中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元選擇性、進(jìn)行性死亡的可能機(jī)制

梁慧婷　徐仁伵

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)科，江西　南昌　330006)

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·綜述·

中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元選擇性、進(jìn)行性死亡的可能機(jī)制

梁慧婷1徐仁伵

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)科，江西南昌330006)

〔關(guān)鍵詞〕中樞神經(jīng)系統(tǒng)；神經(jīng)元；死亡機(jī)制

在多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性性疾病的病程中，神經(jīng)元選擇性和進(jìn)行性死亡是其共同的病理改變過程，如帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化癥、遺傳性痙攣性截癱、亨廷頓病等。神經(jīng)元死亡的可能機(jī)制主要包括靶源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的缺乏、鈣超載和鈣蛋白酶、線粒體通路、氧自由基、興奮性氨基酸和一氧化氮(NO)的毒性作用、死亡受體的介導(dǎo)、核酸內(nèi)切酶、基因介導(dǎo)等，本文通過回顧近年來的研究，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元選擇性、進(jìn)行性的死亡機(jī)制的最新進(jìn)展作一綜述。

1概述

神經(jīng)元是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，由細(xì)胞體和細(xì)胞突起構(gòu)成。目前研究發(fā)現(xiàn)，在生理和病理?xiàng)l件下，神經(jīng)元會(huì)發(fā)生選擇性和進(jìn)行性死亡，該死亡機(jī)制可分為程序性死亡和非程序性死亡兩大類，程序性死亡包括自噬和凋亡，非程序性死亡包括壞死和一類新定義的程序性壞死。多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)變性性疾病都是一個(gè)慢性進(jìn)展的過程，在整個(gè)病程中，神經(jīng)元在各種損傷機(jī)制的作用下進(jìn)行性地發(fā)生數(shù)量減少和功能喪失。神經(jīng)元的損傷也具有特異性，不同種類的疾病選擇損傷的腦區(qū)神經(jīng)元和神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)也有明顯的差別，如帕金森病是在環(huán)境因素和神經(jīng)系統(tǒng)老化因素的背景下，由于氧化應(yīng)激、線粒體功能紊亂、蛋白酶體功能障礙、炎癥和免疫反應(yīng)、鈣超載、興奮性毒性等多種機(jī)制的相互作用下進(jìn)行性地出現(xiàn)黑質(zhì)致密區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的變性、丟失；遺傳性痙攣性截癱則由于基因缺陷選擇性作用于神經(jīng)元的軸突，最終導(dǎo)致其變性和轉(zhuǎn)運(yùn)障礙，致使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元選擇性進(jìn)行性死亡；肌萎縮側(cè)索硬化則選擇性作用于大腦皮質(zhì)、腦干和脊髓等處的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元使其發(fā)生進(jìn)行性的變性死亡。

2神經(jīng)元的死亡途徑

神經(jīng)元凋亡是由基因調(diào)控的、機(jī)體為維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定而采取的一種有序的自我損傷途徑，此過程與有絲分裂的細(xì)胞增殖活動(dòng)相悖，形態(tài)學(xué)變化是多階段的，主要表現(xiàn)為核碎裂、膜出泡以及凋亡小體的形成，最終導(dǎo)致細(xì)胞核中染色體的DNA有序降解〔1〕。凋亡在腦神經(jīng)元發(fā)生之前以及短暫的發(fā)生之后起了重要作用，大量過剩腦神經(jīng)元凋亡使其分布可與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展的過程相適應(yīng)。

自噬，可細(xì)分為小自噬、伴侶介導(dǎo)自噬以及大自噬，發(fā)生于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的無核糖體附著區(qū)，脫落的雙層膜包裹部分胞質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)需降解的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等成分形成自噬體，進(jìn)一步與溶酶體融合形成自噬溶酶體，從而降解其包裹的內(nèi)容物，胞核本身無變化，完成細(xì)胞本身的代謝和細(xì)胞器更新〔2〕，形態(tài)學(xué)上最主要的特征是胞內(nèi)出現(xiàn)大量泡狀結(jié)構(gòu)。自噬對(duì)維持自身的穩(wěn)態(tài)和更新發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。凋亡和自噬是神經(jīng)元程序性死亡的兩種重要途徑。

壞死是細(xì)胞在病理?yè)p傷的條件下發(fā)生的以細(xì)胞器腫脹、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激增加以及細(xì)胞膜通透性增加等改變?yōu)樘卣鞯募?xì)胞死亡方式，是組織在急性損傷下的被動(dòng)過程。

程序性壞死是近年來被定義的一種新的細(xì)胞壞死途徑，指在被誘導(dǎo)凋亡的細(xì)胞中，一些本可以通過腫瘤壞死因子-α、Fas 配基以及腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘生配基與相應(yīng)受體結(jié)合下發(fā)生凋亡的細(xì)胞〔3〕，當(dāng)半胱氨酸天冬酶-8(Caspase-8)絕對(duì)或相對(duì)缺乏時(shí)，在凋亡誘導(dǎo)因子以及受體交互蛋白 1與 Fas 死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白等的共同作用下，激活受體相互作用蛋白 3，進(jìn)而影響到一些線粒體能量代謝酶，過度激活呼吸鏈，產(chǎn)生大量的活性氧簇，從而引起腦神經(jīng)元發(fā)生壞死樣的過程〔4〕。有研究表明，新的神經(jīng)元死亡途徑可被nec-1(necrostatin-1)、nec-3(necrostatin-3)、nec-4(necrostatin-4)、nec-5(necrostatin-5)、nec-7(necrostatin-7)等特異性阻斷劑所阻斷。

3神經(jīng)元死亡的可能機(jī)制

3.1靶源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的缺乏神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子主要來自肌肉組織和雪旺細(xì)胞，通過周圍神經(jīng)軸突的正向和逆向軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)作用為中樞神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)成分。病理?yè)p傷情況下，神經(jīng)軸突發(fā)生損傷，一方面神經(jīng)元胞體內(nèi)物質(zhì)通過軸突斷端大量流失，另一方面轉(zhuǎn)運(yùn)途徑被切斷，導(dǎo)致靶源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺乏,從而使神經(jīng)元發(fā)生凋亡〔5〕。神經(jīng)元發(fā)生凋亡的程度不僅與其損傷種類有關(guān)，還與損傷部位和神經(jīng)元之間的距離呈正相關(guān)。黏附分子免疫球蛋白 G超家族中的LICAM蛋白(SPG1)是一類跨膜糖蛋白,表達(dá)于神經(jīng)元和雪旺細(xì)胞中〔5〕,參與神經(jīng)元的分化遷移及周圍神經(jīng)髓鞘形成和再生，在遺傳性痙攣性截癱的研究中，LICAM基因突變的患者和LICAM基因敲除小鼠均表現(xiàn)為選擇性的神經(jīng)元軸突腫脹、變性，造成軸突導(dǎo)向機(jī)制異常。多種體外實(shí)驗(yàn)證明，外源性生長(zhǎng)因子可不同程度地減少中樞神經(jīng)元的凋亡〔6〕。

3.2鈣超載和鈣蛋白酶Ca2+在細(xì)胞代謝中作為第二信使，通過與鈣調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合發(fā)揮生理效應(yīng)；鈣蛋白酶是細(xì)胞內(nèi)一種鈣依賴中性蛋白，正常生理?xiàng)l件下以無活性酶原形式存在，在胞內(nèi)鈣離子濃度升高時(shí)被激活導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，實(shí)驗(yàn)證明，特異性的鈣蛋白酶抑制劑可顯著減少此類死亡過程的發(fā)生。神經(jīng)系統(tǒng)組織損傷后,如發(fā)生缺血、華勒變性、脫髓鞘病變等，所致興奮性氨基酸遞質(zhì)的釋放和膜去極化使線粒體鈣通道開放，大量鈣離子內(nèi)流，導(dǎo)致胞內(nèi)Ca2+濃度增高，激活一系列鈣依賴性酶促反應(yīng)，如溶酶體膜破裂致溶酶體酶釋放到胞質(zhì)，核酸內(nèi)切酶活裂解DNA、蛋白水解酶活化降解蛋白、凋亡小體形成，最終引起細(xì)胞骨架系統(tǒng)的破壞，即細(xì)胞膜骨架蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白降解〔7〕。有學(xué)者認(rèn)為，線粒體內(nèi)各種酶的合成，不僅需要本身的DNA，還需要核DNA，細(xì)胞骨架系統(tǒng)在此轉(zhuǎn)運(yùn)過程中作為橋梁幫助線粒體到達(dá)細(xì)胞核附近，但由于鈣超載造成細(xì)胞骨架被破壞，使Ca2+依賴的胞內(nèi)微管微絲的功能發(fā)生紊亂，線粒體的運(yùn)輸受阻，以致功能衰竭，促進(jìn)了神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行性凋亡〔8〕。

3.3線粒體通路線粒體俗稱為“細(xì)胞的發(fā)動(dòng)機(jī)”，主要通過呼吸耦聯(lián)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP、維持線粒體的跨膜電位和釋放特定凋亡因子來調(diào)控神經(jīng)元的死亡。線粒體功能障礙在一些神經(jīng)退行性疾病(如阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化癥、亨廷頓病、帕金森病等)的發(fā)病機(jī)制中扮演了重要的角色。在凋亡誘導(dǎo)期，線粒體膜通透性改變使細(xì)胞色素C釋放，激活半胱天冬酶〔9〕。有研究證實(shí)，在內(nèi)源性凋亡途徑中，線粒體膜的通透性改變是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而通透性主要由通透轉(zhuǎn)位孔調(diào)節(jié)，Bcl-2家族在此環(huán)節(jié)中發(fā)揮了重要作用〔10〕。

Bcl-2家族蛋白根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可以分成三個(gè)亞家族，第一亞族稱抗凋亡蛋白，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都包含有四個(gè)Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域(BH1～BH4)，包括Bcl-2，BcI-xl、BcI-w、AI/BfII和McI-1等，即凋亡抑制基因。第二和第三個(gè)亞族都是促凋亡蛋白，包括Bax、Bid、Bad、Bik/Nbk、Bim/Bod和BIK等，第二亞族在結(jié)構(gòu)上缺少BH4或BH1和BH2結(jié)構(gòu)域，主要是BcI-xs。第三亞族在結(jié)構(gòu)上只有BH3結(jié)構(gòu)域，也稱BH3-only蛋白〔11〕。有學(xué)說認(rèn)為，由于線粒體外膜易被Bax、Bad和BH3-only蛋白的多聚體所結(jié)合，線粒體膨脹和通道形成，其被活化后直接與Bax/Bak作用，使其與Bcl-2和Bcl-xL的疏水結(jié)構(gòu)結(jié)合，從而起到破壞Bcl-2和Bcl-xL的抗凋亡作用。

線粒體應(yīng)激后釋放細(xì)胞色素C、凋亡酶激活因子-1(Apaf-1)、繼發(fā)性線粒體源性半胱天冬酶激活劑(Smac/Diablo)和線粒體絲氨酸蛋白酶(Omi/HtrA2)等活化促凋亡蛋白，如細(xì)胞色素C與凋亡蛋白酶活化因子和procaspase-9結(jié)合形成凋亡復(fù)合體apoptosome，激活procaspase-9自體剪切〔12〕。活化的Caspase-9又可激活Caspase-3引發(fā)Caspase級(jí)聯(lián)瀑布反應(yīng)。目前研究較多的是Caspase-8和Caspase-3，Caspase-8是Caspase系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的啟動(dòng)者，Caspase-3則是Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)下游最關(guān)鍵的凋亡執(zhí)行者，被稱為“死亡蛋白酶”，在各種因素啟動(dòng)的凋亡環(huán)節(jié)中作為最終樞紐站，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的凋亡〔2〕。

半胱氨酸蛋白酶激活劑(Smac/Diablo)存在于線粒體內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)，Smac/Diablo所致的神經(jīng)元凋亡有賴于死亡受體和化學(xué)刺激，該過程不需要線粒體和凋亡小體參與〔13〕。Omi/HtrA2也定位于線粒體，其作用具有雙面性。在過度表達(dá)時(shí)，在血清內(nèi)被激活，可通過非半胱天冬酶途徑引起神經(jīng)元凋亡；而釋放至胞漿內(nèi)的Omi/HtrA2可解除 X 連鎖凋亡抑制蛋白對(duì)Caspase-9的抑制作用,引起Caspase途徑的神經(jīng)細(xì)胞凋亡〔14〕。當(dāng)然，Smac/Diablo也可通過與Omi/HtrA2相似的機(jī)制引起Caspase途徑的凋亡〔15〕。

有學(xué)者利用一種可以導(dǎo)致線粒體功能障礙的復(fù)雜的抑制劑——魚藤酮進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇年輕的成年小鼠細(xì)胞原代培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元，利用具有細(xì)胞滲透性的生物素化泛-半胱氨酸蛋白酶抑制劑預(yù)處理細(xì)胞，在氧化應(yīng)激的壓力下，使Caspase不可逆轉(zhuǎn)地被激活并與預(yù)處理細(xì)胞結(jié)合，確定了Caspase-2在線粒體誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡過程中氧化應(yīng)激途徑作為上游引發(fā)劑的地位〔16〕。在Caspase-2缺失時(shí)，可明顯抑制魚藤酮誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，但可發(fā)生遲發(fā)性的神經(jīng)元死亡，以及抑制細(xì)胞色素C的釋放和線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子；下游的Caspase-3和Caspase-9的激活也同時(shí)被抑制。在已經(jīng)敲除了Caspase-2的神經(jīng)元中經(jīng)魚藤酮治療后自噬作用將會(huì)增強(qiáng)，而且這種反應(yīng)在延長(zhǎng)神經(jīng)元壽命中起到了重要作用〔7〕。

近期發(fā)表于Neuroscience的一篇文章指出線粒體功能障礙也促進(jìn)周圍神經(jīng)病的發(fā)生，其中特別突出了Sarm1基因在氧化應(yīng)激的壓力下對(duì)軸索變性和神經(jīng)元死亡的作用。他們利用原代小鼠的感覺神經(jīng)元制作了軸索損傷和細(xì)胞變性的模型，發(fā)現(xiàn)Sarm1作為活性氧(ROS)反應(yīng)鏈的下游因子可以抑制ROS的累積，在Sarm1缺乏的環(huán)境下，具有線粒體毒性的羰基氰三氯苯(CCCP)可以誘發(fā)線粒體去極化導(dǎo)致三磷酸腺苷(ATP)耗竭、鈣內(nèi)流和ROS累積，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Sarm1的作用機(jī)制不依賴于半胱天冬酶途徑，驗(yàn)證此類神經(jīng)元的退行性變化不能被特異性的阻滯劑阻斷，包括細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)-1依賴性細(xì)胞死亡，這種程序化的死亡途徑被稱之為sarmoptosis〔17〕。

超氧化物歧化酶蛋白(SOD)1在肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)的發(fā)病機(jī)制中起了重要的促發(fā)作用〔18〕。生理?xiàng)l件下，SOD1的功能是將線粒體內(nèi)的有毒物質(zhì)氧化為水或過氧化氫,從而達(dá)到解毒的目的。當(dāng)存在突變的SOD1時(shí),正常的SOD1分子被聚集并通過形成的分子間二硫鍵鏈接，導(dǎo)致SOD1蛋白錯(cuò)誤折疊，使大量不溶性的SOD1選擇性地聚積在脊髓中；由于SOD1與鋅的結(jié)合力下降,從而出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的毒性,引起ALS患者線粒體空泡化和膨脹，最后導(dǎo)致線粒體和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和功能障礙；另一方面，SOD1突變的蛋白凝集物可阻斷了線粒體的運(yùn)輸通道,造成線粒體損傷，同時(shí)激活細(xì)胞凋亡因子,造成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)生進(jìn)行性死亡〔19〕。

在帕金森的發(fā)病機(jī)制中，同樣有線粒體通路的參與。嗜神經(jīng)毒的1-甲基4-苯基1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)〔15〕在腦內(nèi)經(jīng)單胺氧化酶B(MAO-B)催化后轉(zhuǎn)化為強(qiáng)毒性的1-甲基-4-苯基-吡啶離子(MPP+)，然后被多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體選擇性地?cái)z入黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)，抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ，導(dǎo)致ATP形成障礙〔20〕，同時(shí)其可促進(jìn)氧自由基產(chǎn)生和氧化應(yīng)激反應(yīng)，最終導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性的變性和丟失〔21〕。

遺傳性痙攣性截癱(HSP)具有高度的遺傳異質(zhì)性，病理改變以軸索變性為主,主要累及脊髓內(nèi)上、下行纖維束，伴有脫髓鞘改變和神經(jīng)元脫失。典型表現(xiàn)于SPG7 型 和SPG13型HSP中，SPG7型HSP paraplegin基因編碼的 paraplegin 蛋白位于線粒體內(nèi),與線粒體內(nèi)的ATP依賴性金屬蛋白酶 AFG3L1、AFG3L2等具有高度同源性,在其內(nèi)膜上起蛋白分解作用,是呼吸鏈正常進(jìn)行所必須具備的條件。paraplegin基因缺陷致蛋白質(zhì)合成不完整及 ATP 合成酶、呼吸鏈復(fù)合物亞基積聚,使線粒體發(fā)生氧化磷酸化障礙,軸索內(nèi)大量的異常線粒體聚集,選擇性促發(fā)神經(jīng)元軸索的變性凋亡〔9〕。Spastin蛋白(SPG4)是一種微管切割蛋白,屬細(xì)胞內(nèi)高活性ATP酶，在神經(jīng)元主要表達(dá)于微管微絲運(yùn)動(dòng)活躍的細(xì)胞質(zhì)區(qū)。spastin 蛋白突變能破壞微管間的相互作用和膜轉(zhuǎn)運(yùn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)并導(dǎo)致線粒體功能障礙，選擇性、進(jìn)行性地打破神經(jīng)元的正常極性并導(dǎo)致神經(jīng)元軸突變性。

3.4氧自由基、興奮性氨基酸和NO的毒性作用生理狀態(tài)下，自由基的生成和清除保持著動(dòng)態(tài)平衡；病理情況下(如缺血再灌注損傷、軸突損傷等)，細(xì)胞有氧代謝被抑制，ATP生成減少，線粒體呼吸功能障礙，黃嘌呤氧化酶和游離脂肪酸增多，出現(xiàn)酸中毒〔22〕，此時(shí)神經(jīng)元細(xì)胞表達(dá)環(huán)氧合酶-2并誘導(dǎo)NO合酶，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，線粒體產(chǎn)生大量超氧雙離子，通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)形成氧自由基〔23〕。大量氧自由基積聚可直接損傷細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的破壞。

研究發(fā)現(xiàn)，亨廷頓病(HD)患者均出現(xiàn)氧化性的腦損傷，特別是大腦皮質(zhì)和紋狀體神經(jīng)元進(jìn)行性的變性和丟失。組織解剖發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生ROS的因酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)氧化酶(NOX)在大腦皮質(zhì)和紋狀體中水平明顯升高?；糎D的小鼠皮質(zhì)和紋狀體中的突觸相比較于同年齡段的野生型小鼠，其NOX水平在3個(gè)月時(shí)開始升高并且將持續(xù)升高至少6～12個(gè)月，繼而進(jìn)行性發(fā)生嚴(yán)重的ROS累積和神經(jīng)突腫脹，但這些形態(tài)的改變可被NOX抑制劑如DPI、APO和VAS2870所阻斷。突變的亨廷頓蛋白和gp91-phox一同定位于神經(jīng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)筏上，可被催化為NOX2亞型亞基，NOX2組件的組裝依賴于Rac1的激活，敲除了gp91-phox的小鼠的腦和初級(jí)神經(jīng)元中NOX活性較低，因此ROS水平正常和神經(jīng)元生存率顯著提高。這些研究結(jié)果表明，HD患者神經(jīng)元細(xì)胞選擇性的膜脂質(zhì)筏上NOX2活性增強(qiáng)是HD發(fā)病的重要因素。

興奮性氨基酸遞質(zhì)的釋放，胞膜的去極化和細(xì)胞內(nèi)鈣超載可引起ROS自由基和NO的產(chǎn)生，NO可與·O2-反應(yīng)生成·ONOO-，也可通過直接破壞DNA，影響基因的表達(dá)，氧化生成過氧化亞硝酸鹽，抑制DNA修復(fù)酶的作用，激活PARP，耗竭細(xì)胞能量，啟動(dòng)神經(jīng)元的凋亡程序〔24〕。

由于血腦屏障的完整性被破壞，突觸前神經(jīng)元釋放大量的興奮性氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸，哺乳動(dòng)物腦組織中，興奮性氨基酸受體主要有N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體、海人藻酸(KA)受體及-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑-丙酸(AMPA)受體，其中最重要的是NMDA受體，被激活時(shí)可使Na+和Ca2+進(jìn)入細(xì)胞〔25〕。通常情況下NMDA受體被Mg2+阻斷，病理狀態(tài)下，阻斷作用消失，從而發(fā)生一系列生化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致鈣穩(wěn)態(tài)異常和線粒體功能障礙,與鈣超載和鈣蛋白酶、線粒體損傷機(jī)制契合，發(fā)生神經(jīng)興奮毒性，造成神經(jīng)元的死亡。研究證明，谷氨酸釋放抑制劑或谷氨酸受體拮抗劑有抑制神經(jīng)元的凋亡的作用〔26〕。

阿爾茨海默病(AD)是老年期最常見的癡呆類型，是以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和行為損害為主要特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，組織病理學(xué)有三大特征：神經(jīng)炎性斑(NP)、神經(jīng)元纖維纏結(jié)(NFT)和神經(jīng)元缺失和膠質(zhì)增生。神經(jīng)元選擇性、進(jìn)行性的凋亡在AD的發(fā)生中起了主導(dǎo)作用。目前AD的發(fā)病機(jī)制影響較為廣泛的有β-淀粉樣蛋白(Aβ)瀑布理論和tau蛋白學(xué)說。

谷氨酸是神經(jīng)系統(tǒng)中一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，可以與其受體作用而引發(fā)一系列的細(xì)胞反應(yīng)。NMDA受體是谷氨酸受體的一個(gè)亞類，由于其對(duì)Ca2+通透性高，是興奮性氨基酸毒性損傷的主要參與者。在缺氧、氧化應(yīng)激等條件下均可激活興奮性的谷氨酸受體，升高的胞內(nèi)Ca2+水平可與二酯酰甘油共同作用活化Ca2+敏感的蛋白激酶，由于這些激酶可特異剪切tau 蛋白使之高度螺旋化，選擇性促進(jìn)了大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)NFT的形成，促進(jìn)了阿爾茨海默病AD的發(fā)生。而且，過度活化的谷氨酸受體還可引發(fā)細(xì)胞生成活性氧自由基，從而導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)〔27〕。

細(xì)胞周期的正常進(jìn)行是由一系列的周期蛋白(cyclin)和依賴于周期蛋白的激酶(CDK)及周期蛋白激酶抑制劑(CDKI)調(diào)節(jié)以保證細(xì)胞正常分裂的進(jìn)行。有學(xué)者〔28〕發(fā)現(xiàn)，AD患者的腦組織中存在重新進(jìn)入細(xì)胞周期的神經(jīng)元，而神經(jīng)元的進(jìn)入細(xì)胞周期需要促有絲分裂原的作用。有研究〔29〕表明，一方面，持久的低水平的氧化應(yīng)激和腦組織的損傷均可能有促有絲分裂原的作用。在 AD的發(fā)展中，由于CDKI 失活，導(dǎo)致 G1/S 控制點(diǎn)失調(diào)。神經(jīng)元細(xì)胞能夠進(jìn)行 DNA 的復(fù)制并且能夠進(jìn)入G2期，但細(xì)胞不能進(jìn)行正常的分裂，因此啟動(dòng)凋亡程序。另一方面，激活后的p25/cdk5 復(fù)合體會(huì)導(dǎo)致 tau 蛋白的異常磷酸化影響神經(jīng)元骨架微管蛋白的穩(wěn)定性，促使NFT的形成。NFT可以引發(fā)細(xì)胞周期的激活，而細(xì)胞周期的激活不僅導(dǎo)致 DNA 的復(fù)制，還能夠加重 AD 患者 tau 蛋白的過度磷酸化，形成一個(gè)進(jìn)行性的惡性循環(huán)，導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡。

3.5死亡受體的介導(dǎo)死亡受體是細(xì)胞膜上一類受體的總稱，包括Fas、TNFR1、CD95、APO-1、DR4、DR5和TRAIL-R等〔30〕。如TNF與 TNF受體結(jié)合后，可同時(shí)介導(dǎo)凋亡信號(hào)和存活信號(hào)。另外，來源于胞外的如Fas-L、TNF-A和TRAIL等攜帶有凋亡信號(hào)的配基可與胞質(zhì)內(nèi)的銜接蛋白與死亡受體上的死亡結(jié)構(gòu)域(DD)相互作用，形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物〔31〕。復(fù)合物上存在死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域(DED)可與procaspase-8結(jié)合使其活化。活化后一方面可以通過剪切作用直接激活半胱天冬酶-3等效應(yīng)半胱天冬酶，另一方面可以剪切Bid形成tBid并與線粒體外膜結(jié)合導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放，促進(jìn)線粒體通路中神經(jīng)元的死亡〔32〕。有學(xué)者〔17〕發(fā)現(xiàn)與TNF受體相關(guān)的蛋白TRAF家族，包括TRAF2和TNFR2,結(jié)合后可激活核轉(zhuǎn)錄因子而致使存活基因表達(dá)，產(chǎn)生抗凋亡保護(hù)蛋白，阻止神經(jīng)元的凋亡。

3.6核酸內(nèi)切酶神經(jīng)元的死亡最終表現(xiàn)為細(xì)胞核DNA的變化。核酸內(nèi)切酶G是一種與線粒體DNA 變化相關(guān)的線粒體核酸酶。在神經(jīng)元接受凋亡信號(hào)時(shí)，核酸內(nèi)切酶G被活化并釋放至胞質(zhì)，后移至胞核使DNA降解,形成一系列大小為180～200 bp 的整數(shù)倍片段，電泳呈梯狀條帶圖譜,稱為DNA ladder〔33〕。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，此過程不受半胱天冬酶抑制劑的影響。有學(xué)說表明，在病理情況下，并非所有的核酸內(nèi)切酶都升高,提示核酸內(nèi)切酶并不是神經(jīng)元死亡過程所必需的,而且只有高濃度的核酸內(nèi)切酶才可以引發(fā)DNA的降解，提示使DNA有效降解可能還需要其他因子參與。但使用核酸內(nèi)切酶抑制劑可抑制多種神經(jīng)細(xì)胞凋亡，證實(shí)核酸內(nèi)切酶在神經(jīng)細(xì)胞凋亡的發(fā)生中起到了一定的作用。

4小結(jié)

隨著醫(yī)學(xué)研究的逐漸深入，多種研究均表明，神經(jīng)元死亡途徑是非孤立性的過程，在神經(jīng)元進(jìn)行性、選擇性死亡的過程中，以上幾種死亡機(jī)制不僅會(huì)相互作用和影響，同時(shí)，在神經(jīng)元的死亡形式上也存在一定的交叉，如有學(xué)者〔15〕發(fā)現(xiàn)，在程序性壞死途徑中同時(shí)存在自噬的表現(xiàn)，最終在各種死亡機(jī)制之間出現(xiàn)一個(gè)惡性循環(huán)。此外，也有學(xué)者〔20〕認(rèn)為，不同的神經(jīng)元死亡途徑可能存在共同的上游啟動(dòng)子或信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，有待于進(jìn)一步的研究。隨著越來越多參與神經(jīng)元死亡調(diào)控的基因和通路相繼被發(fā)現(xiàn)，不僅進(jìn)一步闡明和證實(shí)了神經(jīng)元進(jìn)行性、選擇性死亡的機(jī)制，還為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床治療提供了有力的理論依據(jù)，提示我們?cè)谏窠?jīng)元損傷的病理早期，可針對(duì)其可能發(fā)生的死亡途徑和影響機(jī)制采取適當(dāng)?shù)母深A(yù)措施，從而使神經(jīng)元不僅在形態(tài)上和數(shù)量上得以恢復(fù)，同時(shí)能夠恢復(fù)一定的正常的生理功能，這將成為以后神經(jīng)元保護(hù)研究的方向和目標(biāo)。

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〔2015-07-09修回〕

(編輯郭菁)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30560042，81160161)

通訊作者：徐仁伵(1969-)，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，主要從事肌萎縮側(cè)索硬化和帕金森病的發(fā)病機(jī)制和防治研究。

〔中圖分類號(hào)〕R329.2

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2016)12-3046-05；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.12.106

1南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院

第一作者：梁慧婷(1990-)，女，碩士，主要從事肌萎縮側(cè)索硬化和帕金森病的發(fā)病機(jī)制和防治研究。