Wnt/LRP6信號(hào)通路對(duì)阿爾茨海默病突觸功能影響的研究進(jìn)展

王素 李一平 謝寧

[摘要] 阿爾茨海默?。ˋD）是目前最常見(jiàn)的老年癡呆癥之一。AD以大腦β淀粉樣蛋白沉積形成老年斑，Tau蛋白過(guò)度磷酸化造成神經(jīng)纖維纏結(jié)以及神經(jīng)元丟失等為主要病理表現(xiàn)，并伴有神經(jīng)炎性改變和認(rèn)知障礙?，F(xiàn)已有廣泛研究證明突觸功能障礙和突觸丟失是AD早期出現(xiàn)的病理表現(xiàn)，Aβ寡聚體對(duì)突觸有直接毒性作用，但Aβ是通過(guò)何種信號(hào)通路對(duì)突觸產(chǎn)生影響亟待進(jìn)一步研究。Wnt/β-catenin信號(hào)通路借助Wnt-LRP6共同位點(diǎn)在成人大腦突觸連接的功能和形態(tài)完整上起到重要的作用。本文以此為基礎(chǔ)挖掘AD患者易感性的潛在機(jī)制，以揭示出新的治療靶點(diǎn)和方法。

[關(guān)鍵詞] 經(jīng)典wnt信號(hào)通路;低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6;Wnt受體拮抗劑;阿爾茨海默病;突觸功能;研究進(jìn)展

[中圖分類號(hào)] R34? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-7210（2020）03（b）-0033-04

[Abstract] Alzheimer′s disease （AD） is one of the most common dementias currently. AD is characterized by the formation of senile plaques by the deposition of β amyloid in the brain， and the main pathological manifestations of neurofibrillary tangles and loss of neurons caused by excessive phosphorylation of Tau protein， accompanied by neuroinflammatory changes and cognitive impairment. There have been extensive studies to prove that synaptic dysfunction and synaptic loss are pathological manifestations of AD in the early stage. Aβ has direct toxic effect on the synapse， but the type of signaling pathway through which Aβ affects the synapse needs further study. The Wnt/β-catenin signaling pathway plays an important role in the functional and morphological integrity of synaptic connections in the adult brain through the common wnt-lrp6 locus. On this basis， this paper explores the underlying mechanism of AD susceptibility in order to reveal new therapeutic targets and methods.

[Key words] Canonical Wnt signal pathway; Recombinant low density lipoprotein receptor related protein 6; Wnt antagonist; Alzheimer′s disease; Synapse function; Research progress

阿爾茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）又稱老年性癡呆，是一種以認(rèn)知功能障礙和日?；顒?dòng)能力減退為主要表現(xiàn)的神經(jīng)退行性疾病，其病理生理進(jìn)程現(xiàn)分為AD臨床前階段、AD源性輕度認(rèn)知障礙和AD癡呆階段[1]。AD發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，過(guò)去幾十年間醫(yī)學(xué)研究揭示AD發(fā)病涉及遺傳、年齡和生活方式等因素。AD特征性病理變化為：大腦β淀粉樣蛋白沉積形成老年斑，Tau蛋白過(guò)度磷酸化造成神經(jīng)纖維纏結(jié)以及神經(jīng)元丟失并伴隨膠質(zhì)細(xì)胞增生。但這些病理改變與認(rèn)知衰退的出現(xiàn)無(wú)必然關(guān)聯(lián)[2]，AD患者認(rèn)知衰退最相關(guān)病理因素是早期階段出現(xiàn)的突觸功能障礙和突觸丟失[3]，保護(hù)和恢復(fù)突觸功能在大規(guī)模且不可逆的神經(jīng)元死亡發(fā)生前可延緩或阻止認(rèn)知衰退。缺陷的Wnt信號(hào)通路，特別是低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白-6（LRP6）的缺少會(huì)威脅到突觸的功能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且促進(jìn)Aβ產(chǎn)生和斑塊形成。故本文對(duì)Wnt信號(hào)通路與突觸功能的關(guān)系及LRP6受體在突觸功能維護(hù)中的作用進(jìn)行綜述。

1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)突觸的影響

Wnt蛋白（以下簡(jiǎn)稱“Wnt”）是Wnt信號(hào)通路的起始蛋白，根據(jù)Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式被分為3種不同的通路：經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路，負(fù)責(zé)激活細(xì)胞核內(nèi)的特定基因;Wnt-PCP信號(hào)通路，主要調(diào)控細(xì)胞骨架的重排;Wnt-Ca2+信號(hào)通路，負(fù)責(zé)刺激細(xì)胞內(nèi)鈣離子的釋放。Wnt信號(hào)在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用[4]，經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路研究最為廣泛，其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄共激活因子β-catenin的穩(wěn)定性，從而控制下游靶點(diǎn)的表達(dá)。在哺乳動(dòng)物出生后大腦發(fā)育過(guò)程中，Wnt在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸結(jié)構(gòu)形成發(fā)揮重要作用[5-6]。

1.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與突觸傳遞

Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)與突觸傳遞功能關(guān)系密切。Ciani等[7]發(fā)現(xiàn)Wnt7a和Dvl1出現(xiàn)遺傳缺陷可致突觸囊泡數(shù)量減少和發(fā)射器釋放減少;用Wnt拮抗劑sFRP阻斷內(nèi)源性Wnt后，Wnt配體被隔離在細(xì)胞外空間中，從而減少神經(jīng)元中的谷氨酸能神經(jīng)傳遞，而外源性Wnt作用急劇增強(qiáng)使成熟海馬神經(jīng)元中興奮性突觸傳遞增加[7-8]。因此神經(jīng)元回路中突觸傳遞功能與Wnt關(guān)系密切。

1.2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與突觸結(jié)構(gòu)

Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)有助于建立突觸連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Purro等[9]發(fā)現(xiàn)用Wnt拮抗劑Dkk1短時(shí)間阻斷即可誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元中興奮性突觸解體，并減少突觸前、后蛋白質(zhì)簇的數(shù)量和大小;剩余突觸具有較小的活動(dòng)區(qū)和突觸后密度，顯示W(wǎng)nt阻斷可誘導(dǎo)突觸前后部位收縮和消除。Galli等[10]通過(guò)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因小鼠腦中Dkk1的表達(dá)，抑制Wnt信號(hào)傳導(dǎo)引發(fā)突觸變性，紋狀體中興奮性皮質(zhì)-紋狀體谷氨酸能以及多巴胺能突觸喪失，剩余突觸的神經(jīng)傳遞減弱。Marzo等[11]同樣借助Dkk1引發(fā)海馬興奮性突觸丟失，突觸可塑性缺陷和記憶功能減退?？梢?jiàn)Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)正常是大腦突觸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性必需的條件。

1.3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路是突觸與記憶形成的關(guān)鍵聯(lián)系

突觸的完整與記憶的形成息息相關(guān)，Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)與記憶形成的關(guān)系進(jìn)一步印證了Wnt調(diào)節(jié)作用與突觸完整的生理性關(guān)聯(lián)。Wnt信號(hào)傳導(dǎo)的阻斷會(huì)干擾大腦中記憶功能，有研究顯示[12]，給予Wnt3a抗體或Wnt拮抗劑可阻止記憶的獲得和鞏固，而外源性Wnt3a的輸注則能增強(qiáng)記憶形成。誘導(dǎo)小鼠海馬內(nèi)Dkk1的表達(dá)可導(dǎo)致范圍內(nèi)的記憶缺陷，包括定位航行和恐懼記憶[11]，訓(xùn)練后對(duì)小鼠輸注Dkk1也會(huì)干擾海馬控制的物體識(shí)別任務(wù)中的記憶鞏固能力[13]?？梢?jiàn)Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)在突觸與記憶形成和鞏固之間起到關(guān)鍵的聯(lián)系作用。

2 LRP6受體是Wnt/β-catenin信號(hào)通路、突觸和AD之間新興的關(guān)鍵聯(lián)系

LRP6是Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵受體蛋白，也是Wnt拮抗劑Dkk家族的主要受體，Dkk1可破壞LRP6作為Wnt共受體的功能來(lái)發(fā)揮抑制信號(hào)傳導(dǎo)作用[14]。由LRP6受體激活的Wnt/β-catenin信號(hào)通路在一定程度上正向調(diào)控神經(jīng)保護(hù)性蛋白表達(dá)，從而增加神經(jīng)元細(xì)胞的活力起到神經(jīng)保護(hù)作用[15]。

2.1 LRP6受體與突觸形成

LRP6在神經(jīng)系統(tǒng)早期發(fā)育的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，LRP6功能喪失可導(dǎo)致海馬顆粒細(xì)胞減少、丘腦發(fā)育不足和新皮質(zhì)神經(jīng)元增殖受損[16]。LRP6對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的突觸形成也非常重要，Sharma等[17]將年輕海馬神經(jīng)元中LRP6敲除可導(dǎo)致興奮性突觸數(shù)量減少和神經(jīng)棘形態(tài)損傷，體內(nèi)LRP6在發(fā)育中的皮質(zhì)神經(jīng)元中的功能喪失可損害樹(shù)突棘生長(zhǎng)和興奮性突觸后電流的功能。LRP6磷酸化是Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)期間的關(guān)鍵步驟，也是突觸形成的必需過(guò)程。

2.2 LRP6受體與突觸完整性

Liu等[18]發(fā)現(xiàn)在LRP6敲除（cKO）模型中因損害Wnt信號(hào)傳導(dǎo)以年齡依賴性方式引起突觸功能障礙和喪失。青年LRP6 cKO小鼠的脊髓密度，突觸蛋白水平，突觸可塑性和記憶功能表現(xiàn)正常，然而老年LRP6 cKO小鼠的海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元中表現(xiàn)出神經(jīng)棘損失，在恐懼條件反射試驗(yàn)中出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）抑制和記憶能力受損。因此，神經(jīng)元中LRP6受體缺乏會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸引發(fā)突觸功能障礙和喪失，并伴認(rèn)知障礙的癥狀出現(xiàn)。

2.3 LRP6受體與AD

已有研究顯示LRP6和AD之間的關(guān)聯(lián)性。在AD患者大腦中的LRP6 mRNA和蛋白水平較同年齡段健康人顯著下調(diào)。通過(guò)全基因組連鎖分析，在12號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)了晚發(fā)型AD的廣泛基因易感位點(diǎn)，其包括編碼LRP6的區(qū)域[19]。隨訪研究將LRP6的兩個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNPs）和一個(gè)替代性拼接變異與晚發(fā)型AD的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)[20]。這些觀察結(jié)果確定了遲發(fā)型AD和LRP6之間的遺傳聯(lián)系。Liu等[18]發(fā)現(xiàn)在缺乏神經(jīng)元LRP6的APP/PSEN1轉(zhuǎn)基因小鼠皮質(zhì)和海馬中可溶性Aβ40/42和淀粉樣蛋白斑塊增加伴隨出現(xiàn)記憶缺陷加劇。那么LRP6如何調(diào)節(jié)淀粉樣蛋白病變？Liu等[18]研究顯示，LRP6可在細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域與APP相互作用直接影響APP的處理，LRP6可通過(guò)促進(jìn)APP的細(xì)胞表面定位來(lái)調(diào)節(jié)Aβ的產(chǎn)生，敲除LRP6將增加Aβ及其副產(chǎn)物的產(chǎn)生。LRP6缺陷亦可增加內(nèi)源性Aβ40/42水平，而LRP6的過(guò)表達(dá)可減少Aβ40/42的產(chǎn)生。提示LRP6與APP相互作用以將其保留在細(xì)胞表面，從而抑制Aβ產(chǎn)生，在AD模型中LRP6缺乏增加了APP的淀粉樣蛋白形成，促進(jìn)Aβ的產(chǎn)生和斑塊形成。因此，LRP6功能喪失可能是導(dǎo)致AD病理加重的關(guān)鍵因素。

除了突觸維護(hù)和抑制Aβ生成的作用之外，LRP6還在其他AD相關(guān)機(jī)制中發(fā)揮作用。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)炎癥可啟動(dòng)和加劇AD發(fā)病機(jī)制[21-23]。Wnt/LRP6信號(hào)傳導(dǎo)的缺陷間接促進(jìn)神經(jīng)炎癥進(jìn)一步誘發(fā)AD發(fā)病。星形膠質(zhì)細(xì)胞在調(diào)節(jié)突觸傳遞和可塑性方面具有重要功能，可導(dǎo)致AD早期階段的突觸缺陷。Wnt/LRP6信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞影響也可闡明AD背景下星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元串?dāng)_的現(xiàn)象。LRP6受體可通過(guò)其在脂質(zhì)代謝中的作用進(jìn)一步促成AD發(fā)病機(jī)制，作為擴(kuò)展的LDLR受體家族的成員，LRP6參與LDL攝取和膽固醇清除[24]且編碼區(qū)LRP6 SNP突變與LDL膽固醇水平升高有關(guān)[25]，這些結(jié)果提示了LRP6通過(guò)脂質(zhì)代謝的失調(diào)參與AD發(fā)病機(jī)制。

3 總結(jié)與展望

突觸功能障礙和突觸丟失在神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病病理發(fā)展中起重要作用，大量研究正嘗試揭示誘發(fā)突觸損傷的重要細(xì)胞和分子機(jī)制。Wnt/LRP6信號(hào)傳導(dǎo)在突觸形成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能活性中發(fā)揮重要作用，Wnt/LRP6信號(hào)傳導(dǎo)的障礙導(dǎo)致衰老大腦中突觸功能障礙和喪失從而加劇AD的發(fā)病。LRP6功能喪失在幾個(gè)關(guān)鍵AD致病機(jī)制中產(chǎn)生負(fù)面作用，誘導(dǎo)突觸功能障礙和變性以及LTP抑制和記憶減退。LRP6缺乏還促進(jìn)Aβ產(chǎn)生和淀粉樣蛋白沉積，導(dǎo)致神經(jīng)炎癥加重。這些發(fā)現(xiàn)提示LRP6是AD風(fēng)險(xiǎn)和病理學(xué)的重要調(diào)節(jié)因子。因此，可基于Wnt/LRP6信號(hào)傳導(dǎo)開(kāi)展一個(gè)新的治療靶點(diǎn)，為防治AD帶來(lái)希望。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? Emily H，Lucy Wang. Alzheimer′s Disease and Overview of Dementia [M].Springer New York：2019.

[2]? Wyss-Coray T. Ageing，neurodegeneration and brain rejuvenation [J]. Nature，2016，539（7628）：180-186.

[3]? Dennis J，Selkoe. Alzheimer′s disease is a synaptic failure [J].Science，2002，298（5594）：789-791.

[4]? Nusse R，Clevers H. Wnt/β-catenin signaling，disease，and emerging therapeutic modalities[J]. Cell，2017，169（6）：985-999.

[5]? Park M，Shen K. WNT′s in synapse formation and neuronalcircuitry [J]. EMBO J，2012，31（12）：2697-2704.

[6]? Stamatakou E，Salinas PC. Postsynaptic assembly：a role for Wnt signaling [J]. Dev Neur，2014，74（8）：818-827.

[7]? Ciani L，Marzo A，Boyle K，et al. Wnt signaling tunes neurotransmitter release by directly targeting Synaptotagmin-1 [J]. Nat Commun，2015，6：8302.

[8]? Ciani L，Boyle KA，Dickins E，et al. Wnt7 a signaling promotes dendritic spine growth and synaptic strength through Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ [J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2011，108（26）：10732-10737.

[9]? Purro SA，Dickins EM，Salinas PC. The secreted Wnt antagonist Dickkopf-1 is required for amyloid β-mediated synaptic loss. [J]. Neurosci，2012，32（10）：3492-3498.

[10]? Galli S，Lopes DM，Ammari R，et al. Deficient Wnt signaling triggers striatal synaptic degeneration and impaired motor behaviour in adult mice [J]. Nat Commun，2014，5（2）：4992.

[11]? Marzo A，Galli S，Lopes D，et al. Reversal of synapse degeneration by restoring wnt signaling in the adult hippocampus [J]. Curr Biol，2016，26（19）：2551-2561.

[12]? Xu N，Zhou WJ，Wang Y，et al. Hippocampal wnt3a is necessary and sufficient for contextual fear memory acquisition and consolidation [J] Cereb Cortex，2015，25（11）：4062-4075.

[13]? Forner S，Baglietto-Vargas D，MartiniAC，et al. Synaptic impairment in alzheimer′s disease：adysregulated symphony [J]. Trends Neurosci，2017，40（6）：347-357.

[14]? MacDonald BT，Tamai K，He X. Wnt/β-catenin signaling：components，mechanisms，and diseases [J]. Dev Cell，2009，17（1）：9-26.

[15]? 宋志琦，王進(jìn)，朱婷，等.Wnt-LRP6信號(hào)通路激活REST蛋白的表達(dá)并發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，22（6）：100-108.

[16]? Zhou CJ，Borello U，Rubenstein JL，et al. Neuronal production and precursor proliferation defects in the neocortex of mice with loss of function in the canonical Wnt signaling pathway [J]. Neuroscience，2006，142（4）：1119-1131.

[17]? Sharma K，Choi SY，Zhang Y，et al. High-throughput genetic screen for synaptogenic factors：identification of LRP6 as critical for excitatory synapse development [J]. Cell Rep，2013，142（4）：1330-1341.

[18]? Liu CC，Tsai CW，Deak F，et al. Deficiency in LRP6-mediated Wnt signaling contributes to synaptic Abnormalities and amyloid pathology in Alzheimer′s disease [J]. Neuron，2014，84（1）：63-77.

[19]? Lee JH，Cheng R，Rogaeva E，et al. Further examination of the candidate genes in chromosome 12p13 locus for late-onset Alzheimer disease [J]. Neurogenetics，2008，9（2）：127-138.

[20]? Alarcón MA，Medina MA，Hu Q，et al. A novel functional low-density lipoprotein receptor-related protein 6 gene alternative splice variant is associated with Alzheimer′sdisease [J]. Neurobiol Aging，2013，34（6）：1709.eq-18.

[21]? González H，Elgueta D，Montoya A，et al. Neuroimmune regulation of microglial activity involved in neuroinflammation and neurodegenerative diseases [J]. J Neuroimmunol，2014，274（1/2）：1-13.

[22]? Giorgi FS，Saccaro LF，Galgani A，et al. The role of Locus Coeruleus in neuroinflammation occurring in Alzheimer′s disease [J]. Brain Res Bull，2019，153：47-58.

[23]? Bronzuoli MR，Iacomino A，Steardo L，et al. Targeting neuroinflammation in Alzheimer′s disease [J]. Inflamm Res，2016，9：199-208.

[24]? Ye ZJ，Go GW，Singh R，et al. LRP6 protein regulates low density lipoprotein（LDL）receptor-mediated LDLuptake. [J]. Biol Chem，2012，287（2）：1335-1344.

[25]? Go GW，Srivastava R.，Hernandez-Ono A，et al. The combined hyperlipidemia caused by impaired Wnt-LRP6 signaling is reversed by Wnt3a rescue [J]. Cell Metab，2014， 19（2）：209-220.

（收稿日期：2019-11-18? 本文編輯：劉永巧）