β淀粉樣蛋白及tau蛋白相關(guān)機(jī)制在缺血性腦白質(zhì)脫髓鞘病變中的研究進(jìn)展

黎 華 黎 靜 梁碩林 劉秋婷 梁雅茜

由于多種因素的交互作用，缺血性腦白質(zhì)脫髓鞘病變發(fā)病率不斷上升。該病主要是指因神經(jīng)纖維損傷以及在對應(yīng)病理環(huán)境下施萬細(xì)胞發(fā)生變性以及髓鞘損傷，在軸索得以保存的情況下，髓鞘板層轉(zhuǎn)換為脂質(zhì)小滴[1]?；颊呷缥吹玫郊皶r有效的治療，病程遷延，將產(chǎn)生軸索損傷。盡管中樞神經(jīng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)髓鞘一定程度的再生，但再生狀況與患者的髓鞘以及軸索損傷程度具有密切聯(lián)系[2，3]。該病經(jīng)常伴有腦室周圍白質(zhì)區(qū)少突膠質(zhì)細(xì)胞(OLs)變性死亡、髓鞘水平下降等病理改變。有研究認(rèn)為，缺血后的神經(jīng)元中tau蛋白過度磷酸化現(xiàn)象與凋亡現(xiàn)象并存，故認(rèn)為tau蛋白也可作為預(yù)知和判斷神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)志物，而β淀粉樣蛋白對機(jī)體的神經(jīng)毒性作用可以加快tau蛋白異常磷酸化。為探討β淀粉樣蛋白及tau蛋白在缺血性腦白質(zhì)脫髓鞘病變中的作用及可能的影響，本文就β淀粉樣蛋白及tau蛋白對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用機(jī)制等進(jìn)行闡述。

1. β淀粉樣蛋白的作用機(jī)制

1.1 β淀粉樣蛋白的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生分布 β淀粉樣蛋白(beta amyloid peptide，Aβ)源于β淀粉樣蛋白前體蛋白(β-amyloid precursor protein，APP)水解的代謝產(chǎn)物，是由39～43個氨基酸共同組成的具有β折疊結(jié)構(gòu)的肽。APP是一種存在于機(jī)體組織內(nèi)的Ⅰ型跨膜糖蛋白，屬于突觸形成和修復(fù)的調(diào)節(jié)因子。機(jī)體內(nèi)APP可以通過非淀粉樣改變及淀粉樣改變這兩個途徑來轉(zhuǎn)變[4]。其中淀粉樣改變是APP被質(zhì)膜上的β分泌酶和γ分泌酶在N端以及C端的順序切割[5]，成為完整Aβ肽。該新Aβ肽為(Aβ1～40/42)被釋放到細(xì)胞外間隙，跟脂筏以及質(zhì)膜結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密。Aβ在脂筏中和神經(jīng)節(jié)苷脂GM1結(jié)合有效促進(jìn)Aβ的聚集[6]。有研究表明，γ分泌酶及為數(shù)不少的APP存在于與線粒體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)偶聯(lián)處，在該處進(jìn)行APP淀粉樣水解途徑[6]。在APP淀粉樣途徑中產(chǎn)生早老素1和早老素2，同樣定位在線粒體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)偶聯(lián)處[7]。

1.2 Aβ的神經(jīng)毒性作用 Aβ是經(jīng)β淀粉樣前體蛋白水解途徑產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，有很強(qiáng)的自聚集性，十分容易形成沉淀。Aβ以神經(jīng)炎性斑塊的方式沉淀，經(jīng)Aβ神經(jīng)毒性作用對神經(jīng)細(xì)胞造成相應(yīng)的損傷，誘導(dǎo)腦白質(zhì)病變。Aβ神經(jīng)毒性作用涉及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、加快tau蛋白異常磷酸化、激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)一步誘發(fā)炎性級聯(lián)反應(yīng)、觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)、激發(fā)葡萄糖代謝障礙、誘導(dǎo)中樞膽堿能損害。多項研究表明[8，9]，細(xì)胞內(nèi)外的易溶性寡聚體為Aβ肽的毒性形式，并且從單體至纖維狀的中間形式，寡聚體的毒性最強(qiáng)勁。

1.3 基因突變導(dǎo)致Aβ異常產(chǎn)生以及機(jī)體對Aβ的清除障礙 據(jù)研究報道，PS基因突變使Aβ異常產(chǎn)生增加，但也有部分PS-1不能促進(jìn)Aβ異常產(chǎn)生[10]。在正常生物情況下，Aβ在腦組織中的含量穩(wěn)定由合成與分解代謝兩者之間的平衡決定[11]。Aβ在機(jī)體內(nèi)被清除，一般有以下三種形式：利用血腦屏障或者血腦脊液屏障轉(zhuǎn)運(yùn)出去神經(jīng)中樞，利用水解的方式清除，在血液和腦脊液這些外周系統(tǒng)中降解。腦啡肽酶(NEP)作為限速酶降解Aβ[12，13]。

2. tau蛋白的作用機(jī)制

2.1 tau蛋白結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生分布 tau蛋白是一類和微管關(guān)聯(lián)較近的蛋白(MAP)，主要分布于神經(jīng)細(xì)胞軸突部位，和MAP結(jié)合成為早期微管核心，促使其他MAP裝配其上，形成微管。微管系統(tǒng)是細(xì)胞骨架的核心組成成分，負(fù)責(zé)維持細(xì)胞形態(tài)的作用。tau蛋白一般含有2～3個磷酸基，是磷蛋白的一種，由絲氨酸和蘇氨酸磷酸化調(diào)節(jié)其與MAP的結(jié)合。

2.2 tau蛋白的神經(jīng)毒性作用 當(dāng)機(jī)體處于病理狀態(tài)時，tau蛋白出現(xiàn)異常磷酸化，從而無法保持對正常微管運(yùn)輸功能的維系作用，同時異常磷酸化的tau蛋白得以沉積，進(jìn)而形成神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFT)，這將對神經(jīng)系統(tǒng)導(dǎo)致一定的損害[14，15]。

2.3 tau蛋白磷酸化以及去磷酸化抑制 tau蛋白能被蛋白磷酸激酶磷酸化，磷酸化的tau蛋白能同時被蛋白磷酸化酶去磷酸化。研究認(rèn)為[16]，tau蛋白神經(jīng)毒性和磷酸化分離，對微管的結(jié)合能力作用更關(guān)鍵。tau蛋白過度磷酸化同腦白質(zhì)病變具有密切聯(lián)系，且有研究認(rèn)為tau蛋白的神經(jīng)毒性不完全依賴Aβ[17]。

3. β淀粉樣蛋白及tau蛋白在缺血性腦白質(zhì)脫髓鞘病變中的作用及可能的影響

3.1 β淀粉樣蛋白促進(jìn)tau蛋白的磷酸化 多項研究表明，β淀粉樣蛋白對機(jī)體的神經(jīng)毒性作用可以加快tau蛋白異常磷酸化。學(xué)者Hernandez、梁國聰?shù)萚18，19]認(rèn)為β淀粉樣蛋白和tau蛋白之間互相影響和作用，并進(jìn)一步損害缺血的海馬神經(jīng)元。他們的研究通過對β淀粉樣蛋白短時間處理人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，然后測經(jīng)過CDK-5磷酸化作用的ser396/404位點，得知有tau蛋白磷酸化，證明通過β淀粉樣蛋白激活和誘導(dǎo)的途徑CDK-5可以促進(jìn)tau蛋白磷酸化。

3.2 tau蛋白可使神經(jīng)元對β淀粉樣蛋白的毒性恢復(fù)敏感性 有學(xué)者[19]通過永久性結(jié)扎大鼠雙側(cè)頸總動脈方法建立血管性癡呆模型研究，發(fā)現(xiàn)tau蛋白和β淀粉樣蛋白的持續(xù)高表達(dá)可能是導(dǎo)致大鼠慢性腦血管低灌后認(rèn)知功能障礙的重要因素。國外學(xué)者Rapoport等[20]通過系統(tǒng)研究表明，β淀粉樣蛋白沉積形成的老年斑，tau蛋白在這些沉積有老年斑的神經(jīng)元突觸變性的機(jī)制中起關(guān)鍵性作用。β淀粉樣蛋白級聯(lián)學(xué)說認(rèn)為，異常積聚的β淀粉樣蛋白可以觸發(fā)神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致tau蛋白過度磷酸化[21]。糖原合成激酶(GSK)學(xué)說認(rèn)為，β淀粉樣蛋白在體內(nèi)積聚提高了GSK-3的活性，而被活化的GSK-3在多個Ser/Thr位點磷酸化修飾tau蛋白，導(dǎo)致神經(jīng)原纖維不斷退化，同時GSK-3也可以促進(jìn)β淀粉樣蛋白生成，所以GSK學(xué)說被認(rèn)為是連接tau蛋白耦聯(lián)學(xué)說和β淀粉樣蛋白聯(lián)級學(xué)說的中間橋梁[22～27]。

3.3 tau蛋白和β淀粉樣蛋白參與調(diào)控髓鞘化進(jìn)程 近年來學(xué)者們對血管性功能障礙的研究比較頻繁，通過研究大家一致認(rèn)為[28～30]神經(jīng)元細(xì)胞里tau蛋白是神經(jīng)微管骨架的核心成分，但異常磷酸化的tau蛋白已經(jīng)失去正常生物學(xué)活性，構(gòu)成神經(jīng)原纖維纏結(jié)，它還可以引起細(xì)胞骨架變形、微管解聚，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[31，32]；在細(xì)胞間大量沉積下來的β淀粉樣蛋白構(gòu)成大量老年斑，加上微管蛋白MAP1和MAP2進(jìn)一步破壞微管，從而對神經(jīng)遞質(zhì)和合成、運(yùn)輸、釋放、攝取造成系列影響，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞間通訊出現(xiàn)障礙，從而加快髓鞘化進(jìn)程[33～36]。tau蛋白在軸突通信傳導(dǎo)和神經(jīng)系統(tǒng)的形成過程中具有重要作用，軸索延伸可以刺激tau蛋白在髓鞘細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá)，而它的DNA通過轉(zhuǎn)錄翻譯可以促進(jìn)髓鞘形成[37]。Veronika等[38]通過下調(diào)tau蛋白siRNA技術(shù)，發(fā)現(xiàn)tau蛋白缺失導(dǎo)致髓鞘堿性蛋白(MBP)的表達(dá)也相應(yīng)減少。研究認(rèn)為，tau蛋白在OLs特別是少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPCs)中表達(dá)，同時也參與調(diào)控髓鞘化進(jìn)程。章洪智等[39]通過比格犬模型研究慢性缺血性腦白質(zhì)脫髓鞘病變與tau蛋白的關(guān)系得出結(jié)論：tau蛋白在機(jī)體慢性腦缺血時的表達(dá)增加，可能與少突膠質(zhì)前體細(xì)胞分化成熟障礙有關(guān)，tau蛋白表達(dá)增加進(jìn)而影響髓鞘的生成；在慢性缺血性腦白質(zhì)脫髓鞘病變中tau蛋白異常磷酸化水平與缺血程度正相關(guān)，tau蛋白異常磷酸化降低其與酪氨酸激酶Fyn的綁定，導(dǎo)致髓鞘早期形成過程出現(xiàn)異常。國內(nèi)學(xué)者尹君等通過研究發(fā)現(xiàn)在阿爾茨海默患者的大腦中蛋白激酶B(AKt)與β淀粉樣蛋白都并存[40，41]，而且大量存在，所以他認(rèn)為tau蛋白過度磷酸化還可以使神經(jīng)細(xì)胞逃逸凋亡，AKt途徑參與了患者神經(jīng)元逃逸凋亡，正是由tau蛋白過度磷酸化啟動AKt活性。

3.4 tau蛋白過度磷酸化可以增加腦部β淀粉樣蛋白的沉積 國內(nèi)學(xué)者李建軍等[42]用蛋白磷酸酯酶抑制劑岡田酸(OA)在大鼠側(cè)腦室內(nèi)注射，造成大鼠體內(nèi)tau蛋白過度磷酸化，通過Morris水迷宮和免疫組化方法觀察大鼠腦病β淀粉樣蛋白的情況，研究發(fā)現(xiàn)tau蛋白過度磷酸化后，大鼠機(jī)體內(nèi)出現(xiàn)β淀粉樣蛋白大量表達(dá)，他們認(rèn)為認(rèn)知功能障礙的大鼠體內(nèi)tau蛋白和β淀粉樣蛋白之間可能還存在一個調(diào)節(jié)機(jī)制，使病患體內(nèi)出現(xiàn)β淀粉樣蛋白沉積及tau蛋白過度磷酸化之間相互促進(jìn)，從而造成患者臨床癥狀不斷加重。

3.5 多種藥物被用于調(diào)控β淀粉樣蛋白及tau蛋白以減輕患者臨床癥狀 國內(nèi)學(xué)者通過Morris水迷宮試驗AD老年大鼠對還腦益聰方的治療效果觀察，研究證明還腦益聰方可通過抑制腦組織β淀粉樣蛋白及tau蛋白的沉積，從而起到保護(hù)腦組織海馬形態(tài)的完整性，改善AD大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力[43]。李宜培等通過觀察靈芝多糖肽(GLPP)對AD大鼠空間記憶能力，發(fā)現(xiàn)GLPP可使AD大鼠海馬的β淀粉樣蛋白水平降低，同時tau蛋白的磷酸化也得到很好地抑制[44]。張維文等通過觀察白藜蘆醇對腦缺血大鼠的海馬神經(jīng)元的影響，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可以有效改善腦缺血、腦水腫等癥狀，可下調(diào)海馬區(qū)CA1區(qū)β淀粉樣蛋白和tau蛋白的表達(dá)，從而提高大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力[45]。

4.小結(jié)

目前針對中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病在世界上尚無經(jīng)濟(jì)有效的、簡便的、能讓大部分患者欣然接受的預(yù)測、診斷及治療方式，目前臨床上尚無簡便的檢測手段，疾病診斷需要依賴CT、磁共振等價格昂貴的影像資料及采集標(biāo)本時具有創(chuàng)傷性病理免疫組化方法；治療多以緩解癥狀的對癥處理為主，尚無徹底治愈的方法。中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘病變的致病機(jī)制和病理機(jī)制正在逐步被科學(xué)家們揭示，β淀粉樣蛋白及tau蛋白的變化或許是其中重要的原因之一。