阿爾茨海默病發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

張靜爽 王 蓉

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)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(jīng)變性病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100053)

阿爾茨海默病是一種起病隱襲的進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，具有年齡相關(guān)性，嚴(yán)重影響老年人的生活質(zhì)量。在英國，阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)位居65歲以上人群死亡原因的第6位，而在美國位居第5位［1］。德國巴伐利亞精神病學(xué)家Alois Alzheimer首次描述了一種神經(jīng)退行性疾病的病理特征，后來人們以他的名字將此病命名為Alzheimer’s disease，亦稱老年癡呆［2］。此后研究［3］顯示 AD的兩個(gè)特征性病理改變:β淀粉樣蛋白沉積形成的老年斑(senile plaques，SPs)和tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs)，另外伴有顆?？张葑冃?、平野小體和腦血管的改變。近些年，關(guān)于阿爾茨海默病發(fā)生機(jī)制的研究突飛猛進(jìn)，AD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣，由多種因素共同作用導(dǎo)致。

1 β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)異常沉積

AD的特征性病理變化之一是SPs的形成，而SPs的核心成分是Aβ，包括Aβ40和Aβ42(其中Aβ42更易發(fā)生淀粉樣變性)。因此，Aβ的聚集和異常沉積是AD發(fā)病機(jī)制中的首要和中心環(huán)節(jié)。Aβ是機(jī)體的正常代謝產(chǎn)物，由β-淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein，APP)水解而來，在正常情況下它的產(chǎn)生和降解處于動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)某些原因?qū)е翧PP代謝異常時(shí)，Aβ生成增多和(或)降解減少就會(huì)造成Aβ大量沉積。在AD的發(fā)病中起重要作用的是Aβ異常沉積對神經(jīng)元的毒性作用，到目前為止，Aβ對神經(jīng)細(xì)胞毒性作用的機(jī)制尚未明確。有研究［4］表明，Aβ的分子構(gòu)型、狀態(tài)與Aβ神經(jīng)毒性關(guān)系密切，β片層結(jié)構(gòu)可促進(jìn)Aβ聚集成不溶性纖維，形成極難溶的沉淀，并由此生成SPs，導(dǎo)致AD發(fā)生。Aβ寡聚物學(xué)說支持者則認(rèn)為，與纖維狀的Aβ聚合物相比，可溶性的Aβ寡聚物更具有毒性，可通過多種途徑導(dǎo)致神經(jīng)元死亡［5］。Aβ寡聚體可引起大鼠腎上腺嗜鉻細(xì)胞瘤PC12細(xì)胞的tau蛋白異常磷酸化，細(xì)胞凋亡增多［6］。也有報(bào)道［7］顯示，Aβ 引起的細(xì)胞內(nèi)鈣超載被視為Aβ發(fā)揮神經(jīng)毒性作用的一個(gè)共同通路，細(xì)胞內(nèi)的鈣持續(xù)升高，可最終造成細(xì)胞器受損，細(xì)胞功能減退，神經(jīng)元出現(xiàn)凋亡。另外，它對于凋亡的影響也一直是許多研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。Aβ導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡可能與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)有關(guān)，Aβ能夠通過誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)來產(chǎn)生大量NO，致使神經(jīng)元被殺傷，因此有關(guān)Aβ的毒性作用機(jī)制仍需進(jìn)一步的深入研究［8］。

2 Tau蛋白過度磷酸化

目前，tau蛋白過度磷酸化已是公認(rèn)的AD神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制之一。研究［9-10］顯示，老年癡呆患者中的tau蛋白較非癡呆老年對照高約300%，其中起主要作用的是磷酸化的tau蛋白，而在健康對照中也存在與年齡相關(guān)的廣泛升高，而且其對于診斷AD的敏感性和特異性約80%～90%。在正常體內(nèi)，tau蛋白的磷酸化和去磷酸化處于動(dòng)態(tài)平衡之中，但當(dāng)機(jī)體由于某些原因發(fā)生異常致使tau磷酸化的速度高于去磷酸化速度時(shí)，體內(nèi)的tau就會(huì)增加，從而致病。有學(xué)者［11］稱已經(jīng)有試驗(yàn)表明了tau蛋白含量與AD發(fā)病之間的關(guān)系，并解釋為是磷酸化的tau蛋白形成了雙螺旋纖維絲，并最終形成了一些不溶物，影響了微管的結(jié)構(gòu)和功能，但對于微管結(jié)構(gòu)功能的改變與AD之間的聯(lián)系，尚有待進(jìn)一步的研究。Xiao等［12］的實(shí)驗(yàn)證明，軸突漏與β-淀粉樣蛋白沉積和tau蛋白過度磷酸化的形成及發(fā)展有關(guān)，它可能是導(dǎo)致SPs和NFTs發(fā)生發(fā)展的一種重要的最初的神經(jīng)病理學(xué)改變，并對軸突漏如何導(dǎo)致SPs和NFTs發(fā)生發(fā)展的可能解釋進(jìn)行了闡述，但是具體的機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。有研究［13］顯示，Aβ寡聚物可以和卷曲蛋白受體結(jié)合，激活糖原合成激酶-3β(glycogen synthesis kinase-3 beta，GSK-3β)，導(dǎo)致tau過度磷酸化而形成 NFTs。也有研究［14］表明，腦內(nèi)胰島素信號對tau蛋白磷酸化有重要影響，雖然這種影響的分子機(jī)制還不十分清楚。還有文獻(xiàn)［15］顯示，AD患者腦內(nèi)tau蛋白過度磷酸化及NFTs的形成是發(fā)生在Aβ毒性基礎(chǔ)上演變而來的結(jié)果。所以tau蛋白過度磷酸化的具體機(jī)制仍存在許多爭議，有待更深入的研究。

3 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激與阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化癥等多種神經(jīng)變性疾病的發(fā)病密切相關(guān)，在阿爾茨海默病中的作用尤為明顯。在氧化應(yīng)激中，發(fā)揮主要作用的是過量的活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)，細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激增強(qiáng)是由于ROS/RNS與細(xì)胞的抗氧化機(jī)制失衡引起。AD患者腦內(nèi)可顯示出過氧化表現(xiàn)，通過檢測發(fā)現(xiàn)其腦中具有典型的氧化應(yīng)激標(biāo)記物，如在AD發(fā)病的早期，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)未形成NFTs時(shí)，即可觀察到8-羥化脫氧鳥苷(8-hydroxyl deoxyguanosine，8-OHdG)與 8-OHG的增高，而 8-OHdG是敏感的DNA氧化損傷標(biāo)志物，8-OHG是RNA氧化損傷標(biāo)志物;在AD患者的腦脊液、血液和尿液中的異前列烷含量明顯增高，而異前列烷是體內(nèi)脂質(zhì)過氧化的特異性標(biāo)記物，且其質(zhì)量濃度與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)，說明氧化應(yīng)激與AD有明確的相關(guān)性，甚至可以作為AD的一個(gè)早期指標(biāo)，同時(shí)，AD時(shí)糖基化、羰基化以及硝基化等氧化應(yīng)激標(biāo)志物的產(chǎn)生或含量也會(huì)增加［7］。也有研究［16-17］表明，氧化應(yīng)激可以引起神經(jīng)元內(nèi)Aβ的沉積，另一方面，當(dāng)Aβ沉積到一定程度就可以對神經(jīng)元產(chǎn)生損傷作用，并可引發(fā)進(jìn)一步的氧化應(yīng)激，但是其中的具體分子機(jī)制尚不清楚。有文獻(xiàn)［18-19］顯示，Aβ寡聚物可以通過減少突觸的數(shù)目，使神經(jīng)元之間物質(zhì)的胞質(zhì)運(yùn)輸發(fā)生異常改變，從而參與AD早期的氧化應(yīng)激損傷。另外，氧化應(yīng)激也可以作用于tau蛋白，脂肪酸的氧化可以加快tau蛋白的聚合，從而把氧化應(yīng)激與NFTs的形成及發(fā)展聯(lián)系起來，這種聚合作用有可能是通過依賴半胱氨酸的機(jī)制發(fā)生的，但是仍然需要深入研究才能闡明氧化應(yīng)激在tau 病理學(xué)中的作用［16］。

4 炎性反應(yīng)

現(xiàn)已公認(rèn)炎性反應(yīng)在AD發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用，而在炎性反應(yīng)中起主要作用的有小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、補(bǔ)體系統(tǒng)和炎性因子等。小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)是AD患者腦中的顯著病理特點(diǎn)［20］。小膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)β-淀粉樣蛋白刺激后可以誘導(dǎo)促炎因子的合成和分泌，包括白細(xì)胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)、白細(xì)胞介素 6(interleukin 6，IL-6)、腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、干擾素 γ(interferon γ，IFN-γ)、轉(zhuǎn) 化 生 長 因 子-β (transforming growth factor β，TGF-β)、生長因子、趨化因子以及巨噬細(xì)胞炎性蛋白等，還包括ROS和RNS［21-22］。其中IFN-γ和TNF-α既有神經(jīng)毒性，又可降低胰島素降解酶，而胰島素降解酶是Aβ降解的關(guān)鍵酶，因此IFN-γ和TNF-α可通過這種機(jī)制增加Aβ沉積。星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)中的作用尚不完全清楚，然而在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞可以釋放神經(jīng)毒性物質(zhì)，具體機(jī)制不明［23］。補(bǔ)體系統(tǒng)在CNS中發(fā)揮著重要作用，有助于維持微環(huán)境的平衡。補(bǔ)體系統(tǒng)一旦被激活，將會(huì)發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)以致產(chǎn)生更多毒性物質(zhì)，如調(diào)理素及直接溶解細(xì)胞的膜攻擊復(fù)合物(membrane attack complex，MAC)，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的炎性反應(yīng)。MAC有很強(qiáng)的攻擊力，在AD患者尸檢中可以找到很多MAC存在的免疫組織化學(xué)的證據(jù)［21，24］。炎性反應(yīng)可以促進(jìn)Aβ的沉積，從而導(dǎo)致神經(jīng)元丟失和認(rèn)知功能障礙，在AD發(fā)生發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。有研究［21，25］表明，局部的炎性反應(yīng)，如骨關(guān)節(jié)炎也可能誘發(fā)神經(jīng)炎性反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)AD的發(fā)展。然而，炎性因子在AD中的作用機(jī)制目前尚不完全清楚，炎性反應(yīng)與AD的關(guān)系也有待更深入的研究。

5 胰島素信號傳導(dǎo)通路障礙

近年來，關(guān)于胰島素及其信號傳導(dǎo)通路與AD關(guān)系的研究迅猛發(fā)展。腦內(nèi)胰島素信號傳導(dǎo)通路異常在散發(fā)性老年癡呆的發(fā)生、發(fā)展過程中有重要作用［26］。眾所周知，主要的胰島素信號傳導(dǎo)通路有4條:磷脂酸肌醇激酶蛋白激酶B(phosphatidyl inositol3-kinase/protein kinase B，PI3-K/PKB)途徑、磷脂酶C(phospholipase C，PLC)途徑、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinas，MAPK)途徑和 Wnt途徑，其中PI3-K/PKB途徑是主要的信號傳導(dǎo)通路。胰島素PI3-K/PKB信號傳導(dǎo)通路被激活后，抑制通路下游多個(gè)位點(diǎn)糖原合成酶激酶-3(glycogen-synthase kinase-3，GSK-3)的活性，GSK-3(包括 GSK-3α 和 GSK-3β)在tau磷酸化的調(diào)節(jié)中有著潛在的生理功能，尤其是GSK-3β的激活會(huì)增加tau蛋白的異常磷酸化，異常磷酸化的tau蛋白與微管的結(jié)合能力減弱，最終導(dǎo)致神經(jīng)元纖維纏結(jié);而GSK-3α也被證實(shí)可以通過干擾α分泌酶的活性促進(jìn)Aβ的生成及沉積。另外，MAPK途徑也和AD的發(fā)病有著緊密的聯(lián)系，胰島素通過該途徑可加速APP通過高爾基網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至漿膜，從而抑制了Aβ的過量沉積［27-28］。由此可見，胰島素信號傳導(dǎo)通路對Aβ的沉積和tau蛋白的磷酸化都有著重要的調(diào)控作用，一旦這些通路發(fā)生障礙，就會(huì)造成Aβ過量沉積及tau蛋白過度磷酸化，從而導(dǎo)致AD的發(fā)生。

除了上述幾種機(jī)制外，還有很多可能導(dǎo)致AD的途徑，如膽堿能學(xué)說、能量代謝障礙、線粒體功能紊亂、突觸及神經(jīng)遞質(zhì)衰竭、基因異常和環(huán)境因素等，但是沒有任何一條途徑是引起AD的獨(dú)立因素，它們都是相互交織在一起的。正如三分之二相關(guān)遺傳變異位于血管緊張素轉(zhuǎn)化酶、sortilin相關(guān)性受體、半胱氨酸蛋白酶抑制劑C基因等AD候選基因上［29］。不可否認(rèn)，近年來關(guān)于AD的病因及發(fā)病機(jī)制的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是神經(jīng)元的變性、凋亡、直至最后死亡是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，其中包含許多種因素相互影響，因此對于AD發(fā)生發(fā)展的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要更深入的探索。

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