β- 淀粉樣蛋白誘導的少突膠質細胞死亡

祁鑫洋，張志珺

(東南大學附屬中大醫(yī)院 神經內科,江蘇 南京 210009)

在阿爾茲海默病中,β- 淀粉樣蛋白扮演著重要的角色。隨著研究的深入,阿爾茲海默病中的白質損害逐漸被人們所熟知,而白質區(qū)域重要的成髓鞘細胞——少突膠質細胞與β- 淀粉樣蛋白的關系受到了人們的關注。事實證明β- 淀粉樣蛋白會導致少突膠質細胞的死亡,這也從一定程度上說明了β- 淀粉樣蛋白在阿爾茲海默病白質病變中起到了重要的作用。

1 阿爾茲海默病與β- 淀粉樣蛋白

阿爾茲海默病是最常見的一種神經退行性疾病,目前其最主要的病理發(fā)現(xiàn)包括由β- 淀粉樣蛋白組成的老年斑以及神經纖維纏結。β- 淀粉樣蛋白由36到43個氨基酸組成,是新陳代謝的自然產物。β- 淀粉樣蛋白來源于連續(xù)酶促反應中被β位點裂解酶(BACE- 1)分解的淀粉樣蛋白前體,BACE- 1由β- 分泌酶和γ- 分泌酶、包含早衰蛋白- 1的蛋白復合體為其催化核心。當β- 淀粉樣蛋白的生成和清除之間失衡,肽段開始縮聚,導致β- 淀粉樣蛋白開始沉積,當這一過程超過一定限度,也許是導致阿爾茲海默病的始動因素[1]。

一開始,在阿爾茲海默病中,人們主要關注于β- 淀粉樣蛋白對腦灰質的作用。由β- 淀粉樣蛋白組成的不溶性纖維與神經元和腦血管的退行性病變相關[2]。隨后,在離體實驗中,有實驗證實β- 淀粉樣蛋白對神經元[3]及血管內皮細胞[4]具有毒性作用。對于β- 淀粉樣蛋白的毒性機制,人們也進行了一系列的研究。研究發(fā)現(xiàn)β- 淀粉樣蛋白可以激活少突膠質細胞產生趨化因子[5],并促使小膠質細胞[6]和星形膠質細胞[7]產生炎癥介質。神經膠質細胞作為潛在的炎癥細胞被激活并啟動氧化應激,從而導致β- 淀粉樣蛋白的毒性作用。但毒性作用的具體分子機制,目前尚未能完全闡明。

盡管在阿爾茲海默病研究初期灰質一直是關注的焦點,但是越來越多的證據(jù)發(fā)現(xiàn)白質同樣也存在損害。Scheltens等[8]在磁共振研究中證實了阿爾茲海默病白質損害的存在,隨后Stout等[9]發(fā)現(xiàn)白質損害的范圍與癡呆的嚴重程度相關。在阿爾茲海默病白質損害的病理中,包括了髓鞘和軸索的缺失以及少突膠質細胞的減少和DNA的裂解[10],在人腦灰質和白質中,β- 淀粉樣蛋白的沉積與少突膠質細胞的損害存在密切關系[11]。因此,人們開始意識到,在阿爾茲海默病中,少突膠質細胞不僅在β- 淀粉樣蛋白毒性機制中扮演著炎癥細胞的角色,其本身很可能是β- 淀粉樣蛋白毒性的直接受害者。

2 β- 淀粉樣蛋白誘導的少突膠質細胞的凋亡

在β- 淀粉樣蛋白毒性的研究中,人們發(fā)現(xiàn)β- 淀粉樣蛋白可以通過激活線粒體途徑導致細胞凋亡蛋白酶被激活,從而導致血管內皮細胞的凋亡[12]。同樣在離體實驗中也發(fā)現(xiàn)了β- 淀粉樣蛋白導致少突膠質細胞凋亡的證據(jù)[13]。在離體實驗中,經β- 淀粉樣蛋白處理的少突膠質細胞與對照組相比細胞突起明顯消失,胞體萎縮;在熒光顯微鏡下,正常少突膠質細胞的膜標志物GalC在β- 淀粉樣蛋白處理組中信號明顯少于對照組;TUNEL檢測可在β- 淀粉樣蛋白處理組中檢測到陽性的凋亡細胞,處理組的DNA Laddering電泳圖譜也成明顯的梯形分布。以上種種證據(jù)表明,經β- 淀粉樣蛋白處理過的少突膠質細胞出現(xiàn)了細胞凋亡。

少突膠質細胞的凋亡是激活了死亡受體通路,還是線粒體通路？離體實驗也給出了答案[13]。與對照組相比,β- 淀粉樣蛋白處理過的少突膠質細胞,細胞色素C明顯從線粒體內釋放到細胞質中。作為生命活動的控制中心,線粒體內細胞色素C的釋放是凋亡的線粒體通路中的關鍵步驟[14]。這說明了β- 淀粉樣蛋白誘導的少突膠質細胞的凋亡是通過線粒體通路進行的。

3 β- 淀粉樣蛋白通過氧化應激機制參與誘導少突膠質細胞的死亡

β- 淀粉樣蛋白是一種強氧化劑[15],有研究證實β- 淀粉樣蛋白可以誘導產生氧化應激,進而進一步導致線粒體DNA的損傷[16]。在β- 淀粉樣蛋白誘導的少突膠質細胞死亡中,離體實驗進一步證實了其中有氧化應激的參與。在β- 淀粉樣蛋白處理過的少突膠質細胞中,線粒體DNA的含量較對照組明顯降低[13],而氧化應激被激發(fā)之后,一系列轉錄因子會被激活,如NF- kB和AP- 1[17]。在β- 淀粉樣蛋白處理過的少突膠質細胞中,NF- kB和AP- 1的含量較對照組明顯升高,而在加入還原劑抑制氧化應激之后,經β- 淀粉樣蛋白處理過的少突膠質細胞的活性較前明顯提升[13]。

β- 淀粉樣蛋白如何導致氧化應激,后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)中性鞘磷脂酶- 神經酰胺通路在其中扮演了重要的角色[18]。β- 淀粉樣蛋白可以激活中性鞘磷脂酶,使得神經酰胺的產生增多,并在細胞質內逐漸累積；而神經酰胺作為一個強有力第二信使,能夠激發(fā)起強烈的氧化應激,從而導致少突膠質細胞的死亡。此外,β- 淀粉樣蛋白還可以作用于少突膠質細胞,使其胞膜內的鞘磷脂產生神經酰胺并釋放進入胞質內,參與氧化應激,這一過程叫做類細胞中性鞘磷脂酶反應。

作為一種凋亡基因的調控者,神經酰胺是如何激發(fā)氧化應激的呢？在離體實驗中[18],β- 淀粉樣蛋白可以通過中性鞘磷脂酶- 神經酰胺通路產生神經酰胺,作用于腫瘤壞死因子-α(TNF-α),使其誘導誘導型一氧化氮合酶(iNOS) mRNA的能力增強,轉錄生成更多的iNOS,生成更多的亞硝酸鹽產物,而亞硝酸鹽作為一種強氧化劑,介導產生氧化應激導致少突膠質細胞的死亡。在實驗中,加入中性鞘磷脂酶抑制劑后,并沒有能完全阻斷β- 淀粉樣蛋白對TNF-α的提升作用,這意味著除了中性鞘磷脂酶- 神經酰胺通路,還在存在其他的通路可以提升TNF-α的誘導能力。目前未能明確其他通路的分子機制,但有研究[19]表明,其中有絲裂原活化蛋白激酶p38(p38 MAPK)以及NF- kB的參與。

β- 淀粉樣蛋白如何調節(jié)中性鞘磷脂酶活化,其背后的機制目前尚未完全明確。這一過程可能與細胞的氧化還原狀態(tài)以及還原型谷胱甘肽的代謝有關[20]。有離體實驗表明β- 淀粉樣蛋白可以消耗皮層神經元內的還原型谷胱甘肽[21],作為細胞內儲量最大的含硫基復合物,還原型谷胱甘肽的消耗可以導致中性鞘磷脂酶的活性升高[22],繼而誘導氧化應激,而氧化應激又會進一步消耗還原型谷胱甘肽,從而導致惡性循環(huán),加速細胞的死亡。

4 β- 淀粉樣蛋白提高DP5的表達導致少突膠質細胞的凋亡

β- 淀粉樣蛋白可以誘導少突膠質細胞凋亡,除了通過氧化應激外,有研究發(fā)現(xiàn)其中有DP5的參與[23]。DP5是凋亡調節(jié)因子Bcl家族中只通過BH3途徑發(fā)揮作用的凋亡蛋白。β- 淀粉樣蛋白仍通過中性鞘磷脂酶- 神經酰胺通路產生神經酰胺的沉積,隨之激活JNK——一種脅迫相關蛋白激酶,提高了AP- 1(一個綁定DNA的轉錄因子家族)綁定DNA的活性,從而上調DP5的表達,使得細胞色素C從線粒體內釋放,繼而進一步激活下游的級聯(lián)反應導致少突膠質細胞的凋亡[24]。

5 總 結

對于β- 淀粉樣蛋白誘導少突膠質細胞死亡機制的研究,除了能夠更好地揭示疾病內在的發(fā)病機制,也為新的治療靶點、新藥物的研究提供了嶄新的思路。但從目前的情況來看,還有很多的謎團亟待解開,如β- 淀粉樣蛋白是如何調節(jié)中性鞘磷脂酶活化的？除了中性鞘磷脂酶- 神經酰胺通路,β- 淀粉樣蛋白還可以通過哪些通路提升TNF- α的誘導能力？相信隨著研究的深入,這些謎團終將被一一解開,人們對于阿爾茲海默病發(fā)病機制的認識也會愈加完善,更多更好的治療方法也會不斷涌現(xiàn)。

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