β-淀粉樣蛋白清除障礙與阿爾茨海默病

王 燕 杜 瑤 杜芳騰 張吉翔

(南昌大學第二附屬醫院消化內科，江西 南昌 330006)

阿爾茨海默病(AD)是目前常見的不可逆的神經系統的退行性疾病，是一種伴有腦特殊病理及生化改變的獲得性、持續性及全面性的認知功能障礙的綜合征。目前認為AD的組織病理學表現主要為細胞外β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉積所導致的老年斑(SP)，細胞內神經纖維纏結(NFTs)以及神經元缺失等〔1〕。AD嚴重危害人類健康，為家庭和社會帶來沉重的負擔，但目前無有效的治療方法可以延緩AD的發作或減慢AD的進展，所以對AD的研究一直是熱點。Aβ在AD發病中起關鍵作用，以往的研究認為Aβ產生過多導致AD的發生，最新研究認為Aβ的清除障礙是促進AD發展的主要病因，現在就Aβ的清除障礙與AD進行簡單綜述。

1 Aβ和 AD的研究現狀

近些年遺傳學、生物化學、細胞生物學、神經科學等多個領域都對AD發病機制進行研究，目前都認為Aβ在AD發病中起關鍵作用。正常情況下，Aβ的產生和降解保持動態平衡。有研究認為APP基因及早老素基因(PS1、PS2基因)發生突變，從而使Aβ產生增加，其產生和清除之間的平衡被打破，引起Aβ在大腦實質和腦血管的異常沉積。沉積的Aβ具有神經毒性，可引發突觸變化、Tau蛋白異常磷酸化、遞質丟失、神經膠質增生和炎癥反應等一系列病理變〔2〕，最終導致AD發生；這形成了淀粉樣蛋白級聯的基礎假說〔3〕。但是APP或PS1、PS2基因突變導致淀粉樣前體蛋白(APP)分解的改變，Aβ產生增加，這僅僅可以解釋小部分AD(家族型AD)發病原因〔4〕。然而，Mawuenyega等〔5〕的最新研究證明，在更為常見的遲發型AD(占AD的絕大部分)患者中沒有證據顯示Aβ的產生增加，而是Aβ的清除發生障礙。所以目前認為無法有效清除大腦中的Aβ是促進AD病理進展的主要原因。

2 Aβ的產生和清除

2.1Aβ的產生 Aβ由淀粉樣前體蛋白APP水解生成〔6〕。APP有2條水解途徑：一條途徑由α-分泌酶，在Aβ結構內(賴氨酸-16和亮氨酸-17之間)切割APP，產生含部分Aβ片段的分泌型APP(sAPP)和C端片段(P3)，因這一過程破壞了Aβ4的完整結構，阻止Aβ的產生，該過程稱為非淀粉樣蛋白生成途徑；在正常情況下，該代謝途徑占優勢。另一條途徑經β-分泌酶和γ-分泌酶作用，APP經β-分泌酶降解為含N端的水溶性片段和C端肽鏈，含Aβ膜相關性的C端片段(CTFβ)片段經γ-分泌酶繼續降解為Aβ，該過程稱為淀粉樣蛋白生成途徑〔7〕。Aβ40和Aβ42是Aβ的主要形式，Aβ有很強的自聚性，Aβ42相對于Aβ40更容易聚集，易在腦實質形成斑塊；而Aβ40更容易到達腦血管，導致腦淀粉樣血管病(CAA)。見圖1。

2.2Aβ的清除 大腦內Aβ的清除主要包括3條途徑：①非酶促的運輸機制，即主要是跨越血腦屏障(BBB)的流出運輸系統將Aβ從大腦運到血液，主要被低密度脂蛋白受體相關蛋白-1(LRP-1)介導，主要定位于腦血管內皮細胞的側腔外面〔8〕；②Aβ酶降解系統，涉及一些蛋白酶，如腦啡肽酶(NEP)、胰島素降解酶(IDE)、內皮素轉換酶(ECE)及纖維蛋白溶酶；③細胞吞噬清除，星形膠質細胞及小膠質細胞可參與Aβ的清除。Deane等〔9〕研究說明，Aβ可由中樞和外周細胞生產，大腦中Aβ的清除及濃度調節涉及多個方面，包括：①外周的Aβ通過血-腦屏障的晚期糖基化終產物受體(RAGE)進入大腦內；②BBB上的 LRP-1介導的大腦內Aβ的消除;③Aβ橫跨BBB的運輸通過P-糖蛋(PgP/MDR1/ABCB1)流出泵介導從腔外側至腔內側;④Aβ降解酶的降解;⑤Aβ寡聚化、聚集及神經炎性變化、膠質細胞活化。此外，研究證明在AD動物模型中RAGE表達是增加的，其通過BBB介導Aβ進入大腦，從而導致Aβ沉積；在人體血漿中，sLRP是LRP的一種可溶形式，可與血漿中70%～90%Aβ結合〔10〕，從而阻止Aβ進入大腦。見圖2。

圖1 Aβ的產生

圖2 Aβ的清除〔9〕

在AD的早期， Aβ可以通過BBB向外周轉運，但清除效率下降，血漿及CSF的Aβ濃度會增加;但隨著病情進展，Aβ在腦內不能被有效清除，則在腦實質及血管壁沉積，則可溶性的Aβ濃度會下降，進而導致AD及CAA的發生。尸解AD患者證實不但腦實質中有淀粉樣變，且其腦血管內也有顯著的淀粉樣變。CAA主要累及大腦的BBB、皮層動靜脈，尤其是動脈和毛細血管。

3 Aβ的清除障礙與AD

3.1Aβ通過 BBB的清除障礙與AD 通過 BBB的轉出運輸系統將Aβ從大腦運輸到血液中，是大腦Aβ清除的一個重要機制，BBB的功能受損或其他因素影響BBB清除的，都會導致Aβ的沉積。Aβ主要通過LRP介導跨BBB向外周血管運輸。Van Uden早期研究就已經指出，在受體相關蛋白(RAP)缺陷/淀粉樣前體蛋白轉基因小鼠中LRP-1的水平表達減少，導致細胞外Aβ的沉積增加。Deane等〔9〕研究在AD個體中，LRP的水平是下降的，與Aβ結合的sLRP在血漿中的水平也是一樣下降的，因此指出，增加LRP在BBB的表達和/或加強外周Aβ與sLRP的親和力，減少Aβ與RACG的結合，可以增加Aβ清除從而減少AD患者大腦Aβ的累積。Hawkes等〔11〕最新結果顯示，apoE4可能在一定程度上通過改變大腦血管基底膜的蛋白質(層粘連蛋白、Ⅳ型膠原)表達，并且干擾和破壞Aβ從大腦向周圍血管的排除，從而增加AD的發病風險。另外有研究提示阻止hAβ/apoE復合物形成，可以增加Aβ的清除和減少Aβ在腦中的沉積。這些與先前的apoE阻礙Aβ清除的研究結果一致。Ito等〔12〕的研究也說明Aβ二聚物及Aβ與LRP-1配體(活化的α2巨球蛋白和載脂蛋白E)復合物的形成，可阻止hAβ(1-40)通過BBB的消除；因此，阻止可溶性Aβ單體的聚集或阻止可溶性Aβ和結合分子之間的相互作用的化合物，可以作為促進可溶性Aβ從大腦向外周血循環清除的有用藥物。

除了apoE〔13〕，還有其他的Aβ結合的分子，如載脂蛋白J(apoJ)、α2-巨球蛋白(α2-M)、甲狀腺素運載蛋白、α2-抗糜蛋白酶，它們都可能在大腦中引起Aβ聚集，進而抑制Aβ從BBB的清除；并通過影響細胞攝取和降解Aβ的作用，使得Aβ在大腦中潴留，并最終影響Aβ從大腦進入全身循環的清除。

3.2Aβ降解酶系統障礙與AD NEP、IDE、ECE及Plasmin等 Aβ降解酶的活動可抑制Aβ的沉積。見圖3。

圖3 Aβ降解系統〔14〕

3.2.1NEP與AD NEP(EC3.4.24.11)又稱中性鏈肽內肽酶、CD10和普通型急性淋巴細胞白血病抗原(CALLA)，是一種屬于M13含鋅金屬肽酶家族的質膜糖蛋白。NEP由一段胞內的短小N端、一個跨膜螺旋和一段相對較長的胞外C端組成，其中C端含有典型的HExxH基序，可與鋅結合且是NEP的催化部位。Iwata等〔15〕將放射性標記的外源性Aβ42注射到大鼠海馬區，同時給予各種蛋白酶抑制劑，發現NEP特異性抑制劑四氫噻吩(thiorphan)，可以抑制放射性標記Aβ42的降解。NEP基因敲除小鼠(NEP-/- 和NEP+/-)與野生型小鼠相比，對外源性Aβ42降解顯著降低，對內源性Aβ40和Aβ42降解亦降低〔16〕，且在NEP-/- 小鼠更加明顯。NEP過表達能夠提高動物的認知功能，且這種改善與Aβ含量下降有關〔17〕。NEP功能缺失可以增加腦內淀粉樣斑塊沉積〔16〕；在淀粉樣斑塊大量沉積的轉基因小鼠，NEP基因治療可以降低斑塊沉積60%以上〔18〕。另外Kim等〔19〕研究證明人體臍帶血來源的間充質干細胞分泌的可溶性細胞間黏附分子-1(sICAM-1)通過誘導NEP的表達，從而降低Aβ水平，為AD的治療開拓了新的視野。

3.2.2IDE與AD IDE是一種富含巰基的多功能金屬蛋白水解酶。IDE基因位于10號染色體上(10q23～10q25)，含有25個外顯子，全長約120 kb，編碼序列高度保守，其表達產物分子量約118 kD，含Zn2+的結合位點。IDE在全身組織細胞中都有表達，在肝臟、睪丸、肌肉和腦表達最多。IDE以二聚體或三聚體的活化形式存在，能被一個自由巰基和二價陽離子激活，主要識別具有β折疊(β sheet)空間結構的蛋白質(肽類)作為降解底物。動物實驗證實，IDE基因敲除小鼠的IDE蛋白缺乏或活性降低，引起腦中內源性Aβ水平增高和淀粉樣斑塊沉積〔20〕。基因治療的結果顯示，在14月齡轉IDE基因小鼠中，IDE表達增加2倍，淀粉樣斑塊沉積顯著減少〔21〕。過度表達的IDE可減少Aβ水平，并能延緩或完全阻止Aβ沉淀的形成〔22〕。而Kilger等〔23〕最新研究證明英國前體蛋白(BRI2)可以通過增加IDE的分泌水平，促進Aβ的降解。

3.2.3ECEs、Plasmin與AD ECEs(ECE-1和ECE-2)也屬于M13含鋅金屬肽酶家族，體外實驗已經證明其可以降解一些生物活性肽，包括緩激肽、神經降壓素、P物質，并且通過裂解疏水側殘基上的氨基酸從而降解胰島素β鏈。動物實驗已經證明，通過給予ECE特異的抑制劑可以引起細胞內Aβ的沉積；而在過度表達ECE-1的細胞，沉積的Aβ在條件培養基中可減少約90%。Plasmin(EC 3.4.21.7)由活化的纖溶酶原產生而來，可在多個位點裂解Aβ，防止Aβ42聚集。

最近Miners等〔24〕研究證明上述Aβ降解酶，為AD的治療帶來希望。然而隨著年齡增長、基因及環境因素影響、體內激素變化(如雌激素)、其他Aβ降解途徑的失效，這些酶水平及活性會下降，進而引起Aβ的大腦及血管壁過度沉積，促進斑塊形成。

3.3細胞清除與AD 實驗表明星型膠質細胞可以對細胞外Aβ內化和攝取，從而進行降解和清除Aβ〔25〕，且星形膠質細胞介導的Aβ降解受阻與AD早期發病有關〔26〕。星形膠質細胞中的低密度脂蛋白受體(LDLR)可以直接結合Aβ。實驗表明，增加LDLR的表達，Aβ的降解加速。LDLR基因敲除的星形膠質細胞中Aβ的降解能力顯著下降，說明LDLR表達缺陷會引起星形膠質細胞介導的Aβ降解受阻，進而誘發AD〔26〕。此外，有研究認為在AD的發病初期，小膠質細胞可以在SPs形成之前分解、吞噬Aβ從而發揮保護作用〔27〕；而在發病后期，小膠質細胞膠質細胞本身受到損傷，其吞噬作用消失并且分泌炎性因子和釋放神經毒性物質而損傷神經元〔28〕。也有研究證明膠質細胞可產生Aβ促進AD的發展。所以目前對膠質細胞在AD中的作用存在爭議，如何調控膠質細胞的功能使其向保護神經元的方向發展是一個令人興奮的研究點。

4 結語與展望

如今，大量臨床及基礎研究均認為針對Aβ是治療AD的研究熱點，靶點可涉及Aβ的整個代謝過程，包括Aβ產生、Aβ清除、Aβ聚集等。而最近研究證明Aβ從CNS中的清除障礙是導致AD的發病原因。促進Aβ的清除，可能成為治療AD的新靶點。但目前對Aβ清除與降解機制的研究大多數仍處于實驗階段，仍有許多不明之處。而最近臨床試驗研制針對AD患者的新藥物，如輝瑞公司的Dimbon，其Ⅲ期臨床試驗證明其治療效果并不明顯。因此AD的治療仍是一個難題，AD治療取得突破性進展仍有待于對AD發病機制的進一步深入研究。

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