Aβ受體在阿爾茨海默病中的研究進展*

王 昊，李 博，李 哲 綜述，勞可靜 審校

(陜西省腦疾病防治重點實驗室/西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所，陜西 西安 710021)

阿爾茨海默病(AD)是一種多發(fā)于65歲以上人群的神經(jīng)退行性疾病，AD臨床表現(xiàn)為進行性的記憶損傷、認知障礙、精神癥狀及日常生活能力的喪失[1]。2019年，國際AD協(xié)會估計全球有超過5 000萬例患有癡呆癥，到2050年將增加3倍，至1.52億例。而AD占癡呆人群50%以上。目前，每年花費在癡呆治療方面的費用估計為1萬億美元，到2030年這一數(shù)字將翻一番。AD不僅影響個人健康和其生活質(zhì)量，更為家庭和社會帶來了沉重的看護和經(jīng)濟負擔(dān)，已經(jīng)成為社會公共健康問題。

AD的病因和發(fā)病機制目前尚未明確，除衰老外，β淀粉樣蛋白(Aβ)聚集、tau過度磷酸化、慢性炎癥及神經(jīng)元死亡都被認為是AD的主要病因之一[2]。而隨著AD研究的深入，越來越多的證據(jù)表明Aβ在AD的發(fā)病中起到主導(dǎo)作用。因此，探索Aβ及其受體的功能對闡明AD的發(fā)病機制及藥物研發(fā)有重要意義。

1 Aβ假說

Aβ學(xué)說認為，Aβ是AD病理發(fā)生發(fā)展的元兇。在AD患者腦內(nèi)Aβ的表達明顯上調(diào)并在大腦中大量沉積，進而引起氧化應(yīng)激、細胞自噬和凋亡，軸突異常生長，誘發(fā)炎性反應(yīng)、線粒體的損傷等多種病理性改變。Aβ是由其淀粉樣前體蛋白(APP)水解產(chǎn)生的含有39～43個氨基酸的多肽。在正常生理情況下，APP由α-分泌酶和γ-分泌酶共同水解，這是人體內(nèi)APP代謝的主要途徑。由于α-分泌酶的作用位點在Aβ序列內(nèi)所以不會產(chǎn)生Aβ片段，故稱為非淀粉源途徑。在淀粉源途徑中，APP先經(jīng)β-分泌酶水解產(chǎn)生β-N 端片段和β-C端片段，隨后在γ-分泌酶水解下產(chǎn)生并釋放Aβ40和Aβ42[3]。Aβ單體在聚集的過程中，會逐漸形成可溶性寡聚體(AβO)、纖維和淀粉樣斑塊等結(jié)構(gòu)。AβO相較于Aβ斑塊和單體具有更大毒性，對AD患者腦功能的影響更為嚴重[4]。

大量相關(guān)研究表明，Aβ在體內(nèi)和體外都可以對神經(jīng)細胞產(chǎn)生毒性作用，如tau過度磷酸化和氧化應(yīng)激反應(yīng)，以及突觸障礙和神經(jīng)元損傷等[2-3]。Aβ可通過影響關(guān)鍵腦區(qū)不同的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的突觸傳遞調(diào)節(jié)認知功能,由于Aβ產(chǎn)生與清除失衡導(dǎo)致大量的Aβ產(chǎn)生,從而抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放的能力。Aβ也可以激活小膠質(zhì)細胞和星型膠質(zhì)細胞，活化的小膠質(zhì)細胞和星型膠質(zhì)細胞釋放多種促炎性細胞因子,引起炎性反應(yīng),從而促進自由基生成及發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng),使神經(jīng)細胞發(fā)生變性、壞死。Aβ寡聚物可以引起大量的鈣離子內(nèi)流,導(dǎo)致線粒體功能障礙,如線粒體鈣超載、氧化應(yīng)激和線粒體膜去極化等。細胞外Aβ沉積可通過多種途徑導(dǎo)致氧自由基代謝紊亂，而氧自由基又會進一步促進Aβ的產(chǎn)生和聚集，從而導(dǎo)致組織發(fā)生不可逆性的損傷。

2 Aβ受體及其作用機制

Aβ引發(fā)神經(jīng)元損傷的具體分子機制目前尚不完全清楚，最主要的原因可能是通過與細胞膜上的Aβ受體結(jié)合進而引起下游信號通路改變，直接損傷神經(jīng)元或增加神經(jīng)元的易感性。因此，這些Aβ受體成為AD病理發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵，并可能成為AD藥物開發(fā)的潛在重要靶點。近年來，已有多個膜受體被報道可與Aβ結(jié)合并引起其構(gòu)象、表達及信號通路的改變。

2.1配對免疫球蛋白樣受體B(PirB) PirB及其人類直系同源受體白細胞免疫球蛋白樣受體亞家族B成員2(LilrB2)是非經(jīng)典的主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ類(MHC-Ⅰ)免疫受體，LilrB2在人腦中具有與PirB相似的特性和功能。PirB最初被認為僅在免疫系統(tǒng)中起作用[5]，現(xiàn)在也被發(fā)現(xiàn)存在于神經(jīng)元生長錐中，并與突觸可塑性相關(guān)[6]。Aβ42寡聚物能穩(wěn)定地與PirB選擇性結(jié)合。相對于野生型神經(jīng)元，PirB敲除小鼠的Aβ42低聚物與培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元之間的結(jié)合減少了約50%。PirB可通過前2個胞外免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域D1、D2區(qū)與Aβ結(jié)合，與Aβ寡聚體親和力(KD)可達37.3 nM[7]。LilrB2可直接作用于Aβ介導(dǎo)的突觸毒性和cofilin或蛋白磷酸酶通路：Aβ與LilrB2結(jié)合后與蛋白磷酸酶結(jié)合，進而招募cofilin信號組分，促進cofilin去磷酸化。cofilin超活化，引起肌動蛋白解聚，PSD-95表達下調(diào)，最終導(dǎo)致細胞骨架和軸突形態(tài)異常[8]。

2.2抑制性受體(FcγRⅡB) FcγRⅡB主要在B細胞、巨噬細胞和嗜中性粒細胞中表達，可抑制B細胞受體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，并在預(yù)防自身免疫中起關(guān)鍵作用[9]。近年來，有研究表明，F(xiàn)cγRⅡB及其家族成員也在神經(jīng)系統(tǒng)中表達，并參與AD的病理過程。FcγRⅡB對Aβ42寡聚物具有高親和力，KD達到為56.7 nM。FcγRⅡB結(jié)構(gòu)中具有2個免疫球蛋白(Ig)結(jié)構(gòu)域，其第2個Ig結(jié)構(gòu)域與相對分子質(zhì)量低的Aβ42相互作用[10]。通過對暴露于Aβ42的原代皮層神經(jīng)元中表達的基因進行整體分析，結(jié)果表明Aβ42寡聚物可引起FcγRⅡB的表達被在皮層神經(jīng)元中明顯上調(diào)，并在AD患者的海馬區(qū)中顯著增加。在AD小鼠模型敲除FcγRⅡB可預(yù)防突觸功能失調(diào)并保護的記憶損傷。Aβ42寡聚物與FcγRⅡB結(jié)合后產(chǎn)生凋亡信號，包括ER應(yīng)激反應(yīng)和caspase-12激活，以及p75NTR的下游途徑，導(dǎo)致神經(jīng)元丟失[11]。然而其具體通路尚不明確。近期有研究表明，F(xiàn)cγRⅡB還可通過其雙亮氨酸基序介導(dǎo)Aβ內(nèi)吞，導(dǎo)致Aβ在細胞質(zhì)和線粒體中的積累，進而引起神經(jīng)毒性。

2.3細胞型朊蛋白(PrPc) PrPc 是一種糖基磷脂酰肌醇錨定的膜蛋白，在于成年大腦和脊髓的神經(jīng)元中表達，其正常生理功能目前尚不明確，異常折疊的PrPc是朊病毒病必需的致病因子。最新研究發(fā)現(xiàn)，PrPc還是Aβ42寡聚物的高親和力受體，二者之間親和力可達到nmol/L水平。體外結(jié)合實驗表明，PrPc可通過其95～110位氨基酸殘基與Aβ42寡聚物發(fā)生特異性結(jié)合，并引發(fā)下游神經(jīng)毒性。代謝性谷氨酰胺受體mGluR5是PrPc和Aβ42寡聚物的主要共受體。mGluR5的胞外域與PrPc-Aβ42寡聚物復(fù)合體相結(jié)合后激活酪氨酸激酶Fyn，引起NMDA受體NR2B亞基磷酸化，最終導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性毒性及樹突不穩(wěn)定增加[12]。

2.4Nogo-66受體1(NgR1) NgR1是3種主要的髓鞘相關(guān)抑制因子的共同受體，其信號通路在抑制軸突再生中發(fā)揮重要作用，而在AD病理過程中，NgR1參與調(diào)節(jié)了神經(jīng)元凸起營養(yǎng)不良的過程[13]。APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠中敲除NgR1引起Aβ水平和Aβ斑塊沉積增加，引起神經(jīng)營養(yǎng)不良[14]。AD患者腦切片染色結(jié)果表明，NgR1在Aβ斑塊附近富集，NGR1與Aβ寡聚體結(jié)合的親和力為60 nM。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Aβ的15～28位氨基酸殘基可以與NgR1螺旋區(qū)的一個富亮氨酸凹面結(jié)合[15]。外周注射可溶性 NgR (310) ecto-Fc可以改善APP/PS1轉(zhuǎn)基因AD小鼠的Aβ清除率，減少大腦中Aβ40和Aβ42濃度，Aβ斑塊減少到未治療組的50%。轉(zhuǎn)基因小鼠的營養(yǎng)不良神經(jīng)元數(shù)量和星形膠質(zhì)細胞增生程度也有所降低。但重要的是，給藥組的學(xué)習(xí)記憶能力開始有所改善，而對照組的表現(xiàn)則持續(xù)下降[16]。而最近研究表明，NgR1還可與APP上的BACE1酶切位點結(jié)合，通過增加BACE1水解作用降低APP水平。

2.5促紅細胞生成素產(chǎn)生肝細胞受體B2(EphB2) EphB2屬于Eph家族，表達于興奮性突觸，在發(fā)育過程中參與組織形成、血管的發(fā)生和軸突導(dǎo)向等。此外，在成熟的大腦中與突觸功能和可塑性的調(diào)節(jié)密切相關(guān)[17]。EphB2胞外段結(jié)構(gòu)分為7部分，其中包含1個配體結(jié)合域，1個富含半胱氨酸的重復(fù)序列，2個纖維蛋白連接結(jié)構(gòu)域。Aβ寡聚體結(jié)合在EphB2胞外段的纖維蛋白重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域上，二者結(jié)合后觸發(fā)EphB2在溶酶體中降解[18]。在原代神經(jīng)元中，Aβ可引起 EphB2水平下降。而另一方面，AD患者的腦部檢查顯示EphB2在海馬中的表達下降，同時伴隨著海馬區(qū) NMDA 受體亞基的表達下降[19]。EphB2與Aβ結(jié)合后通過 Src激酶家族和 NMDA 受體亞基的磷酸化水平調(diào)節(jié)NMDA受體的在細胞膜上的表達。因此，EphB2水平下降引起NMDA功能受損進而引起LTP和記憶受損[18]。近年來，有研究表明，EphB2在海馬星形膠質(zhì)細胞中同樣表達。但在星形膠質(zhì)細胞中，Aβ可引起 EphB2水平上升，且降低EphB2水平有利于海馬神經(jīng)元的突觸可塑性恢復(fù)。

2.6p75神經(jīng)營養(yǎng)因子受體(p75NTR) p75NTR是神經(jīng)營養(yǎng)蛋白TNF家族低親和力受體，主要表達于基底前腦膽堿能神經(jīng)元及顱內(nèi)血管壁的神經(jīng)纖維上[20]。YAAR等[21]發(fā)現(xiàn)，p75NTR通過其胞外域三聚體與Aβ42寡聚體結(jié)合，親和力達到23 nmol/L。Aβ42寡聚體與p75NTR的相互作用會導(dǎo)致神經(jīng)元的神經(jīng)突觸完整性下降。Aβ與p75NTR結(jié)合通過其胞內(nèi)段激活p38和JNK，隨后引起核因子-κB(NF-κB)易位和p53激活，最終產(chǎn)生神經(jīng)毒性[22]。其他一些研究表明，p75NTR和Aβ之間的相互作用導(dǎo)致caspase-8和caspase-3的活化，活性氧中間體的產(chǎn)生及誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。且Aβ對神經(jīng)元損害的炎癥機制可以協(xié)同作用，已發(fā)現(xiàn)由Aβ激活的小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的TNF-α和IL-1β可以增強p75NTR信號介導(dǎo)的Aβ的神經(jīng)毒性作用。近年來，p75NTR經(jīng)TACE酶剪切生成的胞外段P75ECD逐漸成為研究熱點。P75ECD可以促進軸突生長，拮抗中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘相關(guān)抑制因子。在AD病理過程中p75NTR分子介導(dǎo)Aβ細胞毒性作用，而p75ECD 則為保護作用。重組p75ECD蛋白可以改善Aβ寡聚化和纖維聚集，在AD小鼠海馬注射重組的 p75ECD 能夠減少注射部位Aβ斑塊沉積，并改善小鼠認知記憶能力[23]。

2.7低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1(LRP1) LRP1是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白，存在于受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)吞過程中的細胞質(zhì)膜上。LRP1在大腦中表達于血管內(nèi)皮細胞、小膠質(zhì)細胞與星形膠質(zhì)細胞中[24]。LTP1是介導(dǎo)的Aβ通過血腦屏障的清除的主要受體。Aβ40可與LRP1的配體結(jié)合區(qū) Ⅱ和IV區(qū)段以高親和力(KD=0.6～1.2 nmol/L)直接結(jié)合，高于Aβ42及其寡聚體[3]。AD患者血腦屏障中LRP1水平下調(diào)會導(dǎo)致Aβ轉(zhuǎn)運降低，外周清除減少，從而導(dǎo)致Aβ過度積累，引發(fā)神經(jīng)毒性[25]。除介導(dǎo)Aβ透過血腦屏障的清除外，LRP1還可通過多種方式參與多種方式參與Aβ的代謝過程。LRP1促進Aβ通過胞吞的方式進入胞漿，再經(jīng)溶酶體途徑降解[26]。另一方面，LRP1可與APP競爭性結(jié)合BACE1和γ-分泌酶從而減少Aβ生成[27]。

2.8晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE) RAGE表達于神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞和腦微血管內(nèi)皮細胞等多種細胞膜上，可與多種細胞信號分子結(jié)合[28]。Aβ在AD患者腦中與血管系統(tǒng)的結(jié)合增加及Aβ與內(nèi)皮細胞的高親和力結(jié)合表明存在Aβ的內(nèi)皮受體，DU等首先發(fā)現(xiàn)RAGE是與Aβ相結(jié)合的內(nèi)皮細胞受體。RAGE胞外段包含1個V型區(qū)域和2個C型區(qū)域。有研究表明，V型區(qū)域是與Aβ結(jié)合的位點，二者親和力可達50 nM。RAGE是介導(dǎo)Aβ跨血腦屏障轉(zhuǎn)運的重要受體，患者大腦中RAGE表達水平明顯升高。RAGE可通過內(nèi)吞和跨膜作用介導(dǎo)血漿中Aβ寡聚體進入中樞[29]。此外，RAGE在小膠質(zhì)細胞中可激活細胞內(nèi)信號通路誘導(dǎo)炎癥因子的表達。在AD轉(zhuǎn)基因小鼠中過表達RAGE會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞增多癥和小膠質(zhì)細胞增生，NF-κB核易位增加，海馬的乙酰膽堿酯酶活性降低和突觸素染色減少[30]。

3 結(jié)語與展望

一直以來，尋找能與細胞外Aβ相結(jié)合并將其神經(jīng)毒性信號傳導(dǎo)到細胞內(nèi)的細胞表面受體是AD研究的重要內(nèi)容。在細胞膜上存在有多種與Aβ結(jié)合并介導(dǎo)一系列下游信號通路的受體，這些受體統(tǒng)稱為Aβ受體。Aβ受體介導(dǎo)的病理作用包括引起突觸可塑性下降、神經(jīng)元丟失、炎性反應(yīng)及氧化應(yīng)激或參與Aβ的轉(zhuǎn)運過程。Aβ受體介導(dǎo)的下游通路機制異常復(fù)雜,且各機制之間相互聯(lián)系、互相影響。

通過總結(jié)AD病理機制研究及藥物研發(fā)進展，現(xiàn)有抗AD藥物研發(fā)的困境在于：AD發(fā)病時已在病程晚期，此時Aβ已達到較高水平并介導(dǎo)了多個病理學(xué)變化。而目前基于Aβ學(xué)說的治療策略大部分針對的是Aβ代謝異常，旨在減少Aβ的形成和聚集，并沒有針對其產(chǎn)生毒性的下游通路，因而難以改變神經(jīng)元損傷的事實。從Aβ受體的角度出發(fā)，在疾病早期抑制Aβ寡聚體毒性或改善Aβ轉(zhuǎn)運情況，從而改善患者認知障礙，可能成為AD治療的新策略。