運動調(diào)控自噬溶酶體通路改善阿爾茨海默病的機制*

賈 俊 周迎松 樓 瓊 陳小平 徐淑君

（1）寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)部，浙江省病理生理學(xué)重點實驗室，寧波 315211；2）寧波大學(xué)體育學(xué)院，寧波 315211；3）寧波大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，寧波 315020；4）國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100061）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）是一種起病隱匿的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，AD的臨床疾病特征為記憶衰退、認(rèn)知功能障礙、執(zhí)行力下降及精神行為異常［1］。隨著人口老齡化，AD在全世界范圍內(nèi)的患病率和死亡率也逐年增加，根據(jù)流行病學(xué)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)預(yù)測，到2050年全球的AD患者數(shù)量將有可能超過1.31億，年度社會經(jīng)濟(jì)成本將達(dá)到1.89萬億美元［2］。由于AD的復(fù)雜性、多因素性和異質(zhì)性，至今沒有徹底治愈AD的方法，現(xiàn)有的藥物治療方案只能改善延緩癥狀并伴有副作用［3］。由于AD的病程是逐級發(fā)展的，其治療的最佳時機是在早期階段［4］。因此，AD的預(yù)防以及早期介入就變得極為重要，促使人們積極努力地尋找能夠延緩疾病進(jìn)展的非藥物治療方法。

AD 的病理變化包括突觸功能障礙、神經(jīng)遞質(zhì)失衡、神經(jīng)炎癥、以β 淀粉樣蛋白（β-amyloid protein，Aβ）為核心的老年斑（senile plaque，SP）在大腦的不同區(qū)域沉積、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白異常聚集形成神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangle，NFT）［3］。神經(jīng)細(xì)胞中的Aβ、Tau 以及功能損傷的細(xì)胞器如果不能被及時降解清除，隨著疾病進(jìn)展逐漸累積，就會產(chǎn)生極大的神經(jīng)毒性并造成神經(jīng)元損傷，引發(fā)AD，因此，有效清除神經(jīng)細(xì)胞中異常聚集的蛋白質(zhì)和功能異常的細(xì)胞器非常重要［5］。自噬溶酶體通路的損傷在AD 發(fā)病中起了重要的作用。無論是Aβ 還是受損傷的細(xì)胞器，其降解都依賴自噬-溶酶體途徑（autophagy-lysosomal pathway，ALP）［6］。有絲分裂細(xì)胞可以通過細(xì)胞分裂來稀釋細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的毒物和功能異常的細(xì)胞器，但神經(jīng)元不能像有絲分裂細(xì)胞一樣通過細(xì)胞分裂清除異物，所以當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞的降解功能出現(xiàn)異常時，神經(jīng)元極易聚積異常蛋白質(zhì)和功能受損的細(xì)胞器，從而導(dǎo)致神經(jīng)損傷［7］。

運動作為一種非藥物干預(yù)治療手段，對AD的改善作用及潛在的機制是神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一。相關(guān)研究表明，運動可以通過激活自噬溶酶體系統(tǒng)相關(guān)信號通路，增強溶酶體功能，減少Aβ 積累，從而改善AD 的認(rèn)知功能［8-9］。因此，本文綜述了自噬溶酶體功能障礙在AD發(fā)生發(fā)展中的作用，以及運動通過調(diào)控自噬溶酶體通路改善AD作用機制。

1 自噬溶酶體功能障礙參與AD的發(fā)生發(fā)展

在AD中自噬溶酶體系統(tǒng)功能顯著下降，對神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)多種細(xì)胞產(chǎn)生了不同程度的影響，自噬溶酶體功能障礙導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞中Aβ 和Tau 的擴散，外周和腦部免疫細(xì)胞功能失調(diào)障礙［10-11］。自噬溶酶體功能障礙是AD發(fā)病的關(guān)鍵因素，包括自噬異常和溶酶體功能損傷［12］。

1.1 自噬異常在AD發(fā)病機制中的作用

1.1.1自噬受損加劇Aβ和Tau聚集

自噬是一種基本的細(xì)胞生理過程，自噬包括巨自 噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）三種類型，其中巨自噬是自噬的主要形式［13］。巨自噬通過將異常蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器隔離成雙膜囊泡的自噬體，隨后運輸至溶酶體并與之融合為自噬溶酶體進(jìn)行降解。自噬的過程受到多種自噬相關(guān)基因（autophagy-related gene，ATG）的調(diào)控，這些基因參與自噬發(fā)生的不同階段，是自噬發(fā)生必不可少的關(guān)鍵分子。Unc-51樣激酶1（unc-51-like kinase 1，ULK1）是自噬囊泡形成必需的一種蛋白質(zhì)，與ATG13、FIP200 和ATG101 形成復(fù)合物，缺乏營養(yǎng)物質(zhì)或生長因子時，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）被抑制后可以進(jìn)一步激活ULK1，誘導(dǎo)自噬發(fā)生［14］。ULK1 磷酸化B 細(xì)胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma 2，BCL2）的相互作用體Beclin 1（BECN1），進(jìn)而活化液泡蛋白分選34（vacuolar protein sorting 34，Vps34）形成自噬體膜［15-16］。VPS34 是一種 III 類磷脂酰肌醇3激酶，對于自噬囊泡的延伸以及ATG蛋白向自噬囊泡聚集有重要作用［17］。Atg5 是參與自噬囊泡延伸的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，與Atg12形成組成型的復(fù)合物，催化磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）偶聯(lián)微管相關(guān)蛋白1 輕 鏈3（microtubule-associated protein1 light chain 3，MAP1LC3），并促使其進(jìn)入自噬體膜，在自噬體膜表面作為招募多種蛋白質(zhì)的位點［15］。微自噬是將細(xì)胞質(zhì)中需要降解的成分直接隔離到溶酶體中，通過溶酶體中的酸性水解酶進(jìn)行降解，在微自噬過程中，自噬底物被溶酶體直接吞噬，通過晚期內(nèi)體膜的突起和內(nèi)陷吸收，使底物在溶酶體腔內(nèi)降解［18］。分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）是將含有獨特識別五肽基序的蛋白質(zhì)，通過分子伴侶復(fù)合物介導(dǎo)進(jìn)入到溶酶體進(jìn)行降解的特定過程，該自噬具有高度選擇性［19-20］。在CMA 中，通過胞質(zhì)伴侶HSPA8/HSC70 識別底物蛋白中的五肽基序（KFERQ 樣）形成底物/伴侶復(fù)合物，在溶酶體表面與溶酶體相關(guān)膜蛋白2A（lysosomal-associated membrane protein 2A，LAMP2A）結(jié) 合，觸 發(fā)LAMP2A 多聚化成易位復(fù)合物，介導(dǎo)展開的底物進(jìn)入溶酶體以進(jìn)行降解［21］。巨自噬和CMA對神經(jīng)細(xì)胞的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)具有重要調(diào)節(jié)作用。

多項研究證據(jù)表明，自噬受損與AD發(fā)病機制密切相關(guān)，在AD 中可以觀察到自噬功能異常［22］。在早發(fā)型AD患者的大腦中發(fā)現(xiàn)Beclin 1水平降低，Beclin 1 的缺乏導(dǎo)致神經(jīng)元自噬減少，增加了神經(jīng)元內(nèi)Aβ的積累和細(xì)胞外Aβ沉積，進(jìn)而引起神經(jīng)變性［23］。磷脂酰肌醇結(jié)合網(wǎng)格蛋白裝配蛋白（phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein，PICALM）參與Tau 的自噬和清除過程，PICALM通過參與自噬體形成和自溶酶體融合調(diào)節(jié)Tau 降解［24］。研究發(fā)現(xiàn)，PICALM 在AD 患者大腦中顯著減少并伴隨自噬損傷［25］。敲低培養(yǎng)細(xì)胞中PICALM 的表達(dá)，誘導(dǎo)磷酸化Tau 增加［26］。在AD中同樣存在分子伴侶介導(dǎo)的自噬缺陷，基因敲除分子伴侶介導(dǎo)的自噬的關(guān)鍵分子LAMP-2A 的AD 小鼠表現(xiàn)出行為障礙和蛋白質(zhì)平衡失調(diào)，Aβ 和磷酸化Tau 顯著升高，采用CA77.1 激活分子伴侶介導(dǎo)的自噬顯著改善 AD小鼠的病理癥狀［27］。

1.1.2線粒體自噬障礙介導(dǎo)AD的發(fā)生發(fā)展

線粒體是細(xì)胞的“能量工廠”，其通過合成ATP，為細(xì)胞提供大部分的能量。同時，線粒體還參與各種生理過程，如鈣穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞死亡以及細(xì)胞生長過程中的發(fā)育和衰老［28］。清除受損的細(xì)胞器對維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要作用，細(xì)胞中對異常線粒體的清除是一種選擇性自噬，在保證線粒體功能質(zhì)量和滿足細(xì)胞代謝需求方面具有關(guān)鍵作用［29］。線粒體異常是AD 中的常見現(xiàn)象，其不僅是衰老的標(biāo)志，更是AD 發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素［28］。在AD 中，Aβ 和磷酸化Tau 的積累會誘導(dǎo)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，增加自由基的含量，導(dǎo)致線粒體過度碎裂，引發(fā)線粒體自噬缺陷［30］。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬主要受PTEN 誘導(dǎo)假定激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）/parkin RBR E3 泛素蛋白連接酶（parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase，Parkin）通路的調(diào)控［31］。PINK1 是一種線粒體靶向絲氨酸/蘇氨酸激酶；Parkin 是一種細(xì)胞質(zhì)E3 泛素-蛋白質(zhì)連接酶。PINK1可以積聚在發(fā)生功能缺陷的線粒體表面，誘導(dǎo)Parkin聚集，促進(jìn)功能失調(diào)的線粒體的選擇性降解［32］。研究發(fā)現(xiàn)，有認(rèn)知缺陷的APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠海馬 中CA1 和CA2 區(qū)域Parkin 和PINK1 顯 著升高，表明AD 的發(fā)生發(fā)展與小鼠的PINK1/Parkin信號通路密切相關(guān)［33］。AD 患者中同樣發(fā)現(xiàn)PINK1-Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬損傷，導(dǎo)致線粒體膜電位恢復(fù)較慢，溶酶體和自噬途徑改變，ROS增加和異常蛋白質(zhì)聚集［34］。尸檢研究發(fā)現(xiàn)，AD患者腦中線粒體自噬功能障礙的標(biāo)簽磷酸化絲氨酸65 Ub（phosphorylated serine 65 Ub，pS65-Ub）水平顯著增加，這與早期磷酸化Tau沉積密切相關(guān)，同樣表明AD 患者存在線粒體自噬損傷［35-36］。因此，線粒體自噬異常和功能障礙是AD 發(fā)病的重要因素。

1.2 溶酶體功能失調(diào)在AD發(fā)病中的作用

1.2.1溶酶體數(shù)目的減少參與AD的發(fā)生發(fā)展

溶酶體的數(shù)目異常與AD的發(fā)生密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，攜帶5個家族性基因突變的5×FAD小鼠模型中Aβ 沉積加劇，導(dǎo)致記憶認(rèn)知缺陷，其大腦中溶酶體相關(guān)膜蛋白1（lysosomal associated membrane protein 1，LAMP1）明顯減少［37］。在6月齡和10月齡的APP/PS1模型小鼠，以及AD患者腦組織中同樣發(fā)現(xiàn)Lamp1蛋白的表達(dá)顯著下降［38］。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 積累導(dǎo)致AD 轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中的溶酶體數(shù)目明顯減少，造成自噬體堆積，無法及時降解神經(jīng)毒性物質(zhì)，導(dǎo)致神經(jīng)損傷［38］。將曲古抑菌素A（trichostatin A，TSA）腹腔注射到5 月齡APP/PS1 小鼠，促進(jìn)了AD 小鼠大腦中轉(zhuǎn)錄因子EB（transcription factor EB，TFEB）的核易位，增強了自噬和溶酶體相關(guān)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)溶酶體生成，改善了AD小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力［39］。

1.2.2溶酶體酶活性降低參與AD的發(fā)生發(fā)展

在AD中發(fā)現(xiàn)溶酶體酶活性的改變，導(dǎo)致對異常蛋白質(zhì)的清除功能受損，進(jìn)而產(chǎn)生神經(jīng)毒性。研究表明，溶酶體的酶功能紊亂和對胞內(nèi)異常底物的清除功能失調(diào)，會導(dǎo)致Aβ 和Tau 聚集體的積累［40］。組織蛋白酶D（cathepsin D，CatD）是一種溶酶體中的降解蛋白酶，Tau 和Aβ 通常被運輸?shù)饺苊阁w中并被組織蛋白酶D 降解［41］。組織蛋白酶D 通過對Aβ42和Aβ40的差異降解調(diào)節(jié)溶酶體內(nèi)Aβ水平和Aβ42/Aβ40比率［42］。研究發(fā)現(xiàn)，相比WT，CatD 敲除小鼠大腦中Aβ42和Aβ40分別增加4 倍和2.5 倍，誘導(dǎo)了較強的神經(jīng)毒性［42］。除了在AD 模型小鼠中發(fā)現(xiàn)CatD活性降低，AD患者血漿中同樣發(fā)現(xiàn)CatD的水平顯著降低［43］。

1.2.3溶酶體pH異常介導(dǎo)AD的發(fā)生發(fā)展

溶酶體腔內(nèi)pH 值呈現(xiàn)4.5～5.0 的高酸性環(huán)境，因而能發(fā)揮其消化功能［44］。酸性正常的溶酶體為神經(jīng)元提供了一個高效的降解系統(tǒng)，溶酶體介導(dǎo)自噬清除引起神經(jīng)變性的異常蛋白質(zhì)，以維持神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)［45］。因此，溶酶體的酸性環(huán)境對溶酶體本身的功能至關(guān)重要。溶酶體pH 異常會導(dǎo)致自噬溶酶體缺陷，增加Aβ 和Tau 積累，誘發(fā)神經(jīng)元損傷［46］。

溶酶體膜上的各種離子轉(zhuǎn)運蛋白各自負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運不同的離子，共同維持溶酶體腔內(nèi)的高酸環(huán)境，當(dāng)這些膜蛋白出現(xiàn)功能異常時，溶酶體便無法發(fā)揮正常的生理作用，進(jìn)而引發(fā)AD［46］。液泡型ATP 酶（vacuolar ATPase，V-ATPase）是一種多聚體蛋白質(zhì)復(fù)合物，V-ATP 酶利用ATP 水解的能量將H+從細(xì)胞質(zhì)泵入溶酶體腔，從而使溶酶體腔內(nèi)呈現(xiàn)高酸性［46］。當(dāng)V-ATP 酶表達(dá)減少，導(dǎo)致溶酶體功能異常，Aβ不能被細(xì)胞水解和消除，進(jìn)而引發(fā)AD［47］。V-ATP 酶受早老素1（presenilin 1，PS1）調(diào)控，PS1 基因敲除小鼠的囊胚表現(xiàn)出V-ATP 酶亞基V0a1 表達(dá)降低以及V-ATP 酶復(fù)合物的成熟、運輸和組裝缺陷，導(dǎo)致溶酶體酸化功能障礙，對Aβ 的清除能力受損，顯著加速神經(jīng)元細(xì)胞的死亡［48-49］。陽離子轉(zhuǎn)運蛋白ATP13A2（PARK9）是一種溶酶體轉(zhuǎn)運蛋白，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運Zn2+和多胺類物質(zhì)［50］。ATP13A2 的缺失導(dǎo)致溶酶體活性降低，降解能力受損，異常蛋白質(zhì)的積累導(dǎo)致神經(jīng)毒性，引起AD

樣癥狀［51］。瞬時受體電位黏蛋白1（transient receptor potential mucolipin 1，TRPML1）是溶酶體膜上的一種通道，負(fù)責(zé)維持溶酶體中的低pH 值和Ca2+、Na+、Fe2+、Zn2+等離子水平［52-53］。TRPML1功能受損與溶酶體功能損害和神經(jīng)變性密切相關(guān)［54］。激活TRPML1 促進(jìn)自噬體和溶酶體融合，減輕AD 小鼠的認(rèn)知障礙［55］?？缒さ鞍?75（transmembrane protein 175，TMEM175）是一種溶酶體膜上的K+通道蛋白，對于溶酶體膜電位，pH穩(wěn)定性和溶酶體-自噬體融合至關(guān)重要［56］。TMEM175缺乏使溶酶體K+通道失調(diào)，導(dǎo)致溶酶體功能受損，可能是AD發(fā)病的一個關(guān)鍵因素［57］。因此，當(dāng)溶酶體膜上的蛋白質(zhì)發(fā)生缺失或功能障礙時，會引起溶酶體酸化缺陷，自噬-溶酶體系統(tǒng)受損，溶酶體不能完全酸化和功能性的喪失，使自噬降解無法完成，導(dǎo)致神經(jīng)毒性蛋白質(zhì)沉積，引發(fā)AD［58］。

2 運動調(diào)控自噬溶酶體系統(tǒng)改善AD

運動可以增強身體機能，維持內(nèi)分泌和新陳代謝穩(wěn)態(tài)，降低認(rèn)知能力下降的風(fēng)險，有利于延緩神經(jīng)退行性疾病進(jìn)程。作為一種非藥物干預(yù)治療手段，運動可以激活自噬，增強溶酶體功能，促進(jìn)對AD 致病蛋白的降解，從而改善認(rèn)知功能障礙［9］。運動通過激活單磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）、磷脂酰肌醇3 激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白 激酶B（protein kinase B，PKB，又稱Akt）、TFEB等相關(guān)信號通路來調(diào)控自噬溶酶體系統(tǒng)，改善AD（圖1）。

Fig.1 Exercise regulates autophagy-lysosomal pathway to improve Alzheimer’s disease圖1 運動調(diào)節(jié)自噬溶酶體途徑改善阿爾茨海默病

2.1 運動改善自噬異常

2.1.1運動可以通過調(diào)控自噬功能提高對致病蛋白的清除能力從而改善認(rèn)知功能

運動可以快速安全地激活自噬通路。相關(guān)研究表明，無論是90 min、速度為5～17 m/min 強迫跑步機運動，還是自愿跑輪式跑步運動都能顯著增加GFP-LC3 轉(zhuǎn)基因小鼠的自噬效率，這對于代謝調(diào)節(jié)具有關(guān)鍵作用［59］。研究發(fā)現(xiàn)，對5周齡的SD大鼠進(jìn)行36 周30 min/d 的跑步機運動干預(yù)，顯著上調(diào)了大鼠大腦中的沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，Sirt1）水平，提高了大鼠海馬和皮層中的自噬水平［60］。運動誘導(dǎo)的自噬可以抑制組織損傷，恢復(fù)組織完整性，終止炎癥反應(yīng)［61］。NSE/hTau3轉(zhuǎn)基因小鼠大腦中Beclin 1的表達(dá)降低，自噬受到異常調(diào)控，磷酸化Tau 蛋白聚集，引起認(rèn)知功能障礙，12 周的跑步機運動增加了小鼠Beclin 1的表達(dá)，從而誘導(dǎo)增加了自噬，改善異常自噬引發(fā)的認(rèn)知功能下降［62］。APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠的自噬活性顯著低于WT 小鼠，對AD 小鼠進(jìn)行12 周45 min/d 的跑步機運動干預(yù)后，其自噬溶酶體活性顯著升高，Aβ 斑塊面積減小，認(rèn)知缺陷得到改善［63］。TgCRND8小鼠發(fā)病晚期顯示出較高的焦慮水平、認(rèn)知缺陷和自噬受損，Aβ 清除率下降，經(jīng)過5 個月的自由跑輪干預(yù)，TgCRND8小鼠的自噬功能障礙得到緩解，Aβ 負(fù)荷降低，焦慮和認(rèn)知障礙得到有效改善［64］。因此，運動可以通過調(diào)控自噬功能提高對致病蛋白的清除能力，保護(hù)神經(jīng)元，改善認(rèn)知。

2.1.2運動調(diào)控自噬改善AD的信號機制

運動可以通過多種信號通路調(diào)節(jié)自噬進(jìn)而改善AD，包括PI3K/Akt 信號通路，AMPK 信號通路等。

PI3K 是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，是響應(yīng)細(xì)胞外刺激和進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)的協(xié)調(diào)器，可整合細(xì)胞外來自生長因子、細(xì)胞因子以及其他內(nèi)環(huán)境變化的信號，并將它們轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)多種信號通路的細(xì)胞內(nèi)信號［65］。Akt 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，是存活因子誘導(dǎo)細(xì)胞存活的重要介質(zhì)，由生長因子誘導(dǎo)激活A(yù)kt通過凋亡機制組分的磷酸化和失活以轉(zhuǎn)錄非依賴性方式抑制細(xì)胞凋亡［66］。PI3K/Akt 信號通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞存活、自噬、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)元增殖和分化以及突觸可塑性方面起重要作用，PI3K/Akt信號通路的激活有利于保護(hù)海馬神經(jīng)元和皮質(zhì)神經(jīng)元，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，預(yù)防和治療AD［67］。研究發(fā)現(xiàn)，在對3×Tg-AD小鼠進(jìn)行9周90 min/d的跑步機有氧運動或9周的阻力攀爬運動后，AD 小鼠海馬體中的胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）表達(dá)顯著提高，激活了PI3K/Akt信號通路，增強自噬的能力，減輕了Aβ 負(fù)荷，其空間學(xué)習(xí)和記憶能力得到顯著改善［68-69］。在為期12 周20 min/d 的跑步機運動干預(yù)過程中，運動通過增加NSE/hTau3轉(zhuǎn)基因小鼠大腦皮層中PI3K/Akt 的磷酸化，降低了糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）活性，改善mTOR異常，減少Tau的過度磷酸化和聚集，提高空間學(xué)習(xí)和記憶功能［62］。同樣的，對腹腔注射D-半乳糖和氯化鋁的AD模型小鼠進(jìn)行8周15～45 min/d的跑步機運動干預(yù)可以有效激活PI3K/Akt/GSK-3β 信號通路，減少海馬神經(jīng)元凋亡，改善AD 小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［70］。因此，運動能夠在激活PI3K/Akt 通路方面調(diào)節(jié)AD 自噬，改善自噬活性，促進(jìn)對于Aβ 和過磷酸化Tau的降解和清除，緩解AD認(rèn)知功能障礙。

運動除了調(diào)控PI3K/Akt 信號通路外，還可以調(diào)控AMPK 信號通路改善自噬。AMPK 是一種細(xì)胞能量代謝和自噬的主要調(diào)節(jié)因子，通過激活A(yù)MPK 可以增強細(xì)胞自噬，降低Aβ 生成和聚集，改善AD［71］。研究發(fā)現(xiàn)，對3月齡APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行為期20 周60 min/d 的跑步運動干預(yù)，可以激活A(yù)D小鼠海馬內(nèi)AMPK，增加其蛋白質(zhì)表達(dá)量，從而激活A(yù)D 小鼠海馬中的AMPK/mTOR 通路，降低mTOR蛋白的表達(dá)量，促進(jìn)AD小鼠的自噬發(fā)生，顯著提高AD 小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力［72］。為期12 周45 min/d 的跑步機有氧運動干預(yù)同樣促進(jìn)了12 周齡APP/PS1 小鼠腦細(xì)胞中AMPK 的表達(dá)和磷酸化，激活了AD 小鼠大腦中的脂聯(lián)素受體1（adiponectin receptor 1，AdipoR1）/AMPK/TFEB信號通路，增強了小鼠腦細(xì)胞的溶酶體功能并降低了異常自噬水平，減輕了Aβ 沉積，有效緩解AD小鼠的認(rèn)知功能障礙［73］。相關(guān)研究表明，8周跑輪運動訓(xùn)練干預(yù)使AMPK 磷酸化水平升高，活性增強，從而激活A(yù)MPK/SIRT1/TFEB 通路，促進(jìn)AD小鼠大腦中自噬溶酶體水平，增強溶酶體功能，改善認(rèn)知［8］。

2.2 運動促進(jìn)溶酶體功能

2.2.1運動調(diào)節(jié)溶酶體功能改善AD癥狀

運動有助于調(diào)節(jié)溶酶體的功能，保證其發(fā)揮正常的生理作用，保護(hù)神經(jīng)元。最近的研究發(fā)現(xiàn)，氯喹作為溶酶體的堿化劑，導(dǎo)致肌肉纖維紊亂和功能失調(diào)的線粒體聚集，而運動有助于減少功能失調(diào)的線粒體，改善氯喹引起的肌纖維損傷，增強溶酶體功能［74］。研究發(fā)現(xiàn)，對小鼠進(jìn)行8 周的跑輪運動訓(xùn)練之后，小鼠腦內(nèi)的Lamp1 蛋白水平增加，表明長期跑輪運動訓(xùn)練可以有效激活大腦中自噬-溶酶體途徑，增強溶酶體功能和生物發(fā)生［8］。除跑步運動外，其他種類的運動干預(yù)同樣可以增強溶酶體功能，改善認(rèn)知缺陷。例如，急性耐力運動降低mTOR 的表達(dá)，促進(jìn)溶酶體的生物發(fā)生［75］。慢性收縮運動訓(xùn)練可以誘導(dǎo)溶酶體生物發(fā)生，顯著增加并改善老化肌肉的溶酶體功能障礙［76-77］。為期10周30 min/d 自由游泳運動激活了SD 大鼠的溶酶體降解功能并顯著提高線粒體質(zhì)量，改善認(rèn)知能力下降，減少海馬神經(jīng)元中的氧化應(yīng)激，促進(jìn)海馬神經(jīng)元代謝功能的恢復(fù)［78］。因此，運動可以調(diào)節(jié)溶酶體功能進(jìn)而改善AD癥狀。

2.2.2運動調(diào)節(jié)溶酶體功能改善AD的機制

運動可以通過激活TFEB調(diào)節(jié)溶酶體功能，改善AD［79］。TFEB 是控制自噬和溶酶體生物發(fā)生的主要調(diào)節(jié)因子之一，TFEB調(diào)節(jié)參與自噬體生物發(fā)生、自噬體-溶酶體融合和溶酶體降解途徑的多個基因［80］。從AD 患者分離的單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞中的TFEB 在基因表達(dá)和蛋白質(zhì)水平上均顯著下調(diào)，表明TFEB 失調(diào)可能是AD 中溶酶體功能缺陷的關(guān)鍵因素［81］。相關(guān)研究表明，激活TFEB 可以促進(jìn)細(xì)胞和動物模型中的自噬和溶酶體生物發(fā)生，促進(jìn)Aβ、Tau等異常蛋白質(zhì)的降解［82］。當(dāng)激活A(yù)D小鼠大腦中的TFEB時，溶酶體生物發(fā)生增強，溶酶體清除缺陷得到改善，對APP/Aβ的降解效率提高，神經(jīng)毒性減弱，改善了AD小鼠的記憶力［37］。

運動可以作為有效的TFEB激活劑來誘導(dǎo)自噬和線粒體生物發(fā)生，提高對Aβ 等毒性蛋白的清除效率，改善認(rèn)知功能［83］。研究表明，為期12 周45 min/d跑步機有氧運動訓(xùn)練可以緩解APP/PS1小鼠的認(rèn)知障礙，這被認(rèn)為與運動促進(jìn)小鼠大腦中AdipoR1 水平的增加有關(guān)，AdipoR1 可以促進(jìn)TFEB 核易位，增加TFEB 蛋白含量，上調(diào)溶酶體功能相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，降低自噬異常［73］。研究表明，8 周的跑輪有氧運動訓(xùn)練使細(xì)胞質(zhì)中的TFEB 水平下降，細(xì)胞核中的TFEB 水平提高4.4倍，這表明運動促進(jìn)了TFEB的核易位，調(diào)節(jié)自噬溶酶體相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，激活自噬-溶酶體途徑，增強溶酶體功能［8］。在對APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行為期20 周的跑輪干預(yù)后，AD 小鼠的TFEB的核易位顯著增加，提高了溶酶體生物發(fā)生相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，受損的溶酶體功能得到恢復(fù)，降低了Aβ毒性，改善了AD的認(rèn)知功能［82］。

因此，運動可以通過激活TFEB促進(jìn)自噬溶酶體基因表達(dá)來上調(diào)相關(guān)信號通路，進(jìn)而調(diào)控自噬溶酶體功能，提高細(xì)胞的清除能力，降低Aβ 沉積和神經(jīng)元凋亡，改善認(rèn)知功能。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，自噬溶酶體功能異常是大腦內(nèi)Aβ和Tau 無法被有效清除從而導(dǎo)致AD 發(fā)病的重要因素。運動可以通過激活PI3K/Akt、AMPK等相關(guān)的信號通路或激活TFEB等調(diào)控因子來調(diào)節(jié)自噬溶酶體功能，提高對Aβ、Tau 等毒性蛋白質(zhì)的降解能力，降低神經(jīng)損傷，進(jìn)而提高認(rèn)知記憶能力，改善AD。因此，自噬溶酶體可能成為治療AD 這類由異常蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器聚積而引發(fā)的神經(jīng)退行性疾病的新靶點，運動可以作為激活自噬溶酶體靶點以預(yù)防和延緩AD進(jìn)程的有效干預(yù)手段。

AD 作為一種高度復(fù)雜的神經(jīng)疾病，當(dāng)前的治療方法并不能將其徹底治愈，對AD的預(yù)防和治療仍然是一個需要解決的問題。近年來運動被頻繁地用于臨床上作為預(yù)防和延緩AD 進(jìn)程的非藥物手段，運動的方式多種多樣，不同種類的運動對于AD的改善效果不盡相同，然而，至今還沒有一種被認(rèn)為是最適合改善AD的運動方式，并且不同年齡、性別、地域、人種、疾病進(jìn)程以及發(fā)病原因的患者所適合進(jìn)行的運動也有較大的差異，關(guān)于運動干預(yù)的標(biāo)準(zhǔn)化方案仍然需要進(jìn)一步研究。除運動之外，包括認(rèn)知訓(xùn)練、神經(jīng)刺激、限制飲食等其他非藥物治療手段均能在不同的方面起到預(yù)防和治療AD 的作用，結(jié)合不同種類的干預(yù)方法對AD 進(jìn)行的多模式聯(lián)合干預(yù)具有巨大的潛力。因此，應(yīng)進(jìn)一步探索運動治療手段的標(biāo)準(zhǔn)化具體化方案以及運動與其他模式的非藥物干預(yù)手段的聯(lián)合治療效果，為AD 的預(yù)防和治療提供更多的干預(yù)方法和理論依據(jù)，以達(dá)到治愈AD的目的。