鈣離子調節Aβ淀粉樣蛋白堆積的作用機制

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鈣離子調節Aβ淀粉樣蛋白堆積的作用機制

蓋璐白潔

(昆明理工大學醫學院，云南昆明650500)

〔關鍵詞〕老年癡呆；鈣穩態；β淀粉樣肽

老年癡呆(AD)是一種常見的神經退行性疾病，主要特征是β淀粉樣蛋白(Aβ)堆積和神經纖維纏結，主要區域是內嗅皮質和海馬區〔1〕。臨床表現為認知功能下降，包括遠近期記憶力障礙，分析判斷能力衰退，情緒改變，行為失常，記憶損害等，目前還沒有效的治療方法〔2〕。Aβ可以通過激活鈣敏感受體，引起的AD激活神經細胞釋放Aβ42，導致星形膠質細胞聚集和Aβ42聚集。早老蛋白(PS-1)在雌激素受體(ER)引起鈣流出，包括對肌質網鈣-ATP酶2b和肌醇三磷酸(IP3)受體門控的影響，導致Aβ的產生〔3〕，并且發現在淀粉樣蛋白斑鄰近的樹突棘中出現鈣穩態紊亂。因此可見，鈣紊亂和AD密切相關〔4〕。

1鈣對Aβ生成的調節

在AD中，鈣異常的作用包括：(1)改變神經元鈣穩態影響新陳代謝和Aβ以及微管相關蛋白tau形成。(2)病理性蛋白聚集進一步惡化鈣異常調節，引起突觸功能紊亂和神經退行性病變。Ca2+通過肌醇1，4，5-三磷酸(Insp3)調節不同細胞類型的特定功能，在信號傳導中起作用，Ca2+濃度太高或太低均與AD發病相關〔5〕。Ca2+調節細胞內信號〔6〕，與大腦神經細胞的生物學功能、生理結構變化相關〔7〕。鈣穩態還與突觸可塑性，年齡的變化相關〔8〕。在N2A細胞和AD小鼠模型，Cav3.1表達的下降，可能加速大腦衰老過程中淀粉樣蛋白前體形成。此外，輕度認知障礙患者(MCI)中Ca2+增加是正常組的兩倍，MCI和散發性AD(SAD)患者外周細胞Ca2+穩態擾亂。因此，淋巴細胞鈣濃度可作為MCI及SAD的早期診斷〔9〕。

1.1離子通道有關的Ca2+調節合成Aβ直接調節P/Q型Ca2+通道，可能導致興奮性毒性和突觸的減少，在人胚腎細胞293(HEK293)細胞中，突觸前的Ca2+通道抑制劑，減少Aβ引起的功能損傷〔10〕。在大鼠中，L型Ca2+通道阻滯劑(CCB)，緩解Aβ導致的分子和空間學習記憶的改變〔11〕。雙邊注射Aβ到大鼠的內嗅皮層模型中，不同劑量的CCB，可以改善早期階段的AD。CCB可以通過信號轉導和轉錄激活子磷酸化(STAT3)信號通路，抑制干擾素(IFN)誘導的星形膠質細胞的毒性〔12〕。

神經元L型電壓敏感的Ca2+通道(L-VCSS)的功能與記憶缺失及大鼠海馬突觸可塑性的改變相關。L-VCSS的有效密度在淀粉樣前β蛋白(APP)/(presenilin，PS1)組顯著地減少，然而，Ca2+異常調節機制在正常和衰老模型中作用不同〔13〕。

神經元鈣穩態失調發生在AD的早期，與突觸功能障礙和神經毒性有關。鈉鈣交換器(NCXS)在調節細胞內Ca2+濃度起重要的作用〔14〕，減少NCXS功能，導致異常蛋白裂解，在AD腦組織中，NCX3蛋白水解程度和與Aβ1-42增加相關，由此可見，NCX3功能喪失和Aβ毒性有關。

1.2Ca2+的調節相關受體Ca2+相關的蘭尼體堿受體(RyR)與AD密切相關，MCI與沒有認知障礙的大腦相比，RyR2表達增加，在MCI和AD中，RyR2剪接變異體減少導致細胞凋亡〔15〕。可溶性Aβ低聚物與谷氨酸受體結合與細胞型朊蛋白(Prpc)結合，均導致AD的病理特征。在突觸后密度(PSD)，細胞外Aβ低聚物與Prpc結合，激活細胞內Fyn激酶，導致突觸破壞，而Aβ-Prpc-mGluR5結合與細胞中的鈣調節有關，而mGluR5可以逆轉學習、記憶和突觸密度的減少〔16〕。

1.3線粒體及ER有關的Ca2+調節在AD患者腦中，線粒體α-酮基戊二酸脫氫酶(KGDHC)減少〔17〕，KGDHC的變化會影響Ca2+的變化，促進斑塊和纖維狀纏結的形成。

Aβ低聚物引起細胞內Ca2+的增加，這與磷脂酶C(PLC)活性及ER內Ca2+釋放的有關〔18〕。且Aβ會引起膠質纖維酸性蛋白(GFAP)表達的增加，引起ER氧化應激、eIF2磷酸化和GRP78的過表達。在星形膠質細胞和內嗅皮層及海馬細胞培養中，這些作用被蘭尼堿受體和Insp3受體抑制劑抑制。側腦室注射Aβ寡聚物，觸發海馬星形膠質細胞中GRP78和GFAP過表達。總的來說，Aβ低聚破壞ER內鈣穩態，從而引起ER應激，導致星狀細胞增生，而這些都和AD病理特征相關。

2Aβ對鈣影響作用

Aβ沉積破壞膜結構并導致細胞內Ca2+濃度的升高〔19〕，與Aβ影響脂質的穩定，膜通道的激活及Aβ聚合到Ca2+孔有關。Aβ導致Ca2+信號改變及膠質細胞中轉錄變化〔20〕。因此，星形膠質細胞在產生Aβ起重要作用。Aβ和神經元細胞膜交互誘導穿孔，引起Ca2+內流，并增加突觸小泡的釋放，延遲突觸囊泡的破壞〔21〕。抗Aβ復合體G33LMVG37通過抑制甘氨酸拉鏈的C末端區域序列，抑制Aβ聯合和插入到脂質膜，G33LMVG37抑制了Aβ誘導的急性和慢性突觸毒性，這為AD的藥物研發提供了新的方向。Aβ可能和短桿菌肽，即一個公認的破壞肽的穿孔性相關。Aβ和短桿菌肽造成的神經毒性相同，包括肽的聚集、空隙的形成和鈣的失調。Aβ和短桿菌肽造成的突觸毒性都是Ca2+依賴機制，Aβ產生了一個由小到大的孔，允許流動的分子通過，Aβ的細胞膜穿孔是一個動態的過程〔22〕。

研究表明含有斑塊的轉基因小鼠，與同一年齡的非轉基因小鼠的對照組相比，其細胞質基質中的Ca2+濃度偏高，突觸可塑性的誘導依賴于突觸后Ca2+水平的增加〔23〕。棘的能動性受鈣水平的濃度調節，在纖維狀肌動蛋白重構過程中，許多蛋白質是鈣依賴性的，鈣水平的增加與棘的能動性和纖維狀肌動蛋白的丟失相關，而鈣水平的增加，能被鈣調磷酸酶拮抗劑阻止，這些結果說明Aβ斑誘導鈣的異常。此外，Ca2+細胞內外轉運與tau蛋白活性有關〔24〕。

3早老蛋白和鈣穩態

PS突變體對細胞鈣的作用不影響家族AD(FAD)的發展，其次，當FAD中PS突變體增加Aβ長度時，引起的鈣紊亂，導致FAD進一步加重了疾病的表現以及促進疾病的發展。FAD中Aβ的聚集，會引發突觸的減少及神經認知功能的減退〔25〕。基因突變導致的FAD也會導致神經元鈣的失調。在FAD中PS的突變占大多數，PS催化亞基和Aβ肽的產生相關，FAD中PS突變可導致ER中Ca2+泄漏功能的損失和ER中Ca2+超載。PS1導致FAD，FAD相關的PS1M146V突變影響Ca2+通道活性〔26〕。PS1M146V突變會增加細胞內Ca2+的儲存。PS1引起FAD的主要因素和細胞內鈣穩態的擾亂相關〔27〕。在FAD中PS1突變最常見的是容量鈣內流(CCE)衰減，CCE中關鍵蛋白基質交感分子1(STIM1)和 STIM2與PS關系密切。小鼠成纖維細胞缺乏PS，STIM1水平升高，STIM2水平降低，隨著CEE的衰減。進一步研究，PS突變與FAD相關，與IP3介導的鈣從ER腔的釋放有關。這些結果證明了PS FAD突變體在多個水平上影響ER鈣動力學。

4結論

高Ca2+濃度會使細胞凋亡，控制細胞內Ca2+可以防止認知功能下降。鋰已被證明能通過抑制N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA R)和肌醇單磷酸酶(IMP)降低細胞內Ca2+濃度，且最近研究表明鋰降低癡呆程度的患病率〔28〕。此外，ER鈣的調節與心肌肌漿網Ca2+-ATP酶，IP3Rs和RyRs有關〔29〕。一氧化氮(NO)對RyRs活性具有重要的調節作用。因此，調節NO途徑可能可以改善AD癥狀〔30〕。

綜上所述，胞內或ER鈣調節與Aβ生成相關，這些機制與離子通道、相關受體、線粒體途徑及和PS相關，以這些為靶點，將為延緩或治療AD的提供新的研究方向。

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〔2016-01-22修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類號〕Q593+.2

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)05-1249-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.05.104

通訊作者：白潔(1966-)，女，教授，博士生導師，主要從事神經退行性疾病和毒品成癮分子機制研究。

基金項目：國家自然科學基金(No.81160162，U1202227)

第一作者：蓋璐(1988-)，女，碩士，主要從事氧化應激和老年癡呆方面的研究。