β-淀粉樣蛋白與缺血性腦血管病

【摘要】 β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積被認為是Alzheimer病的特征性病理改變之一。近年的研究表明，在缺血性腦損傷后，Aβ也發(fā)生沉積，筆者推測Aβ可能參與了缺血后腦損傷的發(fā)生與發(fā)展。本文就腦缺血損傷后Aβ在腦組織中的表達、作用機制進行綜述。

【關(guān)鍵詞】 淀粉樣β蛋白； 腦缺血

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腦血管疾病是目前嚴重危害人類健康的主要疾病之一，隨著我國人口老齡化，缺血性腦血管病發(fā)病率也在不斷提高。研究已證實， β淀粉樣蛋白(amyloidβ peptide， Aβ) 與Alzheimer病(AD)的發(fā)生發(fā)展存在密切關(guān)系。隨著神經(jīng)病理研究的不斷深入，Aβ在缺血性腦損傷中的表達及機制日益受到關(guān)注。本文就Aβ與腦缺血損傷的關(guān)系進行綜述。

1 β-淀粉樣蛋白的生成、結(jié)構(gòu)和功能

β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)是β-淀粉樣前體蛋白(β-Amyloid precurrsor protein， β-APP) 的一種降解產(chǎn)物［1，2］，在正常腦組織中及腦脊液中有微量表達，是Alzheimer病老年斑的主要成分，主要包括Aβ1-40 和Aβ1-42。

1.1 Aβ的生成和降解 β-APP蛋白有3種并存的分解途徑：(1)溶酶體/包涵體代謝途徑。溶酶體/包涵體的蛋白酶水解Aβ兩端的肽鍵，生成包含完整Aβ在內(nèi)的C端片段。由于溶酶體蛋白酶特異抑制劑亮胰蛋白酶肽(leupeptin)不能抑制Aβ的產(chǎn)生，而且純化的溶酶體中也未檢測到Aβ的存在，表明Aβ不是通過溶酶體/包涵體途徑生成的。(2)分泌酶代謝途徑。APP有三種分泌酶水解方式。α分泌酶水解Aβ內(nèi)部687Lys～688Leu之間的肽鍵產(chǎn)生一個長約687個氨基酸的可溶性APP大片段，其作用位點落在APP的Aβ區(qū)段，從而可以阻斷Aβ的形成。β分泌酶水解670Met2671Asp之間的肽鍵，生成670個氨基酸的APP片段和帶完整Aβ的跨膜C段。后者經(jīng)γ分泌酶進一步酶切形成Aβ。γ分泌酶可能水解鑲嵌于脂質(zhì)雙分子層內(nèi)的AβC末端氨基酸之間的肽鍵，形成長度不等的Aβ片段。主要類型有Aβ1-42、Aβ1-43 、Aβ1-40，正常情況下多數(shù)為Aβ40(90%)，只有少量Aβ42/43產(chǎn)生。(3)半胱天冬蛋白酶(caspase)代謝途徑。研究發(fā)現(xiàn)caspase蛋白酶參與體內(nèi)β-APP的酶切降解，其中以caspase3的酶切活性最強。有實驗證實在海馬神經(jīng)元內(nèi)caspase3識別酶切β-APP胞內(nèi)羧基末端，形成含Aβ的6.5kD長片段capp6.5和一個3kDa的C端酶切產(chǎn)物capp3。Aβ產(chǎn)生的增加反過來又可激活caspase蛋白酶原(procaspase)，釋放具有蛋白酶活性的caspase［3］。Aβ的生成是由β分泌酶和γ分泌酶裂解APP所產(chǎn)生的。

1.2 Aβ的結(jié)構(gòu)與聚集 研究顯示，Aβ的空間構(gòu)型明顯影響其聚集能力，Aβ的二級結(jié)構(gòu)主要由α螺旋、β折角和β折疊組成［4］。當其二級結(jié)構(gòu)以α螺旋為主時，聚集較慢，而以β-折疊為主時，聚集較快［5］。因此，Aβ聚集的核心事件是Aβ的二級結(jié)構(gòu)由α螺旋向β-折疊的轉(zhuǎn)化，這一轉(zhuǎn)化與多種因素有關(guān)，如金屬離子(Al+3，Zn+2)、病理性分子伴侶(載脂蛋白E，淀粉樣蛋白P組分)、pH值改變、氧化應(yīng)激、Aβ濃度升高等。

1.3 Aβ的功能 Aβ確切的功能目前還不清楚，可能具有調(diào)節(jié)細胞生長和黏附力、建立或保持神經(jīng)元之間連接的功能，是維持神經(jīng)功能不可缺少的多肽。還有實驗證實，Aβ對神經(jīng)元具有神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)毒雙重作用，低濃度的Aβ對未成熟分化的神經(jīng)元表現(xiàn)出營養(yǎng)作用，隨Aβ逐漸積累濃度升高，對成熟分化的神經(jīng)元則呈現(xiàn)出神經(jīng)毒性，使樹突和軸突退縮，導(dǎo)致神經(jīng)元減少或缺失［6］。

2 腦缺血損傷后Aβ表達的變化

多項研究表明，腦缺血后APP表達上調(diào)，Aβ增多并且與時程及缺血面積相關(guān)，沉積于缺血梗死區(qū)周圍和膽堿能豐富的區(qū)域如海馬。Ho等［7］報道，再灌注6 hAβ表達無明顯增加，4 d開始增加，8 d達到高峰。再灌注16 d開始下降，35 d繼續(xù)下降趨于消失［8］。Edward等［9］結(jié)扎沙土鼠雙側(cè)頸動脈造成短暫性前腦缺血，48 h后Aβ在海馬CA1區(qū)出現(xiàn)，第4天達到高峰，第7天開始下降。Yokata等［10］研究大鼠短暫性前腦缺血后發(fā)現(xiàn)CA1區(qū)缺血敏感性神經(jīng)元中APP的一種毒性裂解片段聚集，7 d后受損神經(jīng)元死亡，該片段消失。Ishimaru 等［11］在沙土鼠前腦短暫性缺血5 min后海馬區(qū)遲發(fā)性神經(jīng)細胞死亡的研究中發(fā)現(xiàn)，3個月時CA1區(qū)Aβ免疫活性明顯增強，6個月時最強。

3 Aβ在缺血性腦損傷中的作用和機制

在缺血性腦損傷中，對Aβ的毒性作用機制主要詳述如下。

3.1 炎癥機制 Aβ可以激活補體、星形膠質(zhì)細胞及小膠質(zhì)細胞，促進腫瘤壞死因子-α（TNF-α），IL-1，IL-6 及一氧化氮（NO）的表達和釋放，可以引起炎癥反應(yīng)［12］。小膠質(zhì)細胞膜上有淀粉樣β蛋白和載脂蛋白E受體，沉積在神經(jīng)元周圍的淀粉樣β蛋白作用于β淀粉樣蛋白受體，或通過與載脂蛋白E結(jié)合后作用于載脂蛋白E受體，使小膠質(zhì)細胞活化、增殖，并過量分泌細胞因子如腫瘤壞死因子α，白細胞介素1，8，一氧化氮等介導(dǎo)炎癥損傷。其中白細胞介素1過度表達和釋放是始動環(huán)節(jié)，除上調(diào)小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞表達細胞因子，如白細胞介素6、腫瘤壞死因子α、γ干擾素等之外，還誘導(dǎo)補體、黏附分子、急性期蛋白、氧自由基、前列腺素、一氧化氮、S100β、β淀粉樣蛋白前體等生成增加［13］。這些分子通過作用于膠質(zhì)細胞或神經(jīng)元，促使其他炎癥分子的產(chǎn)生，這種交互作用促成了慢性炎癥產(chǎn)物分別在阿爾茨海默病病理損傷的不同階段起作用，并貫穿其病理發(fā)展的全過程。

3.2 Aβ在遲發(fā)性神經(jīng)細胞死亡中的作用 1982年Kirino［14］首次提出遲發(fā)性神經(jīng)細胞死亡(delayed neuronal death，DND)的概念。完全性或不全性腦缺血再灌注損傷能導(dǎo)致DND，急性腦缺血后48～72 h，海馬CA1區(qū)錐體細胞死亡，其過程有許多神經(jīng)毒性物質(zhì)參與。有研究結(jié)果顯示，Aβ的表達與海馬CA1區(qū)神經(jīng)細胞遲發(fā)性死亡在時間上具有一致性。既往研究結(jié)果顯示，細胞外谷氨酸的增加是導(dǎo)致DND的主要因素。腦缺血可致病變區(qū)神經(jīng)元持續(xù)性去極化，大量釋放 Glu ［15］。腦缺血時能量耗竭造成Glu能量依賴式重吸收障礙，缺血所導(dǎo)致的胞漿膜完整性損害造成細胞內(nèi) Glu以不依賴 Ca+2的方式透過胞漿膜釋放到細胞外液中［16］，這些均可引起胞外 Glu 的增多。

3.3 細胞凋亡 越來越多的研究發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注損傷可誘導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡［17］。哺乳動物細胞凋亡中，caspase家族具有非常重要作用，其中caspase3是細胞凋亡的關(guān)鍵酶和“執(zhí)行者”。Krupinski等［18］采用免疫組化雙染證明TUNEL 陽性細胞在梗死區(qū)和梗死周邊區(qū)表達，與caspase表達一致。在缺血性神經(jīng)損傷過程中，抑制caspase3活性可產(chǎn)生明顯的神經(jīng)保護作用［19，20］。有研究表明，caspase3可直接作用于APP。Gervais等［21］研究結(jié)果顯示，APP 能被caspase3直接有效地剪切，這種剪切可被caspase3的特異性抑制劑Z-DEVD-CHO抑制caspase3對APP的剪切破壞了細胞內(nèi)APP的正常代謝過程，從而向著生成Aβ的方向進行。生成的Aβ具有神經(jīng)毒性，是細胞凋亡的信號。通過刺激和活化凋亡通路中的上游caspase，經(jīng)酶級聯(lián)放大反應(yīng)激活caspase3，從而加速APP的水解、Aβ的生成和聚集，進而促進了神經(jīng)細胞的凋亡，這是一個正反饋的調(diào)節(jié)過程。

3.4 對血管舒縮功能的影響 Aβ可以增強血管的收縮性，Aβ升高后可通過去甲腎上腺素或其他內(nèi)源性收縮活性物質(zhì)導(dǎo)致神經(jīng)元缺血而死亡。合成的Aβ可以使孤立的大動脈和人腦動脈收縮，削弱內(nèi)皮細胞依賴的乙酰膽堿引發(fā)的血管擴張［22］，Zhang等［23］用過度表達APP的轉(zhuǎn)基因小鼠MCAO模型來研究缺血性腦損傷后Aβ對血管活性和血流量的影響和機制。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ降低了乙酰膽堿(ACh)對血管的活性，破壞了腦血管的調(diào)節(jié)，降低了梗死區(qū)邊緣小動脈的舒張能力，阻礙了側(cè)支循環(huán)的建立，因此使缺血半影區(qū)腦血流(CBF)明顯減少，加重了缺血性腦損傷。Deane等［24］也證實Aβ可以通過內(nèi)皮素-1(Endothelin-1)作用于血管內(nèi)皮細胞，使血管收縮，從而降低腦血流量。

Aβ的沉積在AD發(fā)病機制中的重要作用已得到公認，與此同時，Aβ在缺血性腦損傷中的作用機制也逐漸受到人們廣泛關(guān)注。因此，針對Aβ的神經(jīng)毒性進行干預(yù)，研究抗Aβ的藥物，無論是對AD還是對缺血性腦損傷的有效防治及延緩其發(fā)生、發(fā)展均產(chǎn)生重要影響。

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（收稿日期：2011-11-07）

（本文編輯：車艷）