NR2B-Wnt3α-ADAM10信號通路與糖尿病腦病關系的研究進展

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NR2B-Wnt3α-ADAM10信號通路與糖尿病腦病關系的研究進展

孫傳峰曹紅

(溫州醫科大學附屬第二醫院麻醉科溫州醫科大學疼痛醫學研究所，浙江溫州325027)

關鍵詞〔〕糖尿病；糖尿病腦病；NR2B；Wnt3α；ADAM10

第一作者：孫傳峰(1989-)，男，碩士，主要從事圍術期重要臟器損傷及保護機制研究。

糖尿病腦病(DE)是糖尿病引起的中樞神經系統損害，可引起認知功能障礙。糖尿病時大腦N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDARs)表達異常，人們由此推斷NMDARs在DE的發展過程中可能發揮重要作用〔1〕。NMDARs的激活通過Wnt信號通路引起去整合素金屬蛋白酶10(ADAM10)的變化，與認知功能密切相關〔2,3〕。本文就近年來關于NR2B-Wnt3α-ADAM10信號轉導通路與DE的研究進展作一簡要概述。

1DE

1.1概述糖尿病是一種以血糖升高為特征的代謝紊亂綜合征，可引起視網膜、腎臟、周圍神經、大血管等慢性并發癥。以前對糖尿病神經病變的研究多集中在周圍神經系統，現在越來越多的證據表明，糖尿病也可引起中樞神經系統的病變，如腦組織功能和完整性的損害，造成認知功能障礙，表現為學習、記憶、解決問題能力下降〔4〕，即DE。

1.2DE與阿爾茲海默病(AD)的關系2型糖尿病(T2DM)為AD發病的重要風險因子。研究表明，AD患者中樞神經系統出現胰島素、胰島素樣生長因子(IGF)-1、IGF-2及其受體表達明顯減少，表明AD與胰島素有關，此研究首次提出“AD可能是3型糖尿病”的假說〔5〕。AD患者早期海馬組織中出現tau蛋白過度磷酸化形成的神經纖維纏結、神經炎性斑塊以及淀粉樣β蛋白(Aβ)聚集形成的纖維性斑塊，所以這種典型纖維纏結和斑塊樣的病理生理改變也被叫做AD樣改變〔6〕。在STZ誘導的糖尿病大鼠模型中可見大鼠海馬的萎縮，海馬和皮質Aβ的積聚、突觸的缺失，學習與記憶能力下降〔7〕。同樣在T2DM人群大腦內，AD樣改變也遠早于其他人群出現。Aβ可引起神經突觸功能障礙、神經元丟失，進而導致認知功能受損。所以DE引起的Aβ聚集等AD樣改變可能是DE發生發展的機制。

2NMDAR與DE

2.1NMDAR概述NMDARs是由谷氨酸調控的離子型受體，它廣泛分布在神經元細胞，對中樞神經系統功能具有重要的調節作用。其受體包括NR1亞基，NR2(A,B,C,D)亞基和NR3(A,B)亞基三種不同的亞基〔8〕，每個亞基包含了四個不同的結構域：細胞外氨基末端結構域、細胞外配體結合結構域、跨膜結構域和細胞內羧基末端結構域。它們一般分布于細胞表面，常見的亞型結構為NR1NR2結合的二聚體結構，且不同的亞型具有不同的生理學特性。NR1是NMDA受體的基本功能單位，構成離子通道；NR2亞基是調節亞基，對離子通道動力學具有調節作用；NR3亞基不能獨自存在，需與NR1、NR2亞基結合共同發揮作用。其中NR2B亞基主要影響NMDA受體的結構和功能，是最重要的調節亞單位結構，與學習記憶關系最為密切〔9〕。

2.2NMDAR與DEDE的發病機制尚不完全清楚，海馬突觸可塑性的變化與糖尿病認知功能障礙有明顯相關性〔10〕。糖尿病導致的神經系統海馬組織突觸數量銳減、突觸間隙模糊不清、突觸連接斷裂、突觸變性，嚴重影響了突觸的神經傳遞功能，這可能是DE發病的重要機制之一，從而提示海馬突觸減少、變性等變化參與了糖尿病腦病的發生、發展過程〔11〕。已知突觸傳遞的可塑性、突觸發育的可塑性和突觸形態的可塑性是突觸可塑性的三個重要方面，其中根據突觸傳遞可塑性變化的主要表現形式不同，把突觸可塑性分為長時程增強效應(LTP)和長時程抑制效應(LTD)，其中LTP與長期記憶的形成和儲存有關，LTD與記憶的整合、遺忘和恢復突觸產生LTP的能力有關，兩者共同組成一個學習記憶的神經網絡〔12,13〕。大量研究證實，NMDA受體在LTP形成過程中起著主要調控作用〔14〕。NMDARs的激活是學習記憶形成的基礎，完全阻斷NMDARs會引起明顯的學習記憶障礙。而NMDARs的眾多亞基中又以NR2B亞基和學習記憶的聯系最密切。Gardoni等〔1〕研究顯示NR2B在DE的發生發展中可能發揮著重要作用。有研究證實，NMDARs的激活可引起Wnt3a的分泌，分泌的Wnt3a通過Wnt-β-catenin信號通路，引起ADAM10的表達，見圖1〔2〕。所以在糖尿病大鼠NMDARs激活的減少導致ADAM10的表達下降很可能參與DE的發展和形成過程。

圖1　正常情況下，NMDA受體激活介導ADAM10表達變化的信號通路〔2〕

3Wnt3a與DE

Wnts是一類分泌型的蛋白，可與細胞表面相應的受體結合后啟動并激活細胞內相應信號的傳導。在中樞神經系統，Wnt信號通路能夠促進神經元的軸突、樹突生長，介導神經元突觸的形成和大腦的發育〔3,15〕。Wnt信號通路包括經典Wnt信號通路——Wnt-β-catenin信號通路，分泌的Wnt糖蛋白與細胞表面受體Frizzled蛋白或低密度脂蛋白受體相關蛋白結合形成復合物，結合形成的受體復合物可激活DVL蛋白，活化的DVL抑制GSK-3β的活性，使其失去結合β-catenin的能力，阻斷了β-catenin的降解，引起β-catenin在神經細胞內的積累。該通路通過β-catenin在細胞內和核中的累積，啟動Wnt相關靶基因的轉錄，調控中樞神經系統細胞的增殖和分化〔16〕。另外Wnt信號通路還包括非經典Wnt信號通路，此信號通路不依賴β-catenin在細胞內的積累，Wnt在G蛋白的介導下，通過Fzd蛋白家族促進細胞內鈣離子的釋放，鈣離子可進一步激活蛋白激酶C，從而引起細胞內的各種反應〔17〕。而JNK是Wnt信號通路下游的中介子，當JNK被激活，活化的JNK轉移至細胞核，從而進一步調控基因的表達。其中，經典Wnt信號通路在神經退行性變疾病中發揮著越來越重要的作用。

Wnt3a作為Wnt最常見的配體，結合Fz受體，通過抑制GSK-3β活性，使β-catenin在細胞內累積，胞漿內的β-catenin水平升高并轉移至細胞核，在核內與特異靶因子結合，特異地啟動、激活下游基因的轉錄，激活Wnt經典信號通路〔3〕。有研究證實，在T2DM中Wnt-β-catenin信號轉導通路活化程度下降，GSK-3β活性升高，導致Wnt途徑中β-catenin降解增加，可能與T2DM時胰島素抵抗胰島素信號轉導途徑下調有關〔18〕。

另外增加的Aβ通過影響Wnt-β-catenin信號通路使神經元形成障礙，進一步促進其凋亡。其機制可能是Aβ與Wnt-β-catenin信號通路的配體GSK-3β結合，阻斷了β-catenin的形成，抑制了β-catenin在細胞內的積累，從而影響細胞的增殖分化〔19〕。另外Aβ可誘導Dkk-1的表達，阻斷Wnt信號向胞內傳遞，使Wnt/β-catenin信號轉導減弱，β-catenin磷酸化降解，使神經細胞發生變性凋亡〔20〕。增加的Aβ還可通過影響Wnt-β-catenin信號通路，使血腦屏障的形成，誘導和成熟發生障礙，并影響血腦屏障功能〔21〕。

最近有文獻報道，NMDARs可以通過Wnt-β-catenin信號通路來調節海馬神經元的LTP〔22〕。NMDARs激活可以促進海馬神經元釋放Wnt3a，Wnt3a與細胞表面相關受體結合，抑制GSK-3β的活性，使細胞內β-catenin累積，增多的β-catenin發生轉移進入細胞核內，進入細胞核內的β-catenin進一步激活其特異基因的表達〔2〕，NMDARs可通過調節Wnt3a的釋放來調節神經元樹突的分支和突觸可塑性的變化，相反阻斷NMDARs可以抑制強直刺激介導的Wnt3a釋放，影響LTP的產生。在糖尿病大鼠模型中，NMDARs表達的下調，Wnt-β-catenin信號轉導通路活化程度下降，可最終導致LTP的抑制。可見，NMDARs活性的下降介導的Wnt3a釋放的減少在DE的發生發展中可能發揮著重要作用。

4ADAM10與DE

ADAM10是去整合素金屬蛋白酶家族成員之一，它是一個多結構域的膜蛋白，具有金屬蛋白酶結構域，整合素結合域、胞內段信號域以及粘附活性，它通過金屬蛋白酶結構域對其它組織結構膜蛋白的膜外結構域進行水解，具有重要的α蛋白酶活性〔23〕。可對多種與機體生長發育密切相關的分子進行水解，如Notch、N-Cadherin、Nectin-1分子，另外與阿爾海默病等退行性神經病變密切相關的淀粉樣蛋白沉淀分子(APP)也是ADAM10水解的底物，所以ADAM10與神經系統的發生發育、抗衰老密切相關。

利用小鼠原代皮質神經元培養，發現NMDARs的激活可引起β-catenin和ADAM10的上調。當抑制Wnt-β-catenin信號通路時，ADAM10上調消失。相反，通過重組Wnt3a激活Wnt-β-catenin信號通路可刺激ADAM10的表達。進一步研究表明NMDARs和Wnt3a介導的ADAM10的上調可被ERK抑制劑阻滯。由此可見，NMDARs介導的ADAM10的上調是通過Wnt/MAPK信號通路〔2〕。

APP經過β-分泌酶和γ-分泌酶水解，釋放出Aβ肽。Aβ肽是淀粉斑的核心成分，它的過多生成或聚集被認為是AD致病的主要原因，同樣DE的大鼠模型中也存在Aβ的聚集。APP蛋白還可經非淀粉樣蛋白加工途徑，在這條途徑中，它被α-分泌酶和γ-分泌酶連續水解。由于α-分泌酶的水解APP位點在Aβ肽內部，因此，可以減少Aβ肽的生成〔24〕。目前，已經證實ADAM10是神經元的組成型APPα-分泌酶，NMDAR介導的ADAM10的表達參與APP的剪切。

Postina等〔25〕將AD小鼠與ADAM10轉基因的小鼠雜交，對雜交小鼠腦內淀粉樣斑塊進行檢測，最后發現雜交后小鼠腦內淀粉樣斑塊顯著減少，然而ADAM10剪切APP所產生的可溶性片段sAPPα則明顯增多，并且雜交后小鼠通過水迷宮的行為學實驗，發現它的學習和記憶的能力都有明顯增強；相反的，ADAM10基因突變的小鼠則淀粉樣斑塊增多，突變的ADAM10使得其剪切APP所產生的可溶性片段sAPPα表達減少，測得的學習能力有所下降〔26〕。由此可見，ADAM10是一種功能性的分泌酶，具有重要的α蛋白酶活性，對APP水解可抑制淀粉樣斑塊的形成。

ADAM10同樣也介導突觸的發生，與突觸的形態密切相關，通過對突觸的調節參與認知功能的調節。ADAM10在突觸后部位控制不同的脫落細胞黏附分子(CAMS)從而促進突觸的發生和發展。ADAM10切割APP所產生的可溶性片段sAPPα也可參與突觸的形成。在ADAM10敲除的神經元，N-Cadherin和neuroligin-1受損并且Aβ大量產生可損傷突觸的發生，并產生短而粗的棘突，使突觸的功能下降，造成認知功能的減退〔27〕。因此如何增強機體ADAM10的水解活性，讓ADAM10裂解更多的APP而產生更多的sAPPα，同時抑制淀粉樣斑塊的生成，成為研究DE的一個新方向。

5小結與展望

綜上所述，DE存在的AD樣改變，如Aβ的積聚，很可能參與DE的形成與發展。因此，尋找參與腦內Aβ形成及其相關信號通路傳導成為DE研究的熱點。對NR2B-Wnt3α-ADAM10信號轉導在DE中作用的探討，對完善DE發病的分子機制及對DE的治療將有重要意義。

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〔2015-01-15修回〕

(編輯李相軍)

·綜述·

通訊作者：曹紅(1966-)，女，碩士，教授，碩士生導師，主要從事疼痛機制及調控研究、圍術期重要臟器損傷及保護機制研究。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81073125)

中圖分類號〔〕R587.1〔

文獻標識碼〕A〔

文章編號〕1005-9202(2015)21-6257-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.21.125