β淀粉样蛋白的研究进展

王 芳(综述)，周爱民(审校)

(天津市长征医院皮肤科，天津300120)

β淀粉样蛋白(amyloid-β，Aβ)是由淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)经 β-和 γ-分泌酶的蛋白水解作用而产生的含有39～43个氨基酸的多肽，相对分子质量为4.5×103。它可由多种细胞产生，循环于血液、脑脊液和脑间质液中，大多与伴侣蛋白分子结合，少数以游离状态存在。人体内Aβ最常见的亚型是 Aβ1～40和 Aβ1～42。在人脑脊液和血浆中，Aβ1～40分别比 Aβ1～42的含量水平高 10 倍和 1.5倍，Aβ1～42具有更强的毒性，且更容易聚集，从而形成Aβ沉淀的核心，引发神经毒性作用［1-2］。

1 Aβ的产生

Aβ是由 APP经 β-和 γ-分泌酶水解产生的。APP是一种在各种组织中广泛存在，并集中表达于神经元突触部位的膜蛋白质，Aβ片段即位于其跨膜区域。β-分泌酶首先在β位点将APP裂解为β-N端片段(sAPPβ)和 β-C端片段，然后 γ-分泌酶在 β-C端片段的近N端跨膜区域水解释放出有39～43个氨基酸组成的Aβ肽段，此过程被称为APP的淀粉样降解途径，APP的非淀粉样降解途径是由α-和γ-分泌酶所介导水解生成sAPPα、p3和 α-C 端片段，由于α-分泌酶的作用位点在Aβ区域，从而阻止了Aβ的产生。

Aβ的生成效率主要取决于APP及其水解酶的亚细胞定位。在稳定状态下，α-分泌酶主要分布在细胞膜上，β-分泌酶则主要定位于高尔基体外侧网络结构(tans-Golgi network，TGN)和内涵体中，γ-分泌酶的分布较广，在细胞膜和多种细胞器中均有发现。APP合成于内质网，经高尔基复合体加工修饰后，转移至其常驻位点TGN，这也是Aβ的主要产生部位之一。APP在 TGN滞留时可被 β-和 γ-分泌酶降解产生Aβ。未被降解的全长APP可通过由TGN产生的分泌小泡运输至细胞膜表面，然后由定位于此的α-分泌酶介导其非淀粉样降解或是由网络蛋白包被的囊泡内吞运转至内涵体，再由分布于该处的β-和γ-分泌酶水解其生成Aβ或少部分再循环至细胞膜表面［3］。因此，在APP的运转循环中，Aβ主要产生于TGN和内涵体。Greenfield等［4］利用无细胞体系对Aβ的产生位点及其种类鉴定进行的研究表明，在内质网中有不溶性的 Aβx～42(N-terminally truncated，Aβ42)产生，为胞内Aβ 类型，可溶性的 Aβx～42、Aβ1～42和 Aβx～40、Aβ1～40生成于TGN及其分泌囊泡，为分泌型Aβ。

2 Aβ的代谢

在正常的生理状态下，Aβ在血液和脑脊液中都能被检测出。Aβ的浓度主要受以下几个因素的影响:①APP的代谢调节;②Aβ的清除和跨血脑屏障运输;③Aβ蛋白酶降解作用;④Aβ的寡聚化;⑤Aβ结合蛋白与Aβ的结合和分离能力。

Aβ可被多种肽酶降解，最主要的是两种锌依赖性金属内切蛋白酶:脑啡肽酶和胰岛素降解酶。Aβ的清除还依赖于机体的免疫机制。外周的Aβ抗体(IgG)可通过浸透运输至脑内，与Aβ结合形成免疫复合物，激活小胶质细胞，以清除Aβ沉积。另外，Aβ抗体/Aβ免疫复合物还能通过新生儿Fc受体跨血脑屏障运输至外周血中。

Aβ与其结合蛋白的相互作用亦能调节其代谢过程，减少Aβ聚集，促进其清除和降解。Aβ的自然属性使它能与多种蛋白结合，在血浆中Slrp1、白蛋白、α1抗胰凝乳蛋白酶、血清淀粉样蛋白P成分、脂蛋白等均能与Aβ结合。

3 Aβ的作用

3.1 Aβ的神经毒性作用 Aβ的神经毒性作用在阿尔茨海默病的病程进展中发挥着主要作用。1991年，Kowall等［5］将Aβ注入大鼠或猴的大脑皮质中，发现注射部位发生组织坏死，周围神经元缺失及神经角质增生，并与剂量有明显的相关性。Aβ对神经系统的毒性作用是使血管壁淀粉样变直接导致血管硬化，弹性变差，甚至容易破裂或形成血栓，还诱使神经细胞过早凋亡。动物实验显示，Aβ对神经元的作用与其状态有关。溶解状态的Aβ在短时间内可促使神经突生长，提高神经元的存活率，而沉积状态的Aβ对神经元呈现相反的作用，引起与阿尔茨海默病相似的病理变化——神经突退缩和神经元变性，最显著地改变发生在衰老的哺乳类动物大脑。近年来研究发现糖基化蛋白终产物受体、清除剂受体和丝氨酸蛋白酶抑制剂酶复合物受体可与Aβ特异结合的受体，Aβ与这三种受体结合可直接或间接激活小胶质细胞和星形细胞，释放补体、细胞因子、自由基、细胞毒性物质等。

Cardoso等［6］发现Aβ本身可以产生活性氧簇，也可以通过多种途径诱导活性氧簇的产生，使神经细胞胞质中自由基浓度下降，从而使脂质过氧化，形成脂质过氧化物，如醛基、酮基等。Nelson等［7］研究证实，APP和Aβ氧化胆固醇可以产生7β羟基胆甾醇，7β羟基胆甾醇可以在纳摩尔浓度就产生神经毒性，并进一步产生氧化应激。Kayed等［8］研究证实，凝聚的Aβ电子显微镜下可以看到的Aβ纤维和电镜下缺乏可见形态的Aβ原纤维对神经元都具有毒性，但Aβ寡聚体的毒性较Aβ纤维的毒性更强，可以快速引起大量的神经细胞死亡。Aβ的神经毒性作用的可能机制为:①诱导细胞凋亡;②激活胶质细胞诱发炎症级联反应;③触发氧化应激;④升高胞内Ca2+，降低膜流动性［9-11］。

3.2 对血管形态及血管功能的影响 Aβ首先沉积在血管外层基膜，然后浸润到平滑肌细胞层。Aβ沉积减少了小动脉平滑肌细胞与基膜的黏附，血管中层被 Aβ 取代，平滑肌细胞发生变性［12］。Vinters等［13］和 Yamaguchi等［14］研究发现 Aβ 沉积在毛细血管基膜，并呈板状突入神经毡。毛细血管Aβ40/Aβ42比率明显小于动脉。因此，Aβ40主要沉积在动脉壁，而Aβ42则沉积在毛细血管。Aβ促使血管周围纤维沉积，导致了淀粉样血管病。其可能机制有以下两点。

3.2.1 降低成纤维细胞生长因子2的表达 Aβ经成纤维细胞生长因子 2(fibroblast growth factors 2，FGF-2)途径作用于血管内皮细胞是经过自分泌/旁分泌途径进行的［15］。Aβ通过与FGF-2的细胞膜受体相互作用阻断了FGF-2轴的作用。APP的点突变导致了Aβ21～23位氨基酸的变异。这些突变体与淀粉样血管病的不同遗传表型、大脑血管趋向性的程度、受损微血管的重构以及血管增生紧密相关。

Aβ主要有三种类型，其中E22Q和E22G位于Aβ40序列(也就是WT)22号氨基酸。E22Q和E22G的生理特性与WT不同:①在低浓度下它们都能抑制内皮细胞的增殖，但对血管刺激因子FGF-2和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的反应是明显不同的。②在抑制FGF-2途径(包括FGF-2的表达，FGF受体-1的激活以及磷酸化作用)的能力上，它们表现了更大的不同。WT和E22Q明显的抑制了FGF-2机制，而E22G只显示了极小的抑制作用。③在细胞凋亡方面的作用也是不同的。在低浓度下，与其他变异体比较E22Q对由FGF-2和VEGF诱发的血管增生显示了更强的抑制作用。

Aβ诱导内皮细胞功能紊乱的机制在于FGF-2级联机制的抑制。WT和E22Q抑制了FGF-218同工型的表达，而E22G对其不发挥作用。同样，WT和E22Q(而不是E22G)减慢了FGF受体1的磷酸化作用(磷酸化作用是内源性FGF-2合成的关键步骤，它维持了血管的完整性)，FGF受体1信号随之下调。以上研究表明，磷酸化作用的减慢、蛋白酶激活作用的增强以及E22Q(很小程度上是WT)诱导的细胞凋亡都显示了它们对于FGF-2受体与配体连接的影响。Paris等［16］首次提出Aβ除了对血管壁细胞的细胞毒作用外，还诱导了对血管增生的损害。很多研究已经证明FGF-2是降低内皮细胞损害的使动因素，WT造成了对血管增生的损害。近年来，很多数据显示，以血管趋向性为主要特征的突变的缩氨酸，尤其是E22Q，也通过FGF-2途径作用于血管的增生过程［15］。

3.2.2 Aβ通过与VEGFR-2直接作用阻碍VEGF信号途径 VEGF是诱发血管增生的一个重要因子。人体中，至少含有5种不同亚型:VEGF-121、VEGF-145、VEGF-165、VEGF-189 和 VEGF-206，VEGF-121、VEGF-145、VEGF-165都能诱导内皮细胞的血管原反应，其中VEGF-165被认为是人体内的一个血管增生诱导因子［17］。

新生血管内皮细胞的存活最重要的是依赖于VEGF。VEGF在很多病理情况下是增多的，如缺氧、局部缺血以及肿瘤。VEGF有三种受体:VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3。VEGFR-2是最主要的前血管原信号换能器。通过作用于配体，VEGF受体二聚化，发生自身磷酸化，从而启动细胞内信号转导级联。

Aβ抑制VEGF诱导的内皮细胞移动和渗透。同时，外源性VEGF抑制 Aβ的抗血管增生作用。Aβ42还阻碍VEGF诱导的VEGFR-2的酪氨酸磷酸化作用，表明Aβ对VEGFR-2信号系统的拮抗作用。另外，Aβ能直接作用于VEGFR-2的细胞外区域和VEGF竞争它的受体。免疫沉淀反应证实，Aβ不论在体内还是体外都能限制VEGFR-2的作用。

总之，Aβ对bFGF和VEGF诱导的血管增生起拮抗作用。

也有学者对Aβ对血管的影响持有不同观点。Cantara等［18］对Aβ及其内皮细胞的作用进行研究发现，在体内Aβ不仅能模拟FGF-2的作用，且Aβ和FGF-2在促进血管增生方面有协同作用，Aβ对微脉管的形成有保护作用:①Aβ促进内皮细胞生长、迁移以及微血管网络形成暴露于 Aβ1～40或 Aβ25～35不活动的内皮细胞在纳摩尔浓度下促进增殖，在微摩尔浓度下抑制生长。Aβ1～40或 Aβ25～35加速细胞外调节蛋白激酶1/2磷酸化作用和细胞周期蛋白依赖性激酶2表达并促进金属蛋白酶释放。②Aβ通过FGF-2信号系统诱导内皮细胞生成暴露于FGF-2抗体的内皮细胞生长受抑制，磷酸化作用受到阻断，FGF-2抗体减少细胞外调节蛋白激酶磷酸化作用，表明Aβ的活动是需要FGF-2的存在。③在体内Aβ和FGF-2在促进内皮细胞生长及迁移方面有协同作用，低浓度的 Aβ1～40或 Aβ25～35对细胞增殖不产生影响，与低浓度FGF-2联合作用时，细胞数量明显增加。与之形成对比，VEGF与Aβ联合作用并不能使细胞数量增加。④Aβ增强FGF-2诱导的血管增生作用，当FGF-2和Aβ1～40同时释放时能引起血管增生，当单独释放时却不能［19-21］。相反，VEGF 和 Aβ1～40同时释放并没有增强效应，单独释放时引起血管增生的作用也很微弱。这些发现表明Aβ和FGF-2之间作用的特异性。

4 结语

Aβ既有神经毒性作用，又对血管也产生影响。皮肤科也有许多疾病与血管病理状态有关，如银屑病，其病理改变之一为血管扭曲扩张充血，管壁增厚。对Aβ的研究显示Aβ可引起血管的增生，Aβ是否参与了银屑病血管的增生目前尚未见报道，Aβ对皮肤病的检测是否也有意义有待于研究论证。

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