自噬在阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制中的作用及治療策略

李暢++劉明妍

[摘要] 自噬是細(xì)胞清除異常積聚蛋白質(zhì)的重要機(jī)制，在阿爾茨海默?。ˋD）的發(fā)病機(jī)制中扮演重要角色。自噬囊泡的大量形成與溶酶體功能障礙在AD特征性病理改變?nèi)绂?淀粉樣蛋白沉積、Tau蛋白異常磷酸化的形成與清除密切相關(guān)，已成為未來AD潛在治療靶點(diǎn)之一。深入了解自噬的機(jī)制及其與AD的關(guān)系對通過藥物調(diào)節(jié)自噬從而延緩AD進(jìn)展具有重要意義。因此，本文就自噬在AD發(fā)病機(jī)制中的最新研究進(jìn)展，對自噬在AD中的作用及藥物干預(yù)研究進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，為深入研究AD的治療策略提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 自噬；阿爾茨海默病；β-淀粉樣蛋白；Tau

[中圖分類號] R743 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2016）12（b）-0036-04

Role of autophagy in the pathogenesis of Alzheimer's disease and its therapeutic strategies

LI Chang1 LIU Mingyan2

1.China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110122， China； 2.School of Pharmacy， China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110122， China

[Abstract] Autophagy is one of the important scavenging mechanisms for the intracellular abnormal accumulated proteins， and plays an crucial role in the pathogenesis of Alzheimer's disease （AD）. Multiple studies have demonstrated that the autophagic vecuoles accumulation and the lysosomal dysfunction are closely related to the formation and elimination of the characteristic pathologic changes such as the Aβ deposits and the aggregation of abnormally phosphorylated Tau， etc， indicating that autophagy becomes one of the AD potential therapeutic targets in the future. Therefore， it has great significance to further explore the mechanism of autophagy and its relationship with AD， and to develop the drugs adjusting autophagic process. In this review， we summarize the recent research progress of the relationship between autophagy and AD， and the promising autophagy-realated treatements for AD， providing the theoretical evidences for generating new anti-AD therapeutic strategies.

[Key words] Autophagy； Alzheimer's disease； β-amyloid； Tau

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種緩慢隱匿性的進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為記憶力衰減和認(rèn)知功能障礙，其病理學(xué)特征主要包括β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）沉積而形成的老年斑（senileplaques，SP），細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白異常磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）和神經(jīng)元的丟失等[1]。自噬是細(xì)胞清除細(xì)胞內(nèi)異常聚集的蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器的重要機(jī)制，其與清除AD相關(guān)異常積聚蛋白質(zhì)密切相關(guān)。因而，自噬對進(jìn)一步揭示AD發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)防治AD的新靶點(diǎn)，研發(fā)新型抗AD藥物具有深遠(yuǎn)的科學(xué)意義和重要的研究價(jià)值。因此，本文對自噬機(jī)制、自噬與AD的關(guān)系及基于自噬的抗AD治療策略綜述如下。

1 自噬概述

自噬是向溶酶體輸送胞質(zhì)配件，高度保守的細(xì)胞內(nèi)代謝過程。其可分為三種形式，①大自噬：細(xì)胞受到刺激后，胞質(zhì)中產(chǎn)生膜結(jié)構(gòu)，包裹需降解的物質(zhì)形成自噬體，再轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體形成自噬溶酶體，進(jìn)而降解其內(nèi)容物的過程，即通常所說的細(xì)胞自噬[2]；②小自噬：溶酶體主動吞噬需降解的物質(zhì)，進(jìn)而降解其內(nèi)容物[3]；③分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）：指胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)的降解需要與分子伴侶如Hsp70結(jié)合，而后被溶酶體相關(guān)膜蛋白2A（lysosome-associated membrane protein 2A，LAMP-2A）識別，選擇性降解含有五肽蛋白基序的胞漿蛋白質(zhì)[4]。

自噬的形成需要以下幾個(gè)步驟，①前自噬體的形成：細(xì)胞接收到信號刺激，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無核糖體部分膜脫落，形成雙層膜結(jié)構(gòu)；在哺乳動物體內(nèi)，雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）作為感受器感受細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)狀態(tài)，主要對自噬發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用；在營養(yǎng)匱乏、低氧等條件下，mTOR活性受抑制，ULK-1活性增強(qiáng)，進(jìn)而與FIP2000和Atg13結(jié)合形成ULK-1-Atg13-FIP2000復(fù)合物，并從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或其他區(qū)域，自噬泡開始形成[5]；另外，Vps34可先與Vps15互相結(jié)合，進(jìn)而再結(jié)合Beclin-1形成復(fù)合物，再通過結(jié)合其他相關(guān)蛋白來調(diào)控自噬功能[6]。②膜泡的延伸及擴(kuò)展：前自噬體形成后，膜泡不斷擴(kuò)張，并將需被降解的物質(zhì)包裹形成自噬體；Atg12與Atg7鏈接而被活化，然后被Atg10催化，再與Atg5連接，最終形成Atg5-Atg7-Atg12復(fù)合體，可與自噬泡外膜結(jié)合，促進(jìn)自噬泡的延伸及擴(kuò)展；同時(shí)，LC3在Atg3和Atg7的切割下產(chǎn)生LC3-Ⅱ分子，并在自噬泡的內(nèi)膜及外膜上發(fā)生特異結(jié)合。③自噬體的運(yùn)輸和膜泡融合：微管骨架將自噬體運(yùn)輸至溶酶體，其外膜與溶酶體膜融合，將含一層膜的自噬體釋放到溶酶體內(nèi)，被溶酶體水解破壞后完成自噬體的降解。

2 AD與自噬

AD特征性病理改變?yōu)锳β沉積形成的細(xì)胞外SP和Tau蛋白異常磷酸化形成的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)NFTs及神經(jīng)元丟失伴膠質(zhì)細(xì)胞增生等。研究發(fā)現(xiàn)，正常腦組織中神經(jīng)細(xì)胞中自噬囊泡少，但在APP695小鼠腦中則存在很多與Aβ相關(guān)的自噬囊泡[7]，聚集在營養(yǎng)不良的突起部位；同時(shí)，AD患者腦組織中存在自噬囊泡，提示自噬作為一種異常蛋白質(zhì)聚集和受損細(xì)胞器的處理過程，對AD發(fā)生、發(fā)展過程中Aβ沉積及其引起的細(xì)胞器損傷發(fā)揮重要調(diào)控作用，可成為AD的新潛在治療靶點(diǎn)。

2.1 Aβ沉積與自噬

APP是細(xì)胞中的Ⅰ型膜蛋白，可被β-分泌酶（BACE）和γ-分泌酶順序切割而產(chǎn)生Aβ。Aβ大量沉積將干擾細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器如溶酶體的正常形成及功能的發(fā)揮，進(jìn)而加劇Aβ的沉積，促進(jìn)AD的發(fā)生、發(fā)展[8]。研究發(fā)現(xiàn)，累積在AD神經(jīng)軸突的自噬小體中含有APP、BACE及Aβ等成分，并以此為發(fā)生自噬反應(yīng)的底物，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Aβ進(jìn)行降解，因此自噬與Aβ的生成和清除密切相關(guān)[9]。最近研究表明，自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素處理神經(jīng)元后可增加自噬及誘導(dǎo)其分泌Aβ，抑制自噬的spautin-1處理神經(jīng)元，則可通過抑制USP10/13及促進(jìn)Vps34復(fù)合物降解而降低Aβ的分泌[10]。另外，磷脂酰肌醇結(jié)合網(wǎng)格蛋白裝配蛋白（PICALM），作為自噬載體受體，可與APP-CTF和LC3相互作用，直接使APP-CTF從內(nèi)含體募集到自噬體，并進(jìn)一步加工為Aβ，與Aβ的代謝密切相關(guān)[11-12]。

APP也可被α-分泌酶裂解形成可溶性裂解產(chǎn)物sAPP-α，從而減少Aβ的生成。解聯(lián)蛋白和金屬肽酶結(jié)構(gòu)域10（ADAM10）是一種α-分泌酶，可促進(jìn)LRP1的胞外結(jié)構(gòu)域脫落，降低Aβ透過血腦屏障的轉(zhuǎn)運(yùn)，阻止腦內(nèi)Aβ聚集[13]。Maurer等[14]發(fā)現(xiàn)，干預(yù)Atg16L1可影響自噬功能，因此作為Atg16L1表達(dá)產(chǎn)物的ADAM10的水平與自噬功能相關(guān)。

2.2 早老素與自噬

體內(nèi)早老素基因分為PS1和PS2兩種，其突變與AD的發(fā)生關(guān)系密切。早老素可促進(jìn)溶酶體酸化和自噬降解，其異常會引起溶酶體和自噬功能障礙。研究顯示，野生型PS1可抑制自噬，而突變型PS1可增強(qiáng)γ-分泌酶的活性，從而促進(jìn)Aβ生成[15]，同時(shí)PS1突變的轉(zhuǎn)基因動物腦內(nèi)神經(jīng)元出現(xiàn)大量自噬囊泡，溶酶體系統(tǒng)激活[16]；而自噬也能促進(jìn)PS1表達(dá)和增加γ-分泌酶的活性[17]，提示早老素與自噬存在相互作用。

2.3 Tau蛋白與自噬

Tau蛋白是一種微管結(jié)合蛋白，它能與微管結(jié)合穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定的微管可正常高效地介導(dǎo)自噬泡向溶酶體運(yùn)輸，保證自噬功能的正常發(fā)揮。AD患者神經(jīng)元中，Tau蛋白高度磷酸化形成NFTs，失去與微管正常結(jié)合的能力，使自噬小體不能結(jié)合于微管蛋白而向溶酶體運(yùn)輸，從而導(dǎo)致自噬功能障礙。Kim等[18]發(fā)現(xiàn)，異常高磷酸化Tau蛋白的清除有賴于NDP52受體介導(dǎo)的自噬功能。同時(shí)，雷帕霉素可通過上調(diào)自噬降低Tau蛋白聚集所引起的神經(jīng)毒性。因此，AD患者腦內(nèi)自噬功能受損，可促進(jìn)Tau聚合體的形成，而形成的Tau復(fù)合體又進(jìn)一步導(dǎo)致自噬功能障礙，從而形成惡性循環(huán)。

2.4 APOE與自噬

APOE是一系列的載脂蛋白，與AD發(fā)病密切相關(guān)的主要是APOE4。APOE4可誘導(dǎo)Aβ的增加及聚集，導(dǎo)致溶酶體不穩(wěn)定，妨礙自噬功能的正常發(fā)揮，進(jìn)而介導(dǎo)AD的發(fā)生[19]。同時(shí)，作為在AD發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用的星形膠質(zhì)細(xì)胞的自噬功能對Aβ的清除也具有重要意義。在過表達(dá)APOE4的小鼠源性星形膠質(zhì)細(xì)胞中，自噬功能降低，清除Aβ能力也降低[20]。

2.5 TREM2與自噬

TREM2是表達(dá)在骨髓亞群細(xì)胞膜上的特異免疫性受體，可能與AD的發(fā)生密切相關(guān)。一方面，TREM2是APOE的配體，這可能會導(dǎo)致自噬的異常，進(jìn)而促進(jìn)AD的發(fā)展[21]；另一方面，TREM2在小膠質(zhì)細(xì)胞的回收由Beclin-1來調(diào)節(jié)。AD患者腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的Beclin-1水平降低，這與TREM2的回收障礙密切相關(guān)[22]。

2.6 Clusterin與自噬

自噬的發(fā)生、發(fā)展過程需要Clusterin的表達(dá)。Clusterin可通過與LC3共定位，加強(qiáng)LC3-Atg3復(fù)合體穩(wěn)定性，增強(qiáng)自噬的激活。而沉默Clusterin可以減弱自噬激活。這提示Clusterin與自噬關(guān)系密切[23-24]。而CLU基因單核苷酸多態(tài)性與散發(fā)性AD相關(guān)，且在AD患者腦內(nèi)Clusterin的mRNA水平明顯升高[25]。Clusterin還與Aβ蛋白相互作用，并使Aβ蛋白的溶解度和聚集度發(fā)生改變[26]。

3 基于自噬的AD治療

目前，大多數(shù)治療AD的藥物只能緩解癥狀而不能預(yù)防AD的發(fā)生。研發(fā)能夠預(yù)防AD發(fā)病的新藥一直是AD研究的熱點(diǎn)問題。由于異常蛋白質(zhì)大量聚集引起AD發(fā)病，因此，有效增強(qiáng)蛋白質(zhì)聚集物降解或預(yù)防蛋白質(zhì)聚集物的形成可能是預(yù)防AD的有效方式及途徑。自噬作為體內(nèi)積聚的蛋白質(zhì)和非必須細(xì)胞器清除的主要途徑，可作為預(yù)防AD發(fā)病的治療靶點(diǎn)。

3.1 基于自噬相關(guān)mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的AD治療

mTOR是一種蛋白激酶，也是自噬的主要負(fù)調(diào)節(jié)因子。mTOR抑制劑雷帕霉素已被證實(shí)在多種模型中具有上調(diào)自噬的作用。其可通過上調(diào)自噬而降低APPSwe/PS1/TauP301L三轉(zhuǎn)基因AD小鼠腦內(nèi)Aβ的生成，抑制Tau聚集，提高其認(rèn)知能力[27]。另有研究表明，雷帕霉素可通過加強(qiáng)自噬作用改善APP/PS1小鼠和P301S轉(zhuǎn)基因小鼠模型記憶和空間認(rèn)知能力[28]，這提示雷帕霉素在AD臨床治療方面可能具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于mTOR也參與機(jī)體多種生理功能，長期使用雷帕霉素抑制mTOR可能會對患者產(chǎn)生毒副作用，因此不能長期應(yīng)用。

3.2 基于自噬的依賴于非mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的AD治療

3.2.1 肌醇信號通路 肌醇信號通路是被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)調(diào)節(jié)自噬的依賴非mTOR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。細(xì)胞內(nèi)IP3水平是自噬的負(fù)調(diào)控因子，其水解產(chǎn)物游離肌醇對肌醇信號通路十分重要。降低細(xì)胞內(nèi)肌醇或IP3水平可誘導(dǎo)自噬，而細(xì)胞內(nèi)水平升高則通過影響自噬小體膜泡的延伸及擴(kuò)展階段來抑制自噬。抗躁狂藥碳酸鋰、抗癲癇藥丙戊酸鈉和卡馬西平可抑制肌醇單磷酸酶而誘導(dǎo)非mTOR通路介導(dǎo)的自噬，維持細(xì)胞內(nèi)較低的肌醇水平，因此誘導(dǎo)抑制淀粉樣蛋白聚集和抗細(xì)胞毒作用[29]。

3.2.2 Ca2+/鈣蛋白酶途徑 細(xì)胞的自噬功能與細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度有關(guān)。高文凡等[30]發(fā)現(xiàn)，在大鼠軟骨細(xì)胞模型中增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度可提高自噬相關(guān)標(biāo)志物Beclin-1、ULK1的mRNA水平及LC3Ⅱ蛋白表達(dá)水平，提示Ca2+濃度的升高與自噬功能增強(qiáng)具有相關(guān)性。二氫吡啶類鈣通道阻斷劑伊拉地平可選擇性結(jié)合海馬鈣通道Cav1.2，通過抑制鈣內(nèi)流，增加LC3B表達(dá)，改善自噬功能，減少Aβ寡聚體毒性，降低Tau蛋白磷酸化及Aβ斑塊[31]。而Ca2+通道拮抗劑如維拉帕米、胺碘酮、洛哌丁胺和尼莫地平可增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，但其誘導(dǎo)自噬的結(jié)果還有待于進(jìn)一步研究。

3.3 AD免疫用藥與自噬

越來越多的研究表明，免疫可能參與自噬過程，Gu等[32]構(gòu)建的TaumAbs可與p-tau396/404特異結(jié)合，通過自噬途徑進(jìn)入細(xì)胞，從而清除細(xì)胞內(nèi)病理性Tau蛋白的異常積聚。同時(shí)，靶向Aβ寡聚體的單克隆抗體可增加LC3Ⅱ水平，通過改善AD狀態(tài)下的自噬功能，改善Aβ沉積，這也為AD的治療提供了新的思路。

4 小結(jié)

目前，臨床常用藥物仍然是以易逆性抑制膽堿酯酶抑制劑提高膽堿能神經(jīng)元功能來治療輕中度AD或非競爭性NMDA受體拮抗劑美金剛抑制興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性來治療中重度AD，但由于不良反應(yīng)多，因此AD治療仍缺乏有效的藥物。自噬作為一種廣泛存在的細(xì)胞內(nèi)降解方式，在Aβ的產(chǎn)生、分泌、清除以及Tau蛋白的磷酸化和清除等方面起重要作用，被認(rèn)為是AD治療的潛在靶點(diǎn)。因此，自噬調(diào)節(jié)劑的研究為AD治療提供了光明的前景。目前，有一些依賴于不同通路的自噬調(diào)節(jié)劑已經(jīng)取得了良好的效果。然而，對AD患者自噬障礙的分子機(jī)制，自噬調(diào)節(jié)劑如何有效控制AD發(fā)生、發(fā)展而不影響正常生命活動，仍需要更深程度地探索與研究，也將成為未來AD研究的焦點(diǎn)。

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