β- 淀粉样蛋白诱导的少突胶质细胞死亡

祁鑫洋，张志珺

(东南大学附属中大医院 神经内科,江苏 南京 210009)

在阿尔兹海默病中,β- 淀粉样蛋白扮演着重要的角色。随着研究的深入,阿尔兹海默病中的白质损害逐渐被人们所熟知,而白质区域重要的成髓鞘细胞——少突胶质细胞与β- 淀粉样蛋白的关系受到了人们的关注。事实证明β- 淀粉样蛋白会导致少突胶质细胞的死亡,这也从一定程度上说明了β- 淀粉样蛋白在阿尔兹海默病白质病变中起到了重要的作用。

1 阿尔兹海默病与β- 淀粉样蛋白

阿尔兹海默病是最常见的一种神经退行性疾病,目前其最主要的病理发现包括由β- 淀粉样蛋白组成的老年斑以及神经纤维缠结。β- 淀粉样蛋白由36到43个氨基酸组成,是新陈代谢的自然产物。β- 淀粉样蛋白来源于连续酶促反应中被β位点裂解酶(BACE- 1)分解的淀粉样蛋白前体,BACE- 1由β- 分泌酶和γ- 分泌酶、包含早衰蛋白- 1的蛋白复合体为其催化核心。当β- 淀粉样蛋白的生成和清除之间失衡,肽段开始缩聚,导致β- 淀粉样蛋白开始沉积,当这一过程超过一定限度,也许是导致阿尔兹海默病的始动因素[1]。

一开始,在阿尔兹海默病中,人们主要关注于β- 淀粉样蛋白对脑灰质的作用。由β- 淀粉样蛋白组成的不溶性纤维与神经元和脑血管的退行性病变相关[2]。随后,在离体实验中,有实验证实β- 淀粉样蛋白对神经元[3]及血管内皮细胞[4]具有毒性作用。对于β- 淀粉样蛋白的毒性机制,人们也进行了一系列的研究。研究发现β- 淀粉样蛋白可以激活少突胶质细胞产生趋化因子[5],并促使小胶质细胞[6]和星形胶质细胞[7]产生炎症介质。神经胶质细胞作为潜在的炎症细胞被激活并启动氧化应激,从而导致β- 淀粉样蛋白的毒性作用。但毒性作用的具体分子机制,目前尚未能完全阐明。

尽管在阿尔兹海默病研究初期灰质一直是关注的焦点,但是越来越多的证据发现白质同样也存在损害。Scheltens等[8]在磁共振研究中证实了阿尔兹海默病白质损害的存在,随后Stout等[9]发现白质损害的范围与痴呆的严重程度相关。在阿尔兹海默病白质损害的病理中,包括了髓鞘和轴索的缺失以及少突胶质细胞的减少和DNA的裂解[10],在人脑灰质和白质中,β- 淀粉样蛋白的沉积与少突胶质细胞的损害存在密切关系[11]。因此,人们开始意识到,在阿尔兹海默病中,少突胶质细胞不仅在β- 淀粉样蛋白毒性机制中扮演着炎症细胞的角色,其本身很可能是β- 淀粉样蛋白毒性的直接受害者。

2 β- 淀粉样蛋白诱导的少突胶质细胞的凋亡

在β- 淀粉样蛋白毒性的研究中,人们发现β- 淀粉样蛋白可以通过激活线粒体途径导致细胞凋亡蛋白酶被激活,从而导致血管内皮细胞的凋亡[12]。同样在离体实验中也发现了β- 淀粉样蛋白导致少突胶质细胞凋亡的证据[13]。在离体实验中,经β- 淀粉样蛋白处理的少突胶质细胞与对照组相比细胞突起明显消失,胞体萎缩;在荧光显微镜下,正常少突胶质细胞的膜标志物GalC在β- 淀粉样蛋白处理组中信号明显少于对照组;TUNEL检测可在β- 淀粉样蛋白处理组中检测到阳性的凋亡细胞,处理组的DNA Laddering电泳图谱也成明显的梯形分布。以上种种证据表明,经β- 淀粉样蛋白处理过的少突胶质细胞出现了细胞凋亡。

少突胶质细胞的凋亡是激活了死亡受体通路,还是线粒体通路？离体实验也给出了答案[13]。与对照组相比,β- 淀粉样蛋白处理过的少突胶质细胞,细胞色素C明显从线粒体内释放到细胞质中。作为生命活动的控制中心,线粒体内细胞色素C的释放是凋亡的线粒体通路中的关键步骤[14]。这说明了β- 淀粉样蛋白诱导的少突胶质细胞的凋亡是通过线粒体通路进行的。

3 β- 淀粉样蛋白通过氧化应激机制参与诱导少突胶质细胞的死亡

β- 淀粉样蛋白是一种强氧化剂[15],有研究证实β- 淀粉样蛋白可以诱导产生氧化应激,进而进一步导致线粒体DNA的损伤[16]。在β- 淀粉样蛋白诱导的少突胶质细胞死亡中,离体实验进一步证实了其中有氧化应激的参与。在β- 淀粉样蛋白处理过的少突胶质细胞中,线粒体DNA的含量较对照组明显降低[13],而氧化应激被激发之后,一系列转录因子会被激活,如NF- kB和AP- 1[17]。在β- 淀粉样蛋白处理过的少突胶质细胞中,NF- kB和AP- 1的含量较对照组明显升高,而在加入还原剂抑制氧化应激之后,经β- 淀粉样蛋白处理过的少突胶质细胞的活性较前明显提升[13]。

β- 淀粉样蛋白如何导致氧化应激,后续研究发现中性鞘磷脂酶- 神经酰胺通路在其中扮演了重要的角色[18]。β- 淀粉样蛋白可以激活中性鞘磷脂酶,使得神经酰胺的产生增多,并在细胞质内逐渐累积；而神经酰胺作为一个强有力第二信使,能够激发起强烈的氧化应激,从而导致少突胶质细胞的死亡。此外,β- 淀粉样蛋白还可以作用于少突胶质细胞,使其胞膜内的鞘磷脂产生神经酰胺并释放进入胞质内,参与氧化应激,这一过程叫做类细胞中性鞘磷脂酶反应。

作为一种凋亡基因的调控者,神经酰胺是如何激发氧化应激的呢？在离体实验中[18],β- 淀粉样蛋白可以通过中性鞘磷脂酶- 神经酰胺通路产生神经酰胺,作用于肿瘤坏死因子-α(TNF-α),使其诱导诱导型一氧化氮合酶(iNOS) mRNA的能力增强,转录生成更多的iNOS,生成更多的亚硝酸盐产物,而亚硝酸盐作为一种强氧化剂,介导产生氧化应激导致少突胶质细胞的死亡。在实验中,加入中性鞘磷脂酶抑制剂后,并没有能完全阻断β- 淀粉样蛋白对TNF-α的提升作用,这意味着除了中性鞘磷脂酶- 神经酰胺通路,还在存在其他的通路可以提升TNF-α的诱导能力。目前未能明确其他通路的分子机制,但有研究[19]表明,其中有丝裂原活化蛋白激酶p38(p38 MAPK)以及NF- kB的参与。

β- 淀粉样蛋白如何调节中性鞘磷脂酶活化,其背后的机制目前尚未完全明确。这一过程可能与细胞的氧化还原状态以及还原型谷胱甘肽的代谢有关[20]。有离体实验表明β- 淀粉样蛋白可以消耗皮层神经元内的还原型谷胱甘肽[21],作为细胞内储量最大的含硫基复合物,还原型谷胱甘肽的消耗可以导致中性鞘磷脂酶的活性升高[22],继而诱导氧化应激,而氧化应激又会进一步消耗还原型谷胱甘肽,从而导致恶性循环,加速细胞的死亡。

4 β- 淀粉样蛋白提高DP5的表达导致少突胶质细胞的凋亡

β- 淀粉样蛋白可以诱导少突胶质细胞凋亡,除了通过氧化应激外,有研究发现其中有DP5的参与[23]。DP5是凋亡调节因子Bcl家族中只通过BH3途径发挥作用的凋亡蛋白。β- 淀粉样蛋白仍通过中性鞘磷脂酶- 神经酰胺通路产生神经酰胺的沉积,随之激活JNK——一种胁迫相关蛋白激酶,提高了AP- 1(一个绑定DNA的转录因子家族)绑定DNA的活性,从而上调DP5的表达,使得细胞色素C从线粒体内释放,继而进一步激活下游的级联反应导致少突胶质细胞的凋亡[24]。

5 总 结

对于β- 淀粉样蛋白诱导少突胶质细胞死亡机制的研究,除了能够更好地揭示疾病内在的发病机制,也为新的治疗靶点、新药物的研究提供了崭新的思路。但从目前的情况来看,还有很多的谜团亟待解开,如β- 淀粉样蛋白是如何调节中性鞘磷脂酶活化的？除了中性鞘磷脂酶- 神经酰胺通路,β- 淀粉样蛋白还可以通过哪些通路提升TNF- α的诱导能力？相信随着研究的深入,这些谜团终将被一一解开,人们对于阿尔兹海默病发病机制的认识也会愈加完善,更多更好的治疗方法也会不断涌现。

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