外周清除β-淀粉樣蛋白的研究進(jìn)展

林佳靜 劉洲

(廣東醫(yī)科大學(xué),廣東 湛江 524001)

阿爾茨海默病(AD)又稱(chēng)老年癡呆，是神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變的一種。主要臨床特征是進(jìn)行性記憶缺損、認(rèn)知功能衰退及生活和工作能力下降。AD是公認(rèn)癡呆的單一最大原因，占50%～75%，隨著人口老齡化，65歲以后發(fā)病率每5年翻一番〔1〕。研究結(jié)果顯示，AD相關(guān)障礙的患者更可能承受較高的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)〔2〕，同時(shí)AD給社會(huì)和家庭造成沉重的精神負(fù)擔(dān)〔3〕。一直以來(lái)，淀粉樣級(jí)聯(lián)假說(shuō)認(rèn)為，腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白(Aβ)產(chǎn)生和清除之間出現(xiàn)平衡障礙，從而造成腦內(nèi)Aβ過(guò)度沉積，最終致病〔4〕。本文通過(guò)對(duì)Aβ的中樞清除和外周清除進(jìn)行對(duì)比分析，探討Aβ外周清除的可行性及安全性。

1 Aβ與AD

Aβ，分子量約為4 kD，是一段具有39～43個(gè)氨基酸殘基的細(xì)胞毒性多肽。淀粉樣前體蛋白(APP)通過(guò)2種方式進(jìn)行裂解產(chǎn)生Aβ：第一種方法是通過(guò)α途徑。APP被α-分泌酶水解后，接著被γ-分泌酶水解，此過(guò)程不產(chǎn)生不溶性Aβ。第二種方法是通過(guò)β途徑。APP經(jīng)β-分泌酶(BACE1)水解后再經(jīng)γ-分泌酶水解生成不溶性Aβ。在正常條件下，由于APP水解主要基于α途徑，因此不產(chǎn)生Aβ。通過(guò)第二種方法水解少量APP，產(chǎn)生的Aβ被免疫系統(tǒng)消除(圖1)〔5〕。

圖1 淀粉樣蛋白假說(shuō)

一直以來(lái)，腦內(nèi)Aβ異常沉積是公認(rèn)的AD特征性病理變化。Aβ級(jí)聯(lián)學(xué)說(shuō)認(rèn)為AD患者腦實(shí)質(zhì)內(nèi)Aβ異常沉積形成老年斑(SP)，通過(guò)各種機(jī)制引起突觸變性壞死及神經(jīng)元死亡，從而導(dǎo)致癡呆〔6〕。然而，最近的研究對(duì)淀粉樣級(jí)聯(lián)假說(shuō)提出了新的評(píng)估，最終提出淀粉樣寡聚體假說(shuō)〔7〕。該假說(shuō)認(rèn)為可溶的Aβ寡聚物是AD發(fā)病的上游罪魁禍?zhǔn)?，而不是腦內(nèi)過(guò)度沉積的Aβ斑塊。研究報(bào)道，AD的元兇很可能是腦內(nèi)可溶性Aβ：可溶性Aβ二聚體(或寡聚體)導(dǎo)致神經(jīng)元變得過(guò)度活躍釋放過(guò)多谷氨酸，從而對(duì)神經(jīng)元造成損害〔8〕。因而，無(wú)論是減少腦內(nèi)可溶性Aβ，還是防止腦內(nèi)Aβ過(guò)多而導(dǎo)致沉積，清除Aβ可能是防治AD的有效途徑。

2 Aβ的中樞清除

從Aβ清除方面看，最理想的方法是直接、有效且安全清除中樞系統(tǒng)中過(guò)多的可溶性Aβ，從而減少Aβ的腦內(nèi)沉積。

Aβ的中樞清除包括2個(gè)過(guò)程，一個(gè)是中樞系統(tǒng)內(nèi)Aβ降解酶分解腦內(nèi)Aβ的過(guò)程，另一個(gè)是小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬腦內(nèi)Aβ的過(guò)程。研究結(jié)果〔9〕顯示隨著衰老和AD進(jìn)展，神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Aβ降解酶的水平下降。接著通過(guò)敲除淀積模型雄鼠小膠質(zhì)細(xì)胞上表達(dá)的趨化因子受體(CX3CR1)，發(fā)現(xiàn)可以破壞CX3CR1-曲動(dòng)蛋白相互作用來(lái)恢復(fù)神經(jīng)Aβ降解途徑，從而減緩模型小鼠AD樣病理的進(jìn)展，并逆轉(zhuǎn)認(rèn)知缺陷〔9〕。然而，完全缺失此受體也會(huì)惡化記憶缺陷和tau病理，并且此研究用于雌性小鼠的結(jié)果及人類(lèi)使用的安全劑量和是否存在副作用，目前尚不可知。小膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵介質(zhì)，其功能障礙日益被認(rèn)為是AD的致病因素。研究結(jié)果顯示小膠質(zhì)細(xì)胞受到炎癥刺激，會(huì)降低細(xì)胞吞噬淀粉樣蛋白的功能〔10～12〕。相反，抗Toll-樣受體2抗體觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞的氧化磷酸化，可以增加淀粉樣蛋白的吞噬作用〔12〕。然而，神經(jīng)炎癥是AD的早期事件〔10〕。隨著衰老和AD的發(fā)展，中樞系統(tǒng)的Aβ降解酶表達(dá)水平降低及炎癥刺激小膠質(zhì)細(xì)胞，從而抑制小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬淀粉樣蛋白，可能是AD患者自身中樞清除Aβ能力下降的主要原因。

此外，許多科學(xué)家開(kāi)展了以抗Aβ免疫治療為代表的Aβ中樞清除的相關(guān)研究。Weekman等〔13〕對(duì)AD/血管性癡呆的模型小鼠給予抗Aβ免疫治療，發(fā)現(xiàn)抗Aβ免疫治療并沒(méi)有給認(rèn)知方面帶來(lái)好處，且有微出血的副作用。臨床試驗(yàn)〔14〕將24例AD患者隨機(jī)分成服用有效的抗Aβ疫苗16例，安慰劑組8例，結(jié)果顯示出抗Aβ疫苗的安全性和耐受性，但引發(fā)特異性免疫反應(yīng)。向陽(yáng)〔15〕前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，攜帶抗氨基端的Aβ抗體穿過(guò)血腦屏障(BBB)，進(jìn)入腦內(nèi)，結(jié)合到神經(jīng)元膜的APP上，從而導(dǎo)致神經(jīng)元過(guò)度產(chǎn)生Aβ，且此免疫療法存在對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生免疫攻擊的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

以上研究表明，無(wú)論是依靠AD患者自身能力清除中樞系統(tǒng)的Aβ，還是通過(guò)主動(dòng)免疫或被動(dòng)免疫療法清除中樞系統(tǒng)的Aβ，都是困難重重且回報(bào)微小。有關(guān)Aβ中樞清除的理想途徑得不到理想結(jié)果，可能與干預(yù)過(guò)遲或療法副作用有關(guān)。因此，尋找安全可行的方法清除腦中Aβ依舊艱難。中樞清除Aβ的捷徑不可行，那么采用Aβ的外周清除，是否是更為安全AD防治策略？

3 Aβ的外周清除

近年來(lái)，通過(guò)清除外周Aβ達(dá)到防治AD的研究備受關(guān)注。腦內(nèi)Aβ可能通過(guò)各種途徑進(jìn)入外周進(jìn)行清除，被統(tǒng)稱(chēng)為Aβ的外周清除。一方面，研究結(jié)果顯示〔16〕BBB上晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE) 可轉(zhuǎn)運(yùn)Aβ入腦，使腦內(nèi)Aβ水平上升；而B(niǎo)BB上的低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP)1轉(zhuǎn)運(yùn)Aβ的方向與RAGE相反，或血漿中可溶性L(fǎng)RP(sLRP)發(fā)揮外周Aβ“匯”作用，可以降低中樞系統(tǒng)Aβ的水平。此外，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果〔17〕顯示，Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白人載脂蛋白A-I脂化的程度可強(qiáng)烈影響淀粉樣蛋白通過(guò)BBB流出。另一方面，通過(guò)淋巴回流等途徑，腦內(nèi)Aβ也可以進(jìn)入外周〔18,19〕。因此，通過(guò)清除外周Aβ達(dá)到降低中樞系統(tǒng)Aβ水平主要機(jī)制可能是：通過(guò)BBB，將腦內(nèi)Aβ，主動(dòng)運(yùn)輸?shù)酵庵?，或通過(guò)大量流動(dòng)機(jī)制，將腦內(nèi)Aβ流入外周，最終降低中樞系統(tǒng)中Aβ水平。

3.1外周器官清除 目前有研究證明，肝臟和腎臟可能是具有Aβ外周清除能力的器官〔20～22〕。研究〔20〕發(fā)現(xiàn)肝硬化患者血漿Aβ水平顯著升高，且其血漿Aβ水平與肝功能損害呈正相關(guān)。這可能是肝功能損害導(dǎo)致白蛋白水平下降，從而導(dǎo)致清除血漿Aβ的能力下降。此外，有研究〔21〕通過(guò)對(duì)大鼠進(jìn)行肝結(jié)扎(預(yù)防外周出現(xiàn)125I-Aβ1-40)后，測(cè)量了注射到大鼠腦內(nèi)的125I-Aβ1-40的清除水平，發(fā)現(xiàn)升高外周血Aβ水平，顯著降低125I-Aβ1-40的腦清除作用，從而為外周血Aβ水平調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)Aβ清除，且肝臟發(fā)揮主要作用提供有力的證據(jù)。先前一研究〔22〕共納入47例慢性腎臟病患者(16例未透析的初診患者和31例透析患者)和43例正常對(duì)照組。結(jié)果顯示，與正常對(duì)照組相比，慢性腎臟病患者血清Aβ水平明顯較高，并且慢性腎臟病患者進(jìn)行透析后的血清Aβ水平比未進(jìn)行透析患者的低，但與正常對(duì)照組相當(dāng)，從而表明腎臟參與了Aβ的外周清除，透析可能是一種潛在的Aβ清除治療方法。此外，向陽(yáng)〔15〕發(fā)現(xiàn)表明，動(dòng)脈血中的腦源性Aβ通過(guò)肝、腎、胃腸道和皮膚等外周器官的毛細(xì)血管床后，在生理上被清除。以上研究表明，肝、腎、胃腸道和皮膚等外周器官對(duì)Aβ具有清除能力。然而，對(duì)于AD患者來(lái)說(shuō)，這些外周器官發(fā)揮Aβ清除能力是否下降或足以抵消Aβ的產(chǎn)生，值得研究。

3.2外周組織清除 上述研究提示不僅外周臟器具有清除Aβ的能力，外周組織也具有這種能力。研究證明〔23〕，淋巴組織具有清除Aβ的能力。通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因小鼠模型(Tg2576) 血漿、淋巴結(jié)中及大腦的Aβ水平，發(fā)現(xiàn)淋巴組織具有清除Aβ的能力，且使用褪黑素可顯著下調(diào)腦內(nèi)寡聚物Aβ40水平，同時(shí)腦內(nèi)Aβ42水平也呈下降趨勢(shì)。外周組織也可以表達(dá)Aβ降解酶，提示外周組織具有AD降解能力。如Aβ降解酶之一的外周血管緊張素轉(zhuǎn)換酶可過(guò)表達(dá)巨噬細(xì)胞，從而增強(qiáng)對(duì)特定的病態(tài)Aβ形式的抵抗，減輕AD〔24〕。此外，有研究結(jié)果顯示〔25〕將人類(lèi)中心內(nèi)切酶質(zhì)粒通過(guò)超聲介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移(聲波療法)引入APP/突變?nèi)祟?lèi)早老蛋白(PS)1 AD模型小鼠的骨骼肌，表達(dá)中性?xún)?nèi)切酶，可減輕AD的淀粉樣蛋白負(fù)擔(dān)。此外，外周組織可以通過(guò)產(chǎn)生的Aβ結(jié)合物質(zhì)如sLRP、載脂蛋白(Apo)E等，發(fā)揮清除Aβ的作用。如ApoEε4等位基因可能通過(guò)影響外周血Aβ42和sLRP1水平而參與AD的發(fā)病〔26〕。上述研究表明了通過(guò)清除外周Aβ從而清除中樞的Aβ是安全可行的。無(wú)論是通過(guò)淋巴結(jié)直接清除外周Aβ，還是通過(guò)上調(diào)外周組織表達(dá)的Aβ降解酶或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的水平，從而間接清除外周Aβ，都可降低腦內(nèi)Aβ水平，且未見(jiàn)報(bào)道其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的副反應(yīng)。這對(duì)于防止AD來(lái)說(shuō)是一個(gè)好消息。

3.3腸道菌群影響清除 近年來(lái)，有關(guān)腸-腦軸的研究日益引起人們的關(guān)注。腸道菌群影響Aβ清除包括通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群、增加腸道菌群衍生物或糞菌移植恢復(fù)健康腸道菌群，最終降低腦內(nèi)Aβ水平。腸道菌群是指在動(dòng)物腸道內(nèi)寄居的微生物總稱(chēng)，其數(shù)量巨大且種類(lèi)繁多〔27〕。使用抗生素觀察到腸道菌群的豐富度降低，多樣性指數(shù)降低，放線(xiàn)菌門(mén)的主要菌群組成發(fā)生變化，特別是雙歧桿菌屬的豐度減少〔28～30〕。研究發(fā)現(xiàn)，使用多西環(huán)素慢性治療15～16個(gè)月齡的APP/PS1dE9(APP/PS1)AD小鼠，其記憶恢復(fù)，但此過(guò)程不是通過(guò)減少β-淀粉樣斑塊，而是改善腦內(nèi)可溶性Aβ的量〔31〕。此外，增加柔膜菌門(mén)豐度，其與腦脊液中Aβ42的水平變化呈負(fù)相關(guān)，而毛螺菌科家族與腦脊液中Aβ42的水平變化呈正相關(guān)〔32〕。另一方面，使用益生菌后，梭菌、嗜血桿菌、沙門(mén)菌、鏈球菌等有害菌數(shù)量減少，腸道菌群中乳酸菌和雙歧桿菌豐度增加，從而改善腸道菌群〔33～35〕。有研究表明〔36〕，混合益生菌補(bǔ)充劑可以減少AD大鼠的Aβ空斑。以上研究說(shuō)明，通過(guò)抗生素或益生菌改變腸道菌群，可以影響中樞系統(tǒng)Aβ的水平或斑塊數(shù)量。此外，通過(guò)影響腸道菌群衍生物的產(chǎn)生，可以影響Aβ的清除。例如，丁酸鈉，腸道菌群衍生物之一，短鏈脂肪酸丁酸鹽的鈉鹽形式，可以降低腦淀粉樣蛋白-羥丁酸鹽的水平，提高AD早期的認(rèn)知記憶能力〔37〕。研究結(jié)果〔38〕顯示，糞菌移植治療可以改善AD轉(zhuǎn)基因(Tg)模型(APPswe/PS1dE9)小鼠的認(rèn)知缺陷，減少Aβ的腦沉積及降低Aβ40和Aβ42的水平。通過(guò)作用于腸道菌群，例如調(diào)節(jié)腸道菌群、增加腸道菌群衍生物(如短鏈脂肪酸)或糞菌移植恢復(fù)健康腸道菌群，可以降低中樞系統(tǒng)的Aβ水平，或減少腦內(nèi)Aβ的斑塊沉積。雖然，其中詳細(xì)機(jī)制尚缺乏深入研究。但總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)作用于腸道菌群達(dá)到清除中樞的Aβ，是可行的。相對(duì)于Aβ外周清除的其他療法，調(diào)節(jié)腸道菌群可能是更為安全、簡(jiǎn)單、便宜且可行的療法。

綜上，Aβ級(jí)聯(lián)假說(shuō)認(rèn)為，腦內(nèi)Aβ分解代謝異常，導(dǎo)致其在神經(jīng)元外過(guò)度沉積，最終形成SP。然而，經(jīng)歷過(guò)漫長(zhǎng)的研究失敗后，科學(xué)家們提出了淀粉樣寡聚體假說(shuō)，認(rèn)為腦內(nèi)可溶性Aβ才是AD真正的元兇。無(wú)論哪一種學(xué)說(shuō)，從清除Aβ這個(gè)根本上找到預(yù)防或防治AD的策略是可行的。從中樞系統(tǒng)中直接清除Aβ是一種理想的方法，然而，要么效果欠佳，要么引起一系列的副反應(yīng)導(dǎo)致中樞系統(tǒng)損傷。相對(duì)來(lái)說(shuō)，動(dòng)物研究顯示Aβ的外周途徑清除有明顯效果，而且具有可行性。隨著腦-腸軸研究的興起，更是為有效的外周清除Aβ防治AD打開(kāi)新的大門(mén)。然而，外周清除Aβ治療AD療效及安全性，尚需要臨床研究給予證實(shí)。