Aβ蛋白在阿尔兹海默病中的损伤机制以及研究进展

沈怡君

上海市新华医院神经内科 上海 200000

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是发生于老年和老年期，以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经系统退行性变，是老年痴呆的最常见类型［1］，约占老年期痴呆的50%［2］。全球有超过3 500万患者，我国65岁老人中患病率可高达6．6%［3］。病理改变主要为老年斑（SP）和神经原纤维缠结［1，4-5］。

AD 病理改变机制中β样淀粉蛋白起着重要作用［6］，不仅是老年斑的起始物质和主要结构物质，而且还具有对神经细胞毒性作用，因此它被认为是AD 发生的早期触发因素。Aβ是由β淀粉样蛋白前体蛋白（APP）上酶切下来的4kD 的小肽片段，Aβ由淀粉样跨膜前体蛋白（APP）依次经蛋白水解酶β、γ分解得到，主要包括Aβ40和Aβ42。尽管Aβ单体无神经毒性，也不以聚集的形式存在，但其低聚体对突触和神经元具有伤害性［7］。目前已确知4种基因突变与该病有关，是β淀粉样肽前体蛋白（APP）基因、早老1（PS1）基因、早老2（PS2）基因和ApoE 基因。其中和β淀粉样蛋白的产生相关的基因有APP、PS-1和PS-2基因［8］，这些基因的很多突变都能够增加淀粉样蛋白的产生。

1 Aβ的神经毒性作用

1．1 致神经元凋亡和突触丢失 Aβ可引起神经细胞凋亡，其机制为：（1）通过半胱氨酸、天冬氨酸特异性蛋白酶起作用。（2）Aβ40／Aβ42均能下调抗凋亡的Bcl-2，同时Aβ42 还能上调促进凋亡的Bax的表达［9］。（3）Aβ通过改变线粒体膜电位（v7m）影响线粒体功能，使线粒体在神经元中的转运受到抑制，线粒体分布紊乱，导致线粒体能量代谢效率降低，促使内源性凋亡因子释放。进一步引发神经元突触功能退化和丧失及神经元细胞死亡［10］。（4）AD 中存在钙平衡破坏。在AB致细胞损害过程中，据报道，AB通过干扰细胞钙离子的平衡产生细胞毒性，并诱导细胞凋亡［11-12］。（5）Nakagawa［13］研究 表 明，Aβ可 通 过Caspase-12 介导的内质网 应激途径引起细胞凋亡。

1．2 氧化应激 （1）过氧化氢和氧自由基统称为活性氧（reactive oxygen species，ROS），氧自由基是所有需氧生物的氧代谢产物，可以对各种组织造成损伤。调查研究显示，A 可以直接诱导ROS 的形成、增加细胞中H2O2的水平。ROS可能导致基因突变，包含一个突变位点的APP直接导致AD形成的增加。在神经元中或星型胶质细胞系中，Aβ1-42、Aβ1-40和Aβ25-35都可以诱导蛋白质的氧化和ROS 的形成。在Aβ中最具活性的片段式Aβ25-35，是一种强有力的脂质过氧化作用始动剂，能在几分钟内诱导出可探测的自由基。Aβ的沉积能诱导自由基的产生，自由基增多又极大地促进了Aβ的沉积，造成一种神经细胞受损和功能紊乱的恶性循环这种“APP-自由基的连锁循环”［14］，最终导致大量神经元的缺失和脑功能的损害［15］。（2）越来越多的研究显示，Aβ的增多也可直接或间接导致线粒体的损伤，通过各种机制激活线粒体mPTP开放和破坏线粒体分裂／融合平衡，导致线粒体结构异常，这些线粒体结构和功能的改变均引起神经元功能损伤，最终导致AD 的发生。Aβ还通过诱导自由基的产生和破坏细胞Ca2＋稳态等机制降低线粒体能量代谢几个关键酶的活性，使得线粒体能量代谢衰减，导致线粒体功能异常。（3）Mattson等研究发现Aβ能增加胞质Ca2＋水平，使神经元对谷氨酸介导的神经毒性更加敏感，这种胞质Ca2＋增加主要是由于胞外Ca2＋内流产生的。Aβ 介导的Ca2＋内流的机制仍不明了，但有几种假设：（1）Aβ可能损害了膜ATP酶活性，因此，Ca2＋水平去稳定性；（2）这种内流可能与脂类过氧化协同；（3）Aβ可能在质膜上生成Ca2＋渗透孔［16］。

2 炎症反应

体外研究证实，Aβ可激活胶质细与炎症反应。Aβ可激活神经胶质细胞，释放细胞因子和炎症介质，产生炎症反应，损伤神经细胞，引起Aβ的产生和沉积。由于过量的Aβ聚集和纤维化，激活补体，活化神经胶质细胞（NG），异常活化的NG 又分泌细胞因子、补体、氧自由基，启动炎症反应［17］。从而提出了由Aβ、NG 以及异常上调表达的补体和细胞因子等共同构成的一个复杂的炎性损伤网络。神经胶质细胞包括小胶质细胞和星型胶质细胞，前炎性细胞因子包括IL-1β、IL-6、TNFα及补体系统，另凝血系统、纤溶系统亦有某些改变。

3 免疫反应

（1）先天性免疫应答AD 患者Aβ清除机制受损，导致Aβ沉积形成免疫原，激活了脑的非特异性免疫反应，主要激活小胶质细胞，释放炎症介质，引发局部炎症反应，而局部炎症反应又可加剧β沉积，形成恶性循环［18］。（2）小胶质细胞对Aβ反应性T 细胞可以发挥APCs的作用，A 刺激小胶质细胞和星形胶质细胞导致NO 增加，NO 具有细胞毒性，被Aβ激活的小胶质细胞对T 细胞的毒性作用也是通过NO 介导的，NO 升高有效介的诱导浸润性T 细胞的凋亡，阻止小胶质细胞向APCs分化。（3）Aβ被认为是一种自身抗原，反应性T 细胞具有正常免疫功能。AD 患者获得性免疫受损，外周血T 细胞出现免疫耐受，不发生增殖，因此器官不能避免淀粉样蛋白的聚集和由此产生的毒性作用。

4 与Aβ相关的发病网络

Aβ淀粉样肽、分泌酶、ApoE 基因、tau蛋白等在AD 发病机制方面有重要意义，且存在相互关系。APP及tau蛋白病理是AD 发病机制的综合性中重要一环，且可起到协同作用［19-20］。Delacourte前瞻性研究70例AD 组以及非AD 对照组发现Aβ42 聚集对于tau 蛋白病理改变有协同作用。Busciglio还发现Aβ可导致神经元tau蛋白的磷酸化。越来越多的证据表明，tau蛋白的高度磷酸化以及随后的神经元纤维缠结形成都与A 的生成及其清除的失衡有关。Apoeε4参与Aβ及tau蛋白病理机制，通过某些途径改变Aβ清除，可导致Aβ的迅速沉积［21］。

5 Aβ假说的研究进展

Glenner［22］于1984年首次报道了在AD 患者和唐氏综合征患者个体脑脊膜血管中发现Aβ 蛋白并加以测序。Masters［23］于1a后发现Aβ蛋白是AD 患者脑组织内老年斑的主要组成成分，Hardy等［24］于1992年提出了β-淀粉样蛋白瀑布假说。而Down综合征患者因体内多一个β淀粉样前体蛋白（APP）基因，在早年就出现Aβ沉积斑块，也从侧面证明了该假说。最早的Aβ淀粉样蛋白级联学说认为Aβ沉积形成SP，沉积后纤维化的Aβ产生神经毒性是AD 发生的重要原因。神经毒性的具体机制包括破坏钙离子稳态，促进自由基的生成，降低K＋通道的功能，增加致炎细胞因子引起的炎症反应，激活补体系统，增加脑内兴奋性氨基酸的含量。1995年Pollard等提出了Aβ致神经毒性的离子通道假说，2007年，Shirwany等对Aβ离子通道假说进行总结和完善。Aβ离子通道假说从通道形成的角度解释了Aβ蛋白的神经毒性作用，具有划时代的意义。2005 年Tan-zi提出了突触-Aβ假说，为人们开发恢复神经突触功能、清除Aβ寡聚体、促神经元再生等药物提供了理论基础。Aβ寡聚物假说的提出进一步加深了人们对AD 发病机制的认识，为设计抗AD 的新药物提供了新的靶点［26］。注射Aβ的某些单克隆或多克隆抗体的小鼠脑 内Aβ水平明显下降、认知功能有改善，采用免疫手段抗Aβ寡聚，抗Aβ疫苗和DNA 疫苗成为主要的两大研究热点［26］。对Aβ致病机制的不断研究，希望在不久的将来，可以发现对阿尔茨海默病安全有效的治疗方法［27］。

临床往往发现AD 患者大脑中SP的数量和认知能力损伤程度相关性不高，在转基因小鼠中也发现同样问题。新的淀粉样蛋白级联学说认为可溶性Aβ也具有直接的神经毒性，最新研究表明Aβ低聚体具有神经毒性，而非先前认为的只有Aβ多聚体或纤维化的Aβ才具有神经毒性。另有研究指出，在AD 病理过程中，A 的含量增高可能与多肽生长因子有密切关系。但随着AD 的进展和痴呆程度的加深，Aβ的含量呈降低趋势。而目前对Aβ的多样性所导致的神经毒性和机制认识不够深入，每类Aβ低聚体的神经毒性情况还有待进一步研究。减少Aβ的形成、抑制Aβ的沉积才是预防和治疗AD 的根本途径。

［1］Querfurth HW，LaFerla FM．Alzheimer＇s disease［J］．The New England Journal of Medicine，2010，362（4）：329-344．

［2］贾建平．神经病学［M］．北京：人民卫生出版社，2008：165．

［3］Murthy SB，Karanth S，Shah S，et al．Thrombolysis for acute ischemic stroke in patients with cancer：apopulation study［J］．Stroke，2013，44（12）：3 573-3 576．

［4］Dorostkar MM，Herms J．Arc illuminates Alzheimer＇s pathophysiology［J］．Nat Neurosci，2012，15（10）：1 323-1 325．

［5］唐伟．阿尔茨海默病的影响因素［J］．中国实用神经疾病杂志，2012，15（19）：3．

［6］Kukar T，Murphy MP，Eriksen JL，et al．Diverse compounds mimic Alzheimer disease-causing mutations by augmenting Abeta42production［J］．Nature Medicine，2005，11（5）：545-550．

［7］Noguchi A，Matsumura S，Dezawa M，et al．Isolation and characterization of patient-derived，toxic，high mass amyloid beta-protein（Abeta）assembly from Alzheimer disease brains［J］．The Journal of Biological Chemistry，2009，284（47）：32 895-32 905．

［8］Goate A，Hardy J．Twenty years of Alzheimer＇s disease-causing mutations［J］．Journal of Neurochemistry，2012，120（Suppl 1）：3-8．

［9］Paradis E，Douillard H，Koutroumanis M，et al．Amyloid beta peptide of Alzheimer＇s disease downregulates Bcl-2and upregulates bax expression in human neurons［J］．The Journal of Neuroscience，1996，16（23）：7 533-7 539．

［10］赵若聪，刘琼，何晓阳．线粒体动力学失衡和环境神经毒物对阿尔茨海默病病理进程影响的研究进展［J］．中国药理学与毒理学杂志，2013，27（1）：101-105．

［11］Fu W，Luo H，Parthasarathy S，et al．Catecholamines potentiate amyloid beta-peptide neurotoxicity：involvement of oxidative stress，mitochondrial dysfunction，and perturbed calcium homeostasis［J］．Neurobiology of Disease，1998，5（4）：229-243．

［12］Zeiger W，Vetrivel KS，Buggia-Prevot V，et al．Ca2＋influx through store-operated Ca2＋channels reduces Alzheimer disease beta-amyloid peptide secretion［J］．The Journal of Biological Chemistry，2013，288（37）：26 955-26 966．

［13］Nakagawa T，Zhu H，Morishima N，et al．Caspase-12mediates endoplasmic-reticulum-specific apoptosis and cytotoxicity by amyloid-beta［J］．Nature，2000，403（6 765）：98-103．

［14］郑观成．脑老话科学［M］．2 版 ．上海：复旦大学出版社，2008：153．

［15］Pappolla MA，Chyan YJ，Omar RA，et al．Evidence of oxidative stress and in vivo neurotoxicity of beta-amyloid in a transgenic mouse model of Alzheimer＇s disease：a chronic oxidative paradigm for testing antioxidant therapies in vivo［J］．The American Journal of Pathology，1998，152（4）：871-877．

［16］林如意，邓天翔，张俊芳，等．Ca2＋失调与阿尔茨海默病发生发展关系的研究进展［J］．生命科学，2012，24（3）：7．

［17］McGeer PL，McGeer EG．The amyloid cascade-inflammatory hypothesis of Alzheimer disease：implications for therapy［J］．Acta Neuropathologica，2013，126（4）：479-497．

［18］Liu YH，Zeng F，Wang YR，et al．Immunity and Alzheimer＇s disease：immunological perspectives on the development of novel therapies［J］．Drug Discovery Today，2013，18（23／24）：1 212-1 220．

［19］Small SA，Duff K．Linking Abeta and tau in late-onset Alzheimer＇s disease：a dual pathway hypothesis［J］．Neuron，2008，60（4）：534-542．

［20］郭亚，赵李．脑脊液Tau蛋白及β淀粉样蛋白水平对阿尔茨海默病和轻度认知障碍诊断的意义［J］．中国实用神经疾病杂志，2010，13（11）：3-5．

［21］Brendza RP，Bales KR，Paul SM，et al．Role of apoE／Abeta interactions in Alzheimer＇s disease：insights from transgenic mouse models［J］．Molecular psychiatry，2002，7（2）：132-135．

［22］Glenner GG，Wong CW．Alzheimer＇s disease and Down＇s syndrome：sharing of a unique cerebrovascular amyloid fibril protein［J］．Biochemical and Biophysical Research Communications，1984，122（3）：1 131-1 135．

［23］Masters CL，Simms G，Weinman NA，et al．Amyloid plaque core protein in Alzheimer disease and down syndrome［J］．Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1985，82（12）：4 245-4 249．

［24］Hardy J．Alzheimer＇s disease：the amyloid cascade hypothesis：an update and reappraisal［J］．Journal of Alzheimer＇s Disease，2006，9（3Suppl）：151-153．

［25］Karaman E，Isildak H，Yilmaz M，et al．Management of paragangliomas in otolaryngology practice：review of a 7-year experience［J］．The Journal of Craniofacial Surgery，2009，20（4）：1 294-1 297．

［26］Wang A，Das P，Switzer RC，et al．Robust amyloid clearance in a mouse model of Alzheimer＇s disease provides novel insights into the mechanism of amyloid-beta immunotherapy［J］．The Journal of Neuroscience，2011，31（11）：4 124-4 136．

［27］Goedert M，Spillantini MG．A century of Alzheimer＇s disease［J］．Science，2006，314（5 800）：777-781．