阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一種起病隱匿的神經(jīng)退行性疾病,主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)記憶能力下降和認(rèn)知功能減退,以記憶障礙、失語、失用、失認(rèn)、視空間技能損害、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變等全面性癡呆為特征[1]。越來越多的數(shù)據(jù)顯示,AD在世界范圍內(nèi)的患病率逐漸增加,已成為危害老年人健康、加重家庭和社會負(fù)擔(dān)的主要疾病之一,而對AD的發(fā)病機(jī)制、早期診斷和治療仍未取得理想進(jìn)展。目前AD的發(fā)病機(jī)制主要有以下幾種學(xué)說:β-淀粉樣蛋白(Aβ)毒性、tau蛋白異常修飾、炎癥、氧化應(yīng)激、基因突變、膽堿能損傷、神經(jīng)血管學(xué)說等[2]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)屬于非類固醇激素類核內(nèi)激素受體超家族,是依賴配體激活的轉(zhuǎn)錄因子,在脂肪細(xì)胞生成、糖脂代謝、炎癥、免疫以及腫瘤細(xì)胞的分化和凋亡等多種生物學(xué)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]。PPARγ在Aβ穩(wěn)態(tài)、炎癥和能量代謝的各種基因的調(diào)節(jié)中起作用,使其成為AD風(fēng)險(xiǎn)的候選基因[4]。最近研究發(fā)現(xiàn),在AD的動物模型中,PPARγ激動劑治療可以使動物模型中淀粉樣蛋白斑塊負(fù)荷的減少、炎癥減輕和疾病相關(guān)行為障礙的逆轉(zhuǎn)[5]。但具體機(jī)制尚不明確,因此探明“PPARγ-AD”關(guān)系,對探明新的抗AD作用靶點(diǎn)有重要意義。

1 PPARγ結(jié)構(gòu)的研究

PPARγ基因位于人的3p25染色體,并且根據(jù)啟動子、外顯子和拼接方式,PPARγ的mRNA具有4個(gè)不同的剪接體,即PPARγ1,PPARγ2,PPARγ3和PPARγ4。PPARγ有4個(gè)功能結(jié)構(gòu)域:(1)N-末端A/B結(jié)構(gòu)域,其是具有磷酸化結(jié)合位點(diǎn)的調(diào)節(jié)區(qū),調(diào)節(jié)PPARγ的活性;(2)兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)組成的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(C結(jié)構(gòu)域),在與過氧化物酶體增殖物應(yīng)答元件結(jié)合后啟動和調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄;(3)D結(jié)構(gòu)域,參與轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域,通過活性因子結(jié)合到該域調(diào)節(jié)PPARγ的活性;(4)C末端配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(E/F結(jié)構(gòu)域),顯示出其對靶基因表達(dá)和對結(jié)合配體的下游效應(yīng)[6]。研究表明不同種屬之間PPARγcDNA具有高度同源性[7]。PPARγ在多種細(xì)胞類型中表達(dá),包括脂肪組織、免疫細(xì)胞和腦細(xì)胞。它調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài),胰島素敏感性,脂質(zhì)代謝,細(xì)胞命運(yùn),免疫反應(yīng),炎癥和心血管功能[8]。由于PPARγ具有多個(gè)功能結(jié)構(gòu)域且在細(xì)胞中廣泛表達(dá),因此保證了其在多種疾病中的調(diào)控作用。

2 PPARγ對AD作用機(jī)制的研究

2.1 PPARγ激活劑減輕Aβ的產(chǎn)生 Aβ的產(chǎn)生依賴于2種蛋白酶:β-分泌酶和γ-分泌酶的蛋白水解切割淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)。β-分泌酶亦稱β位淀粉樣蛋白前體蛋白裂解酶1(BACE1),作為切割A(yù)PP生成Aβ的關(guān)鍵酶,在AD發(fā)生發(fā)展過程中至關(guān)重要,引發(fā)有毒Aβ的產(chǎn)生[9]。研究發(fā)現(xiàn)高水平的BACE1活性增加Aβ沉積引發(fā)體內(nèi)神經(jīng)變性和神經(jīng)衰退[10]。動物實(shí)驗(yàn)證明BACE1的活性降低50%顯著改善Aβ的沉積,BACE1可以調(diào)節(jié)海馬的突觸功能,使突觸釋放缺陷[11]。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了Aβ負(fù)荷與BACE1升高之間的相關(guān)性,并且也表明,BACE1升高可增加Aβ產(chǎn)生和散發(fā)性AD病人中淀粉樣斑塊沉積。而PPARγ激活劑,可以通過抑制BACE1的表達(dá)減少Aβ的分泌[12]。

2.2 PPARγ信號的激活促進(jìn)腦內(nèi)Aβ的清除 一方面小膠質(zhì)細(xì)胞(MG)的活化可通過釋放金屬基質(zhì)蛋白酶來降解Aβ,但過多的MG在對Aβ起吞噬作用的同時(shí)加速了Aβ的形成[13]。PPARγ的激活配體與PPAR-γ結(jié)合后抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子-1(signal transducer and activator of transcription 1,STAT-1)、核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)從而抑制活化的MG中炎癥因子的釋放以及主要組織相容性復(fù)合體-Ⅱ(major histo-compatibility complex, MHC-Ⅱ)分子的表達(dá),從而減弱MG的過度活化[14]。另一方面Aβ也可以被肽鏈內(nèi)切酶降解,最主要的有胰島素降解酶(insulin-degrading enzyme,IDE),當(dāng) PPARγ受到配體激活后轉(zhuǎn)入細(xì)胞核中,通過與IDE基因啟動子區(qū)的響應(yīng)元件結(jié)合從而激活I(lǐng)DE基因的轉(zhuǎn)錄活性[15]。

2.3 PPARγ激動劑抑制神經(jīng)炎癥 PPAR-γ在神經(jīng)炎癥中有重要作用,PPAR-γ在MG中表達(dá)并通過誘導(dǎo)MG極化進(jìn)入M2樣表型而介導(dǎo)抗炎活性[16]。此外,已知PPAR-γ通過抑制轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB,STAT和AP-1來抑制促炎細(xì)胞因子、趨化因子和MMP的表達(dá)[17],從而在轉(zhuǎn)錄水平上抑制促炎基因的表達(dá),其激動劑可有效地抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)中MG、星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥分子的產(chǎn)生。

2.4 PPARγ的激活可以保護(hù)神經(jīng)元免受損傷 在有關(guān)神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞混合培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)PPARγ的激動劑能抑制MG誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的表達(dá)和NF-κB的結(jié)合活性保護(hù)神經(jīng)元[18],阻止脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡。而且發(fā)現(xiàn)PPARγ激動劑處理組能夠減輕學(xué)習(xí)和記憶缺陷,減少M(fèi)G的激活,并防止海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元死亡[8]。

2.5 PPARγ與氧化應(yīng)激的研究 有很多文獻(xiàn)證實(shí)了PPARγ可以負(fù)調(diào)控機(jī)體在感染或者病體條件下的氧化應(yīng)激炎癥[19]。據(jù)報(bào)道PPARγ具有抗氧化功能,可以通過與以下幾個(gè)抗氧化基因如HO-1、CAT、GPX-3和錳超氧化物歧化酶(MnSOD)的啟動子區(qū)結(jié)合,從而使抗氧化基因轉(zhuǎn)錄激活達(dá)到減弱氧化應(yīng)激作用[20]。

3 PPARγ基因多態(tài)性與AD的研究

PPARγ基因中最常見的功能多態(tài)性是外顯子B第12位密碼子CCA-to-GCA錯(cuò)義突變(rs1801282),導(dǎo)致用丙氨酸取代脯氨酸12(Pro12Ala)降低PPARγ的轉(zhuǎn)錄活性[21]。Pro12Ala 單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點(diǎn)的Ala12等位基因頻率在不同的地域和民族間差異很大,有報(bào)道Ala12等位基因頻率在芬蘭人群中為0.15,德國人群為0.12,意大利人群為0.082,中國人群為0.034[22]。這種變異可能導(dǎo)致這種多態(tài)性在不同人群中的不同遺傳角色。近年來很多學(xué)者對其進(jìn)行了研究,結(jié)果也不近相同。Helisalmi等[23]為538例芬蘭AD病人和672例對照者分析了PPARγ基因的8個(gè)SNP位點(diǎn),并進(jìn)行了單個(gè)等位基因和基因型分布比較以及估計(jì)病例和對照之間的單體型頻率。在研究組之間單個(gè)SNP和PPARγ基因的單體型分析中發(fā)現(xiàn)AD風(fēng)險(xiǎn)沒有顯著差異。得出結(jié)論:PPARγ基因在芬蘭人群中對AD的遺傳易感性中不起主要作用。Shibata N等[24]以171例AD病人、136名年齡匹配對照為研究對象,對2組PPARγ基因的rs1801282和rs3856806外顯子SNP進(jìn)行了基因分型比較,認(rèn)為這2個(gè)SNPs不影響日本人群的AD風(fēng)險(xiǎn)。何雯等[25]對中國漢族人群的研究報(bào)告稱,PPARγ2基因rs1801282位點(diǎn)單核苷酸Pro12Ala多態(tài)性可能與散發(fā)性AD的發(fā)病無相關(guān)性。但一項(xiàng)對拉丁人的研究結(jié)果表明男性Ala丙氨酸攜帶者可能具有較高的癡呆風(fēng)險(xiǎn)[26]。雖然大多數(shù)研究提示PPARγ基因多態(tài)性與AD的易感風(fēng)險(xiǎn)無明顯相關(guān)性,但是有學(xué)者通過隨訪研究發(fā)現(xiàn),PPARγAla12-478T基因型攜帶者癡呆發(fā)病年齡比非攜帶者顯著年輕(P=0.026),表明PPARγ基因可能會改變晚發(fā)型AD發(fā)病的年齡[27]。通過對遲發(fā)型AD病人樣本中基因外顯子2的Pro12Ala多態(tài)性的研究發(fā)現(xiàn),與對照組相比,80歲以上病人中Ala基因型比例顯著偏高(P=0.034),在80歲以上人群中攜帶Ala等位基因的發(fā)生AD的風(fēng)險(xiǎn)增加了近2倍(OR=1.98;95%CI:1.03～3.80,P=0.04)。研究結(jié)果表明PPARγ基因可能影響80歲以上的遲發(fā)型AD的易感性[4]。具有Pro/Ala基因型的AD病人比Pro/Pro基因型的攜帶者提前4年發(fā)病。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)攜帶Pro/Ala基因型的AD病人血漿sRAGE水平顯著低于Pro/Pro基因型病人。這些發(fā)現(xiàn)提示功能性PPARγPro12Ala多態(tài)性可能會改變AD發(fā)病的年齡[22]。并且PPARγ基因與AD的易感基因存在基因-基因的相互作用,與AD的危險(xiǎn)因素存在基因-環(huán)境的相互作用,使其攜帶者與對照組相比具有較高的AD風(fēng)險(xiǎn)[28]。

4 高原低氧環(huán)境下PPARγ與AD的相關(guān)性研究

高原具有低氧、低氣壓、高寒、強(qiáng)輻射、晝夜溫差大等特點(diǎn),其中高原低氧是其獨(dú)特環(huán)境特點(diǎn)的重要分支,對人體造成了嚴(yán)重的生理壓力[29]。隨著高原醫(yī)學(xué)的發(fā)展,有關(guān)研究人員經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn),高原地區(qū)人群記憶力減退的年齡相比于平原地區(qū)提前了10年,且高海拔地區(qū)老年人AD發(fā)病率與內(nèi)地相比明顯增高[30]。低氧參與AD發(fā)病的多種機(jī)制已經(jīng)得到證實(shí),而低氧環(huán)境下PPARγ對AD的影響仍存在爭議[31]。有研究表明在小鼠脂肪3T3細(xì)胞,低氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)通過上調(diào)DEC1/Stra13的表達(dá),進(jìn)而抑制PPARγ2的表達(dá),導(dǎo)致對BACE1的抑制作用減弱,BACE1表達(dá)升高[32]。同時(shí)在β分泌酶BACE1的基因啟動子區(qū)有HIF-1α的結(jié)合位點(diǎn)(hypoxia-responsive element,HRE),缺氧時(shí)HIF-1轉(zhuǎn)錄活性增加,進(jìn)而上調(diào)BACE1的基因表達(dá)。BACE1表達(dá)的上調(diào)導(dǎo)致Aβ沉積的增加[33]。相反的,劉曉玲等[34]發(fā)現(xiàn)PPARγ2在2種腫瘤細(xì)胞MCF-7(人乳腺癌細(xì)胞癌細(xì)胞系)和Hep G2(人肝癌細(xì)胞系)中是低氧誘導(dǎo)表達(dá)的,并且證明PPARγ2是HIF-1α的靶基因,HIF-1α正調(diào)控PPARγ2表達(dá),抑制STAT-1、NF-κB從而抑制活化的MG中炎癥因子的釋放以及晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts,RAGE) 基因啟動子區(qū)HIF-1和NF-κB結(jié)合位點(diǎn)的激活,增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞和腦內(nèi)RAGE的基因表達(dá),從而減弱RAGE介導(dǎo)Aβ由外周進(jìn)入腦內(nèi)[35]。

5 總結(jié)與展望

總之,PPARγ廣泛參與AD的病理過程,在被激動劑激活后,PPARγ作用于多種細(xì)胞和多個(gè)分子位點(diǎn)從而改善認(rèn)知功能,這給AD的治療提供了一個(gè)新的思路。雖然PPARγ基因多態(tài)性與AD的易感性在不同人群的研究結(jié)果不一致,究其原因,除基因多態(tài)性的分布頻率有顯著的地區(qū)、種族差異外,還與研究的樣本量不夠大有關(guān),因此為保證結(jié)果的可靠性,要求研究樣本量足夠大,同時(shí)對PPARγ基因多態(tài)性與環(huán)境因素的交互作用進(jìn)行分析,對有關(guān)聯(lián)的多態(tài)性位點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行深入的功能學(xué)研究。從遺傳學(xué)角度進(jìn)一步闡明AD發(fā)生的可能機(jī)制,研究干預(yù)PPARγ基因轉(zhuǎn)錄的藥物,可能從基因水平為AD的一級預(yù)防、早期診斷和靶向治療開辟新的途徑。