阿爾茨海默病神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激功能的研究進展

劉馨君 商迎輝 黃漢昌 勞鳳學(xué)

(北京市生物活性物質(zhì)和功能食品重點實驗室 北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京 100191)

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阿爾茨海默病神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激功能的研究進展

劉馨君 商迎輝 黃漢昌 勞鳳學(xué)

(北京市生物活性物質(zhì)和功能食品重點實驗室 北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京 100191)

阿爾茨海默病；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；未折疊蛋白反應(yīng)；凋亡

阿爾茨海默病(AD)是一種起病隱匿的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。AD發(fā)病時間晚，發(fā)病隱匿，沒有特異性的指標可以檢測，很容易錯過最佳的治療時期〔1〕。AD已經(jīng)與腦卒中、腫瘤、心腦血管病相匹敵，成為老年人的第四大殺手〔2〕?；加蠥D的病人日常行為能力受限，認知功能發(fā)生障礙，記憶力損失，執(zhí)行能力下降；其病理特征為大腦皮層和海馬區(qū)β淀粉樣蛋白(Aβ)聚集形成的老年斑、Tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)以及大腦皮層和海馬區(qū)的神經(jīng)元缺失〔3〕。引起AD的原因到目前為止還不是很明確，仍在探索中〔4〕。受基因、環(huán)境、年齡等因素的影響，AD神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯誤折疊蛋白質(zhì)增多，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，這種平衡的改變會引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)〔5〕。在AD中的病理形成及神經(jīng)細胞的凋亡中具有重要作用。AD神經(jīng)元ERS激活后，會引起神經(jīng)細胞一系列形態(tài)生理功能的變化，如Ca2+穩(wěn)態(tài)改變，過氧化物增多；還能激活未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)引起下游一系列凋亡信號分子的表達。這些反應(yīng)的最終結(jié)果促進神經(jīng)細胞的凋亡，致使大腦神經(jīng)元缺失，出現(xiàn)認知障礙，加重AD。此外，ERS還參與Aβ的形成及tau蛋白的異常磷酸化，促進AD病理的形成。研究神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的功能對于了解AD發(fā)病機制以及治療AD具有重要意義。

1 ERS與UPR

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)是參與蛋白質(zhì)修飾、折疊及質(zhì)量控制的重要場所，也是Ca2+儲存、類固醇、膽固醇和脂質(zhì)的合成場所〔6〕。分泌蛋白與跨膜蛋白必須在ER中合成，ER中的蛋白質(zhì)只有在正確折疊后才能運出至高爾基體，進行下一步的修飾。在ER腔內(nèi)還存在許多分子伴侶及與蛋白質(zhì)折疊有關(guān)的酶，它們的相互作用能夠保證蛋白質(zhì)的正確折疊及運輸，維持蛋白質(zhì)合成與分泌的動態(tài)平衡。但當ER受到某些因素的影響將這種平衡打破，導(dǎo)致ER功能紊亂，錯誤折疊或未折疊蛋白質(zhì)增多，就會引起ERS〔7〕。出于防衛(wèi)，細胞會激活一種適應(yīng)性應(yīng)答反應(yīng)——UPR，使ER重建穩(wěn)態(tài)〔8〕，恢復(fù)細胞的正常功能。

參與UPR的主要有3種受體：PKR樣ER調(diào)節(jié)激酶(PERK)、抑制物阻抗性酯酶(IRE)1α、活化轉(zhuǎn)錄因子(ATF)6。每個跨膜受體都能夠調(diào)控其下游的一系列轉(zhuǎn)錄因子參與細胞的生存或死亡〔8〕。正常情況下，ER的分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP78/BIP)分別與ER中的跨膜蛋白IRE1α、PERK及轉(zhuǎn)錄因子ATF6結(jié)合在一起，阻止信號傳導(dǎo)。當ER中未折疊、錯誤折疊的蛋白質(zhì)增多聚集時，GRP78與IRE1、PERK、ATF6分離，轉(zhuǎn)而與未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)結(jié)合〔9〕；解離的IRE1α、PERK發(fā)生二聚化及自身磷酸化，從而被激活。激活的PERK能使真核生物起始因子(eIF2)上α亞基的第51位絲氨酸發(fā)生磷酸化，進而抑制蛋白質(zhì)的翻譯水平，使ER中蛋白質(zhì)合成量減少，減緩ERS。激活的IRE1α蛋白具有核酸內(nèi)切酶活性，能夠剪切X盒結(jié)合蛋白(XBP)1的mRNA合成轉(zhuǎn)錄因子XBP1蛋白，XBP1蛋白可編碼表達GRP78、GRP94等蛋白，反式激活UPR，減弱ERS。ATF6則從ER運送到高爾基體被S1P、S2P(site-1 and site-2 proteases)剪切產(chǎn)生堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)。bZIP進入核內(nèi)，反式激活一系列UPR相關(guān)基因如GRP78、GRP94等，有助于ER功能的恢復(fù)。此外，在UPR通路下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)還能啟動蛋白酶體自噬途徑(ERAD)，降解錯誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)，使ER恢復(fù)穩(wěn)態(tài)〔10〕。如果這些機制還是不能夠減少錯誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)數(shù)量，使ER恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，ER將啟動UPR的凋亡通路，誘導(dǎo)細胞凋亡，以保護機體組織不受傷害〔11〕。

ERS是神經(jīng)細胞的一種保護性機制，它通過減少ER內(nèi)錯誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)數(shù)量調(diào)控細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量，以維持細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，使細胞恢復(fù)正常的生理功能。但慢性持續(xù)的ERS將促使UPR啟動凋亡信號通路，引發(fā)細胞內(nèi)的級聯(lián)反應(yīng)，使細胞凋亡〔12〕。

2 ERS介導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡

與正常人腦相比，發(fā)現(xiàn)AD患者大腦中外觀正常的神經(jīng)元GRP78水平出現(xiàn)上升，p-PERK、p-IRE1以及p-eIF2α也增多〔13〕。這說明，ERS發(fā)生于AD的早期階段。起初，神經(jīng)元中的ER通過上調(diào)分子伴侶數(shù)量 、減少蛋白質(zhì)的合成來減弱ERS。雖然在神經(jīng)細胞中，ERS是一種保護性機制，但受基因、環(huán)境、年齡等因素的影響，AD中ER錯誤折疊的蛋白質(zhì)增多〔5〕，超過了ER的重折疊能力，使ER恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的能力喪失。此時，ER啟動UPR的凋亡信號通路，引發(fā)神經(jīng)細胞內(nèi)的級聯(lián)反應(yīng)，促使神經(jīng)元凋亡，加重AD。見圖1。

圖1 ERS啟動的凋亡通路

2.1 PERK-eIF2α通路 ER引起應(yīng)激后，PERK激活，使eIF2α發(fā)生磷酸化(p-eIF2α)。在AD病人的大腦組織中發(fā)現(xiàn)，p-eIF2α數(shù)量增多〔14〕。p-eIF2α能夠抑制蛋白質(zhì)的翻譯水平，減少轉(zhuǎn)入ER中的蛋白質(zhì)數(shù)量。雖說蛋白質(zhì)合成量的減少能夠降低ER負荷，有助于ER穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)，但在持續(xù)的ERS下，eIF2α的過度磷酸化也很有可能會抑制突觸蛋白的合成，導(dǎo)致突觸蛋白表達異常、突觸無法合成，從而致使神經(jīng)元退化〔15〕。在朊病毒小鼠模型中，過表達GADD34(p-eIF2α磷酸酶)降低p-eIF2α水平，或用慢病毒干擾RNA減少朊病毒蛋白合成的方式降低p-eIF2α水平，兩者都能使蛋白質(zhì)的翻譯水平恢復(fù)，突觸重塑，神經(jīng)元存活〔16〕。相反，如果用Salubrinal(p-eIF2α去磷酸化抑制劑)增加p-eIF2α水平，神經(jīng)毒性加重，神經(jīng)元死亡〔16〕。表明過度磷酸化的eIF2α導(dǎo)致的蛋白質(zhì)翻譯水平的降低與突觸缺失、神經(jīng)元凋亡相關(guān)聯(lián)。對翻譯水平進行調(diào)控可能是阻止突觸丟失、神經(jīng)元死亡的新途徑〔17〕。

p-eIF2α也能激活A(yù)TF4，進而表達CHOP。用衣霉素處理PC12細胞，發(fā)現(xiàn)APP的過表達能使CHOP上調(diào)〔4〕。CHOP是一種重要的促凋亡因子，它能抑制抗凋亡因子Bcl-2的轉(zhuǎn)錄，消耗谷胱甘肽(GSH)，使活性氧積增，促使細胞發(fā)生氧化損害而引起凋亡；CHOP還能與PUMA啟動子結(jié)合誘導(dǎo)細胞凋亡〔18〕。DR5很有可能是CHOP下游的促凋亡分子，當用衣霉素誘導(dǎo)SH-SY5Y細胞，發(fā)現(xiàn)DR5明顯增加，與CHOP表達上調(diào)相一致。大量磷酸化的eIF2α還能使ApoE4增多，ApoE4是散發(fā)性AD的風險遺傳因子，隨著年齡增長而導(dǎo)致AD〔19〕。除PERK外，調(diào)節(jié)eIF2α磷酸化的酶還有PKR、GCN2、HRI。在AD中，這些酶發(fā)生異常調(diào)節(jié)，能夠?qū)е耬IF2α的過度磷酸化〔15〕。不過最近的研究表明，PERK調(diào)節(jié)的eIF2α磷酸化在大腦組織中占主導(dǎo)作用〔17〕。在APP-PS1小鼠中，分別單獨移除PERK、GCN2、PKR后，只有PERK的缺失能夠降低eIF2α磷酸化的基線水平〔17〕。在朊病毒感染小鼠中注射PERK激酶的特異性抑制劑GSK2606414，能夠阻止eIF2α的異常磷酸化及蛋白質(zhì)合成的減少，使突觸重塑〔15〕。

綜上所述，在ER引起應(yīng)激后，PERK-eIF2α的異常調(diào)節(jié)對于AD中神經(jīng)細胞的凋亡扮演著很重要的角色。但在APP/PS1或朊病毒小鼠中，UPR的ATF6、IRE1α并沒有激活。所以，在AD動物模型中PERK的激活是否是UPR信號的一部分還有待進一步研究〔15〕。

2.2 IRE1α通路 ER引起應(yīng)激后，磷酸化的IRE1α(p-IRE1α)蛋白能結(jié)合腫瘤壞死因子TRAF2蛋白，形成IRE1-TRAF2復(fù)合物，凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)能與該復(fù)合物結(jié)合，激活JNK、p38 。短暫的JNK對細胞的生存是有益的，長期的JNK則能激活促凋亡蛋白Bim，同時還能抑制抗凋亡蛋白Bcl-2〔7〕，誘導(dǎo)胞內(nèi)Aβ產(chǎn)生，促使tau磷酸化及神經(jīng)纖維纏結(jié)，引發(fā)神經(jīng)元凋亡〔20〕。用毒胡蘿卜素或衣霉素處理PC12細胞，發(fā)現(xiàn)可以活化ASK1、JNK，而且ASK1與IREα只有在TRAF2和毒胡蘿卜素都存在的情況下才表現(xiàn)出相關(guān)性〔19〕。表明ERS可以激活I(lǐng)RE1-TRAF2-ASK1通路，進而激活A(yù)SK1-JNK通路，促進神經(jīng)細胞的凋亡。

磷酸化的IRE1α還能夠編碼XBP1，XBP1能夠通過改變編碼閱讀框表達穩(wěn)定的活性蛋白XBP1s。在核內(nèi)，XBP1s能夠調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊，啟動ERAD使錯誤折疊、未折疊的蛋白質(zhì)發(fā)生降解〔21〕。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一些疾病模型中，H6、APY29、抗癌藥物伊馬替尼和舒尼替尼能夠誘導(dǎo)XBP1表達XBP1s，減少ERS，但這種分子機制并未在神經(jīng)退行性疾病中進行驗證〔7〕。但也有研究發(fā)現(xiàn)，XBP1啟動子的多態(tài)性可以增加AD的患病風險〔7〕。XBP1基因核苷-116共同基序從ACGT 轉(zhuǎn)變?yōu)?AGGT，這種C→G的轉(zhuǎn)變使XBP1轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變。通過比較276名AD患者和相匹配的254名健康個體的XBP1-116C/G基因型分布和等位基因頻率，發(fā)現(xiàn)XBP1-116C/G頻率多對AD敏感〔22〕。此外，XBP1-116C/G對于AD的發(fā)生還與性別和APOE ε4的適應(yīng)狀態(tài)有關(guān)〔23〕。所以，XBP1到底是有益的還是有害的，是應(yīng)該抑制還是激活UPR中的XBP1途徑，還有待進一步研究〔7〕。如果長時間的ERS還沒有使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，則停止XBP1的編碼，啟動選擇性降解mRNA編碼蛋白通路，即RIDD(Regulated IRE1-dependent Decay)。RIDD是細胞減弱蛋白質(zhì)過載從而保護細胞的一種適應(yīng)性機制，最近的研究表明，RIDD能夠降解編碼ER分子伴侶如GRP78/BIP的mRNA，促使細胞凋亡〔23〕。

由此可見，在AD中ERS的IRE1α通路下，JNK的表達及RIDD的啟動能夠共同促進神經(jīng)元的凋亡，加重AD。

2.3 ATF6通路 與IRE1一樣，ATF6同樣有兩種亞基：ATF6α、ATF6β〔13〕。當ER引起應(yīng)激時，ATF6家族對于應(yīng)激信號有高度的專一性，在不同組織中其基因表達模式不同，如在肝臟中為CREBH，在星形膠質(zhì)細胞中為OASIS，在神經(jīng)元中為BBF2H7〔20〕。BBF2H7對細胞具有保護作用。在神經(jīng)母瘤細胞中，BBF2H7過表達后抑制ERS誘導(dǎo)的細胞凋亡，用小干擾RNA技術(shù)敲除BBF2H7時則促進ERS誘導(dǎo)的凋亡〔24〕。但ATF6通路的大部分功能還未知，目前認為其是一種促生存機制〔25〕。ATF6激活后，能夠反式激活一系列UPR相關(guān)基因如GRP78、GRP94等，有助于ER功能的恢復(fù)。當ATF6缺乏時，細胞對于ERS的敏感性增加〔13〕。

2.4 caspase12 caspase12是特異性介導(dǎo)ERS誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡的關(guān)鍵分子，其介導(dǎo)的細胞凋亡僅與ERS有關(guān)，而與其他因素無關(guān)。正常情況下，caspase12以酶原的形式位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，當ERS激活后，活性IRE1α能夠激活TRAF2切割活化caspase12〔26〕。ER引起應(yīng)激后，神經(jīng)元內(nèi)Ca2+水平的持續(xù)升高引起鈣蛋白酶(calpain)的活化也可以激活caspase12〔19〕。但最近的一項研究認為caspase12的激活可能獨立于ERS〔27〕。在培養(yǎng)的神經(jīng)-膠質(zhì)皮層細胞中給予氧糖剝奪(OGD)處理，在6 h后酶原procaspase12顯著減少，但不能關(guān)閉酶原剪切及酶活性。當用calpain抑制劑與OGD一起處理時則完全關(guān)閉酶原剪切及酶活性。當用NMDA不可逆拮抗劑與OGD一起處理時也能夠完全關(guān)閉酶原剪切及酶活性。再加入NMDA時，procaspase12剪切增加。這說明NMDA的激活對于calpain介導(dǎo)的procaspase12剪切是必要的〔13〕。calpain是Ca2+依賴蛋白酶，NMDA是重要的Ca2+入口，OGD后NMDA的激活能夠使Ca2+流入，激活calpain。但由于NMDA介導(dǎo)的興奮毒性神經(jīng)元凋亡是不依賴于ERS的，所以認為procaspase12的剪切是NMDA calpain介導(dǎo)的，并且可能獨立于ERS〔14〕。caspase12激活后，繼而可以激活caspase9、caspase3，促使細胞凋亡〔25〕。caspase12的激活也能夠促進Aβ在突觸中產(chǎn)生毒性〔28〕，致使突觸損害，突觸丟失。用理阿諾堿( 使ER Ca2+釋放 )處理3個月齡3xTg-AD小鼠皮質(zhì)和海馬突觸體，caspase12增加，肌動蛋白減少；當加入caspase12抑制劑Z-ATAD-FMK時，肌動蛋白的減少受到抑制,表明caspase12也可能是致使早期AD突觸丟失的一個上游事件。

但到目前為止，caspases12是如何介導(dǎo)細胞凋亡的，其分子機制還不清楚。然而在人類發(fā)展進化過程中，人的caspases12基因被一個終止密碼子中斷而使其不被活化。不過研究發(fā)現(xiàn)caspases12 cDNA有57%與caspases4同源。人類caspase4是引發(fā)炎癥反應(yīng)、通過ERS致使細胞調(diào)亡的又一重要途徑。同caspase12相似，caspase4的裂解激活也可以活化caspase3、caspase9，引起細胞凋亡〔29〕。用毒胡蘿卜素誘導(dǎo)人類神經(jīng)母瘤細胞產(chǎn)生ERS，利用小干擾RNA技術(shù)使caspases4下調(diào)，能夠減少細胞凋亡〔7〕。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，當敲除caspases4基因后，細胞對ERS誘導(dǎo)的凋亡同樣敏感。因而，還需對caspases12、caspases4進行更為深入的研究，了解其介導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡的具體機制，這對于AD的治療及病理抑制具有一定的意義。

2.5 MAM 神經(jīng)細胞中還存在脂閥樣結(jié)構(gòu)“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合線粒體”(MAM)，其結(jié)構(gòu)功能的變化同樣可以促使細胞的凋亡。通過MAM，ER與線粒體聯(lián)系起來，使線粒體和ER可以直接發(fā)生信息交流〔11〕，共同調(diào)節(jié)細胞的一些生理進程，如脂質(zhì)平衡、Ca2+傳導(dǎo)等〔30〕。而在AD患者中，這些生理進程都發(fā)生了改變〔31〕，MAM結(jié)構(gòu)也顯著增多〔32〕。持續(xù)的ERS會使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的Ca2+通過MAM兩條Ca2+通道理阿諾堿受體(RyR)和三磷酸肌醇受體(IP3R)流入線粒體，使線粒體內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，引起線粒體一系列形態(tài)、動力學(xué)的變化，釋放細胞色素C及過氧化物(ROS)；同時Ca2+的流入還能激活鈣依賴蛋白激酶(CaMKII)，誘導(dǎo)氮氧化物(NOX)的形成。釋放的細胞色素C可以激活caspase9、caspase3級聯(lián)反應(yīng)，最終促使神經(jīng)細胞的死亡〔11〕。ROS則可以損害細胞的抗氧化機制，使細胞失去抗氧化保護〔33〕；ER的駐留分子伴侶 GRP78/BIP 、蛋白二硫化物異構(gòu)酶(PDI)和鈣網(wǎng)織蛋白(calreticulin)也由于ROS的氧化受到損傷，導(dǎo)致ER處理錯誤折疊與未折疊蛋白質(zhì)的能力減弱，使細胞趨于死亡。NOX的增多〔11〕則可以激活PKR(Protein kinase R)，使PKR持續(xù)介導(dǎo)CHOP表達，從而放大ERS引起的CHOP介導(dǎo)的凋亡。MAM中還存在大量的PERK〔34〕。不同于PERK-eIF2α通路，PERK是作為MAM中的一種結(jié)構(gòu)用來維持MAM的穩(wěn)態(tài)，它能與線粒體融合蛋白2(MFN2)相互作用〔35〕，是調(diào)節(jié)線粒體形態(tài)功能的關(guān)鍵因子。PERK刪除后，線粒體與ER的連接位點減少〔36〕。

由此可見，由于MAM的連接，ER與線粒體間的聯(lián)系更為緊密，ERS引起的反應(yīng)能夠?qū)е翬R與線粒體共同發(fā)生生理功能的變化，介導(dǎo)神經(jīng)細胞的凋亡，加重AD。

3 ERS與認知記憶

AD患者神經(jīng)元中的ERS還與認知記憶有關(guān)。

分析AD患者的腦組織發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細胞在退化過程中存在著Ca2+的代謝紊亂。而Ca2+的動態(tài)平衡與認知記憶相關(guān)的神經(jīng)功能密切相關(guān)，它可以影響神經(jīng)節(jié)律與突出可塑性〔37〕。ERS可以影響Ca2+的動態(tài)平衡。ERS激活后，ER中的Ca2+會持續(xù)流入胞質(zhì)，致使胞質(zhì)中的Ca2+持續(xù)升高影響睡眠，而失眠可以阻礙記憶鞏固，造成記憶損失〔38〕。Ca2+失調(diào)還能導(dǎo)致神經(jīng)產(chǎn)生興奮性毒性，致使突觸丟失、記憶損害。在AD轉(zhuǎn)基因小鼠中也發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)中的Ca2+上調(diào)后，其學(xué)習(xí)記憶機制受到損害，長期記憶也受到影響而下降〔36〕。但造成ER中Ca2+信號改變的具體機制還并不完全了解，現(xiàn)在對于ER中造成Ca2+信號改變的研究主要集中于PS突變和Aβ沉積〔39〕。

此外，ATF4也與AD的認知記憶有關(guān)。ER引起應(yīng)激后，磷酸化的IRE1α蛋白使ATF4上調(diào)〔40〕。ATF4的上調(diào)能抑制反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)，阻止記憶形成〔14〕。ATF4特別基因的轉(zhuǎn)錄可能是導(dǎo)致海馬體長期記憶(L-LTP)不能形成的關(guān)鍵因素。調(diào)節(jié)eIF2α磷酸化的酶還有GCN2、PKR。在GCN2缺陷小鼠中，eIF2α磷酸化水平下降，ATF4表達減少，L-LTP上升。當用Sa1003抑制eIF2α的去磷酸化作用時，eIF2α磷酸化上升，ATF4上升，L-LTP下降。用誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因小鼠PKR表達增多，eIF2α磷酸化上升，ATF4上升，L-LTP下降〔15〕。表明ATF4的表達能抑制L-LTP。當用Sa1003誘導(dǎo)eIF2α發(fā)生磷酸化，在ATF4缺陷時又可阻止L-LTP的抑制作用〔15〕。這說明ATF4特別基因的轉(zhuǎn)錄可能是導(dǎo)致L-LTP不能形成的關(guān)鍵因素。因此，展開ATF4基因水平及其分子機制的研究，對于治療AD、改善患者的長期記憶具有重要意義。

4 ERS與Aβ、Tau

在家族性AD患者中，在AD臨床癥狀出現(xiàn)許多年之前就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元中已有Aβ的出現(xiàn)〔41〕。Aβ是由淀粉樣前體蛋白(APP)通過β分泌酶和γ分泌酶剪切而成。APP是一種跨膜蛋白，由核糖體合成后，首先轉(zhuǎn)入ER中進行折疊與加工，之后再運到高爾基體進行下一步的修飾，最后運出胞外，由溶酶體吞噬。Aβ具體是在哪個細胞器中產(chǎn)生的，直到現(xiàn)在依然未知〔21〕。在很長的一段時間內(nèi)，認為AD是由于大量胞外Aβ聚積導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡的，治療AD的藥物研究也主要集中在減輕胞外因Aβ沉積而形成的老年斑。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元胞內(nèi)Aβ可能是導(dǎo)致AD病理的原因〔13〕。在轉(zhuǎn)基因過表達Aβ的小鼠中發(fā)現(xiàn)Aβ斑塊沉積前突觸功能發(fā)生障礙，當把可溶性Aβ從它的大腦中提取出來轉(zhuǎn)到正常大鼠腦中后，大鼠突觸的結(jié)構(gòu)和功能遭到損害〔28〕。

AD神經(jīng)元內(nèi)Aβ的產(chǎn)生與ERS密切相關(guān)。ERS下，磷酸化的eIF2α能上調(diào)β位點APP剪切酶(BACE)，促使Aβ產(chǎn)生。ASK1介導(dǎo)的JNK的表達激活能夠調(diào)節(jié)APP剪切誘導(dǎo)胞內(nèi)Aβ聚集、Tau蛋白磷酸化并引發(fā)神經(jīng)纖維纏結(jié)〔21〕。MAM中存在大量早老素蛋白(PS)，它是γ分泌酶的一個組成成分，因而，ERS引起MAM功能的改變也可能導(dǎo)致Aβ的產(chǎn)生〔42〕。Aβ的分泌也可能與ERS下ATF6通路的損壞有關(guān)。ERS能夠通過UPR ATF6通路的激活上調(diào)表達ERdj3。ERdj3一方面可以分泌至胞外，結(jié)合胞外錯疊蛋白，使其降解并阻止其沉積；另一方面也可以發(fā)揮其分子伴侶的作用，結(jié)合ER中的錯疊蛋白并分泌至胞外，使錯疊蛋白恢復(fù)正?；蚪到狻enereux等〔5〕研究了ERdj3對Aβ1～40沉積的抑制作用。他們將ERdj3融合到大腸桿菌(RERdj3)，用不同濃度的RERdj3與Aβ1～40(10 μmol/L，37℃，pH 7.2)混合培養(yǎng)，用硫磺素T熒光檢測Aβ1～40的沉積效應(yīng)(硫磺素T熒光結(jié)合到Aβ1～40纖維時熒光增多)。他們發(fā)現(xiàn)，當RERdj3濃度為370 nM時(ERdj3∶Aβ1～40=1∶27)能夠完全抑制Aβ1～40的沉積；而在相同濃度下的牛血清蛋白(能適度抑制Aβ沉積)卻對Aβ1～40沉積的抑制影響較小。所以在AD中，ERS下的ATF6通路可能由于PS突變遭到損害，使ERdj3分泌下降，從而使胞內(nèi)錯誤折疊的可溶性Aβ分泌到胞外，聚集形成具有蛋白毒性的可溶性低聚物和淀粉樣纖維，并沉積于神經(jīng)元表面，破壞神經(jīng)元功能甚至導(dǎo)致其凋亡〔5〕。

Tau蛋白的異常磷酸化是AD的又一病理特征，其形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)能夠使神經(jīng)細胞對Aβ毒性更為敏感〔43〕。Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，它能穩(wěn)定神經(jīng)元中的微管，保證神經(jīng)元中膜結(jié)合細胞器(MBOs)、囊泡、蛋白質(zhì)復(fù)合體在軸突間的正常轉(zhuǎn)運。而AD中Tau的異常磷酸化，使軸突間的這種轉(zhuǎn)運遭到破壞，從而致使突觸功能障礙，出現(xiàn)AD病人認知水平的下降，但也有研究說Tau蛋白的高表達或者敲除并不影響軸突間的轉(zhuǎn)運速率。Tau 蛋白的異常磷酸化也與ERS有關(guān)。在AD大腦神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)p-PERK與GSK-3β在一起〔44〕，而p-PERK能夠使GSK-3β活性增加。GSK-3β是一種蛋白激酶，它能夠促進Tau蛋白發(fā)生磷酸化。在SH-SY5Y細胞中，毒胡蘿卜素能夠刺激Tau蛋白發(fā)生磷酸化〔45〕；在基礎(chǔ)培養(yǎng)的神經(jīng)細胞中發(fā)現(xiàn)，ERS下，Tau蛋白降解速率降低，內(nèi)源性Tau蛋白增多〔46〕。這都表明，ERS對Tau的異常磷酸化具有一定的作用。

5 結(jié)論與展望

AD是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，已經(jīng)與腦卒中、腫瘤、心腦血管病相匹敵，成為老年人的第四大殺手。但對于AD具體的致病機制還不是很明確。ERS引起神經(jīng)元細胞死亡途徑已經(jīng)成為近幾年的研究熱點。神經(jīng)元內(nèi)ERS的激活旨在減少細胞內(nèi)錯誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)的數(shù)量，使ER重建穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)細胞的正常功能。但受基因、環(huán)境、年齡等因素的影響，隨著疾病進程的發(fā)展，神經(jīng)元中ER錯誤折疊蛋白質(zhì)增多，ER內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，激活UPR的凋亡信號通路；同時由于MAM結(jié)構(gòu)顯著增多，導(dǎo)致線粒體功能發(fā)生變化，最終引起神經(jīng)細胞形態(tài)生理功能的改變，致使細胞凋亡，突觸丟失，出現(xiàn)AD認知功能障礙及病理形成。此外，ERS還參與Aβ的形成及tau蛋白的異常磷酸化，促進AD病理的形成。可見，神經(jīng)元中ERS的激活對于AD的病理形成及神經(jīng)細胞的凋亡具有重要的影響。

近年來，基于對AD神經(jīng)元中ERS功能的廣泛研究，一些調(diào)解ERS的可能途徑也被提出，用來保護神經(jīng)細胞以減緩AD。如在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，靜脈麻醉制劑異丙酚可以抑制ER中Ca2+的流出，從而抑制ERS引起的細胞凋亡〔47〕。用衣霉素、毒胡蘿卜素誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生的ERS，加入化學(xué)伴侶PBA能夠減緩ERS〔48〕，在Tg2576小鼠中也發(fā)現(xiàn)，PBA能夠在AD病理形成前阻止Aβ形成，減少突觸丟失及認知障礙〔49〕。在兔子海馬體中沉默CHOP基因的表達可以成功抵御27-羥膽固醇誘導(dǎo)的AD病理的形成〔50〕。這些發(fā)現(xiàn)，對于延緩或治療AD的發(fā)生提供了依據(jù)。雖然對于AD神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的研究已經(jīng)取得了一定的進展，但對其研究的道路仍然任重而道遠，一些未知的問題也亟待解決。如XBP1啟動子的多態(tài)性可以增加AD的患病風險，那XBP1到底是有益的還是有害的？PERK是否是UPR信號的一部分？ATF6通路下的ERdj3是否有治療前景？深入開展AD神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激功能的研究，了解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激機制及功能，不僅對于了解完善神經(jīng)細胞的損傷凋亡理論具有重要作用，而且ERS作為AD的一個早期事件，對于AD的早期治療及病理抑制，也具有重要意義。

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〔2016-05-20修回〕

(編輯 曲 莉)

國家自然科學(xué)基金面上資助項目 (31471587)

勞鳳學(xué)(1968-)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事衰老發(fā)生機制及老年癡呆發(fā)病機制的研究。

劉馨君(1993-)，女，碩士，主要從事老年癡呆發(fā)病機制的研究。

R749

A

1005-9202(2016)19-4917-06；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.19.117