神經細胞自噬在阿爾茨海默病中的作用及機制

摘要：自噬是細胞潛在毒性蛋白質和功能障礙細胞器的主要降解途徑。研究表明，自噬功能缺陷與多種神經退行性疾病密切相關，在阿爾茨海默病中，自噬對于β-淀粉樣蛋白、tau蛋白的生成和代謝都有密切的關系、對神經元存活與凋亡也有特殊作用。關于自噬機制研究的深入，將有助于發(fā)現AD治療的新靶點。

關鍵詞：阿爾茨海默病；自噬；自噬溶酶體途徑；β-淀粉樣蛋白

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD），是老年人中常見的慢性進行性發(fā)展的中樞神經系統退行性變性疾病 。其癥狀特征表現為緩慢進展的記憶及認知功能障礙。病理特征主要表現為細胞外沉積的老年斑（senile plaques，SP）和細胞內聚集的神經元纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFTs）。

自噬是一種由溶酶體介導的組織消除異常折疊具有潛在毒性的蛋白質和功能障礙的細胞器的細胞內途徑，是細胞對于外界環(huán)境壓力和營養(yǎng)缺乏的一種適應機制，對應激誘導和組成性蛋白周轉以及正常細胞穩(wěn)態(tài)的維持非常重要[1]。營養(yǎng)物質缺乏導致自噬途徑明顯激活，蛋白質的大量降解產生的游離氨基酸，可在應激時發(fā)生代謝提供機體需要的能量。近年來研究發(fā)現，自噬作用與神經退行性疾病發(fā)病機制密切相關。

1自噬的過程、其分子機制及信號途徑

1.1自噬的過程 根據機制和功能的不同，自噬溶酶體途徑可以分為3種類型：巨自噬途徑（macroautophagy）、小自噬途徑（microautophagy）和分子伴侶介導的自噬途徑（chaperon-mediated autophagy，CMA）。

大自噬途徑特征為雙層膜自噬體與溶酶體結合并降解其內容物的過程，形態(tài)學上，第一步是核化，細胞通過核化形成隔離的雙層膜結構稱為自噬前體（pre-autophagosomal structure，PAS）。然后自噬前體延長成半圓形或新月體形，將異常的細胞器和蛋白質包裹其中形成自噬體。最后通過微管網絡的運輸，自噬體與溶酶體融合，形成自噬溶酶體，內含物和內膜被降解[2]。大自噬是的最普遍的自噬形式，與AD的發(fā)病機制密切相關， 本文所指自噬溶酶體途徑僅指大自噬途徑。

小自噬途徑指通過空泡轉運伴侶復合物將細胞質成分直接內折包裹進入溶酶體并經水解酶降解的過程，沒有自噬體和自噬溶酶體的形成。

細胞內大約30%的帶特定序列KFERQ的蛋白質通過CMA途徑降解，熱休克蛋白70（Hsp）及其輔助分子伴侶形成的復合物可特異性識別這一序列并由溶酶體相關膜蛋白2A運輸蛋白質直進入溶酶體中折疊及降解。

1.2自噬的分子機制及信號途徑 自噬溶酶體途徑主要由2種信號途徑調節(jié)：雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和磷酸肌醇-3激酶（PI3-K）。

Class III型磷脂酰肌醇3-激酶復合物在自噬體形成的核化起調節(jié)作用。在自噬前體形成的核化過程中起調節(jié)作用。PI3K酶復合物可磷酸化磷脂酰肌醇，形成3-磷酸磷脂酰肌醇（PI3P），PI3P可將Atg蛋白質募集到自噬體膜上，在自噬體的膜傳遞過程中也起重要作用[3]。3-甲基腺嘌呤作為自噬抑制劑可特異性抑制PI3K復合物生成，阻斷自噬溶酶體途徑。

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白是一種進化高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞內參與多個系統的調節(jié)作用，能夠使細胞適應外界環(huán)境及營養(yǎng)變化，mTOR作為上游蛋白通過調節(jié)下游Atg的活性，從而抑制自噬的作用，mTOR被激活時可以磷酸化Atg1復合物的調節(jié)亞單位Atg13，阻止形成復合物，促進自噬體的形成[4]。此外，mTOR也調節(jié)核糖體蛋白質S6（p70S6）的活性，后者可抑制自噬作用。

2自噬在AD中的作用

2.1自噬對Aβ生成分泌酶的影響 SP主要由淀粉樣前體蛋白水解形成的β-淀粉樣蛋白異常折疊后聚集形成，斑塊中還包括腫脹的、營養(yǎng)不良性萎縮的樹突和軸突。Aβ是APP通過β-和γ-分泌酶裂解形成的39-43個氨基酸的多肽結構。研究表明，基礎自噬水平被擾亂的細胞，γ一分泌酶的活性通過翻譯起始因2激酶α亞單位增強[5]。研究發(fā)現，嚴重AD病人腦內beclin1蛋白表達降低。轉基因小鼠AD模型的Beclin1雜合缺失導致自噬體成熟過程受阻，造成小鼠神經細胞內Aβ的生成增加和沉積，而自噬減弱，導致Aβ通過APL被降解的減少[6]。Aβ水平增高促進老年斑的形成。

2.2自噬對tau蛋白的影響 NFTs主要是由tau蛋白，一種微管相關蛋白異常過度磷酸化并聚合成雙螺旋形式存在組成。自噬溶酶體系統在清除tau蛋白方面發(fā)揮重要作用，自酶體系統功能障礙將導致tau蛋白低聚物和不能溶解的聚集物形成[7]。研究發(fā)現，雷帕霉素藥物性可以通過增加自噬改善Aβ和tau蛋白過度磷酸化引起的病理過程[8]。用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤處理細胞也會導致tau蛋白積聚[9]。這些研究都支持了自噬對tau蛋白的清除作用，自噬功能異常將導致tau寡聚體的形成。

2.3自噬對神經元存活及凋亡的影響 研究表明Aβ25-35和Aβ42可以誘導SH-SY5Y細胞發(fā)生很強的自噬反應，免疫熒光雙重染色的激光共聚焦圖像顯示，在血清中外源性應用Aβ42可以引起Aβ42和LC3在神經元中共定位，提示自噬可通過過對抗Aβ誘導的神經毒性發(fā)揮神經保護作用[10]。因此，自噬功能具有保護作用，但也可能是一種致病因素，與AD的病理生理學密切有關。自噬是否對抗AD或導致AD可能依賴于病理進程中不同的微環(huán)境和病程階段。自噬可能在AD發(fā)展的早期發(fā)揮保護作用，而在晚期能引起細胞變性和死亡。

3自噬在AD中的治療意義

自噬在AD發(fā)揮著重要作用，通過調節(jié)自噬減少Aβ等毒性蛋白積聚，可阻止或延緩AD的發(fā)生和發(fā)展，為AD治療提供了新的策略。雷帕霉素可抑制mTOR信號通路活性，增加細胞自噬能力，可減少Aβ病理途徑和NFTs形成，減慢或阻止轉基因小鼠模型的AD進展，緩解認知功能缺陷[11]。研究表明，只有在AD的早期階段給予雷帕霉素誘導自噬才具有治療意義[12]。Ca2+離子通道拮抗劑伊拉地平可通過抑制海馬區(qū)神經細胞鈣離子內流，改善自噬功能，減弱Aβ寡聚體毒性，降低tau蛋白水平[13]。

4結論

盡管自噬是清除功能障礙細胞器和潛在毒性蛋白質的重要機制，然而目前關于自噬與AD之間關系的研究尚處于起步階段。自噬對神經元的保護或損傷的確切機制及其所涉及的調控因子，尚需要更多的實驗研究來闡明。探討自噬的分子機制和自噬在神經變性疾病不同階段發(fā)揮的不同作用，是通過調節(jié)自噬途徑尋找治療措施的重要手段。隨著人們對自噬調節(jié)機制認識的不斷深入，也將有助于發(fā)現AD治療的新靶點和新策略。

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編輯/申磊