β淀粉樣蛋白的研究進(jìn)展

王 芳(綜述)，周愛民(審校)

(天津市長征醫(yī)院皮膚科，天津300120)

β淀粉樣蛋白(amyloid-β，Aβ)是由淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)經(jīng) β-和 γ-分泌酶的蛋白水解作用而產(chǎn)生的含有39～43個氨基酸的多肽，相對分子質(zhì)量為4.5×103。它可由多種細(xì)胞產(chǎn)生，循環(huán)于血液、腦脊液和腦間質(zhì)液中，大多與伴侶蛋白分子結(jié)合，少數(shù)以游離狀態(tài)存在。人體內(nèi)Aβ最常見的亞型是 Aβ1～40和 Aβ1～42。在人腦脊液和血漿中，Aβ1～40分別比 Aβ1～42的含量水平高 10 倍和 1.5倍，Aβ1～42具有更強的毒性，且更容易聚集，從而形成Aβ沉淀的核心，引發(fā)神經(jīng)毒性作用［1-2］。

1 Aβ的產(chǎn)生

Aβ是由 APP經(jīng) β-和 γ-分泌酶水解產(chǎn)生的。APP是一種在各種組織中廣泛存在，并集中表達(dá)于神經(jīng)元突觸部位的膜蛋白質(zhì)，Aβ片段即位于其跨膜區(qū)域。β-分泌酶首先在β位點將APP裂解為β-N端片段(sAPPβ)和 β-C端片段，然后 γ-分泌酶在 β-C端片段的近N端跨膜區(qū)域水解釋放出有39～43個氨基酸組成的Aβ肽段，此過程被稱為APP的淀粉樣降解途徑，APP的非淀粉樣降解途徑是由α-和γ-分泌酶所介導(dǎo)水解生成sAPPα、p3和 α-C 端片段，由于α-分泌酶的作用位點在Aβ區(qū)域，從而阻止了Aβ的產(chǎn)生。

Aβ的生成效率主要取決于APP及其水解酶的亞細(xì)胞定位。在穩(wěn)定狀態(tài)下，α-分泌酶主要分布在細(xì)胞膜上，β-分泌酶則主要定位于高爾基體外側(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(tans-Golgi network，TGN)和內(nèi)涵體中，γ-分泌酶的分布較廣，在細(xì)胞膜和多種細(xì)胞器中均有發(fā)現(xiàn)。APP合成于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)高爾基復(fù)合體加工修飾后，轉(zhuǎn)移至其常駐位點TGN，這也是Aβ的主要產(chǎn)生部位之一。APP在 TGN滯留時可被 β-和 γ-分泌酶降解產(chǎn)生Aβ。未被降解的全長APP可通過由TGN產(chǎn)生的分泌小泡運輸至細(xì)胞膜表面，然后由定位于此的α-分泌酶介導(dǎo)其非淀粉樣降解或是由網(wǎng)絡(luò)蛋白包被的囊泡內(nèi)吞運轉(zhuǎn)至內(nèi)涵體，再由分布于該處的β-和γ-分泌酶水解其生成Aβ或少部分再循環(huán)至細(xì)胞膜表面［3］。因此，在APP的運轉(zhuǎn)循環(huán)中，Aβ主要產(chǎn)生于TGN和內(nèi)涵體。Greenfield等［4］利用無細(xì)胞體系對Aβ的產(chǎn)生位點及其種類鑒定進(jìn)行的研究表明，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有不溶性的 Aβx～42(N-terminally truncated，Aβ42)產(chǎn)生，為胞內(nèi)Aβ 類型，可溶性的 Aβx～42、Aβ1～42和 Aβx～40、Aβ1～40生成于TGN及其分泌囊泡，為分泌型Aβ。

2 Aβ的代謝

在正常的生理狀態(tài)下，Aβ在血液和腦脊液中都能被檢測出。Aβ的濃度主要受以下幾個因素的影響:①APP的代謝調(diào)節(jié);②Aβ的清除和跨血腦屏障運輸;③Aβ蛋白酶降解作用;④Aβ的寡聚化;⑤Aβ結(jié)合蛋白與Aβ的結(jié)合和分離能力。

Aβ可被多種肽酶降解，最主要的是兩種鋅依賴性金屬內(nèi)切蛋白酶:腦啡肽酶和胰島素降解酶。Aβ的清除還依賴于機體的免疫機制。外周的Aβ抗體(IgG)可通過浸透運輸至腦內(nèi)，與Aβ結(jié)合形成免疫復(fù)合物，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，以清除Aβ沉積。另外，Aβ抗體/Aβ免疫復(fù)合物還能通過新生兒Fc受體跨血腦屏障運輸至外周血中。

Aβ與其結(jié)合蛋白的相互作用亦能調(diào)節(jié)其代謝過程，減少Aβ聚集，促進(jìn)其清除和降解。Aβ的自然屬性使它能與多種蛋白結(jié)合，在血漿中Slrp1、白蛋白、α1抗胰凝乳蛋白酶、血清淀粉樣蛋白P成分、脂蛋白等均能與Aβ結(jié)合。

3 Aβ的作用

3.1 Aβ的神經(jīng)毒性作用 Aβ的神經(jīng)毒性作用在阿爾茨海默病的病程進(jìn)展中發(fā)揮著主要作用。1991年，Kowall等［5］將Aβ注入大鼠或猴的大腦皮質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)注射部位發(fā)生組織壞死，周圍神經(jīng)元缺失及神經(jīng)角質(zhì)增生，并與劑量有明顯的相關(guān)性。Aβ對神經(jīng)系統(tǒng)的毒性作用是使血管壁淀粉樣變直接導(dǎo)致血管硬化，彈性變差，甚至容易破裂或形成血栓，還誘使神經(jīng)細(xì)胞過早凋亡。動物實驗顯示，Aβ對神經(jīng)元的作用與其狀態(tài)有關(guān)。溶解狀態(tài)的Aβ在短時間內(nèi)可促使神經(jīng)突生長，提高神經(jīng)元的存活率，而沉積狀態(tài)的Aβ對神經(jīng)元呈現(xiàn)相反的作用，引起與阿爾茨海默病相似的病理變化——神經(jīng)突退縮和神經(jīng)元變性，最顯著地改變發(fā)生在衰老的哺乳類動物大腦。近年來研究發(fā)現(xiàn)糖基化蛋白終產(chǎn)物受體、清除劑受體和絲氨酸蛋白酶抑制劑酶復(fù)合物受體可與Aβ特異結(jié)合的受體，Aβ與這三種受體結(jié)合可直接或間接激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞，釋放補體、細(xì)胞因子、自由基、細(xì)胞毒性物質(zhì)等。

Cardoso等［6］發(fā)現(xiàn)Aβ本身可以產(chǎn)生活性氧簇，也可以通過多種途徑誘導(dǎo)活性氧簇的產(chǎn)生，使神經(jīng)細(xì)胞胞質(zhì)中自由基濃度下降，從而使脂質(zhì)過氧化，形成脂質(zhì)過氧化物，如醛基、酮基等。Nelson等［7］研究證實，APP和Aβ氧化膽固醇可以產(chǎn)生7β羥基膽甾醇，7β羥基膽甾醇可以在納摩爾濃度就產(chǎn)生神經(jīng)毒性，并進(jìn)一步產(chǎn)生氧化應(yīng)激。Kayed等［8］研究證實，凝聚的Aβ電子顯微鏡下可以看到的Aβ纖維和電鏡下缺乏可見形態(tài)的Aβ原纖維對神經(jīng)元都具有毒性，但Aβ寡聚體的毒性較Aβ纖維的毒性更強，可以快速引起大量的神經(jīng)細(xì)胞死亡。Aβ的神經(jīng)毒性作用的可能機制為:①誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡;②激活膠質(zhì)細(xì)胞誘發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng);③觸發(fā)氧化應(yīng)激;④升高胞內(nèi)Ca2+，降低膜流動性［9-11］。

3.2 對血管形態(tài)及血管功能的影響 Aβ首先沉積在血管外層基膜，然后浸潤到平滑肌細(xì)胞層。Aβ沉積減少了小動脈平滑肌細(xì)胞與基膜的黏附，血管中層被 Aβ 取代，平滑肌細(xì)胞發(fā)生變性［12］。Vinters等［13］和 Yamaguchi等［14］研究發(fā)現(xiàn) Aβ 沉積在毛細(xì)血管基膜，并呈板狀突入神經(jīng)氈。毛細(xì)血管Aβ40/Aβ42比率明顯小于動脈。因此，Aβ40主要沉積在動脈壁，而Aβ42則沉積在毛細(xì)血管。Aβ促使血管周圍纖維沉積，導(dǎo)致了淀粉樣血管病。其可能機制有以下兩點。

3.2.1 降低成纖維細(xì)胞生長因子2的表達(dá) Aβ經(jīng)成纖維細(xì)胞生長因子 2(fibroblast growth factors 2，F(xiàn)GF-2)途徑作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞是經(jīng)過自分泌/旁分泌途徑進(jìn)行的［15］。Aβ通過與FGF-2的細(xì)胞膜受體相互作用阻斷了FGF-2軸的作用。APP的點突變導(dǎo)致了Aβ21～23位氨基酸的變異。這些突變體與淀粉樣血管病的不同遺傳表型、大腦血管趨向性的程度、受損微血管的重構(gòu)以及血管增生緊密相關(guān)。

Aβ主要有三種類型，其中E22Q和E22G位于Aβ40序列(也就是WT)22號氨基酸。E22Q和E22G的生理特性與WT不同:①在低濃度下它們都能抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，但對血管刺激因子FGF-2和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的反應(yīng)是明顯不同的。②在抑制FGF-2途徑(包括FGF-2的表達(dá)，F(xiàn)GF受體-1的激活以及磷酸化作用)的能力上，它們表現(xiàn)了更大的不同。WT和E22Q明顯的抑制了FGF-2機制，而E22G只顯示了極小的抑制作用。③在細(xì)胞凋亡方面的作用也是不同的。在低濃度下，與其他變異體比較E22Q對由FGF-2和VEGF誘發(fā)的血管增生顯示了更強的抑制作用。

Aβ誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂的機制在于FGF-2級聯(lián)機制的抑制。WT和E22Q抑制了FGF-218同工型的表達(dá)，而E22G對其不發(fā)揮作用。同樣，WT和E22Q(而不是E22G)減慢了FGF受體1的磷酸化作用(磷酸化作用是內(nèi)源性FGF-2合成的關(guān)鍵步驟，它維持了血管的完整性)，F(xiàn)GF受體1信號隨之下調(diào)。以上研究表明，磷酸化作用的減慢、蛋白酶激活作用的增強以及E22Q(很小程度上是WT)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡都顯示了它們對于FGF-2受體與配體連接的影響。Paris等［16］首次提出Aβ除了對血管壁細(xì)胞的細(xì)胞毒作用外，還誘導(dǎo)了對血管增生的損害。很多研究已經(jīng)證明FGF-2是降低內(nèi)皮細(xì)胞損害的使動因素，WT造成了對血管增生的損害。近年來，很多數(shù)據(jù)顯示，以血管趨向性為主要特征的突變的縮氨酸，尤其是E22Q，也通過FGF-2途徑作用于血管的增生過程［15］。

3.2.2 Aβ通過與VEGFR-2直接作用阻礙VEGF信號途徑 VEGF是誘發(fā)血管增生的一個重要因子。人體中，至少含有5種不同亞型:VEGF-121、VEGF-145、VEGF-165、VEGF-189 和 VEGF-206，VEGF-121、VEGF-145、VEGF-165都能誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的血管原反應(yīng)，其中VEGF-165被認(rèn)為是人體內(nèi)的一個血管增生誘導(dǎo)因子［17］。

新生血管內(nèi)皮細(xì)胞的存活最重要的是依賴于VEGF。VEGF在很多病理情況下是增多的，如缺氧、局部缺血以及腫瘤。VEGF有三種受體:VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3。VEGFR-2是最主要的前血管原信號換能器。通過作用于配體，VEGF受體二聚化，發(fā)生自身磷酸化，從而啟動細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)。

Aβ抑制VEGF誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞移動和滲透。同時，外源性VEGF抑制 Aβ的抗血管增生作用。Aβ42還阻礙VEGF誘導(dǎo)的VEGFR-2的酪氨酸磷酸化作用，表明Aβ對VEGFR-2信號系統(tǒng)的拮抗作用。另外，Aβ能直接作用于VEGFR-2的細(xì)胞外區(qū)域和VEGF競爭它的受體。免疫沉淀反應(yīng)證實，Aβ不論在體內(nèi)還是體外都能限制VEGFR-2的作用。

總之，Aβ對bFGF和VEGF誘導(dǎo)的血管增生起拮抗作用。

也有學(xué)者對Aβ對血管的影響持有不同觀點。Cantara等［18］對Aβ及其內(nèi)皮細(xì)胞的作用進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)Aβ不僅能模擬FGF-2的作用，且Aβ和FGF-2在促進(jìn)血管增生方面有協(xié)同作用，Aβ對微脈管的形成有保護作用:①Aβ促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長、遷移以及微血管網(wǎng)絡(luò)形成暴露于 Aβ1～40或 Aβ25～35不活動的內(nèi)皮細(xì)胞在納摩爾濃度下促進(jìn)增殖，在微摩爾濃度下抑制生長。Aβ1～40或 Aβ25～35加速細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2磷酸化作用和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2表達(dá)并促進(jìn)金屬蛋白酶釋放。②Aβ通過FGF-2信號系統(tǒng)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞生成暴露于FGF-2抗體的內(nèi)皮細(xì)胞生長受抑制，磷酸化作用受到阻斷，F(xiàn)GF-2抗體減少細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶磷酸化作用，表明Aβ的活動是需要FGF-2的存在。③在體內(nèi)Aβ和FGF-2在促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長及遷移方面有協(xié)同作用，低濃度的 Aβ1～40或 Aβ25～35對細(xì)胞增殖不產(chǎn)生影響，與低濃度FGF-2聯(lián)合作用時，細(xì)胞數(shù)量明顯增加。與之形成對比，VEGF與Aβ聯(lián)合作用并不能使細(xì)胞數(shù)量增加。④Aβ增強FGF-2誘導(dǎo)的血管增生作用，當(dāng)FGF-2和Aβ1～40同時釋放時能引起血管增生，當(dāng)單獨釋放時卻不能［19-21］。相反，VEGF 和 Aβ1～40同時釋放并沒有增強效應(yīng)，單獨釋放時引起血管增生的作用也很微弱。這些發(fā)現(xiàn)表明Aβ和FGF-2之間作用的特異性。

4 結(jié)語

Aβ既有神經(jīng)毒性作用，又對血管也產(chǎn)生影響。皮膚科也有許多疾病與血管病理狀態(tài)有關(guān)，如銀屑病，其病理改變之一為血管扭曲擴張充血，管壁增厚。對Aβ的研究顯示Aβ可引起血管的增生，Aβ是否參與了銀屑病血管的增生目前尚未見報道，Aβ對皮膚病的檢測是否也有意義有待于研究論證。

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