呂彩珍，王蓉

首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院中心實驗室，北京市老年病醫(yī)療研究中心，北京腦重大疾病研究院阿爾茨海默病研究所，神經變性病教育部重點實驗室，北京100053）

阿爾茨海默病（Alzheimer,s disease,AD,老年癡呆），是世界范圍內最常見的癡呆類型。據《2018年全球阿爾茨海默報告》顯示，2018年全球每3 秒就會新發(fā)一例癡呆病例，全世界有5 000 萬人患有癡呆，預計到2030年發(fā)病人數將達到8 200 萬，治療和護理費用達2 萬億美元。我國作為一個人口大國，形勢同樣十分嚴峻，隨著老齡化進程的加快，AD 患病人數呈逐年上升的趨勢。預計到2030年需承擔AD 總花費達5074.9 億美元，2050年將增加到1.89 萬億美元[1]。AD 是一種慢性、進行性中樞神經系統(tǒng)退行性疾病，以細胞外淀粉樣肽（Amyloid-βpeptide,A ）沉積形成的老年斑（senile plaque,SP）和細胞內過度磷酸化的Tau蛋白形成的神經元纖維纏結(neurofibrillary tangle,NFT) 為主要病理特征，主要表現為學習、記憶及解決日常問題能力的下降，隨著病程的進展，AD 患者會逐漸喪失生活自理能力，給家庭和社會帶來沉重的負擔，成為威脅老年人生命健康的第4 位疾病，僅次于心血管病、癌癥、腦卒中之后。由于AD 的發(fā)病機制十分復雜，至今病因尚不明確。有研究表明，由于海馬和大腦皮層中A 低聚物水平的升高可能是通過破壞谷氨酸興奮性神經元而導致谷氨酸合成過多或者星形膠質細胞和突觸前膜的攝取減少，造成突觸間隙谷氨酸濃度過高，甚至發(fā)生外溢，突觸外谷氨酸受體被過度激活，會造成神經元損傷和變性壞死[2]。反之，突觸后膜谷氨酸受體的過度激活也會影響A 的生成。在此就二者在AD 中的相互作用進行簡單綜述，以期為本領域科研和臨床工作者提供思路。

1 β淀粉樣肽和淀粉樣前體蛋白

A 是由淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein ,APP）經-分泌酶和-分泌酶切割形成的代謝產物。APP 是一種存在于多種組織的Ⅰ型跨膜糖蛋白，其N 端位于細胞外，C 端位于細胞內，是突觸形成和修復的調節(jié)因子[3]。APP 的水解可分為2 種途徑：①非A 生成途徑，主要由-分泌酶作用形成，產生無神經毒性的片段；②A 生成途徑，主要由-分泌酶和-分泌酶作用形成[4]，這種A 可以單體形式存在，也可聚集成可溶性的寡聚體和不可溶性的淀粉樣斑塊，相比之下，A 低聚物(Amyloid oligomers,A o)與AD 發(fā)病聯(lián)系更緊密?？扇苄缘腁 低聚物目前被認為是造成腦神經元損傷和中樞神經退行性變的主要形式[5-6]，另外也可促進谷氨酸神經傳遞和Tau 蛋白的磷酸化[7]。家族性阿爾茨海默病是由基因突變引起的，這些突變通過影響APP 水解，向有利于A 生成的方向進行。

2 谷氨酸

谷氨酸是神經系統(tǒng)中最重要的興奮性神經遞質，幾乎參與了所有中樞神經系統(tǒng)活動，其濃度影響著神經元生長分化、突觸傳遞、突觸可塑性以及學習記憶功能。其可作用于多種受體，大致分為離子型和代謝型。離子型谷氨酸受體有N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate acid receptor,NMDAR）、氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體( -amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropinic acid receptor,AMPAR)、紅藻氨酸激活受體（kainic acid receptor，KAR），其中NMDAR 是最重要的突觸后谷氨酸受體，可介導Ca2+內流，激活其下游的級聯(lián)反應，發(fā)揮神經系統(tǒng)處理和儲存信息的作用，在谷氨酸介導的突觸傳遞中具有重要意義。NMDAR 是一種異四聚體鈣通道，主要由兩個NR1亞基和兩個NR2 亞基組成[8]。在海馬中，NR2 亞基主要表達為NR2A 和NR2B[9]。NMDAR 亞基組成和分布位置決定神經元的命運[10]，富含NR2A 亞基的突觸NMDAR 主要通過激活環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP) 反應元件結合蛋白（cAMPresponse element binding protein,CREB）和腦源性神經營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor ,BDNF ) 基因的表達來誘導細胞生存事件[11]；與此相反，富含NR2B 亞基的突觸外NMDAR，可觸發(fā)CREB關閉途徑，誘導神經元死亡[12-13]。囊泡谷氨酸轉運體（vesicular Glutamate transporters,VGLUT）位于谷氨酸能神經突觸前囊泡質膜上，能夠將胞質中的谷氨酸特異性地轉運入突觸囊泡，其數量及胞外谷氨酸濃度決定了轉運的速度和效率[14]。由于AD 患者大腦實質細胞上VGLUT 表達的缺失，谷氨酸的攝取和循環(huán)受到了相應影響。

3 星形膠質細胞作為淀粉樣肽與谷氨酸作用的媒介

星形膠質細胞是體積最大和分布最廣泛的膠質細胞，在維持中樞神經系統(tǒng)生理功能中起著舉足輕重的作用，諸如為神經細胞提供營養(yǎng)、調節(jié)突觸活性、清除細胞代謝產物，維持血腦屏障的完整性[15]。A o 可通過增加氧化應激和絲裂原活化蛋白激酶的活性，作用于星形膠質細胞，進而抑制谷氨酸生成谷氨酰胺的能力，影響谷氨酸受體的活性[16]。A o 也可通過激活 7 煙堿受體觸發(fā)星形膠質細胞釋放谷氨酸，導致突觸間隙谷氨酸集聚，從而激活突觸外NMDAR，引起神經元功能障礙；也可促進 -分泌酶的表達，增加A的產生[17]。

4 β淀粉樣肽對谷氨酸的影響

A 在突觸前能促進囊泡釋放谷氨酸進入突觸間隙，當神經元功能正常時，突觸囊泡釋放的谷氨酸只作用于突觸NMDAR；當谷氨酸釋放過多或者星形膠質細胞功能障礙時，谷氨酸積聚在突觸間隙或發(fā)生外溢，造成突觸外NMDAR激活，被過度激活的NMDAR 導致突觸后神經元鈣超載，誘發(fā)興奮性毒性作用，神經元凋亡及神經退行性變[18]。Kashani 課題組研究[19]發(fā)現AD 患者大腦皮層的谷氨酸轉運體表達下降，并且VGLUT1 下降更明顯，同樣，大腦皮層和海馬的人源性興奮性谷氨酸轉運蛋白（excitatory amino acid transporter,EAAT）EAAT1 和EAAT2 蛋白的表達也降低，這可能導致突觸間隙的谷氨酸不能被及時清除，進而引發(fā)興奮性毒性[20]。最近1 項研究表明，NMDAR 自身也可以作為一種代謝性受體和信號分子，不再需要通過Ca2+來觸發(fā)下游反應[21]。另外，A o 可能與一種酪氨酸激酶EphB2 的纖黏蛋白重復區(qū)域結合，引發(fā)其降解，損害NMDAR的正常功能，導致突觸障礙[22]。A 1-42 可以增加活性氧和脂質過氧化物與谷氨酸轉運蛋白的結合，抑制其活性，從而減少對谷氨酸的攝取[23]。

A o 也可與代謝型谷氨酸受體5 相互作用促進海馬體長時程抑制（long-term depression,LTD）并抑制長時程增強（long-term potentiation,LTP），引發(fā)下游反應與激酶，如P38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK）、Jun 末端激酶(Jun N-terminal kinase,JNK)和細胞周期素依賴激酶，影響可塑性基因的轉錄[24]；激活細胞周期依賴性激酶-5 和糖原合酶激酶-3，會促進Tau 蛋白磷酸化，破壞微管結構，導致神經元崩解死亡[25]。

Gill 團隊[26]對海馬切片的研究表明，用A 25-35 處理可以促進谷氨酸和天冬氨酸的釋放或者抑制神經元星形膠質對細胞谷氨酸和天冬氨酸的攝取，使得突觸間隙Glu 濃度過高,引發(fā)下游級聯(lián)反應，這一效應在老年動物中表現更為突出。1 項新近研究用谷氨酸電化學生物傳感器原位監(jiān)測了A 1-42 誘導單一靜脈曲張海馬神經元中谷氨酸的釋放，能夠實時監(jiān)測并量化囊泡釋放谷氨酸的濃度。結果表明，A o 短期處理可引起谷氨酸釋放增加，長期處理時，Glu 耗竭，VGLUT 也顯示出相似的趨勢[27]。這讓我們不禁想到A 對谷氨酸濃度的影響可能與AD 的病程發(fā)展相對應。相關研究報道顯示，輕度認知功能障礙患者大腦中谷氨酸能神經元樹突棘密度和突觸數量都是增加的，這可能是一種早期代償作用，但隨著病程的進展，這種代償作用會逐漸減弱[28]。為進一步研究這種早期代償作用，Yeung 等[29]及其同事通過免疫組織化學和共聚焦顯微鏡觀察了立體定向注射A 1-42 后3 天（急性處理，模擬AD 早期）小鼠海馬特異性谷氨酸受體和轉運體的變化。結果發(fā)現，與注射人工腦脊液組相比，實驗組僅在行為學實驗中表現出異常，提示A 急性處理會損害記憶功能，但谷氨酸能NMDAR 和VGLUT 并無明顯變化，但這似乎與AD 早期僅表現為記憶力下降而突觸功能并無明顯損傷相吻合，與上述實驗結果和推測結果一致。

5 N-甲基-D-天冬氨酸受體激活對淀粉樣肽的影響

越來越多證據表明，A 可激活NMDAR，另外NMDAR的激活也會影響APP 水解途徑。APP770 和APP751 包含一個絲氨酸蛋白酶抑制域，稱為Kunitz 蛋白酶抑制域（Kunitz protease inhibitor,KPI）[30]，KPI 表達能抑制 -分泌酶的活性，從而促進-分泌酶和 -分泌酶作用。因此，腦實質中大量表達KPI-APP，就可能造成A 的大量產生[31]。Bordji 等[32]的研究證明，突觸外NMDAR 的慢性激活有利于KPI-APP表達，導致神經元A 產生增多；而突觸NMDAR 激活降低KPI-APP 的表達。本研究中通過NMDAR 拮抗劑美金剛對KPI-APP 蛋白表達以及A 的釋放影響進行了深入探究，結果顯示，美金剛呈劑量依賴性地抑制突觸外NMDAR 激活，進而抑制A 的產生和釋放。

6 小結

隨著人口老齡化的逐步加劇，AD 越來越成為危害老年人身心健康的重大疾病，給患者和家人帶來巨大的痛苦。但是由于致病因素多，機制復雜，目前仍然沒有有效治愈AD的藥物，這也一直困擾著廣大臨床醫(yī)生和研究人員。多少年來研究的熱點多持續(xù)在A o 沉積造成的神經元受損和Glu的興奮性毒性作用上，同時有大量研究證明二者之間存在密不可分的關系，因此，分析二者的相互作用，深入探討其機制，對于AD 等神經退行性疾病的研究具有重要意義。