β-淀粉樣蛋白與老年癡呆癥

馬曉飛

寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)分院，陜西寶雞 721013

老年性癡呆癥即阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD），是老年人最常見(jiàn)的一種慢性大腦退行性變性疾病。1907年首先由德國(guó)神經(jīng)病理學(xué)家Alosis Alzheimer描述。臨床表現(xiàn)為不同程度的記憶力喪失，語(yǔ)言困難，定向力障礙，認(rèn)知力降低，人格及行為和情感活動(dòng)異常，進(jìn)行性智力障礙，以至于生活不能自理，完全呆傻，最后全身衰竭，并發(fā)感染而亡。

1 流行病學(xué)及病理概況

據(jù)統(tǒng)計(jì)全球有AD患者1700萬(wàn)～2500萬(wàn)人，美國(guó)為200萬(wàn)～400萬(wàn)人，患病率為4%～6%，是僅次于心血管病、癌癥和腦卒中之后的第四大導(dǎo)致死亡的疾病。我國(guó)老齡人口以年均3.2%的速度遞增，大大高于人口增長(zhǎng)速度，60歲以上老年人口已超過(guò)1.3億人以上，預(yù)計(jì)到2015年將達(dá)到2.16億人，約占總?cè)丝诘?6.7%，年均凈增老年人口800多萬(wàn)人。由北京等六城市的聯(lián)合調(diào)查證明：我國(guó)AD發(fā)病率（4.2%）與西方國(guó)家接近。與AD有關(guān)的主要高危因素包括高齡、低教育水平、居住農(nóng)村、遺傳因素、慢性感染、免疫缺陷、環(huán)境毒素、代謝異常及內(nèi)分泌減弱等。其病理學(xué)特征主要表現(xiàn)為大腦皮層和海馬區(qū)大量淀粉樣老年斑塊（senile plaques，SP）沉積、神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）及特定腦區(qū)選擇性神經(jīng)元和突觸丟失[1-2]。與之相應(yīng)的AD病因?qū)W的研究形成了以β-淀粉樣肽（Aβ）、tau蛋白及神經(jīng)元缺失機(jī)制為主的三大研究領(lǐng)域。老年斑（SP）的主要成分是由直徑為5～10 nm的微絲組成的 β-淀粉樣蛋白（β-amyloid protein，Aβ）。 其他成分有載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）和來(lái)自膠質(zhì)細(xì)胞的一些蛋白成分如β-抗胰蛋白酶 （ACT）、白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1，IL-1β）和丁基膽堿脂酶等[3]。

2 Aβ的來(lái)源、分布和降解

Aβ是含39～43個(gè)氨基酸殘基的多肽，也有報(bào)道檢測(cè)到有46個(gè)氨基酸肽鏈的Aβ46[4]。由于其為β-片層結(jié)構(gòu)，分子量4 kDa，經(jīng)氨基酸測(cè)序，被命名為Aβ，呈疏水性。Aβ來(lái)源于其前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）。斷裂后產(chǎn)生殘基多肽。APP基因位于第21號(hào)染色體長(zhǎng)臂（21q21），它至少由18個(gè)外顯子組成。分子量為105～140 kDa。編碼Aβ位于第16和17外顯子。APP基因在轉(zhuǎn)錄后由于不同的剪接產(chǎn)生10多種不同的mRNA和365～770個(gè)氨基酸殘基的蛋白質(zhì)異構(gòu)體 ， 包 括 APP695、APP770、APP751、APP750、APP714、APP733、APP752、APP677等。其中APP695和APP770是人腦內(nèi)的主要存在形式。在神經(jīng)細(xì)胞APP是以跨膜受體蛋白結(jié)構(gòu)形式存在于細(xì)胞內(nèi)外。APP有兩條生理性代謝途徑。一條途徑由α-分泌酶（αsecretase）將Aβ內(nèi)部Lyst-16-Leu-17間的肽鍵切斷，以阻止Aβ的產(chǎn)生，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)較大的分子量約100 kDa的可溶性N-末端片段和一個(gè)9 kDa的APP C端部分分泌到細(xì)胞之外，稱之為分泌性APP（APPsa），可發(fā)揮一定生理作用，與細(xì)胞分化、形態(tài)改變等有關(guān)，并有促神經(jīng)存活、抗興奮性氨基酸毒性作用，所以APPsa減少在AD中與神經(jīng)元退變有關(guān)。這是APP加工的主要途徑。有人發(fā)現(xiàn)Aβ本身尚具有一定的生理功能[5]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，正常人腦中APP可由δ-分泌酶（δ-secretase）裂解產(chǎn)生Aβ序列，所以正常人的腦脊液中也可查到Aβ，但這種正常的Aβ是可溶性的，并不在大腦中積聚。Aβ從可溶狀態(tài)到不溶狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是AD發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]。另一條途徑是由β-內(nèi)分泌酶（β-secretase）和γ-內(nèi)分泌酶（γ-secretase）完成[7]。由兩種分泌酶從細(xì)胞外和細(xì)胞膜內(nèi)裂解APP產(chǎn)生Aβ。多數(shù)AD患者的β-分泌酶含量升高或活性增強(qiáng)[8]。β-分泌酶主要裂解APP695中的Met-595和ASP597間膜外氨基端肽鍵，γ-分泌酶主要裂解Aβ39-43位的跨膜羧基端的任一肽鍵而產(chǎn)生分子長(zhǎng)短不等的完整Aβ分子。由于Aβ的C-末端最后幾個(gè)氨基酸殘基具有很強(qiáng)的疏水性，所以，C-端越長(zhǎng)越易沉積。因此，γ-分泌酶是決定Aβ產(chǎn)生及其毒性作用的關(guān)鍵。β-分泌酶已被證實(shí)是膜結(jié)合的天冬氨酰蛋白酶，γ-分泌酶確定為 presenilin-1、presenilin-2[9-10]。

Aβ是各種細(xì)胞APP代謝過(guò)程中的正常產(chǎn)物。中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中所有神經(jīng)細(xì)胞包括神經(jīng)元、星形細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少枝膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞均可表達(dá)APP和產(chǎn)生Aβ。但在正常情況以α-分泌酶途徑為主。Aβ的產(chǎn)生和降解保持平衡。人的星形細(xì)胞能產(chǎn)生大量APP751/APP770和硫酸軟骨素蛋白多糖（CSPG）-APP，可能是腦組織Aβ的主要來(lái)源。加之載脂蛋白E（ApoE）也主要在星形細(xì)胞表達(dá)，因此星形細(xì)胞具有重要意義。小膠質(zhì)細(xì)胞僅產(chǎn)生少量的APP。大多數(shù)生成的Aβ為Aβ40。同一區(qū)域不同形態(tài)和分子結(jié)構(gòu)的Aβ40神經(jīng)毒性有明顯差異[11]。但數(shù)量較少而肽鏈較長(zhǎng)的Aβ42/Aβ43可以聚集成纖維絲而更易聚集，可催化并與Aβ40一起形成淀粉樣斑。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是生成Aβ42/Aβ43的主要場(chǎng)所，Aβ40產(chǎn)生于此后的分泌性細(xì)胞器（secretory compartments），如高爾基體網(wǎng)絡(luò)（trans-Golginetwork）。正常時(shí)Aβ的產(chǎn)生和降解保持平衡，且體內(nèi)有一些因素保持Aβ的可溶性。Aβ的降解與潛在活性的金屬蛋白酶（latent metalloproteinase）活性有關(guān)。該酶可明顯降低Aβ的含量。其激動(dòng)劑氨苯乙酸汞（aminophenyl mercuric acetate，APMA）可使M17細(xì)胞培養(yǎng)中Aβ下降75%以上，但可被抑制劑EDTA和O-Phenanthrolene阻斷。在AD腦中Ca2+依賴的金屬蛋白酶增加，這些基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPS）MMP-9在海馬錐體細(xì)胞中表達(dá)，存在于接近細(xì)胞外的Aβ老年斑塊附近，MMP-9激活時(shí)可裂解Aβ跨膜區(qū)中的Leu34-Met35，降解Aβ。但AD腦中未被激活的這些酶增加，酶激活的缺乏可能與不溶性Aβ沉積有關(guān)。Aβ40可能促進(jìn)MMP-9、MMP-2、MMP-3的產(chǎn)生，也是星形細(xì)胞膠凝酶有力的誘導(dǎo)劑。明膠酶（gelation）A具有α-分泌酶的作用，也能裂解可溶性APP，產(chǎn)生分泌性APPsa，免疫組化證明此酶僅存在于腦白質(zhì)的小膠質(zhì)細(xì)胞，可能與防止Aβ沉積有關(guān)。新近研究顯示，insulysin酶能降低AD小鼠大腦內(nèi)相關(guān)蛋白質(zhì)的水平，從而降低AD發(fā)病的危險(xiǎn)[12]。

3 Aβ的神經(jīng)毒性

Aβ是AD病理進(jìn)程中真正的罪魁禍?zhǔn)?，但可溶性Aβ本身并無(wú)神經(jīng)毒性，當(dāng)β-折疊形成絲狀纖維聚集物變?yōu)椴蝗苄猿恋砗髣t具有神經(jīng)細(xì)胞毒性作用，Aβ42/Aβ43聚集毒性更強(qiáng)。動(dòng)物的Aβ保持穩(wěn)定的可溶狀態(tài)，故人Aβ的一級(jí)結(jié)構(gòu)是神經(jīng)細(xì)胞毒性作用的決定因素。

3.1 膽堿性神經(jīng)元損傷

向海馬與大腦皮質(zhì)投射的基底前區(qū)腦膽堿能系統(tǒng)神經(jīng)元及突觸的大量損傷、喪失是AD患者記憶、認(rèn)知能力減退的主要原因。Aβ激活蛋白激酶GSK-3/糖原合成酶激酶-3β，引起tau蛋白及線粒體丙酮酸脫氫酶磷酸化，使酶活性降低，致丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A（actyl coenzyme A）減少，從而使乙酰膽堿（ACh）合成減少[13]，琥珀酸脫氫酶抑制，供能減少，造成膽堿能神經(jīng)元及突觸損傷、退變、遞質(zhì)傳遞障礙，膽堿能系統(tǒng)活性下降。而ACh的減少又導(dǎo)致Aβ的產(chǎn)生增多，形成惡性循環(huán)。Meynet基底核等前腦底部神經(jīng)受損，ACh受體破壞，致腦電活動(dòng)減慢，記憶功能障礙。膽堿能M受體激動(dòng)劑可打斷此惡性循環(huán)，使Aβ形成減少，tau蛋白異常磷酸化減弱。小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Aβ可以損傷膽堿能神經(jīng)元。體外神經(jīng)元培養(yǎng)證明，擬膽堿藥可緩解Aβ的神經(jīng)毒性作用。乙酰膽堿脂酶（acetylcholinesterase，AchE）抑制劑仍是AD的主要治療藥物。

3.2 神經(jīng)細(xì)胞凋亡

AD的主要特征是皮質(zhì)和海馬區(qū)神經(jīng)元數(shù)量減少。AD大鼠皮層神經(jīng)元呈現(xiàn)DNA斷裂等凋亡的特征性變化[14]。Aβ聚集成β-片層折疊結(jié)構(gòu)時(shí)神經(jīng)毒性明顯增強(qiáng)，可誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。這是AD中選擇性神經(jīng)元和突觸缺乏的重要原因。纖維狀聚集的Aβ與APP等跨膜受體在細(xì)胞表面及分泌途徑相互作用、交聯(lián)，導(dǎo)致信號(hào)傳導(dǎo)通路的抑制與反常激活，從而啟動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞死亡程序[15]。Aβ致內(nèi)環(huán)境中Ca2+失衡刺激NMDA受體或者通過(guò)自由基的損傷作用導(dǎo)致膜通透性改變[16]，致Ca2+內(nèi)流引起谷氨酸受體激活，使谷氨酸能神經(jīng)元過(guò)度興奮而死亡。也可導(dǎo)致NO合成增加引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡。Aβ引起AD腦易損區(qū)神經(jīng)元DNA損傷，bcl-2和bax調(diào)控改變，所表達(dá)的蛋白產(chǎn)物異常，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。經(jīng)線粒體途徑的P53蛋白質(zhì)可能誘導(dǎo)了AD腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的程序化死亡[17]。Aβ可引起培養(yǎng)神經(jīng)元即刻早期基因（immediate early genes，IEGs）包括 c-fos、c-jun、egr、fra-1、fos-B、ngfi-b 的過(guò)度表達(dá)， 引起神經(jīng)元凋亡。研究發(fā)現(xiàn)在纖維母細(xì)胞凋亡過(guò)程中胞漿c-fos聚集，顯示c-fos在AD發(fā)病中的作用，可能反映某些神經(jīng)元死亡程序的開(kāi)始。轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的活性表達(dá)是SP斑塊附近神經(jīng)元存活的必要條件，失活后則對(duì)Aβ的毒性異常敏感。大量Aβ沉積使神經(jīng)元NF-κB失活，同時(shí)使氧化應(yīng)激超載而滅活NF-κB所啟動(dòng)的神經(jīng)元保護(hù)基因的表達(dá)，最終誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡[18]。

3.3 氧應(yīng)激（過(guò)氧化損傷）

Aβ誘發(fā)氧化應(yīng)激引起自由基損傷是其重要的神經(jīng)毒性。Aβ可通過(guò)多種途徑引起氧化應(yīng)激[19]。Aβ誘導(dǎo)引起的氧應(yīng)激可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的過(guò)氧化損傷。Aβ的毒性是通過(guò)H2O2介導(dǎo)的。Aβ通過(guò)進(jìn)展性糖基化終產(chǎn)物受體（receptor of advanced glycation endoproduct，RAGE）增加體內(nèi) H2O2的累積，產(chǎn)生氧化損傷，引起細(xì)胞死亡。氧應(yīng)激使小膠質(zhì)細(xì)胞增殖，順Aβ濃度梯度遷移，導(dǎo)致老年斑周圍小膠質(zhì)細(xì)胞聚集，形成神經(jīng)炎斑，產(chǎn)生更多活性氧種。Aβ增加脂質(zhì)過(guò)氧化，H2O2不但是羥自由基的來(lái)源，而且增加快反應(yīng)轉(zhuǎn)錄核因子（Nuclear FactorκB，NF-κB）蛋白的異常表達(dá)，產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞膜損傷，導(dǎo)致神經(jīng)元變性。脂質(zhì)自由基清除劑Vit E等許多抗氧化劑可保護(hù)神經(jīng)元免受Aβ毒性所致的類似自由基作用的細(xì)胞膜損傷。Aβ也可使細(xì)胞膜形成非選擇性通道，使Ca2+內(nèi)流增加，細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)失調(diào)，氧化應(yīng)激增強(qiáng)。

3.4 炎癥反應(yīng)

AD腦內(nèi)有炎癥反應(yīng)，在SP和NFTs周圍有膠質(zhì)細(xì)胞增生，Aβ可刺激釋放一些具有強(qiáng)烈神經(jīng)毒性的炎性蛋白[20]。Aβ激活星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞釋放炎癥細(xì)胞因子，如一氧化氮（NO）、白細(xì)胞介素-1（IL-1）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、γ-干擾素（Interferon-γ,γ-IFN），β-抗胰蛋白酶（ACT）、補(bǔ)體C1、C3及趨化因子、黏附因子等。NO是一種強(qiáng)活性的自由基氣體，與O2-反應(yīng)生成的氧化亞硝酸鹽能引起氧化應(yīng)激，使脂質(zhì)過(guò)氧化，破壞神經(jīng)細(xì)胞膜。同時(shí)激活NF-κB，啟動(dòng)相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄，參與炎癥反應(yīng)，細(xì)胞凋亡[21]。Aβ誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的NO可選擇性損傷大腦膽堿能神經(jīng)元。IL-1能使細(xì)胞骨架蛋白-神經(jīng)絲蛋白生成異常，損害神經(jīng)元的功能[22]。IL-6增加ADP的過(guò)高基因表達(dá)，促進(jìn)Aβ形成，Aβ又可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞IL-6的表達(dá)，形成AD免疫病理過(guò)程中的惡性循環(huán)。TNF-α通過(guò)CNS最主要的載脂蛋白ApoE參與AD的病理過(guò)程。逐多炎性因子誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)自由基生成，氧化應(yīng)激，使神經(jīng)細(xì)胞變性、壞死。APP也可經(jīng)酪氨酸激酶通路激活單核細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞釋放炎癥因子，并引起Aβ產(chǎn)生和沉積[23]。用非類固醇類抗炎藥能延緩或防止AD，如抗炎藥吲哚美辛可延緩或阻止AD的發(fā)生和發(fā)展[24]。

4 結(jié)語(yǔ)

AD的發(fā)病機(jī)制是多種因素相互作用的結(jié)果。Aβ在AD的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。雖然對(duì)Aβ在不同領(lǐng)域，用不同方法，在不同水平開(kāi)展了大量的研究工作，也取得了很大的進(jìn)展，特別是在細(xì)胞分子水平揭示了Aβ在AD中的許多機(jī)制，但是AD的發(fā)病機(jī)制至今仍然不是十分清楚，因而還沒(méi)有特效的治療藥物，還有很多問(wèn)題值得進(jìn)一步地探索。比如Aβ的神經(jīng)毒性作用機(jī)制中的多種因素之間如何協(xié)調(diào)作用，哪些途徑起主要作用，也許經(jīng)過(guò)不斷努力的研究會(huì)發(fā)現(xiàn)新的因素。隨著對(duì)AD本質(zhì)認(rèn)識(shí)的深入，針對(duì)Aβ神經(jīng)毒性的治療也取得了進(jìn)展，比如在Aβ疫苗、抗Aβ纖維化沉積、β和γ分泌酶抑制劑等藥物的研究方面也富有成效，這為人類戰(zhàn)勝AD帶來(lái)了希望。

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