Aβ蛋白在阿爾茲海默病中的損傷機制以及研究進展

沈怡君

上海市新華醫院神經內科 上海 200000

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是發生于老年和老年期，以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經系統退行性變，是老年癡呆的最常見類型［1］，約占老年期癡呆的50%［2］。全球有超過3 500萬患者，我國65歲老人中患病率可高達6．6%［3］。病理改變主要為老年斑（SP）和神經原纖維纏結［1，4-5］。

AD 病理改變機制中β樣淀粉蛋白起著重要作用［6］，不僅是老年斑的起始物質和主要結構物質，而且還具有對神經細胞毒性作用，因此它被認為是AD 發生的早期觸發因素。Aβ是由β淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）上酶切下來的4kD 的小肽片段，Aβ由淀粉樣跨膜前體蛋白（APP）依次經蛋白水解酶β、γ分解得到，主要包括Aβ40和Aβ42。盡管Aβ單體無神經毒性，也不以聚集的形式存在，但其低聚體對突觸和神經元具有傷害性［7］。目前已確知4種基因突變與該病有關，是β淀粉樣肽前體蛋白（APP）基因、早老1（PS1）基因、早老2（PS2）基因和ApoE 基因。其中和β淀粉樣蛋白的產生相關的基因有APP、PS-1和PS-2基因［8］，這些基因的很多突變都能夠增加淀粉樣蛋白的產生。

1 Aβ的神經毒性作用

1．1 致神經元凋亡和突觸丟失 Aβ可引起神經細胞凋亡，其機制為：（1）通過半胱氨酸、天冬氨酸特異性蛋白酶起作用。（2）Aβ40／Aβ42均能下調抗凋亡的Bcl-2，同時Aβ42 還能上調促進凋亡的Bax的表達［9］。（3）Aβ通過改變線粒體膜電位（v7m）影響線粒體功能，使線粒體在神經元中的轉運受到抑制，線粒體分布紊亂，導致線粒體能量代謝效率降低，促使內源性凋亡因子釋放。進一步引發神經元突觸功能退化和喪失及神經元細胞死亡［10］。（4）AD 中存在鈣平衡破壞。在AB致細胞損害過程中，據報道，AB通過干擾細胞鈣離子的平衡產生細胞毒性，并誘導細胞凋亡［11-12］。（5）Nakagawa［13］研究 表 明，Aβ可 通 過Caspase-12 介導的內質網 應激途徑引起細胞凋亡。

1．2 氧化應激 （1）過氧化氫和氧自由基統稱為活性氧（reactive oxygen species，ROS），氧自由基是所有需氧生物的氧代謝產物，可以對各種組織造成損傷。調查研究顯示，A 可以直接誘導ROS 的形成、增加細胞中H2O2的水平。ROS可能導致基因突變，包含一個突變位點的APP直接導致AD形成的增加。在神經元中或星型膠質細胞系中，Aβ1-42、Aβ1-40和Aβ25-35都可以誘導蛋白質的氧化和ROS 的形成。在Aβ中最具活性的片段式Aβ25-35，是一種強有力的脂質過氧化作用始動劑，能在幾分鐘內誘導出可探測的自由基。Aβ的沉積能誘導自由基的產生，自由基增多又極大地促進了Aβ的沉積，造成一種神經細胞受損和功能紊亂的惡性循環這種“APP-自由基的連鎖循環”［14］，最終導致大量神經元的缺失和腦功能的損害［15］。（2）越來越多的研究顯示，Aβ的增多也可直接或間接導致線粒體的損傷，通過各種機制激活線粒體mPTP開放和破壞線粒體分裂／融合平衡，導致線粒體結構異常，這些線粒體結構和功能的改變均引起神經元功能損傷，最終導致AD 的發生。Aβ還通過誘導自由基的產生和破壞細胞Ca2＋穩態等機制降低線粒體能量代謝幾個關鍵酶的活性，使得線粒體能量代謝衰減，導致線粒體功能異常。（3）Mattson等研究發現Aβ能增加胞質Ca2＋水平，使神經元對谷氨酸介導的神經毒性更加敏感，這種胞質Ca2＋增加主要是由于胞外Ca2＋內流產生的。Aβ 介導的Ca2＋內流的機制仍不明了，但有幾種假設：（1）Aβ可能損害了膜ATP酶活性，因此，Ca2＋水平去穩定性；（2）這種內流可能與脂類過氧化協同；（3）Aβ可能在質膜上生成Ca2＋滲透孔［16］。

2 炎癥反應

體外研究證實，Aβ可激活膠質細與炎癥反應。Aβ可激活神經膠質細胞，釋放細胞因子和炎癥介質，產生炎癥反應，損傷神經細胞，引起Aβ的產生和沉積。由于過量的Aβ聚集和纖維化，激活補體，活化神經膠質細胞（NG），異常活化的NG 又分泌細胞因子、補體、氧自由基，啟動炎癥反應［17］。從而提出了由Aβ、NG 以及異常上調表達的補體和細胞因子等共同構成的一個復雜的炎性損傷網絡。神經膠質細胞包括小膠質細胞和星型膠質細胞，前炎性細胞因子包括IL-1β、IL-6、TNFα及補體系統，另凝血系統、纖溶系統亦有某些改變。

3 免疫反應

（1）先天性免疫應答AD 患者Aβ清除機制受損，導致Aβ沉積形成免疫原，激活了腦的非特異性免疫反應，主要激活小膠質細胞，釋放炎癥介質，引發局部炎癥反應，而局部炎癥反應又可加劇β沉積，形成惡性循環［18］。（2）小膠質細胞對Aβ反應性T 細胞可以發揮APCs的作用，A 刺激小膠質細胞和星形膠質細胞導致NO 增加，NO 具有細胞毒性，被Aβ激活的小膠質細胞對T 細胞的毒性作用也是通過NO 介導的，NO 升高有效介的誘導浸潤性T 細胞的凋亡，阻止小膠質細胞向APCs分化。（3）Aβ被認為是一種自身抗原，反應性T 細胞具有正常免疫功能。AD 患者獲得性免疫受損，外周血T 細胞出現免疫耐受，不發生增殖，因此器官不能避免淀粉樣蛋白的聚集和由此產生的毒性作用。

4 與Aβ相關的發病網絡

Aβ淀粉樣肽、分泌酶、ApoE 基因、tau蛋白等在AD 發病機制方面有重要意義，且存在相互關系。APP及tau蛋白病理是AD 發病機制的綜合性中重要一環，且可起到協同作用［19-20］。Delacourte前瞻性研究70例AD 組以及非AD 對照組發現Aβ42 聚集對于tau 蛋白病理改變有協同作用。Busciglio還發現Aβ可導致神經元tau蛋白的磷酸化。越來越多的證據表明，tau蛋白的高度磷酸化以及隨后的神經元纖維纏結形成都與A 的生成及其清除的失衡有關。Apoeε4參與Aβ及tau蛋白病理機制，通過某些途徑改變Aβ清除，可導致Aβ的迅速沉積［21］。

5 Aβ假說的研究進展

Glenner［22］于1984年首次報道了在AD 患者和唐氏綜合征患者個體腦脊膜血管中發現Aβ 蛋白并加以測序。Masters［23］于1a后發現Aβ蛋白是AD 患者腦組織內老年斑的主要組成成分，Hardy等［24］于1992年提出了β-淀粉樣蛋白瀑布假說。而Down綜合征患者因體內多一個β淀粉樣前體蛋白（APP）基因，在早年就出現Aβ沉積斑塊，也從側面證明了該假說。最早的Aβ淀粉樣蛋白級聯學說認為Aβ沉積形成SP，沉積后纖維化的Aβ產生神經毒性是AD 發生的重要原因。神經毒性的具體機制包括破壞鈣離子穩態，促進自由基的生成，降低K＋通道的功能，增加致炎細胞因子引起的炎癥反應，激活補體系統，增加腦內興奮性氨基酸的含量。1995年Pollard等提出了Aβ致神經毒性的離子通道假說，2007年，Shirwany等對Aβ離子通道假說進行總結和完善。Aβ離子通道假說從通道形成的角度解釋了Aβ蛋白的神經毒性作用，具有劃時代的意義。2005 年Tan-zi提出了突觸-Aβ假說，為人們開發恢復神經突觸功能、清除Aβ寡聚體、促神經元再生等藥物提供了理論基礎。Aβ寡聚物假說的提出進一步加深了人們對AD 發病機制的認識，為設計抗AD 的新藥物提供了新的靶點［26］。注射Aβ的某些單克隆或多克隆抗體的小鼠腦 內Aβ水平明顯下降、認知功能有改善，采用免疫手段抗Aβ寡聚，抗Aβ疫苗和DNA 疫苗成為主要的兩大研究熱點［26］。對Aβ致病機制的不斷研究，希望在不久的將來，可以發現對阿爾茨海默病安全有效的治療方法［27］。

臨床往往發現AD 患者大腦中SP的數量和認知能力損傷程度相關性不高，在轉基因小鼠中也發現同樣問題。新的淀粉樣蛋白級聯學說認為可溶性Aβ也具有直接的神經毒性，最新研究表明Aβ低聚體具有神經毒性，而非先前認為的只有Aβ多聚體或纖維化的Aβ才具有神經毒性。另有研究指出，在AD 病理過程中，A 的含量增高可能與多肽生長因子有密切關系。但隨著AD 的進展和癡呆程度的加深，Aβ的含量呈降低趨勢。而目前對Aβ的多樣性所導致的神經毒性和機制認識不夠深入，每類Aβ低聚體的神經毒性情況還有待進一步研究。減少Aβ的形成、抑制Aβ的沉積才是預防和治療AD 的根本途徑。

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