AMPA 受體在阿爾茲海默癥中的研究進(jìn)展

王晨旭 綜述，于泳浩，謝克亮，王國(guó)林 審校

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院麻醉科，天津300052）

AMPA 受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors，AMPARs） 的合成、膜轉(zhuǎn)運(yùn)、降解和翻譯后修飾等過(guò)程受到嚴(yán)格調(diào)控。AMPARs 最重要的功能包括支持突觸可塑性，與學(xué)習(xí)和記憶的亞細(xì)胞改變有關(guān)[1]，同時(shí)也參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)老化的過(guò)程。但是AMPARs 在自然衰老和神經(jīng)退行性疾病中是如何變化的，目前尚不清楚。隨著人口老齡化的進(jìn)程，認(rèn)知功能障礙性疾病的發(fā)病率也逐年上升，阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）等神經(jīng)退行性疾病越來(lái)越多的受到人們關(guān)注。AD癡呆最早的生物學(xué)表現(xiàn)之一就是是突觸AMPARs的改變以及突觸可塑性的損傷。在分子水平上，AD的兩種標(biāo)志性病理代謝產(chǎn)物為淀粉樣蛋白Aβ 和神經(jīng)纖維τ 鏈形成的斑塊[2]。本綜述簡(jiǎn)要概述了AMPARs 轉(zhuǎn)運(yùn)模型，重點(diǎn)介紹了生理性衰老以及AD 過(guò)程中AMPARs 的變化。

1 AMPARs 在生理狀態(tài)下的轉(zhuǎn)運(yùn)與調(diào)節(jié)

AMPARs 是由 4 個(gè)亞基(GluA1-GluA4)組合的兩個(gè)二聚體構(gòu)成，其80%由GluA1/GluA2 和GluA2/GluA3 異質(zhì)體組成。每個(gè)亞基都有一個(gè)可變的C 末端，這是AMPARs 轉(zhuǎn)運(yùn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。GluA1 亞基的 C 末端是鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ(calmodulin dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)的主要靶標(biāo)，突觸后膜瞬時(shí)插入含GluA1 的AMPARs是誘導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）的重要步驟。GluA2 和GluA3 亞基的短C 末端則存在與PDZ 結(jié)構(gòu)域相互作用的基序，介導(dǎo)AMPA 受體與幾個(gè)分子及鄰近突觸相互作用。

有假說(shuō)提出，在LTP 期間缺乏GluA2 的AMPARs可能通過(guò)周圍其他突觸后膜轉(zhuǎn)移而來(lái)，迅速插入突觸。突觸和突觸外AMPARs 可以通過(guò)外吞補(bǔ)充，提供了足夠多的受體參與構(gòu)成轉(zhuǎn)運(yùn)。隨后，缺乏GluA2的AMPARs 可逐步被含有GluA2 的受體所取代，這些受體在基礎(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)和長(zhǎng)時(shí)程抑制（long-term depression，LTD）期間更容易受到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。然而，也有觀點(diǎn)提出AMPAR 亞基的組成并不是LTP 的決定性因素[3]。

磷酸化是AMPARs 轉(zhuǎn)運(yùn)和功能的一個(gè)關(guān)鍵決定因素。一般而言，導(dǎo)致AMPARs 磷酸化的激酶活性與LTP 有關(guān)，而磷酸酶活性和去磷酸化則與LTD有關(guān)。CaMKⅡ和蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）的一個(gè)重要磷酸化靶點(diǎn)是GluA1 C 末端的絲氨酸831（S 831），在突觸可塑性和記憶保持過(guò)程中有潛在作用[3]。蛋白激酶 A（protein kinase A，PKA）使另一個(gè) GluA1 殘基（S 845）磷酸化，使 LTP 期間 AMPARs 更容易到達(dá)突觸。

這些調(diào)控通路也可能相互匯合，進(jìn)而影響AMPARs 磷酸化。在正常狀態(tài)下AMPARs 磷酸化水平較低，受到神經(jīng)元活動(dòng)的調(diào)控時(shí)[4]，AMPARs 磷酸化的改變要比轉(zhuǎn)運(yùn)變化更為明顯。強(qiáng)調(diào)了磷酸化的重要作用，當(dāng)然還有其他轉(zhuǎn)錄后修飾在控制AMPARs 轉(zhuǎn)運(yùn)和功能方面也發(fā)揮了重要作用。其中，泛素化和磷酸化可能是神經(jīng)退行性疾病的特點(diǎn)，可溶性淀粉樣-β斑塊（amyloid-β，Aβ）寡聚體增加了 AMPARs 泛素化[5]，并減少了GluA1 S 845 的磷酸化，同時(shí)使AMPARs細(xì)胞膜上的表達(dá)降低。

2 AMPARs 通路在生理性衰老中的變化

在深入研究AD 的病理改變之前，更重要的是探討正常衰老過(guò)程中AMPARs 介導(dǎo)分子通路的變化。目前，生理性衰老的機(jī)制研究?jī)H限于對(duì)突觸可塑性的分析，即老年動(dòng)物的LTP 較弱，需要更強(qiáng)的刺激誘導(dǎo)。人們懷疑老年人的AMPARs 總體功能低下，但尚不清楚這是突觸穩(wěn)定性降低還是電導(dǎo)率降低的結(jié)果。也可能是由于AMPARs 減少或修飾受體增加而導(dǎo)致，因最近有研究表明，AMPARs 正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用對(duì)恢復(fù)與年齡有關(guān)的記憶和突觸增強(qiáng)缺陷有著有益的作用[6]。

其中，關(guān)于AMPARs 的改變有兩種假設(shè)比較主流。一種理論認(rèn)為，衰老改變了突觸前功能，減少了谷氨酸的釋放，影響AMPARs 與內(nèi)源性激動(dòng)劑的結(jié)合。第二種假設(shè)是修飾后的AMPARs 增加，使其在突觸上更不穩(wěn)定。在這種情況下，AMPARs 興奮劑的應(yīng)用可以暫時(shí)緩解其功能的喪失。并且改變AMPARs 的磷酸化和/或其亞基組成，可以引起不穩(wěn)定性的增加和電導(dǎo)率的降低。Hara 等[7]的一項(xiàng)研究認(rèn)為，AMPARs 亞基組成的改變可能與生理性認(rèn)知能力下降有關(guān)，清除GluA2 的機(jī)制將很大程度影響衰老大腦中的突觸傳遞和可塑性。

3 AMPARs 在 AD 中的變化

3.1 Aβ 對(duì) AMPARs 的影響

3.1.1 Aβ 在突觸可塑性中的作用 Aβ 通過(guò)改變突觸的形態(tài)和組成來(lái)誘導(dǎo)突觸畸變，從而導(dǎo)致樹突棘的大量喪失，阻斷AMPARs 的內(nèi)吞作用可防止由Aβ 誘導(dǎo)的樹突棘的喪失。Aβ 導(dǎo)致的 AMPARs 突觸后膜移位與LTD 有相似的信號(hào)通路，同樣涉及到N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）的參與，但 Aβ 誘導(dǎo)的突觸抑制也參與了其他的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[8]。

Aβ 能還改變CaMKⅡ的亞細(xì)胞分布，破壞突觸AMPARs，并阻礙突觸增強(qiáng)?？扇苄訟β 還可通過(guò)降低NMDARs 的細(xì)胞膜表達(dá)，從而影響LTP 過(guò)程。然而，表面NMDARs 的減少又可能具有保護(hù)作用，表明NMDARs 可能是Aβ 的突觸作用靶點(diǎn)。有實(shí)驗(yàn)指出，Aβ 能激活含GluN2B 的NMDARs，從而導(dǎo)致神經(jīng)元過(guò)度活化并阻斷LTP[9]。另有實(shí)驗(yàn)表示，可溶性Aβ 低聚物可通過(guò)改變 NMDARs 和 AMPARs 的轉(zhuǎn)運(yùn)和功能而導(dǎo)致突觸的功能障礙[10]。

3.1.2 Aβ 對(duì)AMPA 受體亞單位的作用 有觀點(diǎn)提出，Aβ 斑的存在不一定導(dǎo)致神經(jīng)變性，可能是Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性需要激活額外的配體，迄今為止，研究最廣泛的配體是細(xì)胞朊病毒蛋白。其中有一種假設(shè)為Aβ 本身就是一種可以自我繁殖的朊蛋白，能夠誘發(fā)神經(jīng)變性[11]。有研究用蛋白沉淀等實(shí)驗(yàn)方法鑒定腦脊液中與Aβ 結(jié)合的內(nèi)源性配體，目前已確定了大約100 個(gè)參與脂質(zhì)代謝、內(nèi)穩(wěn)態(tài)和免疫應(yīng)答的分子[12]，這表明Aβ 可能通過(guò)多種潛在的結(jié)合配體影響多種細(xì)胞功能。

同時(shí)，Aβ 低聚物也可以結(jié)合不同的AMPARs亞單位[13]。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 低聚物與GluA2 形成復(fù)合物，從而影響AMPARs 的轉(zhuǎn)運(yùn)及表達(dá)。由于含Glu－A2 的AMPARs 主要在生理性老化期間受到影響，表明Aβ 可能通過(guò)天然存在的機(jī)制加重正在進(jìn)行的突觸老化。Reiners 等[13]指出，GluA3 缺乏小鼠的海馬腦片LTP 在外源性Aβ 的作用下保持不變，而正常小鼠的LTP 則明顯降低?？赡苁茿β 低聚物有利地結(jié)合含有GluA2/GluA3 的AMPARs，從而觸發(fā)這些受體從突觸表面的向細(xì)胞內(nèi)移動(dòng)。其結(jié)合的潛在靶點(diǎn)是 PICK1（protein interaction with C-kinase 1），這一過(guò)程中表面含GluA1 的AMPAR 基本保持不變，但是缺乏PICK1 的小鼠可以抵抗Aβ 誘導(dǎo)的上述作用[14]，表明突觸的損傷變化是PICK1 與GluA2/3 AMPAR 相互作用的結(jié)果。

3.1.3 AMPAR 亞基可能是治療AD 的新靶點(diǎn) Aβ通過(guò)誘導(dǎo)GluA 2/3 的選擇性內(nèi)吞作用，觸發(fā)突觸抑制，降低突觸穩(wěn)定性。因此，降低含GluA 2/3 的AMPARs 可能減輕Aβ 的損傷。事實(shí)上，最近對(duì)與輕度認(rèn)知障礙相關(guān)的基因表達(dá)譜的篩選發(fā)現(xiàn)，GluA3基因與神經(jīng)變性呈負(fù)相關(guān)[15]。有人提出，含有GluA1的AMPARs 主要是在LTP 期間植入突觸的[16]，因此在LTP 過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生GluA2/3 水平較低的突觸。然而，降低含GluA2/3 的AMPARs 而有提高GluA1 的表達(dá)可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的不良反應(yīng)。雖然在一般情況下，可溶性Aβ 促進(jìn)突觸抑制，阻礙突觸增強(qiáng)，但在某些情況下，胞內(nèi)Aβ 也能增加含GluA1 的AMPARs 表達(dá)，進(jìn)而引起鈣依賴的興奮性毒性[17]。因此招募含有GluA1 的AMPARs 增強(qiáng)突觸強(qiáng)度，這一方法可能會(huì)產(chǎn)生一些不良反應(yīng)。不過(guò)更為合理的假設(shè)是，保持智力活躍的生活方式可以防止Aβ 斑塊引發(fā)的一些分子改變，因?yàn)檫@些斑塊通常也出現(xiàn)在自然老化的大腦中[18]。

3.2 τ 神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFT）在AMPAR 通路中的作用

3.2.1 NFT 在突觸傳遞及可塑性中的作用 對(duì)寡聚體Aβ 在AMPARs 轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的作用研究較少，但是有大量證據(jù)表明，AMPARs 特別容易受到τ 蛋白病理的影響。有研究顯示，在體外培養(yǎng)接受突變?chǔ)拥鞍滋幚淼纳窠?jīng)元以及τ 蛋白基因突變小鼠中均發(fā)現(xiàn)大量表面受體丟失，但也有少數(shù)研究報(bào)道指出突觸密度或形態(tài)沒有變化[19]。產(chǎn)生不同結(jié)果的原因可能為人類突變型和野生型異構(gòu)體的不同，以及內(nèi)源性τ 在體外和體內(nèi)模型差異等。另外，NFT 在破壞神經(jīng)元功能方面的效率可能不如可溶性τ 蛋白。因此，τ 蛋白的病理?yè)p傷和突觸毒性可能在很大程度上取決于聚集形式和游離形式之間的比例。然而，突觸超微結(jié)構(gòu)的重組可能不會(huì)引起突觸密度的顯著重塑。最近的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，雖然突觸密度保持不變，但GluN1 和GluA1 表達(dá)減少，二者均含有包括 PSD-95（postsynaptic density protein 95）在內(nèi)的關(guān)鍵突觸蛋白[20]。這些發(fā)現(xiàn)表明，暴露在異常τ 蛋白中的突觸可能在超微結(jié)構(gòu)水平上表現(xiàn)出微妙的變化，顯著影響突觸的功能。

τ 蛋白異常的模型中突觸強(qiáng)度發(fā)生了改變，突觸可塑性似乎是由于異常τ 的表達(dá)而中斷。在高頻刺激下，老年的τ 轉(zhuǎn)基因小鼠海馬CA1 區(qū)LTP 的基礎(chǔ)突觸傳遞受到干擾，表明τ 蛋白依賴的分子信號(hào)能夠干擾AMPARs 的轉(zhuǎn)運(yùn)和突觸可塑性。有趣的是，重組人τ 寡聚體被證明可以阻止LTP，并導(dǎo)致記憶障礙[21]，或是是增強(qiáng)LTD，而這一過(guò)程是獨(dú)立于Aβ 存在的。這一差異的產(chǎn)生可能是由于二者采用的轉(zhuǎn)基因模型不同。盡管存在差異，越來(lái)越多的證據(jù)均表明τ 蛋白依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)和功能中起著至關(guān)重要的作用。

3.2.2 NFT 介導(dǎo)的神經(jīng)毒性 τ 蛋白不僅可以定位于軸突微管，也可以少量定位于突觸后膜。并且，樹突棘中如果積累了過(guò)度磷酸化的τ，就可以與一些關(guān)鍵信號(hào)分子一起調(diào)節(jié)AMPARs 的轉(zhuǎn)運(yùn)。τ 蛋白的錯(cuò)誤定位引起的突觸損傷可獨(dú)立于神經(jīng)變性而發(fā)生，這表明τ 可能在明顯的認(rèn)知缺陷出現(xiàn)之前就導(dǎo)致了突觸功能障礙。除了中斷AMPARs 的轉(zhuǎn)運(yùn)之外，τ 蛋白還會(huì)對(duì)關(guān)鍵的信號(hào)通路產(chǎn)生破壞性影響。

雖然磷酸化的τ 蛋白通常被認(rèn)為有潛在的神經(jīng)毒性，但最近的證據(jù)表明，磷酸化τ 在維持正常突觸傳遞和可塑性方面起著至關(guān)重要的作用。生化和電生理的分析結(jié)果表明，海馬LTD 的形成需要τ蛋白絲氨酸396 位點(diǎn)特異性磷酸化[22]。此外，Ittner等[23]最近的一份報(bào)告顯示，在AD 動(dòng)物模型中，早期的τ 蛋白磷酸化起到了積極作用。特別是，在蘇氨酸205 位點(diǎn)上模仿τ 蛋白磷酸化可以減輕Aβ 誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡，并在疾病的早期階段提供保護(hù)。此外，τ 蛋白介導(dǎo)的AMPARs 變化機(jī)制在AD 早期可能被作為潛在的代償機(jī)制，提示在神經(jīng)退行性變的初始階段激活τ 蛋白磷酸化可能是有益的。

除磷酸化外，τ 蛋白乙?；诓±砝匣^(guò)程中也有重要作用，因?yàn)棣?賴氨酸K 274 和K 281 的異常乙?；cAD 中的癡呆有關(guān)[24-25]。含有賴氨酸-谷氨酰胺突變的轉(zhuǎn)基因小鼠可以表現(xiàn)出與AD 相關(guān)的記憶缺陷和海馬LTP 受損。同時(shí)，增強(qiáng)τ 乙酰化能破壞海馬突觸可塑性，減少突觸后腎臟腦蛋白（recombinant kidney and brain protein，KIBRA）表達(dá)，并與癡呆AD 患者KIBRA 的表達(dá)減少有關(guān)。綜上所述，阻止τ 蛋白乙酰化可能對(duì)AD 認(rèn)知功能下降有治療作用。

AMPAR 的動(dòng)態(tài)調(diào)控是支持突觸傳遞和可塑性的關(guān)鍵因素。因此，在自然衰老和病理老化過(guò)程中，AMPAR 失調(diào)是突觸衰變的基礎(chǔ)。近幾年來(lái)，在AD這類神經(jīng)退行性疾病的研究中，NFT 和Aβ 干擾谷氨酸受體及其下游通路的機(jī)制取得了很大進(jìn)展，不僅影響了AMPAR 的構(gòu)成及轉(zhuǎn)運(yùn)，也影響了突出可塑性，因此AMPAR 可能會(huì)成為AD 的一個(gè)治療靶點(diǎn)。其中有多項(xiàng)研究表明，選擇性調(diào)節(jié)含GluA2/3 的AMPARs 可能影響自然衰老和病理衰老的過(guò)程。其中，GluA2 亞基對(duì)AMPAR 的轉(zhuǎn)運(yùn)和鈣通透性有著深遠(yuǎn)的影響，不含GluA2 的AMPAR 鈣內(nèi)流增加，可導(dǎo)致神經(jīng)元的興奮性毒性。并且在病理?xiàng)l件下，含有GluA2/3 的AMPARs 常出現(xiàn)異常，也提示其調(diào)控的分子機(jī)制可能是神經(jīng)退行性疾病新療法的基礎(chǔ)。所以，更好地理解AMPAR 轉(zhuǎn)運(yùn)涉及的分子基礎(chǔ)，將是發(fā)現(xiàn)治療認(rèn)知功能障礙疾病至關(guān)重要的步驟。