Wnt/LRP6信號通路對阿爾茨海默病突觸功能影響的研究進展

王素 李一平 謝寧

[摘要] 阿爾茨海默?。ˋD）是目前最常見的老年癡呆癥之一。AD以大腦β淀粉樣蛋白沉積形成老年斑，Tau蛋白過度磷酸化造成神經纖維纏結以及神經元丟失等為主要病理表現，并伴有神經炎性改變和認知障礙。現已有廣泛研究證明突觸功能障礙和突觸丟失是AD早期出現的病理表現，Aβ寡聚體對突觸有直接毒性作用，但Aβ是通過何種信號通路對突觸產生影響亟待進一步研究。Wnt/β-catenin信號通路借助Wnt-LRP6共同位點在成人大腦突觸連接的功能和形態完整上起到重要的作用。本文以此為基礎挖掘AD患者易感性的潛在機制，以揭示出新的治療靶點和方法。

[關鍵詞] 經典wnt信號通路;低密度脂蛋白受體相關蛋白6;Wnt受體拮抗劑;阿爾茨海默病;突觸功能;研究進展

[中圖分類號] R34? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）03（b）-0033-04

[Abstract] Alzheimer′s disease （AD） is one of the most common dementias currently. AD is characterized by the formation of senile plaques by the deposition of β amyloid in the brain， and the main pathological manifestations of neurofibrillary tangles and loss of neurons caused by excessive phosphorylation of Tau protein， accompanied by neuroinflammatory changes and cognitive impairment. There have been extensive studies to prove that synaptic dysfunction and synaptic loss are pathological manifestations of AD in the early stage. Aβ has direct toxic effect on the synapse， but the type of signaling pathway through which Aβ affects the synapse needs further study. The Wnt/β-catenin signaling pathway plays an important role in the functional and morphological integrity of synaptic connections in the adult brain through the common wnt-lrp6 locus. On this basis， this paper explores the underlying mechanism of AD susceptibility in order to reveal new therapeutic targets and methods.

[Key words] Canonical Wnt signal pathway; Recombinant low density lipoprotein receptor related protein 6; Wnt antagonist; Alzheimer′s disease; Synapse function; Research progress

阿爾茨海默?。ˋlzheimer′s disease，AD）又稱老年性癡呆，是一種以認知功能障礙和日?；顒幽芰p退為主要表現的神經退行性疾病，其病理生理進程現分為AD臨床前階段、AD源性輕度認知障礙和AD癡呆階段[1]。AD發病機制非常復雜，過去幾十年間醫學研究揭示AD發病涉及遺傳、年齡和生活方式等因素。AD特征性病理變化為：大腦β淀粉樣蛋白沉積形成老年斑，Tau蛋白過度磷酸化造成神經纖維纏結以及神經元丟失并伴隨膠質細胞增生。但這些病理改變與認知衰退的出現無必然關聯[2]，AD患者認知衰退最相關病理因素是早期階段出現的突觸功能障礙和突觸丟失[3]，保護和恢復突觸功能在大規模且不可逆的神經元死亡發生前可延緩或阻止認知衰退。缺陷的Wnt信號通路，特別是低密度脂蛋白受體相關蛋白-6（LRP6）的缺少會威脅到突觸的功能和結構穩定，且促進Aβ產生和斑塊形成。故本文對Wnt信號通路與突觸功能的關系及LRP6受體在突觸功能維護中的作用進行綜述。

1 Wnt/β-catenin信號通路對突觸的影響

Wnt蛋白（以下簡稱“Wnt”）是Wnt信號通路的起始蛋白，根據Wnt信號轉導方式被分為3種不同的通路：經典Wnt/β-catenin信號通路，負責激活細胞核內的特定基因;Wnt-PCP信號通路，主要調控細胞骨架的重排;Wnt-Ca2+信號通路，負責刺激細胞內鈣離子的釋放。Wnt信號在神經系統發育和組織穩態中起著至關重要的作用[4]，經典Wnt/β-catenin信號通路研究最為廣泛，其調節轉錄共激活因子β-catenin的穩定性，從而控制下游靶點的表達。在哺乳動物出生后大腦發育過程中，Wnt在中樞神經系統的突觸結構形成發揮重要作用[5-6]。

1.1 Wnt/β-catenin信號通路與突觸傳遞

Wnt/β-catenin信號傳導與突觸傳遞功能關系密切。Ciani等[7]發現Wnt7a和Dvl1出現遺傳缺陷可致突觸囊泡數量減少和發射器釋放減少;用Wnt拮抗劑sFRP阻斷內源性Wnt后，Wnt配體被隔離在細胞外空間中，從而減少神經元中的谷氨酸能神經傳遞，而外源性Wnt作用急劇增強使成熟海馬神經元中興奮性突觸傳遞增加[7-8]。因此神經元回路中突觸傳遞功能與Wnt關系密切。

1.2 Wnt/β-catenin信號通路與突觸結構

Wnt/β-catenin信號傳導有助于建立突觸連接結構的穩定性。Purro等[9]發現用Wnt拮抗劑Dkk1短時間阻斷即可誘導海馬神經元中興奮性突觸解體，并減少突觸前、后蛋白質簇的數量和大小;剩余突觸具有較小的活動區和突觸后密度，顯示Wnt阻斷可誘導突觸前后部位收縮和消除。Galli等[10]通過誘導轉基因小鼠腦中Dkk1的表達，抑制Wnt信號傳導引發突觸變性，紋狀體中興奮性皮質-紋狀體谷氨酸能以及多巴胺能突觸喪失，剩余突觸的神經傳遞減弱。Marzo等[11]同樣借助Dkk1引發海馬興奮性突觸丟失，突觸可塑性缺陷和記憶功能減退?？梢奧nt/β-catenin信號傳導正常是大腦突觸結構穩定性必需的條件。

1.3 Wnt/β-catenin信號通路是突觸與記憶形成的關鍵聯系

突觸的完整與記憶的形成息息相關，Wnt/β-catenin信號傳導與記憶形成的關系進一步印證了Wnt調節作用與突觸完整的生理性關聯。Wnt信號傳導的阻斷會干擾大腦中記憶功能，有研究顯示[12]，給予Wnt3a抗體或Wnt拮抗劑可阻止記憶的獲得和鞏固，而外源性Wnt3a的輸注則能增強記憶形成。誘導小鼠海馬內Dkk1的表達可導致范圍內的記憶缺陷，包括定位航行和恐懼記憶[11]，訓練后對小鼠輸注Dkk1也會干擾海馬控制的物體識別任務中的記憶鞏固能力[13]?？梢奧nt/β-catenin信號傳導在突觸與記憶形成和鞏固之間起到關鍵的聯系作用。

2 LRP6受體是Wnt/β-catenin信號通路、突觸和AD之間新興的關鍵聯系

LRP6是Wnt信號轉導的關鍵受體蛋白，也是Wnt拮抗劑Dkk家族的主要受體，Dkk1可破壞LRP6作為Wnt共受體的功能來發揮抑制信號傳導作用[14]。由LRP6受體激活的Wnt/β-catenin信號通路在一定程度上正向調控神經保護性蛋白表達，從而增加神經元細胞的活力起到神經保護作用[15]。

2.1 LRP6受體與突觸形成

LRP6在神經系統早期發育的過程中發揮關鍵作用，LRP6功能喪失可導致海馬顆粒細胞減少、丘腦發育不足和新皮質神經元增殖受損[16]。LRP6對神經系統的突觸形成也非常重要，Sharma等[17]將年輕海馬神經元中LRP6敲除可導致興奮性突觸數量減少和神經棘形態損傷，體內LRP6在發育中的皮質神經元中的功能喪失可損害樹突棘生長和興奮性突觸后電流的功能。LRP6磷酸化是Wnt/β-catenin信號轉導期間的關鍵步驟，也是突觸形成的必需過程。

2.2 LRP6受體與突觸完整性

Liu等[18]發現在LRP6敲除（cKO）模型中因損害Wnt信號傳導以年齡依賴性方式引起突觸功能障礙和喪失。青年LRP6 cKO小鼠的脊髓密度，突觸蛋白水平，突觸可塑性和記憶功能表現正常，然而老年LRP6 cKO小鼠的海馬和皮質神經元中表現出神經棘損失，在恐懼條件反射試驗中出現長時程增強（LTP）抑制和記憶能力受損。因此，神經元中LRP6受體缺乏會隨著年齡的增長逐漸引發突觸功能障礙和喪失，并伴認知障礙的癥狀出現。

2.3 LRP6受體與AD

已有研究顯示LRP6和AD之間的關聯性。在AD患者大腦中的LRP6 mRNA和蛋白水平較同年齡段健康人顯著下調。通過全基因組連鎖分析，在12號染色體上發現了晚發型AD的廣泛基因易感位點，其包括編碼LRP6的區域[19]。隨訪研究將LRP6的兩個單核苷酸多態性（SNPs）和一個替代性拼接變異與晚發型AD的風險增加相關[20]。這些觀察結果確定了遲發型AD和LRP6之間的遺傳聯系。Liu等[18]發現在缺乏神經元LRP6的APP/PSEN1轉基因小鼠皮質和海馬中可溶性Aβ40/42和淀粉樣蛋白斑塊增加伴隨出現記憶缺陷加劇。那么LRP6如何調節淀粉樣蛋白病變？Liu等[18]研究顯示，LRP6可在細胞外結構域與APP相互作用直接影響APP的處理，LRP6可通過促進APP的細胞表面定位來調節Aβ的產生，敲除LRP6將增加Aβ及其副產物的產生。LRP6缺陷亦可增加內源性Aβ40/42水平，而LRP6的過表達可減少Aβ40/42的產生。提示LRP6與APP相互作用以將其保留在細胞表面，從而抑制Aβ產生，在AD模型中LRP6缺乏增加了APP的淀粉樣蛋白形成，促進Aβ的產生和斑塊形成。因此，LRP6功能喪失可能是導致AD病理加重的關鍵因素。

除了突觸維護和抑制Aβ生成的作用之外，LRP6還在其他AD相關機制中發揮作用。小膠質細胞和星形膠質細胞驅動的神經炎癥可啟動和加劇AD發病機制[21-23]。Wnt/LRP6信號傳導的缺陷間接促進神經炎癥進一步誘發AD發病。星形膠質細胞在調節突觸傳遞和可塑性方面具有重要功能，可導致AD早期階段的突觸缺陷。Wnt/LRP6信號傳導對星形膠質細胞影響也可闡明AD背景下星形膠質細胞-神經元串擾的現象。LRP6受體可通過其在脂質代謝中的作用進一步促成AD發病機制，作為擴展的LDLR受體家族的成員，LRP6參與LDL攝取和膽固醇清除[24]且編碼區LRP6 SNP突變與LDL膽固醇水平升高有關[25]，這些結果提示了LRP6通過脂質代謝的失調參與AD發病機制。

3 總結與展望

突觸功能障礙和突觸丟失在神經系統退行性疾病病理發展中起重要作用，大量研究正嘗試揭示誘發突觸損傷的重要細胞和分子機制。Wnt/LRP6信號傳導在突觸形成、結構穩定性和功能活性中發揮重要作用，Wnt/LRP6信號傳導的障礙導致衰老大腦中突觸功能障礙和喪失從而加劇AD的發病。LRP6功能喪失在幾個關鍵AD致病機制中產生負面作用，誘導突觸功能障礙和變性以及LTP抑制和記憶減退。LRP6缺乏還促進Aβ產生和淀粉樣蛋白沉積，導致神經炎癥加重。這些發現提示LRP6是AD風險和病理學的重要調節因子。因此，可基于Wnt/LRP6信號傳導開展一個新的治療靶點，為防治AD帶來希望。

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（收稿日期：2019-11-18? 本文編輯：劉永巧）