β淀粉樣蛋白寡聚體參與阿爾茨海默病發(fā)病機制的研究進展

張鈺，馬蘭

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(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AD患者達1 450萬，并預計在2050年達到3 003萬[2]。AD降低患者生存質(zhì)量，給患者家庭和社會帶來巨大負擔，已成為美國第六大致死疾病[3]，足見AD防治形勢之緊迫。β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)與AD關系密切，近年研究發(fā)現(xiàn)，Aβ寡聚體(amyloid β-protein oligomers，AβOs)具有較強的神經(jīng)毒性，可以通過多種機制介導突觸功能和數(shù)量異常，引起神經(jīng)元死亡，其產(chǎn)生和積累可能是導致AD神經(jīng)退變的主要原因。

1 淀粉樣蛋白學說

AD最顯著的臨床癥狀是進展迅速、以記憶喪失為主的認知功能障礙，相關的神經(jīng)病理學改變主要涉及由細胞凋亡、壞死、氧化應激和神經(jīng)炎癥等過程介導的突觸末端進行性丟失和神經(jīng)元死亡[4]。1906年Alzheimer[5]報告了首例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(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]。近幾年研究傾向于AβOs具有的神經(jīng)毒性，能夠引起包括中樞炎癥反應及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，是導致AD的真正病因[12, 13]。

2 AβOs參與AD發(fā)病機制

2.1 AβOs的神經(jīng)毒性

突觸可塑性是突觸連接兩個神經(jīng)元的強度可調(diào)節(jié)特性，是記憶形成的神經(jīng)生物學基礎，主要通過長時程增強(long-term potentiation，LTP)和長時程抑制(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后會導致神經(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，不會對LTP產(chǎn)生干擾作用，如果將斑塊核心溶解，釋放出可溶性AβOs，則會降低大鼠的突觸功能和數(shù)量，干擾LTP的誘導和維持，損害健康成年大鼠對習得行為的記憶能力[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腦室后會擴散并積累在認知和記憶相關的腦區(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)細胞和小膠質(zhì)細胞激活在內(nèi)的AD的主要病理特征，但在注射部位未發(fā)現(xiàn)纖維狀Aβ沉積[17]。這印證了AβOs的神經(jīng)毒性學說，為早期AD主要表現(xiàn)為記憶障礙提供了分子基礎。

2.2 AβOs介導神經(jīng)元和突觸損傷

Aβ主要有Aβ1-40和Aβ1-42兩種形式。Aβ1-42的長鏈結構使其更易聚集，增加的兩個疏水氨基酸殘基使其具有更強毒性[18, 19]。Aβ1-42的四聚體和八聚體復合物在膜結構上形成單向電流通道，導致多種離子進入細胞內(nèi)，介導膜損傷和細胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)失衡[7, 20]。星形膠質(zhì)細胞是腦內(nèi)重要的免疫細胞，他和神經(jīng)元之間的相互作用對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)細胞膜上形成孔道，引起Ca2+內(nèi)流。Ca2+濃度升高會刺激還原型輔酶Ⅱ氧化酶產(chǎn)生活性氧，誘發(fā)自由基對神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的攻擊，引發(fā)氧化應激反應，通過激活脂質(zhì)過氧化，同時消耗細胞內(nèi)氧化還原平衡的關鍵物質(zhì)谷胱甘肽，使得膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元傳遞的谷胱甘肽減少。氧化應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]。

有研究認為AβOs在介導突觸毒性的通路上游發(fā)揮作用。AβOs可以預先激活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)，抑制加強突觸傳遞的多個關鍵步驟，包括抑制下游LTP誘導的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)認知能力下降的表現(xiàn)[23]。也有研究稱，寡聚體誘導突觸變性的機制是通過引發(fā)突觸后膜NMDAR表達減少而實現(xiàn)的，且受體表達大幅下降發(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[24]。突觸丟失是AD認知障礙的最相關因素，樹突棘作為形成突觸的關鍵部位，他的形態(tài)和密度的變化對記憶形成至關重要[25]。AβOs通過改變樹突棘形態(tài)和密度進而影響突觸間信息傳遞，介導突觸丟失，最終導致神經(jīng)元死亡。

2.3 高分子量寡聚體毒性更強

AβOs的神經(jīng)毒性受其分子大小和分子構象的影響。AβOs結構復雜，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，但研究傾向于高分子量(high molecular weight，HMW)寡聚體的神經(jīng)毒性更強。研究者使用抗AβOs特異性單抗NU4測定寡聚體的分子量，結果顯示，能被NU4阻斷毒性并改善認知能力的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個聚體組成的混合物中，HMW的十二聚體與疾病的關系更密切，對轉(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逆轉(zhuǎn)模型的認知損害[26]。

通過對比HMW寡聚體和低分子量寡聚體介導膜損傷的能力發(fā)現(xiàn)，HMW-Aβ1-42對細胞膜完整性和代謝完整性的破壞更加嚴重。研究者推測，Aβ1-42先攻擊細胞膜，隨后誘導線粒體膜損傷和溶酶體滲漏，導致離子梯度和脂膜電勢丟失、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[27]，其中最受矚目也是爭議頗多的藥物當屬阿杜那單抗。他以Aβ斑塊和寡聚體為靶標，在1b期臨床試驗中顯示出Aβ清除療效，對受試者的Aβ斑塊和臨床癥狀都有改善。同時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小膠質(zhì)細胞向Aβ斑塊募集，小膠質(zhì)細胞通過與抗體的Fc段結合發(fā)揮吞噬和清除Aβ的作用[28]。但3期臨床試驗結果存在矛盾，有專家認為，應進行第三次確定性3期試驗以明確阿杜那單抗對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期臨床試驗的無效性分析而被終止，實驗組和安慰劑組的主要和次要療效指標無明顯差異。但在對3期試驗的探索性分析中發(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志物有效性，陰性結果可能與給藥劑量過低有關。該藥有望進行進一步的3期試驗[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合，對斑塊無親和力，高度特異性使血管性水腫不良反應的發(fā)生率低于阿杜那單抗[30]。動物實驗發(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]。在對輕、中度AD患者的安全性和耐受性評估中，BAN2401在所有測試劑量下均安全且耐受良好，且單次或多次給藥均未達到最大耐受劑量[8]。目前正在進行大型3期試驗以進一步評估BAN2401的療效和安全性[32]。

4 總 結

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]。當前，針對AβOs的研究層出不窮，多項以AβOs為靶點的藥物已進入2、3期試驗階段。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。