認(rèn)知功能障礙相關(guān)信號通路

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認(rèn)知功能障礙相關(guān)信號通路

曹燕王旭梁楓

(啟東市中醫(yī)院，江蘇南通226000)

關(guān)鍵詞〔〕認(rèn)知障礙；信號通路

第一作者：曹燕(1988-)，女，碩士，主要從事內(nèi)分泌相關(guān)病研究。

認(rèn)知功能障礙主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力下降、憶力減退和理解、語言、判斷受到影響，也可伴有神情淡漠、反應(yīng)遲鈍、表情呆滯等癥狀。認(rèn)知功能依賴于足量的神經(jīng)元及突觸間的復(fù)雜聯(lián)系。海馬、下托、齒狀、杏仁核、皮質(zhì)等〔1〕區(qū)可以控制相關(guān)的認(rèn)知功能。認(rèn)知功能可受諸多疾病的影響：糖尿病、阿爾茨海默病(AD)、帕金森病等。此外，也有很多信號通路影響認(rèn)知功能，包括：環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)信號通路、PI3K/Akt信號通路、ERK信號通路等。本文將就認(rèn)知功能障礙的信號通路作一綜述。

1CREB信號通路

CREB作為多種蛋白激酶的磷酸化底物，主要通過自身磷酸化來實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄功能。它是長期記憶形成過程所必需的一種關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，能促進(jìn)果蠅和小鼠等動物長時程記憶(LTP)的形成；另外，其蛋白磷酸化水平的變化可影響神經(jīng)元突觸可塑性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)是CREB最重要的靶基因之一，具有促進(jìn)神經(jīng)生長活性，由德國神經(jīng)化學(xué)家Barde等人從豬腦中首次分離而出。磷酸化(p-)CREB可以促進(jìn)BDNF的表達(dá)〔2〕。目前研究表明，CREB的磷酸化可受PI3K/Akt信號通路、鈣/鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴性蛋白激酶(Ca2+-CAMKⅡ)信號通路、環(huán)磷酸腺苷(cAMP)信號通路、Ras/MEK/ERK信號通路及應(yīng)激狀態(tài)誘導(dǎo)的p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路等多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控〔3〕。

1.1P13K/Akt信號通路使用LY294002 P13K/Akt阻滯劑干預(yù)仔鼠后，仔鼠的學(xué)習(xí)記憶能力顯著降低，同時，p-Akt、p-CREB和BDNF的蛋白質(zhì)表達(dá)也顯著減少，說明此信號通路可能是調(diào)控神經(jīng)發(fā)生認(rèn)知功能障礙的重要分子機(jī)制〔4〕；提示抑制PI3K/Akt信號通路能造成大鼠認(rèn)知功能缺陷，阻斷PI3K/Akt信號通路可能會降低CREB磷酸化。

1.2cAMP信號通路cAMP是細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的cAMP濃度增加時，可激活蛋白激酶(PK)A。PKA的C亞基位移到細(xì)胞核內(nèi)，使包括CREB在內(nèi)的多種蛋白質(zhì)磷酸化，磷酸化后的CREB可增強(qiáng)多種靶基因表達(dá)，形成新的突觸聯(lián)系，從而使獲得的信息得以長期儲存，即LTP形成〔5〕。針刺能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生功能，影響學(xué)習(xí)與記憶，主要是通過調(diào)節(jié)cAMP-CREB信號通路，促進(jìn)BDNF合成及分泌來實現(xiàn)的〔6〕。

1.3Ca2+-CaMKⅡ信號通路CaMKⅡ是一種存在于突觸后膜的鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶，是LTP產(chǎn)生的關(guān)鍵性激酶。短期刺激能提高學(xué)習(xí)和記憶能力，可能與增加突觸前蛋白如syn即sinl、突觸后蛋白PSD95、PSn93表達(dá)水平，從而激活PKA和CaMKⅡ，增加synapsinl和CREB的磷酸化；研究證明，厭惡的氣味可削弱記憶能力，CaMKⅡ失活，促使突觸后蛋白表達(dá)量和CREB磷酸化程度減少〔7〕。

1.4Ras/MEK/ERK信號通路MAPK信號分子在海馬區(qū)表達(dá)豐富，對神經(jīng)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起著重要的介導(dǎo)作用。MEK/ERK是最典型的MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，在LTP形成過程中，海馬中組蛋白修飾的變化受ERK通路的調(diào)控，生長因子可通過Ras/ERK通路激活下游靶點CREB。缺鋅能夠?qū)е潞ｑR神經(jīng)的損傷，與它抑制此信號通路的磷酸化及其下游信號分子CREB和BDNF蛋白的表達(dá)相關(guān)〔8〕。

1.5p38MAPK通路p38MAPK參與細(xì)胞增殖、凋亡和分化，在神經(jīng)細(xì)胞凋亡過程中起重要作用。腹腔注射p38通路特異性抑制劑SBZO3580后，可有效抑制異氟烷大鼠p38通路表達(dá)，降低 CREB磷酸化，減輕認(rèn)知功能損傷，說明p38MAPK也是與認(rèn)知功能障礙相關(guān)的信號通路〔9〕。

2Akt信號通路

PI3K/Akt能促進(jìn)細(xì)胞生存。應(yīng)用PI3K/Akt特異性抑制劑wortmannin腦室預(yù)注射后發(fā)現(xiàn)凋亡細(xì)胞比對照組明顯增加〔10〕。Akt是信號通路的主要效應(yīng)分子，受體酪氨酸激酶受到生長因子或胰島素刺激后，可以激活PI3K，磷酸化后的PI3K轉(zhuǎn)化PIP2為PIP3，從而磷酸化兩個Akt的激酶，激活A(yù)kt，被激活的Akt從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，影響許多轉(zhuǎn)錄子調(diào)節(jié)器和因子，包括CREB、核因子(NF)-κB、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、糖原合成激酶(GSK)-3β、半胱氨酸天冬氨酸蛋白(Caspase)-9〔11～15〕等。同時，很多因子可以影響到Akt信號通路的傳導(dǎo)，包括腫瘤抑制因子磷酸化酶(PTEN)、胰島素生長因子(IGF)-1等。

2.1PI3K/Akt/mTORmTOR是S/T的蛋白激酶，也是Akt下游的靶點之一。用PI3K和mTOR抑制劑處理處于衰老的細(xì)胞，能夠阻止細(xì)胞老化的進(jìn)程〔12〕。研究發(fā)現(xiàn)，Akt通過激活血管生成和蛋白合成過程中的調(diào)節(jié)器mTOR復(fù)合物，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活〔14〕。

2.2PI3K/Akt/GSK-3β在癡呆的發(fā)生中，tau蛋白磷酸化和β-淀粉樣蛋白(Aβ)神經(jīng)毒性是2個重要的病理變化。

GSK在PI3K/Akt許多下游事件中發(fā)揮重要作用，包括細(xì)胞生長分化、凋亡。其中，GSK-3β是Akt的重要底物，廣泛參與多種細(xì)胞功能，對于認(rèn)知功能主要起著負(fù)性調(diào)節(jié)作用。嗎啡通過阿片受體途徑使phosphor-Akt和PhosPho-GSK-3β水平降低，呈時間和劑量依賴性。用GSK-3β的特異抑制劑SB216763預(yù)處理小膠質(zhì)細(xì)胞，它能顯著增強(qiáng)嗎啡誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡〔13〕。 被激活后的GSK-3β促進(jìn)tau蛋白磷酸化、使GSK失活，進(jìn)而影響能量代謝及乙酰膽堿的合成。這些改變均都可促進(jìn)tau蛋白堆積等病理改變和神經(jīng)凋亡，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙〔14〕。

2.3PI3K/AKT/Caspase-9Caspase-9和Caspase-3都是Caspase家族成員，在細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮了重要作用。此途徑控制細(xì)胞的凋亡級聯(lián)反應(yīng)，當(dāng)此途徑中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白發(fā)生異常時可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡，進(jìn)而影響大鼠認(rèn)知功能。王暖等〔15〕研究銀杏葉提取物對AD大鼠認(rèn)知功能的影響及機(jī)制，發(fā)現(xiàn)與假手術(shù)組相比，對照組大鼠海馬中，p-PI3K及p-Akt的活性明顯降低，Caspase-9 p35的表達(dá)明顯增加，說明此信號通路也是導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙相關(guān)通路之一。

2.4PTEN/PI3K/Akt通過海馬局部注射siPTEN腺病毒后PTEN表達(dá)下降，而Akt、CREB水平明顯升高，表明PTEN的下調(diào)可能增加了PI3K/Akt通路相關(guān)因子的表達(dá)，增加對神經(jīng)元缺血性損傷的保護(hù)作用〔16〕。反之，可以推測，PTEN上調(diào)可阻斷PI3K/Akt信號通路，抑制細(xì)胞生長。

2.5IGF-1/PI3K/AktIGF-1是一種在結(jié)構(gòu)和功能上都與胰島素同源的多肽類神經(jīng)營養(yǎng)因子。血清中IGF-1水平與腦內(nèi)Aβ水平有著密切的聯(lián)系〔17〕。IGF-1與其受體結(jié)合后可具有抗細(xì)胞凋亡的作用，可能與激活A(yù)kt信號通路，從而調(diào)節(jié)糖代謝、抵抗細(xì)胞凋亡密切相關(guān)〔18〕。

3ERK信號通路

在中樞系統(tǒng)中作為記憶形成的相關(guān)分子，海馬ERK的磷酸化為學(xué)習(xí)記憶過程所必需〔19〕。龐偉〔8〕使用特異性抑制劑UO126處理后海馬神經(jīng)細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)海馬細(xì)胞凋亡率開高了1.8倍。Raf/MEK/ERK級聯(lián)通路被認(rèn)為是經(jīng)典的MAPKS信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一。研究表明，Raf/MEK/ERK信號通路活化增強(qiáng)可能是微波輻射致神經(jīng)細(xì)胞損傷的重要機(jī)制。通過特定絲/蘇氨酸殘基的磷酸化后，Raf/MEK/ERK1/2蛋白依次被活化，活化的ERK可磷酸化下游蛋白，如CREB，從而促進(jìn)LTP，改善動物的學(xué)習(xí)記憶功能。此外，活性氧(ROS)、Ca2+、一氧化氮(NO)〔19～22〕等因子均可致Raf/MEK/ERK通路磷酸化水平降低，介導(dǎo)CREB磷酸化水平下調(diào)，影響認(rèn)知功能。而葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP)75等因子可以通過此通路抑制缺糖誘導(dǎo)的線粒體凋亡途徑的進(jìn)程〔23〕。

4Smad的信號通路

寶秩〔24〕研究發(fā)現(xiàn)在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病認(rèn)知功能障礙大鼠海馬組織星形膠質(zhì)細(xì)胞中psmadZ和psmad3蛋白的生物活性顯著性增高，這提示在糖尿病海馬組織中Smad信號通路可能是導(dǎo)致糖尿病認(rèn)知障礙的病理機(jī)制之一。

5Wnt信號通路

此通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)環(huán)路中具有調(diào)節(jié)突觸能效的作用，能促進(jìn)生存。β-catenin胞內(nèi)聚集是經(jīng)典Wnt信號通路激活的標(biāo)志。AD患者的β-catenin水平可見明顯減低。促進(jìn)β-catenin合成能增強(qiáng)Wnt靶基因表達(dá)，拮抗Aβ25～35誘導(dǎo)的LTP抑制，從而抑制神經(jīng)元凋亡〔25〕。

6NO-胞質(zhì)可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)-cGMP信號傳導(dǎo)通路

許多蛋白激酶如PKC、肌鈣蛋白I、鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ都可磷酸化神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)，從而誘導(dǎo)突觸后神經(jīng)元釋放NO。NO立即擴(kuò)散并與最突出的靶分子sGC結(jié)合?；罨蟮膕GC產(chǎn)生cGMP，釋放大量的葡萄糖，從而活化NO等其他第二信使系統(tǒng)，形成LTP，建立長期記憶。過量的NO可通過促進(jìn)活性氮(RNS)和ROS的產(chǎn)生，引起明顯的氧化應(yīng)激導(dǎo)致神經(jīng)毒性。研究發(fā)現(xiàn)，蓮房原花青素可改善認(rèn)知功能，與抑制年齡相關(guān)的NO過度表達(dá)，增強(qiáng)NO-sGC-cGMP信號傳導(dǎo)相關(guān)。說明此信號通路也可能為介導(dǎo)認(rèn)知功能障礙的重要通路〔26〕。

CREB作為一個核心信號分子，也受到多種上游信號分子的調(diào)控。ERK可以直接磷酸化轉(zhuǎn)錄因子CREB，影響LTP〔27，28〕；閆長會〔29〕推測ERK-CREB信號途徑的抑制可能是毒死蜱(CPF)重復(fù)染毒致長時程空間記憶障礙的重要原因。同時，PI3k/Akt也可以直接磷酸化轉(zhuǎn)錄因子CREB，影響LTP。AKT信號通路對ERK信號通路具有雙向調(diào)節(jié)作用。在抗腫瘤藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中，Akt信號通路對ERK信號通路的激活有一定的抑制作用〔30〕，同時，Akt信號通路也參與了ERK信號通路的活化〔31〕。

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〔2014-05-17修回〕

(編輯杜娟)

通訊作者：王旭(1960-)，女，博士，主任醫(yī)師，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事內(nèi)分泌代謝性疾病的研究。

基金項目：江蘇省 “六大人才高峰”項目資助(2010-WSN-206-195)；江蘇省科技廳自然科學(xué)基金項目(BK2011817)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程(中西醫(yī)結(jié)合)資助項目(2011-6-25)

中圖分類號〔〕R749.1〔

文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A〔

文章編號〕1005-9202(2015)21-6295-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.21.138