神經(jīng)細(xì)胞自噬在阿爾茨海默病中的作用及機(jī)制

摘要：自噬是細(xì)胞潛在毒性蛋白質(zhì)和功能障礙細(xì)胞器的主要降解途徑。研究表明，自噬功能缺陷與多種神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)，在阿爾茨海默病中，自噬對于β-淀粉樣蛋白、tau蛋白的生成和代謝都有密切的關(guān)系、對神經(jīng)元存活與凋亡也有特殊作用。關(guān)于自噬機(jī)制研究的深入，將有助于發(fā)現(xiàn)AD治療的新靶點。

關(guān)鍵詞：阿爾茨海默??；自噬；自噬溶酶體途徑；β-淀粉樣蛋白

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD），是老年人中常見的慢性進(jìn)行性發(fā)展的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性變性疾病 。其癥狀特征表現(xiàn)為緩慢進(jìn)展的記憶及認(rèn)知功能障礙。病理特征主要表現(xiàn)為細(xì)胞外沉積的老年斑（senile plaques，SP）和細(xì)胞內(nèi)聚集的神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）。

自噬是一種由溶酶體介導(dǎo)的組織消除異常折疊具有潛在毒性的蛋白質(zhì)和功能障礙的細(xì)胞器的細(xì)胞內(nèi)途徑，是細(xì)胞對于外界環(huán)境壓力和營養(yǎng)缺乏的一種適應(yīng)機(jī)制，對應(yīng)激誘導(dǎo)和組成性蛋白周轉(zhuǎn)以及正常細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持非常重要[1]。營養(yǎng)物質(zhì)缺乏導(dǎo)致自噬途徑明顯激活，蛋白質(zhì)的大量降解產(chǎn)生的游離氨基酸，可在應(yīng)激時發(fā)生代謝提供機(jī)體需要的能量。近年來研究發(fā)現(xiàn)，自噬作用與神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。

1自噬的過程、其分子機(jī)制及信號途徑

1.1自噬的過程 根據(jù)機(jī)制和功能的不同，自噬溶酶體途徑可以分為3種類型：巨自噬途徑（macroautophagy）、小自噬途徑（microautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬途徑（chaperon-mediated autophagy，CMA）。

大自噬途徑特征為雙層膜自噬體與溶酶體結(jié)合并降解其內(nèi)容物的過程，形態(tài)學(xué)上，第一步是核化，細(xì)胞通過核化形成隔離的雙層膜結(jié)構(gòu)稱為自噬前體（pre-autophagosomal structure，PAS）。然后自噬前體延長成半圓形或新月體形，將異常的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)包裹其中形成自噬體。最后通過微管網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸，自噬體與溶酶體融合，形成自噬溶酶體，內(nèi)含物和內(nèi)膜被降解[2]。大自噬是的最普遍的自噬形式，與AD的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)， 本文所指自噬溶酶體途徑僅指大自噬途徑。

小自噬途徑指通過空泡轉(zhuǎn)運(yùn)伴侶復(fù)合物將細(xì)胞質(zhì)成分直接內(nèi)折包裹進(jìn)入溶酶體并經(jīng)水解酶降解的過程，沒有自噬體和自噬溶酶體的形成。

細(xì)胞內(nèi)大約30%的帶特定序列KFERQ的蛋白質(zhì)通過CMA途徑降解，熱休克蛋白70（Hsp）及其輔助分子伴侶形成的復(fù)合物可特異性識別這一序列并由溶酶體相關(guān)膜蛋白2A運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)直進(jìn)入溶酶體中折疊及降解。

1.2自噬的分子機(jī)制及信號途徑 自噬溶酶體途徑主要由2種信號途徑調(diào)節(jié)：雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和磷酸肌醇-3激酶（PI3-K）。

Class III型磷脂酰肌醇3-激酶復(fù)合物在自噬體形成的核化起調(diào)節(jié)作用。在自噬前體形成的核化過程中起調(diào)節(jié)作用。PI3K酶復(fù)合物可磷酸化磷脂酰肌醇，形成3-磷酸磷脂酰肌醇（PI3P），PI3P可將Atg蛋白質(zhì)募集到自噬體膜上，在自噬體的膜傳遞過程中也起重要作用[3]。3-甲基腺嘌呤作為自噬抑制劑可特異性抑制PI3K復(fù)合物生成，阻斷自噬溶酶體途徑。

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白是一種進(jìn)化高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細(xì)胞內(nèi)參與多個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，能夠使細(xì)胞適應(yīng)外界環(huán)境及營養(yǎng)變化，mTOR作為上游蛋白通過調(diào)節(jié)下游Atg的活性，從而抑制自噬的作用，mTOR被激活時可以磷酸化Atg1復(fù)合物的調(diào)節(jié)亞單位Atg13，阻止形成復(fù)合物，促進(jìn)自噬體的形成[4]。此外，mTOR也調(diào)節(jié)核糖體蛋白質(zhì)S6（p70S6）的活性，后者可抑制自噬作用。

2自噬在AD中的作用

2.1自噬對Aβ生成分泌酶的影響 SP主要由淀粉樣前體蛋白水解形成的β-淀粉樣蛋白異常折疊后聚集形成，斑塊中還包括腫脹的、營養(yǎng)不良性萎縮的樹突和軸突。Aβ是APP通過β-和γ-分泌酶裂解形成的39-43個氨基酸的多肽結(jié)構(gòu)。研究表明，基礎(chǔ)自噬水平被擾亂的細(xì)胞，γ一分泌酶的活性通過翻譯起始因2激酶α亞單位增強(qiáng)[5]。研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重AD病人腦內(nèi)beclin1蛋白表達(dá)降低。轉(zhuǎn)基因小鼠AD模型的Beclin1雜合缺失導(dǎo)致自噬體成熟過程受阻，造成小鼠神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Aβ的生成增加和沉積，而自噬減弱，導(dǎo)致Aβ通過APL被降解的減少[6]。Aβ水平增高促進(jìn)老年斑的形成。

2.2自噬對tau蛋白的影響 NFTs主要是由tau蛋白，一種微管相關(guān)蛋白異常過度磷酸化并聚合成雙螺旋形式存在組成。自噬溶酶體系統(tǒng)在清除tau蛋白方面發(fā)揮重要作用，自酶體系統(tǒng)功能障礙將導(dǎo)致tau蛋白低聚物和不能溶解的聚集物形成[7]。研究發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素藥物性可以通過增加自噬改善Aβ和tau蛋白過度磷酸化引起的病理過程[8]。用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤處理細(xì)胞也會導(dǎo)致tau蛋白積聚[9]。這些研究都支持了自噬對tau蛋白的清除作用，自噬功能異常將導(dǎo)致tau寡聚體的形成。

2.3自噬對神經(jīng)元存活及凋亡的影響 研究表明Aβ25-35和Aβ42可以誘導(dǎo)SH-SY5Y細(xì)胞發(fā)生很強(qiáng)的自噬反應(yīng)，免疫熒光雙重染色的激光共聚焦圖像顯示，在血清中外源性應(yīng)用Aβ42可以引起Aβ42和LC3在神經(jīng)元中共定位，提示自噬可通過過對抗Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[10]。因此，自噬功能具有保護(hù)作用，但也可能是一種致病因素，與AD的病理生理學(xué)密切有關(guān)。自噬是否對抗AD或?qū)е翧D可能依賴于病理進(jìn)程中不同的微環(huán)境和病程階段。自噬可能在AD發(fā)展的早期發(fā)揮保護(hù)作用，而在晚期能引起細(xì)胞變性和死亡。

3自噬在AD中的治療意義

自噬在AD發(fā)揮著重要作用，通過調(diào)節(jié)自噬減少Aβ等毒性蛋白積聚，可阻止或延緩AD的發(fā)生和發(fā)展，為AD治療提供了新的策略。雷帕霉素可抑制mTOR信號通路活性，增加細(xì)胞自噬能力，可減少Aβ病理途徑和NFTs形成，減慢或阻止轉(zhuǎn)基因小鼠模型的AD進(jìn)展，緩解認(rèn)知功能缺陷[11]。研究表明，只有在AD的早期階段給予雷帕霉素誘導(dǎo)自噬才具有治療意義[12]。Ca2+離子通道拮抗劑伊拉地平可通過抑制海馬區(qū)神經(jīng)細(xì)胞鈣離子內(nèi)流，改善自噬功能，減弱Aβ寡聚體毒性，降低tau蛋白水平[13]。

4結(jié)論

盡管自噬是清除功能障礙細(xì)胞器和潛在毒性蛋白質(zhì)的重要機(jī)制，然而目前關(guān)于自噬與AD之間關(guān)系的研究尚處于起步階段。自噬對神經(jīng)元的保護(hù)或損傷的確切機(jī)制及其所涉及的調(diào)控因子，尚需要更多的實驗研究來闡明。探討自噬的分子機(jī)制和自噬在神經(jīng)變性疾病不同階段發(fā)揮的不同作用，是通過調(diào)節(jié)自噬途徑尋找治療措施的重要手段。隨著人們對自噬調(diào)節(jié)機(jī)制認(rèn)識的不斷深入，也將有助于發(fā)現(xiàn)AD治療的新靶點和新策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hara T，Nakamura K，Matsui M，et al.Suppression of basal autophagy in neural cells causes neurodegenerative disease in mice[J].Nature，2006，441（7095）：885.

[2]Rebecca B，M Flint B，Bobby T.Autophagy in neurodegenerative disorders： Pathogenic roles and therapeutic implications[J].Trends Neurosci，2010，33（12）：541.

[3]Todde V，Veenhuis M，van der Klei I J.Autophagy：principles and significance in health and disease[J].Biochim Biophys Acta，2009，1792：3.

[4]Cutler N S，Pan X，Heitman J，et al.The TOR signal transduction cascade controls cellular differentiation in response to nutrients[J].Mol Biol Cell，2001，12（12）：4103.

[5]Ohta K，Mizuno A，Ueda M，et al.Autophagy impairment stimulates PS1 expression and gammasecretase activity[J].Autophagy，2010，6（3）：345.

[6]Pickford F，Masliah E，Britschgi M，et al.The autophagy-related protein beclin 1 shows reduced expression in early Alzheimer disease and regulates amyloid beta accumulation in mice[J].J Clin Invest，2008，118（6）：2015.

[7]Hamano T，Gendron T F，Causevic E.Autophagic-lysosomal perturbation enhances tau aggregation in transfectants witll induced wild-type tau expression[J].Eur J Neurosci，2008，27（5）：1119.

[8]Caccamo A，Majumder S，Richardson A，et al.Molecular interplay between mTOR，Aβ and tau：effects on cognitive impairments[J].J Biol Chem，20l0，285：13107-13120.

[9]Lin WL， Zehr C， Lewis J， et al.Progressivewhite matter pathology in the spinal cord of transgenic mice expressing mutant （P301L） human tau[J].J Neurocytol，2005，34（6）：397-410.

[10]Hung SY，Huang WP，Liou HC，et al.Autophagy protects neuron from Aβ-induced cytotoxicity[J].Autophagy，2009，5：502-510.

[11]Cai Z，Zhao B，Li K，et al.Mammalian target of rampamycin：a valid therapeutic target through the autophagy pathway for Alzheimer's disease？ [J].J Neumsci Res，2012，90（6）：1105.

[12]Majumder S，Richardson A，Strong R，et al.Inducing autophagy by rapamycin before， but.Not after，the formation of plaques and tangles ameliorates cognitive deficits[J].PLoS 0ne，2011，6（9）：e25416.

[13]Vingtdeux V，Giliberto L，Zhao H，et al.AMP-activated protein kinase signaling activation by resveratrol modulates amyloid-beta peptide metabolism[J].J Biol chem，2010，285（12）：9100.

編輯/申磊