β淀粉樣蛋白寡聚體參與阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

張鈺，馬蘭

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院老年病科，哈爾濱 150001)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，是癡呆的最常見病因[1]。目前我國(guó)AD患者達(dá)1 450萬(wàn)，并預(yù)計(jì)在2050年達(dá)到3 003萬(wàn)[2]。AD降低患者生存質(zhì)量，給患者家庭和社會(huì)帶來巨大負(fù)擔(dān)，已成為美國(guó)第六大致死疾病[3]，足見AD防治形勢(shì)之緊迫。β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)與AD關(guān)系密切，近年研究發(fā)現(xiàn)，Aβ寡聚體(amyloid β-protein oligomers，AβOs)具有較強(qiáng)的神經(jīng)毒性，可以通過多種機(jī)制介導(dǎo)突觸功能和數(shù)量異常，引起神經(jīng)元死亡，其產(chǎn)生和積累可能是導(dǎo)致AD神經(jīng)退變的主要原因。

1 淀粉樣蛋白學(xué)說

AD最顯著的臨床癥狀是進(jìn)展迅速、以記憶喪失為主的認(rèn)知功能障礙，相關(guān)的神經(jīng)病理學(xué)改變主要涉及由細(xì)胞凋亡、壞死、氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥等過程介導(dǎo)的突觸末端進(jìn)行性丟失和神經(jīng)元死亡[4]。1906年Alzheimer[5]報(bào)告了首例AD患者，并在其腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)了老年斑和神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs)，這成為日后診斷AD的重要病理特征。其中老年斑主要由Aβ沉積形成，NFTs主要由過度磷酸化的tau蛋白聚集形成[6]。AD的絕大多數(shù)病因?qū)W和治療學(xué)研究都是以Aβ和tau蛋白為核心開展的。

Aβ是由跨膜淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)經(jīng)過β和γ分泌酶兩次裂解后產(chǎn)生的神經(jīng)毒性蛋白，是蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊形成的[1]。其能夠以單體、寡聚體、原纖維和不溶性纖維的形式存在[7, 8]，在腦內(nèi)沉積并伴隨突觸損傷和神經(jīng)元死亡。由于Aβ斑塊的主要成分是聚集沉積的不溶性原纖維[1]，所以早期研究認(rèn)為纖維體是主要的神經(jīng)毒物[9, 10]。但最新的前瞻性研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)老年斑中的Aβ沉積程度與癡呆程度不成正比[11]。近幾年研究?jī)A向于AβOs具有的神經(jīng)毒性，能夠引起包括中樞炎癥反應(yīng)及tau蛋白的聚集、過度磷酸化和增殖在內(nèi)的各種神經(jīng)病理毒性事件，是導(dǎo)致AD的真正病因[12, 13]。

2 AβOs參與AD發(fā)病機(jī)制

2.1 AβOs的神經(jīng)毒性

突觸可塑性是突觸連接兩個(gè)神經(jīng)元的強(qiáng)度可調(diào)節(jié)特性，是記憶形成的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，主要通過長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，LTP)和長(zhǎng)時(shí)程抑制(long-term depression，LTD)兩種方式協(xié)調(diào)記憶的形成[14]。與Aβ單體相比，寡聚化的Aβ在給藥24 h后會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元大量死亡[15]。有研究發(fā)現(xiàn)，AD患者皮層中的淀粉樣蛋白斑塊核心，即不溶性Aβ纖維，不會(huì)對(duì)LTP產(chǎn)生干擾作用，如果將斑塊核心溶解，釋放出可溶性AβOs，則會(huì)降低大鼠的突觸功能和數(shù)量，干擾LTP的誘導(dǎo)和維持，損害健康成年大鼠對(duì)習(xí)得行為的記憶能力[16]，說明AβOs是誘發(fā)神經(jīng)損傷的主要毒物。AβOs注射到大鼠和獼猴的側(cè)腦室后會(huì)擴(kuò)散并積累在認(rèn)知和記憶相關(guān)的腦區(qū)，并且在AβOs大量存在的腦區(qū)觀察到包括突觸丟失、tau過度磷酸化、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞激活在內(nèi)的AD的主要病理特征，但在注射部位未發(fā)現(xiàn)纖維狀A(yù)β沉積[17]。這印證了AβOs的神經(jīng)毒性學(xué)說，為早期AD主要表現(xiàn)為記憶障礙提供了分子基礎(chǔ)。

2.2 AβOs介導(dǎo)神經(jīng)元和突觸損傷

Aβ主要有Aβ1-40和Aβ1-42兩種形式。Aβ1-42的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)使其更易聚集，增加的兩個(gè)疏水氨基酸殘基使其具有更強(qiáng)毒性[18, 19]。Aβ1-42的四聚體和八聚體復(fù)合物在膜結(jié)構(gòu)上形成單向電流通道，導(dǎo)致多種離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，介導(dǎo)膜損傷和細(xì)胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)失衡[7, 20]。星形膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)重要的免疫細(xì)胞，他和神經(jīng)元之間的相互作用對(duì)維持正常腦功能十分重要。AβOs能夠在富含膽固醇的星形膠質(zhì)細(xì)胞膜上形成孔道，引起Ca2+內(nèi)流。Ca2+濃度升高會(huì)刺激還原型輔酶Ⅱ氧化酶產(chǎn)生活性氧，誘發(fā)自由基對(duì)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的攻擊，引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，通過激活脂質(zhì)過氧化，同時(shí)消耗細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡的關(guān)鍵物質(zhì)谷胱甘肽，使得膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元傳遞的谷胱甘肽減少。氧化應(yīng)激和抗氧化劑缺乏的雙重打擊最終引發(fā)了神經(jīng)元的死亡[21]。

有研究認(rèn)為AβOs在介導(dǎo)突觸毒性的通路上游發(fā)揮作用。AβOs可以預(yù)先激活N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)，提高LTP閾值，進(jìn)而激活鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMK Ⅱ)，抑制加強(qiáng)突觸傳遞的多個(gè)關(guān)鍵步驟，包括抑制下游LTP誘導(dǎo)的CaMK ⅡT289的自磷酸化以及突觸α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體的功能錨定[22]。有研究發(fā)現(xiàn)，抑制CaMK Ⅱ活性可以逆轉(zhuǎn)AβOs介導(dǎo)的LTP損傷和樹突棘丟失，說明CaMK Ⅱ激活在突觸損傷中起核心作用，AβOs可能在AD早期就參與了突觸可塑性損傷[22]。有研究發(fā)現(xiàn)，APP基因敲入AD小鼠模型中產(chǎn)生的Aβ毒性異構(gòu)體在腦內(nèi)迅速形成寡聚物，并在老年斑積累之前就可以觀察到小鼠出現(xiàn)認(rèn)知能力下降的表現(xiàn)[23]。也有研究稱，寡聚體誘導(dǎo)突觸變性的機(jī)制是通過引發(fā)突觸后膜NMDAR表達(dá)減少而實(shí)現(xiàn)的，且受體表達(dá)大幅下降發(fā)生在樹突棘密度變化之前，主要是與突觸可塑性損傷相關(guān)[24]。突觸丟失是AD認(rèn)知障礙的最相關(guān)因素，樹突棘作為形成突觸的關(guān)鍵部位，他的形態(tài)和密度的變化對(duì)記憶形成至關(guān)重要[25]。AβOs通過改變樹突棘形態(tài)和密度進(jìn)而影響突觸間信息傳遞，介導(dǎo)突觸丟失，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

2.3 高分子量寡聚體毒性更強(qiáng)

AβOs的神經(jīng)毒性受其分子大小和分子構(gòu)象的影響。AβOs結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其分子量為10～150 ku不等，甚至還存在更大的原纖維前體形式。構(gòu)象上也存在α-折疊、β-折疊、α螺旋和無規(guī)卷曲等多種折疊形式[13,26]。與AD最密切的Aβ寡聚形式尚未明確，但研究?jī)A向于高分子量(high molecular weight，HMW)寡聚體的神經(jīng)毒性更強(qiáng)。研究者使用抗AβOs特異性單抗NU4測(cè)定寡聚體的分子量，結(jié)果顯示，能被NU4阻斷毒性并改善認(rèn)知能力的AβOs的分子量為79 ku，屬于HMW寡聚體[13]。在AD腦中提取出的2～12個(gè)聚體組成的混合物中，HMW的十二聚體與疾病的關(guān)系更密切，對(duì)轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)注射Aβ十二聚體能夠引起記憶損害。十二聚體分解為三聚體和四聚體則會(huì)逆轉(zhuǎn)模型的認(rèn)知損害[26]。

通過對(duì)比HMW寡聚體和低分子量寡聚體介導(dǎo)膜損傷的能力發(fā)現(xiàn)，HMW-Aβ1-42對(duì)細(xì)胞膜完整性和代謝完整性的破壞更加嚴(yán)重。研究者推測(cè)，Aβ1-42先攻擊細(xì)胞膜，隨后誘導(dǎo)線粒體膜損傷和溶酶體滲漏，導(dǎo)致離子梯度和脂膜電勢(shì)丟失、線粒體代謝解偶聯(lián)[18]。

3 最新治療策略

目前有16種藥物以淀粉樣蛋白為靶點(diǎn)[27]，其中最受矚目也是爭(zhēng)議頗多的藥物當(dāng)屬阿杜那單抗。他以Aβ斑塊和寡聚體為靶標(biāo)，在1b期臨床試驗(yàn)中顯示出Aβ清除療效，對(duì)受試者的Aβ斑塊和臨床癥狀都有改善。同時(shí)該藥還有較高的腦內(nèi)滲透性，能夠通過外周給藥提高腦內(nèi)藥物濃度。研究者發(fā)現(xiàn)阿杜那單抗能夠促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向Aβ斑塊募集，小膠質(zhì)細(xì)胞通過與抗體的Fc段結(jié)合發(fā)揮吞噬和清除Aβ的作用[28]。但3期臨床試驗(yàn)結(jié)果存在矛盾，有專家認(rèn)為，應(yīng)進(jìn)行第三次確定性3期試驗(yàn)以明確阿杜那單抗對(duì)AD的療效[29]。

更汀蘆單抗與阿杜那單抗相似，優(yōu)先靶向不溶性Aβ的清除，只部分靶向寡聚體[30]。該藥因3期臨床試驗(yàn)的無效性分析而被終止，實(shí)驗(yàn)組和安慰劑組的主要和次要療效指標(biāo)無明顯差異。但在對(duì)3期試驗(yàn)的探索性分析中發(fā)現(xiàn)，部分患者表現(xiàn)出劑量依賴性臨床有效性和生物標(biāo)志物有效性，陰性結(jié)果可能與給藥劑量過低有關(guān)。該藥有望進(jìn)行進(jìn)一步的3期試驗(yàn)[31]。

BAN2401也是一種單抗藥物，主要靶向分子為約100 ku的寡聚體形式——可溶性原纖維[8]。其選擇性與可溶性原纖維結(jié)合，對(duì)斑塊無親和力，高度特異性使血管性水腫不良反應(yīng)的發(fā)生率低于阿杜那單抗[30]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，BAN2401可以在不影響既成斑塊的情況下降低可溶性原纖維水平，阻止斑塊形成[8]。在對(duì)輕、中度AD患者的安全性和耐受性評(píng)估中，BAN2401在所有測(cè)試劑量下均安全且耐受良好，且單次或多次給藥均未達(dá)到最大耐受劑量[8]。目前正在進(jìn)行大型3期試驗(yàn)以進(jìn)一步評(píng)估BAN2401的療效和安全性[32]。

4 總 結(jié)

AβOs在AD神經(jīng)病理改變中的核心作用得到眾多研究支持，AβOs神經(jīng)毒性的可逆性更是為AD治療指明道路[33]。當(dāng)前，針對(duì)AβOs的研究層出不窮，多項(xiàng)以AβOs為靶點(diǎn)的藥物已進(jìn)入2、3期試驗(yàn)階段。這些研究為終止和逆轉(zhuǎn)神經(jīng)退行性病理改變提供了無限可能。