NR2B-Wnt3α-ADAM10信號(hào)通路與糖尿病腦病關(guān)系的研究進(jìn)展

?

NR2B-Wnt3α-ADAM10信號(hào)通路與糖尿病腦病關(guān)系的研究進(jìn)展

孫傳峰曹紅

(溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院麻醉科溫州醫(yī)科大學(xué)疼痛醫(yī)學(xué)研究所，浙江溫州325027)

關(guān)鍵詞〔〕糖尿?。惶悄虿∧X?。籒R2B；Wnt3α；ADAM10

第一作者：孫傳峰(1989-)，男，碩士，主要從事圍術(shù)期重要臟器損傷及保護(hù)機(jī)制研究。

糖尿病腦病(DE)是糖尿病引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害，可引起認(rèn)知功能障礙。糖尿病時(shí)大腦N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDARs)表達(dá)異常，人們由此推斷NMDARs在DE的發(fā)展過(guò)程中可能發(fā)揮重要作用〔1〕。NMDARs的激活通過(guò)Wnt信號(hào)通路引起去整合素金屬蛋白酶10(ADAM10)的變化，與認(rèn)知功能密切相關(guān)〔2,3〕。本文就近年來(lái)關(guān)于NR2B-Wnt3α-ADAM10信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與DE的研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)要概述。

1DE

1.1概述糖尿病是一種以血糖升高為特征的代謝紊亂綜合征，可引起視網(wǎng)膜、腎臟、周圍神經(jīng)、大血管等慢性并發(fā)癥。以前對(duì)糖尿病神經(jīng)病變的研究多集中在周圍神經(jīng)系統(tǒng)，現(xiàn)在越來(lái)越多的證據(jù)表明，糖尿病也可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病變，如腦組織功能和完整性的損害，造成認(rèn)知功能障礙，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)、記憶、解決問(wèn)題能力下降〔4〕，即DE。

1.2DE與阿爾茲海默病(AD)的關(guān)系2型糖尿病(T2DM)為AD發(fā)病的重要風(fēng)險(xiǎn)因子。研究表明，AD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)胰島素、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)-1、IGF-2及其受體表達(dá)明顯減少，表明AD與胰島素有關(guān)，此研究首次提出“AD可能是3型糖尿病”的假說(shuō)〔5〕。AD患者早期海馬組織中出現(xiàn)tau蛋白過(guò)度磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)炎性斑塊以及淀粉樣β蛋白(Aβ)聚集形成的纖維性斑塊，所以這種典型纖維纏結(jié)和斑塊樣的病理生理改變也被叫做AD樣改變〔6〕。在STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中可見(jiàn)大鼠海馬的萎縮，海馬和皮質(zhì)Aβ的積聚、突觸的缺失，學(xué)習(xí)與記憶能力下降〔7〕。同樣在T2DM人群大腦內(nèi)，AD樣改變也遠(yuǎn)早于其他人群出現(xiàn)。Aβ可引起神經(jīng)突觸功能障礙、神經(jīng)元丟失，進(jìn)而導(dǎo)致認(rèn)知功能受損。所以DE引起的Aβ聚集等AD樣改變可能是DE發(fā)生發(fā)展的機(jī)制。

2NMDAR與DE

2.1NMDAR概述NMDARs是由谷氨酸調(diào)控的離子型受體，它廣泛分布在神經(jīng)元細(xì)胞，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能具有重要的調(diào)節(jié)作用。其受體包括NR1亞基，NR2(A,B,C,D)亞基和NR3(A,B)亞基三種不同的亞基〔8〕，每個(gè)亞基包含了四個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域：細(xì)胞外氨基末端結(jié)構(gòu)域、細(xì)胞外配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)羧基末端結(jié)構(gòu)域。它們一般分布于細(xì)胞表面，常見(jiàn)的亞型結(jié)構(gòu)為NR1NR2結(jié)合的二聚體結(jié)構(gòu)，且不同的亞型具有不同的生理學(xué)特性。NR1是NMDA受體的基本功能單位，構(gòu)成離子通道；NR2亞基是調(diào)節(jié)亞基，對(duì)離子通道動(dòng)力學(xué)具有調(diào)節(jié)作用；NR3亞基不能獨(dú)自存在，需與NR1、NR2亞基結(jié)合共同發(fā)揮作用。其中NR2B亞基主要影響NMDA受體的結(jié)構(gòu)和功能，是最重要的調(diào)節(jié)亞單位結(jié)構(gòu)，與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系最為密切〔9〕。

2.2NMDAR與DEDE的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，海馬突觸可塑性的變化與糖尿病認(rèn)知功能障礙有明顯相關(guān)性〔10〕。糖尿病導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)海馬組織突觸數(shù)量銳減、突觸間隙模糊不清、突觸連接斷裂、突觸變性，嚴(yán)重影響了突觸的神經(jīng)傳遞功能，這可能是DE發(fā)病的重要機(jī)制之一，從而提示海馬突觸減少、變性等變化參與了糖尿病腦病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程〔11〕。已知突觸傳遞的可塑性、突觸發(fā)育的可塑性和突觸形態(tài)的可塑性是突觸可塑性的三個(gè)重要方面，其中根據(jù)突觸傳遞可塑性變化的主要表現(xiàn)形式不同，把突觸可塑性分為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)(LTP)和長(zhǎng)時(shí)程抑制效應(yīng)(LTD)，其中LTP與長(zhǎng)期記憶的形成和儲(chǔ)存有關(guān)，LTD與記憶的整合、遺忘和恢復(fù)突觸產(chǎn)生LTP的能力有關(guān)，兩者共同組成一個(gè)學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)〔12,13〕。大量研究證實(shí)，NMDA受體在LTP形成過(guò)程中起著主要調(diào)控作用〔14〕。NMDARs的激活是學(xué)習(xí)記憶形成的基礎(chǔ)，完全阻斷NMDARs會(huì)引起明顯的學(xué)習(xí)記憶障礙。而NMDARs的眾多亞基中又以NR2B亞基和學(xué)習(xí)記憶的聯(lián)系最密切。Gardoni等〔1〕研究顯示NR2B在DE的發(fā)生發(fā)展中可能發(fā)揮著重要作用。有研究證實(shí)，NMDARs的激活可引起Wnt3a的分泌，分泌的Wnt3a通過(guò)Wnt-β-catenin信號(hào)通路，引起ADAM10的表達(dá)，見(jiàn)圖1〔2〕。所以在糖尿病大鼠NMDARs激活的減少導(dǎo)致ADAM10的表達(dá)下降很可能參與DE的發(fā)展和形成過(guò)程。

圖1　正常情況下，NMDA受體激活介導(dǎo)ADAM10表達(dá)變化的信號(hào)通路〔2〕

3Wnt3a與DE

Wnts是一類分泌型的蛋白，可與細(xì)胞表面相應(yīng)的受體結(jié)合后啟動(dòng)并激活細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)信號(hào)的傳導(dǎo)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，Wnt信號(hào)通路能夠促進(jìn)神經(jīng)元的軸突、樹突生長(zhǎng)，介導(dǎo)神經(jīng)元突觸的形成和大腦的發(fā)育〔3,15〕。Wnt信號(hào)通路包括經(jīng)典Wnt信號(hào)通路——Wnt-β-catenin信號(hào)通路，分泌的Wnt糖蛋白與細(xì)胞表面受體Frizzled蛋白或低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白結(jié)合形成復(fù)合物，結(jié)合形成的受體復(fù)合物可激活DVL蛋白，活化的DVL抑制GSK-3β的活性，使其失去結(jié)合β-catenin的能力，阻斷了β-catenin的降解，引起β-catenin在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的積累。該通路通過(guò)β-catenin在細(xì)胞內(nèi)和核中的累積，啟動(dòng)Wnt相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞的增殖和分化〔16〕。另外Wnt信號(hào)通路還包括非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，此信號(hào)通路不依賴β-catenin在細(xì)胞內(nèi)的積累，Wnt在G蛋白的介導(dǎo)下，通過(guò)Fzd蛋白家族促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣離子的釋放，鈣離子可進(jìn)一步激活蛋白激酶C，從而引起細(xì)胞內(nèi)的各種反應(yīng)〔17〕。而JNK是Wnt信號(hào)通路下游的中介子，當(dāng)JNK被激活，活化的JNK轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，從而進(jìn)一步調(diào)控基因的表達(dá)。其中，經(jīng)典Wnt信號(hào)通路在神經(jīng)退行性變疾病中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

Wnt3a作為Wnt最常見(jiàn)的配體，結(jié)合Fz受體，通過(guò)抑制GSK-3β活性，使β-catenin在細(xì)胞內(nèi)累積，胞漿內(nèi)的β-catenin水平升高并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，在核內(nèi)與特異靶因子結(jié)合，特異地啟動(dòng)、激活下游基因的轉(zhuǎn)錄，激活Wnt經(jīng)典信號(hào)通路〔3〕。有研究證實(shí)，在T2DM中Wnt-β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活化程度下降，GSK-3β活性升高，導(dǎo)致Wnt途徑中β-catenin降解增加，可能與T2DM時(shí)胰島素抵抗胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑下調(diào)有關(guān)〔18〕。

另外增加的Aβ通過(guò)影響Wnt-β-catenin信號(hào)通路使神經(jīng)元形成障礙，進(jìn)一步促進(jìn)其凋亡。其機(jī)制可能是Aβ與Wnt-β-catenin信號(hào)通路的配體GSK-3β結(jié)合，阻斷了β-catenin的形成，抑制了β-catenin在細(xì)胞內(nèi)的積累，從而影響細(xì)胞的增殖分化〔19〕。另外Aβ可誘導(dǎo)Dkk-1的表達(dá)，阻斷Wnt信號(hào)向胞內(nèi)傳遞，使Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)減弱，β-catenin磷酸化降解，使神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生變性凋亡〔20〕。增加的Aβ還可通過(guò)影響Wnt-β-catenin信號(hào)通路，使血腦屏障的形成，誘導(dǎo)和成熟發(fā)生障礙，并影響血腦屏障功能〔21〕。

最近有文獻(xiàn)報(bào)道，NMDARs可以通過(guò)Wnt-β-catenin信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)元的LTP〔22〕。NMDARs激活可以促進(jìn)海馬神經(jīng)元釋放Wnt3a，Wnt3a與細(xì)胞表面相關(guān)受體結(jié)合，抑制GSK-3β的活性，使細(xì)胞內(nèi)β-catenin累積，增多的β-catenin發(fā)生轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)的β-catenin進(jìn)一步激活其特異基因的表達(dá)〔2〕，NMDARs可通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt3a的釋放來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)元樹突的分支和突觸可塑性的變化，相反阻斷NMDARs可以抑制強(qiáng)直刺激介導(dǎo)的Wnt3a釋放，影響LTP的產(chǎn)生。在糖尿病大鼠模型中，NMDARs表達(dá)的下調(diào)，Wnt-β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活化程度下降，可最終導(dǎo)致LTP的抑制?？梢?jiàn)，NMDARs活性的下降介導(dǎo)的Wnt3a釋放的減少在DE的發(fā)生發(fā)展中可能發(fā)揮著重要作用。

4ADAM10與DE

ADAM10是去整合素金屬蛋白酶家族成員之一，它是一個(gè)多結(jié)構(gòu)域的膜蛋白，具有金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域，整合素結(jié)合域、胞內(nèi)段信號(hào)域以及粘附活性，它通過(guò)金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域?qū)ζ渌M織結(jié)構(gòu)膜蛋白的膜外結(jié)構(gòu)域進(jìn)行水解，具有重要的α蛋白酶活性〔23〕?？蓪?duì)多種與機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的分子進(jìn)行水解，如Notch、N-Cadherin、Nectin-1分子，另外與阿爾海默病等退行性神經(jīng)病變密切相關(guān)的淀粉樣蛋白沉淀分子(APP)也是ADAM10水解的底物，所以ADAM10與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)育、抗衰老密切相關(guān)。

利用小鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)NMDARs的激活可引起β-catenin和ADAM10的上調(diào)。當(dāng)抑制Wnt-β-catenin信號(hào)通路時(shí)，ADAM10上調(diào)消失。相反，通過(guò)重組Wnt3a激活Wnt-β-catenin信號(hào)通路可刺激ADAM10的表達(dá)。進(jìn)一步研究表明NMDARs和Wnt3a介導(dǎo)的ADAM10的上調(diào)可被ERK抑制劑阻滯。由此可見(jiàn)，NMDARs介導(dǎo)的ADAM10的上調(diào)是通過(guò)Wnt/MAPK信號(hào)通路〔2〕。

APP經(jīng)過(guò)β-分泌酶和γ-分泌酶水解，釋放出Aβ肽。Aβ肽是淀粉斑的核心成分，它的過(guò)多生成或聚集被認(rèn)為是AD致病的主要原因，同樣DE的大鼠模型中也存在Aβ的聚集。APP蛋白還可經(jīng)非淀粉樣蛋白加工途徑，在這條途徑中，它被α-分泌酶和γ-分泌酶連續(xù)水解。由于α-分泌酶的水解APP位點(diǎn)在Aβ肽內(nèi)部，因此，可以減少Aβ肽的生成〔24〕。目前，已經(jīng)證實(shí)ADAM10是神經(jīng)元的組成型APPα-分泌酶，NMDAR介導(dǎo)的ADAM10的表達(dá)參與APP的剪切。

Postina等〔25〕將AD小鼠與ADAM10轉(zhuǎn)基因的小鼠雜交，對(duì)雜交小鼠腦內(nèi)淀粉樣斑塊進(jìn)行檢測(cè)，最后發(fā)現(xiàn)雜交后小鼠腦內(nèi)淀粉樣斑塊顯著減少，然而ADAM10剪切APP所產(chǎn)生的可溶性片段sAPPα則明顯增多，并且雜交后小鼠通過(guò)水迷宮的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它的學(xué)習(xí)和記憶的能力都有明顯增強(qiáng)；相反的，ADAM10基因突變的小鼠則淀粉樣斑塊增多，突變的ADAM10使得其剪切APP所產(chǎn)生的可溶性片段sAPPα表達(dá)減少，測(cè)得的學(xué)習(xí)能力有所下降〔26〕。由此可見(jiàn)，ADAM10是一種功能性的分泌酶，具有重要的α蛋白酶活性，對(duì)APP水解可抑制淀粉樣斑塊的形成。

ADAM10同樣也介導(dǎo)突觸的發(fā)生，與突觸的形態(tài)密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)突觸的調(diào)節(jié)參與認(rèn)知功能的調(diào)節(jié)。ADAM10在突觸后部位控制不同的脫落細(xì)胞黏附分子(CAMS)從而促進(jìn)突觸的發(fā)生和發(fā)展。ADAM10切割A(yù)PP所產(chǎn)生的可溶性片段sAPPα也可參與突觸的形成。在ADAM10敲除的神經(jīng)元，N-Cadherin和neuroligin-1受損并且Aβ大量產(chǎn)生可損傷突觸的發(fā)生，并產(chǎn)生短而粗的棘突，使突觸的功能下降，造成認(rèn)知功能的減退〔27〕。因此如何增強(qiáng)機(jī)體ADAM10的水解活性，讓ADAM10裂解更多的APP而產(chǎn)生更多的sAPPα，同時(shí)抑制淀粉樣斑塊的生成，成為研究DE的一個(gè)新方向。

5小結(jié)與展望

綜上所述，DE存在的AD樣改變，如Aβ的積聚，很可能參與DE的形成與發(fā)展。因此，尋找參與腦內(nèi)Aβ形成及其相關(guān)信號(hào)通路傳導(dǎo)成為DE研究的熱點(diǎn)。對(duì)NR2B-Wnt3α-ADAM10信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在DE中作用的探討，對(duì)完善DE發(fā)病的分子機(jī)制及對(duì)DE的治療將有重要意義。

參考文獻(xiàn)6

1Gardoni F,Kamal A,Bellone C,etal.Effects of streptozotocin-diabetes on the hippocampal NMDA receptor complex in rats〔J〕.J Neurochem,2002;80(3):438-47.

2Wan XZ,Li B,Li YC,etal.Activation of NMDA receptors upregulates a disintegrin and metalloproteinase 10 via a Wnt/MAPK signaling pathway〔J〕.J Neurosci,2012;32(11):3910-6.

3彭彥茜,萬(wàn)仙子,李屹晨,等.NMDA受體的活化調(diào)節(jié)原代皮層神經(jīng)元的Wnt/β-catenin信號(hào)通路〔J〕.中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào),2011;34(3):250-6.

4Sima AA.Encephalopathies:the emerging diabetic complications〔J〕.Acta Diabetol，2010;47(4):279-93.

5Steen E,Terry BM,Rivera EJ,etal.Impaired insulin and insulin-like growth factor expression and signaling mechanisms in Alzheimer's disease-is this type 3 diabetes〔J〕? J Alzheimers Dis,2005;7(1):63-80.

6楊雁,張曉潔,王玉萍,等.噻唑烷二酮通過(guò)Wnt通路改善2型糖尿病大鼠海馬阿爾茨海默病樣病變〔J〕.中國(guó)病理生理雜志,2010;26(12):2421-7.

7Wang JQ,Yin J,Song YF,etal.Brain aging and AD-like pathology in streptozotocin-induced diabetic rats〔J〕.J Diabetes Res,2014;2014:796840.

8Schüler T,Mesic I,Madry C,etal.Formation of NR1/NR2 and NR1/NR3 heterodimers constitutes the initial step in N-methyl-D-aspartate receptor assembly〔J〕.J Biol Chem,2008;283(1):37-46.

9Cui Z,Feng R,Jacobs S,etal.Increased NR2A:NR2B ratio compresses long-term depression range and constrains long-term memory〔J〕.Sci Rep,2013;3:1036.

10Zhou Y,Luo Y,Dai J.Axonal and dendritic changes are associated with diabetic encephalopathy in rats an important risk factor for Alzheimers disease〔J〕.J Alzheimer Dis,2013;34(4):937-47.

11張燕,樊東升.糖尿病與認(rèn)知功能障礙〔J〕.中國(guó)卒中雜志,2007;2(7):597-600.

12高原.海馬突觸可塑性與糖尿病腦病〔J〕.國(guó)外醫(yī)學(xué)老年病學(xué)分冊(cè),2006；27(1):19-22.

13Howland JG,Wang YT.Synaptic plasticity in learning and memory:stress effects in the hippocampus〔J〕.Frog Brain Res,2008；169(17):145-58.

14Baez MV,Oberholzer MV,Cercato MC,etal.NMDA receptor subunits in the adult rat hippocampus undergo similar changes after 5 minutes in an open field and after LTP induction〔J〕.PLoS One,2013；8(2):e55244.

15Davis EK,Zou Y,Ghosh A.Wnts acting through canonical and noncanonical signaling pathways exert opposite effects on hippocampal synapse formation〔J〕.Neural Dev，2008;3(1):32.

16Gordon MD,Nusse R.Wnt signaling:multiple pathways,multiple receptors,and multiple transcription factors〔J〕.J Biol Chem,2006;281(32):22429-33.

17Kuhl M,Sheldahl LC,Park M,etal.The Wnt/Ca2+pathway:a new vertebrate Wnt signaling pathway takes shape〔J〕.Trends Genet,2000;16(7):279-83.

18Jin T.The Wnt signaling pathway and diabetes mellitus〔J〕.Diabetologia,2008;51(10):1771-80.

19Inestrosa NC,Toledo EM.The role of Wnt signaling in neuronal dysfunction in Alzheimer's Disease〔J〕.Mol Neurodegener,2008;3(1):9.

20Caricasole A,Copani A,Caraci F,etal.Induction of Dickkopf-1 a negative modulator of the Wnt pathway is associated with neuronal degeneration in Alzheimer's brain〔J〕.J Neurosci,2004;24(26):6021-7.

21Liu L,Wan W,Xia S,etal.Dysfunctional Wnt/β-catenin signaling contributes to blood-brain barrier breakdown in Alzheimer's disease〔J〕.Neurochem Int,2014;75:19-25.

22Chen J,Park CS,Tang SJ.Activity-dependent synaptic Wnt release regulates hippocampal long term potentiation〔J〕.J Biol Chem,2006;281(17):11910-6.

23Deuss M,Reiss K,Hartmann D.Part-time alpha-secretases:the functional biology of ADAM9,10 and 17〔J〕.Curr Alzheimer Res,2008;5(2):187-201.

24Chasseigneaux S,Allinquant B.Functions of Aβ,sAPPα and sAPPβ:similarities and differences〔J〕.J Neurochem,2012;120(1):99-108.

25Postina R,Schroeder A,Dewachter I,etal.A disintegrin-metalloproteinase prevents amyloid plaque formation and hippocampal defects in an Alzheimer disease mouse model〔J〕.J Clin Invest,2004;113(10):1456-64.

26Schroeder A,Fahrenholz F,Schmitt U.Effect of a dominant-negative form of ADAM10 in a mouse model of Alzheimer's disease〔J〕.J Alzheimers Dis,2009;16(2):309-14.

27Prox J,Bernreuther C,Altmeppen H,etal.Postnatal disruption of the disintegrin/metalloproteinase ADAM10 in brain causes epileptic seizures,learning deficits,altered spine morphology,and defective synaptic functions〔J〕.J Neurosci,2013;33(32):12915-28.

〔2015-01-15修回〕

(編輯李相軍)

·綜述·

通訊作者：曹紅(1966-)，女，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事疼痛機(jī)制及調(diào)控研究、圍術(shù)期重要臟器損傷及保護(hù)機(jī)制研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81073125)

中圖分類號(hào)〔〕R587.1〔

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔

文章編號(hào)〕1005-9202(2015)21-6257-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.21.125