阿爾茨海默病信號轉導機制的研究進展＊

西安體育學院健康科學系（西安710068） 劉 濤 綜述 黃志剛 審校

阿爾茨海默病（AD）是以漸進性遺忘為主要癥狀的一種神經退行性疾病，其主要病理改變是神經元外β－淀粉樣蛋白（Aβ）聚集形成的老年斑和神經元內過度磷酸化的tau蛋白形成的纖維纏結細絲以及累及小動脈的血管淀粉樣變性。磷酸化tau蛋白構成的神經纖維纏結和血管淀粉樣變性的核心物質為淀粉樣前體蛋白（APP），APP在β和γ裂解酶的作用下生成Aβ。在AD的這些特征性病理改變形成過程中，各種信號轉導機制起了非常重要的作用，本文對阿爾茨海默病信號轉導機制的研究進展綜述如下。

1 AD與Wnt信號傳導通路 Wnt信號通路是生物進化中一條極為保守的通路。β－連環蛋白（β－catenin）和糖元合成激酶－3β（GSK－3β）是 Wnt信號通路的重要成員，這條通路的信號轉導對細胞粘附和細胞命運決定有關鍵性的作用。已經發現該信號轉導通路的異常一定程度上引起了AD主要病理學改變的發生、發展。據報道，家族性AD的早老素－1（PS－1）蛋白來自與細胞粘附有關的Wnt信號蛋白β－catenin，在常染色體PS－1基因占優勢突變引起的AD病人中，其β－catenin的水平明顯下降。PS－1基因突變可以使β－catenin轉移到核內，影響 Wnt信號的活性［1］。鋰是Wnt通路的抑制劑，研究表明，當神經元與Aβ原纖維共孵育時可顯示一個明顯的濃度依賴性的β－catenin的水平下降，當Aβ與鋰共孵育時可逆轉這種下降，使神經元免受Aβ的細胞毒性，維持神經元胞體、軸突和樹突的形態結構［2］。這些發現證實，β－catenin水平可以作為Aβ細胞毒性大小的標志物。更進一步的研究證實，Wnt信號阻止Aβ注入大鼠海馬引發的行為障礙，同時也證明當將鋰和Aβ同時注入腦內，鋰可以提高大鼠的空間記憶能力并阻止Aβ引發的行為學異常［3］。GSK－3β是一個進化保守的絲／蘇氨酸激酶，它是 Wnt信號通路的中心環節。研究表明，Aβ可激活GSK－3β，活化的GSK－3β可誘導tau蛋白的過度磷酸化，導致神經軸突運輸障礙，引起神經細胞死亡［4］。組織病理學顯示注入Aβ引起大鼠海馬齒狀回上葉神經元丟失，并且有一個強烈的GSK－3β免疫陽性產物圍繞Aβ沉淀物，這些數據與過度表達GSK－3β的轉基因小鼠引起的神經退化相一致。在AD病人腦中，GSK－3β在富含神經纖維纏結的神經元中高度表達，GSK－3β的表達與神經纖維纏結的產生是平行的。在細胞水平，培養的原代海馬神經元暴露于Aβ一定時間后可以激活GSK－3β。應用GSK－3β反義核苷酸或GSK－3β抑制劑鋰可以抑制GSK－3β的活性，從而保護神經元免受 Aβ的毒性［5－6］。GSK－3β也能調節 APP代謝過程，活化的GSK－3β可通過增強APP的β裂解途徑增加Aβ的產量，這一過程與 AD的早期病理過程相似［7］。GSK－3β也是使tau蛋白過度磷酸化的激酶之一，過度磷酸化的tau蛋白是神經纖維纏結的主要成分。GSK－3β可以順次激活tau的磷酸化位點，形成雙股螺旋結構。GSK－3β在轉基因鼠的過表達會導致海馬神經元的tau蛋白過度磷酸化，當通過鋰抑制GSK－3β的活性后，tau的過度磷酸化被阻滯，去磷酸化的tau蛋白與微管結合，促進微管組裝，保證神經軸突的運輸正常［8］。由GSK－3β活化引起的過度磷酸化的tau蛋白也會誘導Caspase－3裂解APP產生羧基端片段C31，C31的產生會反過來增強GSK－3β的表達和tau蛋白的磷酸化［9］。一些研究表明，Aβ的刺激也可導致蛋白激酶C（PKC）及其同工酶活性以不同的方式降低，而GSK－3β的失活可導致PKC激酶的激活。激活的PKC可以明顯增加細胞的活性，如在培養的原代大鼠海馬神經元中，PKC的激活可以有效對抗Aβ的毒性［10］。雖然，Aβ的毒性與Wnt信號通路之間確切的聯系還不十分清楚，但針對Wnt信號的治療策略也是治療AD的方向之一。

2 AD與MAPK激酶途徑 MAPK是一組絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，MAPK信號轉導胞外和胞內的各種刺激引起細胞反應。這些反應包括細胞質或細胞核靶蛋白的磷酸化從而激活轉錄因子，進而調節基因的表達。哺乳動物的MAPK家族包括細胞外調節蛋白激酶（ERK）、c－Jun氨基末端激酶（JNK）和p38蛋白激酶（p38kinases）。激活MAPK激酶可以調節細胞的分化、增殖、死亡和生存。不同的研究都證實ERK1／2在促細胞生存信號通路中扮演著重要的角色，ERK1／2的激活對神經元的存活是非常必要的［11］。在培養的小鼠原代神經細胞系中，抑制ERK1／2的活性可以對抗氧化應激引起的神經毒性［12］。有人還研究了ERK通路在Aβ所致細胞毒性中的作用，觀察到大鼠大腦皮層細胞在暴露于Aβ24h后引起ERK1／2的下調［13］。另有研究表明 MAPK通路在海馬長時程增強（LTP）中起非常重要的作用，高頻刺激后可以引起海馬CA1／CA2區活化的MAPK蛋白含量升高，而預先用ERK通路抑制劑PD098059或U0126可抑制MAPK的激活引起的大鼠空間學習記憶損害。有趣的是，在研究人類AD大腦，AD小鼠模型腦和各種體外AD模型發現激活壓力應激性激酶特別是JNK，是AD相關性的神經元退化的關鍵因素。將Aβ加入到培養的原代皮層神經元中可以看到JNK通路被激活，并順次激活下游的Caspases蛋白和凋亡基因Bax［14］。免疫染色顯示，在AD病人腦中退化的神經元中，JNK顯著激活并伴隨著細胞內Aβ的聚集，JNK的活化也會導致tau蛋白的過度磷酸化［15］。所有證據都顯示抑制JNK的活性可以抑制Aβ的毒性并阻止Caspase的活化。以往的觀點認為，激活ERK1／2與細胞生存有關，而JNK和P38的激活與凋亡有關，現在看來這種觀點過于簡單。MAPK確切的作用機制高度依賴于細胞類型，細胞的生長狀態及所受刺激的種類和強度。

3 AD與Akt激酶途徑 Akt又稱蛋白激酶B（PKB）是一種絲氨酸／蘇氨酸激酶，它可以調節細胞的生長、增殖、遷移、糖代謝、轉錄、蛋白合成、血管發生和細胞生存等效應。成年人的Akt1和Akt2基因在正常情況下處于失活狀態，在一些神經營養因子或細胞因子刺激后其基因表達迅速增加。叉頭轉錄因子（Foxo3a，FKHRL1）、GSK－3β和Bad是 Akt的三種重要底物。Foxo3a存在于胞質中，隨著其活化而轉移到細胞核中，可導致細胞變性以至死亡。在AD細胞模型中，當Foxo3a保持磷酸化狀態超過12h后，就會引起Caspase級聯反應導致神經元凋亡，這可能是AD的發病機制之一。據報道［16］，在神經系統遭受氧化應激的損傷過程中，Foxo3a的蘇氨酸32位點和絲氨酸253位點被磷酸化而處于活化狀態，而活化的Akt可使Foxo3a去磷酸化從而起到保護效應。Akt也調節GSK－3β的活性，激活Akt信號通路可以抑制GSK－3β的活性。在AD動物模型和細胞模型受損的神經元中發現，通過激活Akt可降低GSK－3β的活化從而減輕 Aβ的神經毒性效應［17］。Bad是Bcl－2同源性亞科成員，它是促凋亡蛋白之一，也是Akt的重要底物。Akt可以通過磷酸化Bad的絲氨酸殘基使其失活，維持線粒體膜電位，阻止細胞色素C釋放到胞質中，從而抑制凋亡［18］。Bcl－2家族成員與AD的神經元損傷有密切關系。Aβ1－42可以激活Bax和Caspse－3引起細胞凋亡。另有研究報道，將Aβ1－40注射到大鼠的側腦室可導致Bax的上調和Bcl－2表達的下降，而應用藥物激活Akt信號通路可以逆轉Aβ1－40引起的變化，起到保護效應［19］。當然，Akt信號通路非常復雜，它的下游分子還有很多，和其它信號通路也有“串話”效應，其保護機制值得進一步探索。

4 展望與前景 從以上綜述可以看出，在AD的特征性病理改變形成過程中 Wnt、MAPK和Akt以及其它一些信號轉導分子起了很重要的作用，但是，目前的研究還僅僅停留在對不同信號轉導分子進行檢測的水平上，尚無同時檢測幾種不同的信號轉導分子，然后對它們之間的關系做一個系統的分析，從而得出關于AD的信號機制的大致面貌的研究。因此，有必要進行這方面的研究，并希望以此能為AD治療開辟一條新的途徑。

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