào)有高度的專一性，在不同組織中其基因表達(dá)模式不同，如在肝臟中為CREBH，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中為OASIS，在神經(jīng)元中為BBF2H7〔20〕。BBF2H7對(duì)細(xì)胞具有保護(hù)作用。在神經(jīng)母瘤細(xì)胞中，BBF2H7過(guò)表達(dá)后抑制ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，用小干擾RNA技術(shù)敲除BBF2H7時(shí)則促進(jìn)ERS誘導(dǎo)的凋亡〔24〕。但ATF6通路的大部分功能還未知，目前認(rèn)為其是一種促生存機(jī)制〔25〕。ATF6激活后，能夠反式激活一系列UPR相關(guān)基因如GRP78、GRP94等，有助于ER功能的恢復(fù)。當(dāng)ATF6缺乏時(shí)，細(xì)胞對(duì)于ERS的敏感性增加〔13〕。

2.4 caspase12 caspase12是特異性介導(dǎo)ERS誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡的關(guān)鍵分子，其介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡僅與ERS有關(guān)，而與其他因素?zé)o關(guān)。正常情況下，caspase12以酶原的形式位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，當(dāng)ERS激活后，活性IRE1α能夠激活TRAF2切割活化caspase12〔26〕。ER引起應(yīng)激后，神經(jīng)元內(nèi)Ca2+水平的持續(xù)升高引起鈣蛋白酶(calpain)的活化也可以激活caspase12〔19〕。但最近的一項(xiàng)研究認(rèn)為caspase12的激活可能獨(dú)立于ERS〔27〕。在培養(yǎng)的神經(jīng)-膠質(zhì)皮層細(xì)胞中給予氧糖剝奪(OGD)處理，在6 h后酶原procaspase12顯著減少，但不能關(guān)閉酶原剪切及酶活性。當(dāng)用calpain抑制劑與OGD一起處理時(shí)則完全關(guān)閉酶原剪切及酶活性。當(dāng)用NMDA不可逆拮抗劑與OGD一起處理時(shí)也能夠完全關(guān)閉酶原剪切及酶活性。再加入NMDA時(shí)，procaspase12剪切增加。這說(shuō)明NMDA的激活對(duì)于calpain介導(dǎo)的procaspase12剪切是必要的〔13〕。calpain是Ca2+依賴蛋白酶，NMDA是重要的Ca2+入口，OGD后NMDA的激活能夠使Ca2+流入，激活calpain。但由于NMDA介導(dǎo)的興奮毒性神經(jīng)元凋亡是不依賴于ERS的，所以認(rèn)為procaspase12的剪切是NMDA calpain介導(dǎo)的，并且可能獨(dú)立于ERS〔14〕。caspase12激活后，繼而可以激活caspase9、caspase3，促使細(xì)胞凋亡〔25〕。caspase12的激活也能夠促進(jìn)Aβ在突觸中產(chǎn)生毒性〔28〕，致使突觸損害，突觸丟失。用理阿諾堿( 使ER Ca2+釋放 )處理3個(gè)月齡3xTg-AD小鼠皮質(zhì)和海馬突觸體，caspase12增加，肌動(dòng)蛋白減少；當(dāng)加入caspase12抑制劑Z-ATAD-FMK時(shí)，肌動(dòng)蛋白的減少受到抑制,表明caspase12也可能是致使早期AD突觸丟失的一個(gè)上游事件。

但到目前為止，caspases12是如何介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的，其分子機(jī)制還不清楚。然而在人類發(fā)展進(jìn)化過(guò)程中，人的caspases12基因被一個(gè)終止密碼子中斷而使其不被活化。不過(guò)研究發(fā)現(xiàn)caspases12 cDNA有57%與caspases4同源。人類caspase4是引發(fā)炎癥反應(yīng)、通過(guò)ERS致使細(xì)胞調(diào)亡的又一重要途徑。同caspase12相似，caspase4的裂解激活也可以活化caspase3、caspase9，引起細(xì)胞凋亡〔29〕。用毒胡蘿卜素誘導(dǎo)人類神經(jīng)母瘤細(xì)胞產(chǎn)生ERS，利用小干擾RNA技術(shù)使caspases4下調(diào)，能夠減少細(xì)胞凋亡〔7〕。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敲除caspases4基因后，細(xì)胞對(duì)ERS誘導(dǎo)的凋亡同樣敏感。因而，還需對(duì)caspases12、caspases4進(jìn)行更為深入的研究，了解其介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的具體機(jī)制，這對(duì)于AD的治療及病理抑制具有一定的意義。

2.5 MAM 神經(jīng)細(xì)胞中還存在脂閥樣結(jié)構(gòu)“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合線粒體”(MAM)，其結(jié)構(gòu)功能的變化同樣可以促使細(xì)胞的凋亡。通過(guò)MAM，ER與線粒體聯(lián)系起來(lái)，使線粒體和ER可以直接發(fā)生信息交流〔11〕，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的一些生理進(jìn)程，如脂質(zhì)平衡、Ca2+傳導(dǎo)等〔30〕。而在AD患者中，這些生理進(jìn)程都發(fā)生了改變〔31〕，MAM結(jié)構(gòu)也顯著增多〔32〕。持續(xù)的ERS會(huì)使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的Ca2+通過(guò)MAM兩條Ca2+通道理阿諾堿受體(RyR)和三磷酸肌醇受體(IP3R)流入線粒體，使線粒體內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，引起線粒體一系列形態(tài)、動(dòng)力學(xué)的變化，釋放細(xì)胞色素C及過(guò)氧化物(ROS)；同時(shí)Ca2+的流入還能激活鈣依賴蛋白激酶(CaMKII)，誘導(dǎo)氮氧化物(NOX)的形成。釋放的細(xì)胞色素C可以激活caspase9、caspase3級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終促使神經(jīng)細(xì)胞的死亡〔11〕。ROS則可以損害細(xì)胞的抗氧化機(jī)制，使細(xì)胞失去抗氧化保護(hù)〔33〕；ER的駐留分子伴侶 GRP78/BIP 、蛋白二硫化物異構(gòu)酶(PDI)和鈣網(wǎng)織蛋白(calreticulin)也由于ROS的氧化受到損傷，導(dǎo)致ER處理錯(cuò)誤折疊與未折疊蛋白質(zhì)的能力減弱，使細(xì)胞趨于死亡。NOX的增多〔11〕則可以激活PKR(Protein kinase R)，使PKR持續(xù)介導(dǎo)CHOP表達(dá)，從而放大ERS引起的CHOP介導(dǎo)的凋亡。MAM中還存在大量的PERK〔34〕。不同于PERK-eIF2α通路，PERK是作為MAM中的一種結(jié)構(gòu)用來(lái)維持MAM的穩(wěn)態(tài)，它能與線粒體融合蛋白2(MFN2)相互作用〔35〕，是調(diào)節(jié)線粒體形態(tài)功能的關(guān)鍵因子。PERK刪除后，線粒體與ER的連接位點(diǎn)減少〔36〕。

由此可見(jiàn)，由于MAM的連接，ER與線粒體間的聯(lián)系更為緊密，ERS引起的反應(yīng)能夠?qū)е翬R與線粒體共同發(fā)生生理功能的變化，介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，加重AD。

3 ERS與認(rèn)知記憶

AD患者神經(jīng)元中的ERS還與認(rèn)知記憶有關(guān)。

分析AD患者的腦組織發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細(xì)胞在退化過(guò)程中存在著Ca2+的代謝紊亂。而Ca2+的動(dòng)態(tài)平衡與認(rèn)知記憶相關(guān)的神經(jīng)功能密切相關(guān)，它可以影響神經(jīng)節(jié)律與突出可塑性〔37〕。ERS可以影響Ca2+的動(dòng)態(tài)平衡。ERS激活后，ER中的Ca2+會(huì)持續(xù)流入胞質(zhì)，致使胞質(zhì)中的Ca2+持續(xù)升高影響睡眠，而失眠可以阻礙記憶鞏固，造成記憶損失〔38〕。Ca2+失調(diào)還能導(dǎo)致神經(jīng)產(chǎn)生興奮性毒性，致使突觸丟失、記憶損害。在AD轉(zhuǎn)基因小鼠中也發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)中的Ca2+上調(diào)后，其學(xué)習(xí)記憶機(jī)制受到損害，長(zhǎng)期記憶也受到影響而下降〔36〕。但造成ER中Ca2+信號(hào)改變的具體機(jī)制還并不完全了解，現(xiàn)在對(duì)于ER中造成Ca2+信號(hào)改變的研究主要集中于PS突變和Aβ沉積〔39〕。

此外，ATF4也與AD的認(rèn)知記憶有關(guān)。ER引起應(yīng)激后，磷酸化的IRE1α蛋白使ATF4上調(diào)〔40〕。ATF4的上調(diào)能抑制反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)，阻止記憶形成〔14〕。ATF4特別基因的轉(zhuǎn)錄可能是導(dǎo)致海馬體長(zhǎng)期記憶(L-LTP)不能形成的關(guān)鍵因素。調(diào)節(jié)eIF2α磷酸化的酶還有GCN2、PKR。在GCN2缺陷小鼠中，eIF2α磷酸化水平下降，ATF4表達(dá)減少，L-LTP上升。當(dāng)用Sa1003抑制eIF2α的去磷酸化作用時(shí)，eIF2α磷酸化上升，ATF4上升，L-LTP下降。用誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因小鼠PKR表達(dá)增多，eIF2α磷酸化上升，ATF4上升，L-LTP下降〔15〕。表明ATF4的表達(dá)能抑制L-LTP。當(dāng)用Sa1003誘導(dǎo)eIF2α發(fā)生磷酸化，在ATF4缺陷時(shí)又可阻止L-LTP的抑制作用〔15〕。這說(shuō)明ATF4特別基因的轉(zhuǎn)錄可能是導(dǎo)致L-LTP不能形成的關(guān)鍵因素。因此，展開(kāi)ATF4基因水平及其分子機(jī)制的研究，對(duì)于治療AD、改善患者的長(zhǎng)期記憶具有重要意義。

4 ERS與Aβ、Tau

在家族性AD患者中，在AD臨床癥狀出現(xiàn)許多年之前就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元中已有Aβ的出現(xiàn)〔41〕。Aβ是由淀粉樣前體蛋白(APP)通過(guò)β分泌酶和γ分泌酶剪切而成。APP是一種跨膜蛋白，由核糖體合成后，首先轉(zhuǎn)入ER中進(jìn)行折疊與加工，之后再運(yùn)到高爾基體進(jìn)行下一步的修飾，最后運(yùn)出胞外，由溶酶體吞噬。Aβ具體是在哪個(gè)細(xì)胞器中產(chǎn)生的，直到現(xiàn)在依然未知〔21〕。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，認(rèn)為AD是由于大量胞外Aβ聚積導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡的，治療AD的藥物研究也主要集中在減輕胞外因Aβ沉積而形成的老年斑。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元胞內(nèi)Aβ可能是導(dǎo)致AD病理的原因〔13〕。在轉(zhuǎn)基因過(guò)表達(dá)Aβ的小鼠中發(fā)現(xiàn)Aβ斑塊沉積前突觸功能發(fā)生障礙，當(dāng)把可溶性Aβ從它的大腦中提取出來(lái)轉(zhuǎn)到正常大鼠腦中后，大鼠突觸的結(jié)構(gòu)和功能遭到損害〔28〕。

AD神經(jīng)元內(nèi)Aβ的產(chǎn)生與ERS密切相關(guān)。ERS下，磷酸化的eIF2α能上調(diào)β位點(diǎn)APP剪切酶(BACE)，促使Aβ產(chǎn)生。ASK1介導(dǎo)的JNK的表達(dá)激活能夠調(diào)節(jié)APP剪切誘導(dǎo)胞內(nèi)Aβ聚集、Tau蛋白磷酸化并引發(fā)神經(jīng)纖維纏結(jié)〔21〕。MAM中存在大量早老素蛋白(PS)，它是γ分泌酶的一個(gè)組成成分，因而，ERS引起MAM功能的改變也可能導(dǎo)致Aβ的產(chǎn)生〔42〕。Aβ的分泌也可能與ERS下ATF6通路的損壞有關(guān)。ERS能夠通過(guò)UPR ATF6通路的激活上調(diào)表達(dá)ERdj3。ERdj3一方面可以分泌至胞外，結(jié)合胞外錯(cuò)疊蛋白，使其降解并阻止其沉積；另一方面也可以發(fā)揮其分子伴侶的作用，結(jié)合ER中的錯(cuò)疊蛋白并分泌至胞外，使錯(cuò)疊蛋白恢復(fù)正?；蚪到狻enereux等〔5〕研究了ERdj3對(duì)Aβ1～40沉積的抑制作用。他們將ERdj3融合到大腸桿菌(RERdj3)，用不同濃度的RERdj3與Aβ1～40(10 μmol/L，37℃，pH 7.2)混合培養(yǎng)，用硫磺素T熒光檢測(cè)Aβ1～40的沉積效應(yīng)(硫磺素T熒光結(jié)合到Aβ1～40纖維時(shí)熒光增多)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RERdj3濃度為370 nM時(shí)(ERdj3∶Aβ1～40=1∶27)能夠完全抑制Aβ1～40的沉積；而在相同濃度下的牛血清蛋白(能適度抑制Aβ沉積)卻對(duì)Aβ1～40沉積的抑制影響較小。所以在AD中，ERS下的ATF6通路可能由于PS突變?cè)獾綋p害，使ERdj3分泌下降，從而使胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊的可溶性Aβ分泌到胞外，聚集形成具有蛋白毒性的可溶性低聚物和淀粉樣纖維，并沉積于神經(jīng)元表面，破壞神經(jīng)元功能甚至導(dǎo)致其凋亡〔5〕。

Tau蛋白的異常磷酸化是AD的又一病理特征，其形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)能夠使神經(jīng)細(xì)胞對(duì)Aβ毒性更為敏感〔43〕。Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，它能穩(wěn)定神經(jīng)元中的微管，保證神經(jīng)元中膜結(jié)合細(xì)胞器(MBOs)、囊泡、蛋白質(zhì)復(fù)合體在軸突間的正常轉(zhuǎn)運(yùn)。而AD中Tau的異常磷酸化，使軸突間的這種轉(zhuǎn)運(yùn)遭到破壞，從而致使突觸功能障礙，出現(xiàn)AD病人認(rèn)知水平的下降，但也有研究說(shuō)Tau蛋白的高表達(dá)或者敲除并不影響軸突間的轉(zhuǎn)運(yùn)速率。Tau 蛋白的異常磷酸化也與ERS有關(guān)。在AD大腦神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)p-PERK與GSK-3β在一起〔44〕，而p-PERK能夠使GSK-3β活性增加。GSK-3β是一種蛋白激酶，它能夠促進(jìn)Tau蛋白發(fā)生磷酸化。在SH-SY5Y細(xì)胞中，毒胡蘿卜素能夠刺激Tau蛋白發(fā)生磷酸化〔45〕；在基礎(chǔ)培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，ERS下，Tau蛋白降解速率降低，內(nèi)源性Tau蛋白增多〔46〕。這都表明，ERS對(duì)Tau的異常磷酸化具有一定的作用。

5 結(jié)論與展望

AD是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，已經(jīng)與腦卒中、腫瘤、心腦血管病相匹敵，成為老年人的第四大殺手。但對(duì)于AD具體的致病機(jī)制還不是很明確。ERS引起神經(jīng)元細(xì)胞死亡途徑已經(jīng)成為近幾年的研究熱點(diǎn)。神經(jīng)元內(nèi)ERS的激活旨在減少細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)的數(shù)量，使ER重建穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)細(xì)胞的正常功能。但受基因、環(huán)境、年齡等因素的影響，隨著疾病進(jìn)程的發(fā)展，神經(jīng)元中ER錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)增多，ER內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，激活UPR的凋亡信號(hào)通路；同時(shí)由于MAM結(jié)構(gòu)顯著增多，導(dǎo)致線粒體功能發(fā)生變化，最終引起神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)生理功能的改變，致使細(xì)胞凋亡，突觸丟失，出現(xiàn)AD認(rèn)知功能障礙及病理形成。此外，ERS還參與Aβ的形成及tau蛋白的異常磷酸化，促進(jìn)AD病理的形成。可見(jiàn)，神經(jīng)元中ERS的激活對(duì)于AD的病理形成及神經(jīng)細(xì)胞的凋亡具有重要的影響。

近年來(lái)，基于對(duì)AD神經(jīng)元中ERS功能的廣泛研究，一些調(diào)解ERS的可能途徑也被提出，用來(lái)保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞以減緩AD。如在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，靜脈麻醉制劑異丙酚可以抑制ER中Ca2+的流出，從而抑制ERS引起的細(xì)胞凋亡〔47〕。用衣霉素、毒胡蘿卜素誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生的ERS，加入化學(xué)伴侶PBA能夠減緩ERS〔48〕，在Tg2576小鼠中也發(fā)現(xiàn)，PBA能夠在AD病理形成前阻止Aβ形成，減少突觸丟失及認(rèn)知障礙〔49〕。在兔子海馬體中沉默CHOP基因的表達(dá)可以成功抵御27-羥膽固醇誘導(dǎo)的AD病理的形成〔50〕。這些發(fā)現(xiàn)，對(duì)于延緩或治療AD的發(fā)生提供了依據(jù)。雖然對(duì)于AD神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但對(duì)其研究的道路仍然任重而道遠(yuǎn)，一些未知的問(wèn)題也亟待解決。如XBP1啟動(dòng)子的多態(tài)性可以增加AD的患病風(fēng)險(xiǎn)，那XBP1到底是有益的還是有害的？PERK是否是UPR信號(hào)的一部分？ATF6通路下的ERdj3是否有治療前景？深入開(kāi)展AD神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激功能的研究，了解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激機(jī)制及功能，不僅對(duì)于了解完善神經(jīng)細(xì)胞的損傷凋亡理論具有重要作用，而且ERS作為AD的一個(gè)早期事件，對(duì)于AD的早期治療及病理抑制，也具有重要意義。

1 Ng A，Jion YI，Zainal NH，etal.Renal dysfunction contribute to episodic memory deficits and medial temporal atrophy in Alzheimer′s disease：a pilot study〔J〕.J Am Geriatr Soc，2014；62(10)：1981-2.

2 Lee JH，Kahn A，Cheng R，etal.Disease-related mutations among Caribbean Hispanics with familial dementia〔J〕.Mol Genet Genomic Med，2014；2(5)：430-7.

3 Querfurth HW，LaFerla FM.Alzheimer′s disease〔J〕.N Engl J Med，2010；362：329-44.

4 Kristina E，Sven R.ER-stress in Alzheimer′s disease：turning the scale〔J〕.Am J Neurodegener Dis，2013；2(4)：247-65.

5 Genereux JC，Qu S，Zhou M，etal.Unfolded protein response induced ERdj3 secretion links ER stress to extracellular proteostasis〔J〕.EMBO J，2015；34(1)：4-19.

6 Unterberger U，Hoftberger R，Gelpi E，etal.Endoplasmic reticulum stress features are prominent in Alzheimer′s disease but not in prion diseases in vivo〔J〕.J Neuropathol Exp Neurol，2006；65(4)：348-57.

7 Ana I，Plácido，Cláudia M.F，etal.Modulation of endoplasmic reticulum stress：an opportunity to prevent neurodegeneration〔J〕.CNS Neurol Disorders Drug Targets，2015；14：518-33.

8 Mauricio T，José MM，Claudia DA，etal.ER stress signaling and neurodegeneration：at the intersection between Alzheimer′s disease and Prion-related disorders〔J〕.Virus Res，2015；207：69-75.

9 Quinones QJ，Ridder GG，Pizzo SV.GRP78：a chaperone with diverse roles beyond the endoplasmic reticulum〔J〕.Histol Histopathol，2008；23(11)：1409-16.

10 Walter P，Ron D.The unfolded protein response：from stress pathway to homeostatic regulation〔J〕.Science，2011；334(6059)：1081-6.

11 Ferreiro E，Baldeiras I，F(xiàn)erreira IL，etal.Mitochondrial and endoplasmic reticulum associated oxidative stress in Alzheimer′s disease：from pathogenesis to biomarkers〔J〕.Int J Cell Biol，2012；2012：735206.

12 Urra H，Dufey E，Lisbona F，etal.When ER stress reaches a dead end〔J〕.Biochim Biophys Acta，2013；1833(12)：3507-17.

13 Scheper W，Hoozemans JJM.The unfolded protein response in neurodegenerative diseases：a neuropathological perspective〔J〕.Acta Neuropathol，2015；130：315-31.

14 Devi L，Ohno M.PERK mediates eIF2 alpha phosphorylation responsible for BACE1 elevation，CREB dysfunction and neurodegeneration in a mouse model of Alzheimer′s disease〔J〕.Neurobiol Aging，2014；35(10)：2272-81.

15 Ohno M.Roles of eIF2α kinases in the pathogenesis of Alzheimer′s disease〔J〕.Front Mol Neurosci，2014；7：22.

16 Moreno JA，Radford H，Peretti D，etal.Sustained translational repression by eIF2α-P mediates prion neurodegeneration〔J〕.Nature，2012；485(7399)：507-11.

17 Ma T，Trinh MA，Wexler AJ.Suppression of eIF2a kinases alleviates Alzheimer′s disease-related plasticity and memory deficits〔J〕.Nat Neurosci，2013；16(9)：1299-305.

18 Jiang C，Zhang S，Liu H，etal.The role of the IRE1 pathway in PBDE-47-induced toxicity in human neuroblastoma SH-SY5Y cells in vitro〔J〕.Toxicol Lett，2012；211(3)：325-33.

19 Segev Y，Michaelson DM,Rosenblum K，etal.ApoE ε4 is associated with eIF2 phosphorylation and impaired learning in young mice〔J〕.Neurobiol Aging，2013；34：863-72.

20 Antero S，Anu K，Tiina S，etal.ER stress in Alzheimer′s disease：a novel neuronal trigger for inflammation and Alzheimer′s pathology〔J〕.J Neuroinflamm，2009；6：41.

21 Chen Y，Aung K，Rolcik J，etal.Inter regulation of the unfolded protein response and auxin signaling〔J〕.Plant J，2014；77(1)：97-107.

22 Sheng YL，Wei W，Zhi YC，etal.Polymorphism-116C/G of human X-box-binding protein 1 promoter is associated with risk of Alzheimer′s disease〔J〕.CNS Neurosci Ther，2013；19(4)：229-34.

23 Maurel M，Chevet E，Tavernier J，etal.Getting RIDD of RNA：IRE1 in cell fate regulation〔J〕.Trends Biochem Sci，2014；39(5)：245-54.

24 Kondo S，Saito A，Hino S，etal.BBF2H7，a novel transmembrane bZIP transcription factor，is a new type of endoplasmic reticulum stress transducer〔J〕.Mol Cell Biol，2007；27：1716-29.

25 Penke B，Bogár F，F(xiàn)ül?p L.Protein folding and misfolding，endoplasmic reticulum stress in neurodegenerative diseases：in trace of novel drug targets〔J〕.Curr Prot Pept Sci，2016；17:1-14.

26 Kim EM，Shin EJ，Choi JH，etal.Matrix metalloproteinase3 is increased and participates in neuronal apoptotic signaling downstream of caspase12 during endoplasmic reticulum stress〔J〕.J Biol Chem，2010；285(22)：16444-52.

27 Badiola N，Penas C，Min A，etal.Induction of ER stress in response to oxygen-glucose deprivation of cortical cultures involves the activation of the PERK and IRE-1 pathways and of caspase-12〔J〕.Cell Death Dis，2011；2：e149.

28 Quiroz-Baez R，F(xiàn)errera P，Rosendo-Gutierrez R，etal.Caspase12 activation is involved in amyloid-beta protein-induced synaptic toxicity〔J〕.J Alzheimer Dis，2011；26(3)：467-76.

29 Katalin V，Gábor J，Zsolt K，etal.Dysfunction of endoplasmic reticulum (ER) and mitochondria (MT) in Alzheimer′s disease：the role of the ER-MT cross-talk〔J〕.Curr Alzheimer Res，2015；12：655-72.

30 Area-Gomez E.Assessing the function of mitochondria-associated ER membranes〔J〕.Methods Enzymol，2014；547：181-97.

31 Schon EA，Area-Gomez E.Is Alzheimer′s disease a disorder of mitochondria-associated membranes〔J〕.J Alzheimers Dis，2010；20(2)：281-92.

32 Area-Gomez E，Maria del Carmen LC，Tambini MD，etal.Upregulated function of mitochondria-associated ER membranes in Alzheimer Disease〔J〕.EMBO J，2012；31(21)：4106-23.

33 Patten DA，Germain M，Kelly MA，etal.Reactive oxygen species：stuck in the middle of neurodegeneration〔J〕.J Alzheimer Dis，2010；20(supplement 2)：357-67.

34 Rainbolt TK，Saunders JM，Wiseman RL.Stress-responsive regulation of mitochondria through the ER unfolded protein response〔J〕.Trends Endocrinol Metab，2014；25(10)：528-37.

35 Munoz JP，Ivanova S，Sanchez-Wandelmer J，etal.Mfn2 modulates the UPR and mitochondrial function via repression of PERK〔J〕.EMBO J，2013；32(17)：2348-61.

36 Verfaillie T，Rubio N，Garg AD，etal.PERK is required at the ER-mitochondrial contact sites to convey apoptosis after ROS-based ER stress〔J〕.Cell Death Differ，2012；19(11)：1880-91.

37 Kuchibhotla KV，Goldman ST，Lattarulo CR，etal.Aβ plaques lead to aberrant regulation of calcium homeostasis in vivo resulting in structural and functional disruption of neuronal networks〔J〕.Neuron，2008；59：214-25.

38 Berridge MJ.Calcium regulation of neural rhythms，memory and Alzheimer′s disease〔J〕.J.Physiol，2014；592：281-93.

39 Jingyi L，Don K，Sandhya S.Ca2+dysregulation in the endoplasmic reticulum related to Alzheimer′s disease：a review on experimental progress and computational modeling〔J〕.Biol Systems，2015；134：1-15.

40 Lewerenz J，Maher P.Basal Levels of eIF2α Phosphorylation determine cellular antioxidant status by regulating ATF4 and xCT Expression〔J〕.J Biol Chem，2009；284(2)：1106-15.

42 Area-Gomez E，Groof AJ，Boldogh I，etal.Presenilins are enriched in endoplasmic reticulum membranes associated with mitochondria〔J〕.Am J Pathol，2009；175(5)：1810-6.

43 Ittner LM，Gotz J.Amyloid-beta and tau-a toxic pas de deux in Alzheimer′s disease〔J〕.Nat Rev Neurosci，2011；12(2)：67-72.

44 Hoozemans JJ，Haastert ES，Nijholt DA，etal.The unfolded protein response is activated in pretangle neurons in Alzheimer′s disease hippocampus〔J〕.Am J Pathol，2009；174：1241-51.

45 Fu ZQ，Yang Y，Song J，etal.LiCl attenuates thapsigargin-induced tau hyperphosphorylation by inhibiting GSK-3beta in vivo and in vitro〔J〕.J Alzheimers Dis，2010；21：1107-17.

46 Sakagami Y，Kudo T，Tanimukai H，etal.Involvement of endoplasmic reticulum stress in tauopathy〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2013；430：500-4.

47 Nakajima A，Tsuji M，Inagaki M，etal.Neuroprotective effects of propofol on ER stress-mediated apoptosis in neuroblastoma SH-SY5Y cells〔J〕.Eur J Pharmacol，2014；725：47-54.

48 Hoozemans JJ，Scheper W.Endoplasmic reticulum：the unfolded protein response is tangled in neurodegeneration〔J〕.Int J Biochem Cell Biol，2012；44：1295-8.

49 Ricobaraza A，Cuadrado-Tejedor M，Garcia OA.Long-term phenylbutyrate administration prevents memory deficits in Tg2576 mice by decreasing A-beta〔J〕.Front Biosci，2011；3：1375-84.

50 Prasanthi JR，Larson T，Schommer J.Silencing GADD153/CHOP gene expression protects against Alzheimer′s disease-like pathology induced by 27-hydroxycholesterol in rabbit hippocampus〔J〕.PLoS One，2011；6(10)：e26420.

〔2016-05-20修回〕

(編輯 曲 莉)

國(guó)家自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目 (31471587)

勞鳳學(xué)(1968-)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事衰老發(fā)生機(jī)制及老年癡呆發(fā)病機(jī)制的研究。

劉馨君(1993-)，女，碩士，主要從事老年癡呆發(fā)病機(jī)制的研究。

R749

A

1005-9202(2016)19-4917-06；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.19.117