Humanin及其衍生物与认知障碍

张馨娜 王涛 李洪军 孙宝民 张新萍

随着人口老龄化的进展，阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)和血管性痴呆(Vascular dementia，VD)的发病率呈逐年增加的趋势，已成为严重影响老年人身心健康的重要疾病，迄今尚无特异性的临床防治措施。因此，积极探索新的有效防治途径和方法是目前亟待解决的重要课题。Humanin(HN)是近年来新发现的一种神经多肽，能对β淀粉样蛋白(amyloid beta,Aβ)毒性和缺血导致的细胞损伤发挥神经保护作用，但对于其生理功能、病理作用及机制等方面目前仍不明确。

一、概述

Humanin是从AD患者未受损的枕叶分离出来的由24个氨基酸组成的具有信号肽序列的神经多肽[1]。最初是由日本东京Keio大学病理学及神经科学教授Hashimoto领导的研究小组所发现，目前认为，HN是由细胞产生，然后分泌到细胞外，并与相应的受体相结合。它可以有效抑制3种突变(淀粉样前体蛋白突变，早老蛋白-1和早老蛋白-2突变)，对AD病相关致病因素有广泛的拮抗作用[2,3]。因此在发现之初，HN被认为是AD的特异性神经保护肽。然而近期的研究发现，HN不仅能改善AD模型小鼠的学习和记忆障碍[4,5]，还能保护细胞免于氧化性应激、低氧等所致的损伤[6]，并且减慢动脉粥样硬化斑块的进展[7]等。甚至在脑缺血再灌注损伤中，HN也能起到一定的保护作用[8]，提示HN可能具有广泛的神经保护作用[9]。HN的发现为AD和VD的有效防治提供了有力的依据。

二、Humanin结构与体内表达

目前对于HN的来源尚未明确。研究[10]表明，HN的cDNA碱基序列与线粒体DNA有99%的同源性。因此，多数学者认为，HN是一种新的具有生物学活性的线粒体来源多肽[11]。分子生物学研究显示，HN的结构与功能之间关系密切。其功能核心区域为Pro3-Pro19，是发挥保护活性所必要的，在这个区域进行氨基酸替换则形成衍生物，其活性也会发生改变。如Gly取代HN第14位的Ser则形成一种衍生物-[Gly14]-humanin(HNG)，其活性较HN增高了1000倍[12]，且其作用强度更是远高于HN。HN虽在微克分子水平可表现出神经保护作用，而HNG在纳克分子水平即有相同的作用[13]。

HN在正常情况下表达量很少，除在AD患者枕部未受损的神经元中表达外，在一些海马神经元及神经胶质细胞中也有表达，尤其在海马部位。另外，在脑脊髓液，精液和血浆中也可检测到。HN是一种分泌性蛋白，需分泌至胞外发挥作用，这也是其发挥神经保护作用的前提[14]。

三、生理功能

AD是一种神经系统退行性疾病，其主要病理特征为细胞外老年斑、细胞内神经元纤维缠结以及神经元的进行性缺失。Aβ为老年斑的主要成分，在脑内，可以沉积在脑血管平滑肌细胞表面，引起平滑肌细胞内α-肌动蛋白的降解及细胞死亡。Jung等[15]研究发现，HN能拮抗Aβ对脑血管平滑肌细胞的毒性作用，保护细胞免于Aβ1-43诱导的凋亡。从2001年开始，已经陆续进行一些在体试验来验证HN是否能改善AD模型小鼠的学习和记忆功能障碍。2001年，Mamiya等[16]在小鼠脑室内注射HNG改善了小鼠因注射东莨菪碱导致的短期记忆障碍。2005年，Tajima等[17]的试验得到相同结论，证明HNG可以改善因Aβ25-35注射诱导的小鼠记忆障碍。2012年，Yuan等[18]利用Morris水迷宫试验也认为HNG可以拮抗双侧海马内注射Aβ31-35引起的大鼠空间学习和记忆功能障碍，并且效果呈现剂量依赖性。

HN对一些非AD疾病也能发挥神经保护作用。HN能够保护血管内皮细胞免于氧化应激性损伤[19]，Xu等[20]对小鼠局部脑缺血再灌注模型进行HN注射处理后发现，小鼠的脑梗死体积显著减小，神经细胞凋亡受到抑制，神经系统功能得到改善。因此，HN对于VD来说，也具有一定的保护作用。Colivelin是由Chiba于2005年首次报道的一种新的由26个氨基酸组成的HN衍生物[13]，它可以保护家族性肌萎缩性侧索硬化(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS)模型G93A-SOD1转基因小鼠的脊髓前角运动神经元，延长小鼠的生存期[21]。另外，国外研究发现，HN对胰岛细胞的生存也有保护作用，其衍生物HNGF6A可以增强葡萄糖依赖的胰岛素分泌、改善胰岛素的敏感性[22]，增强糖尿病模型小鼠的糖耐量[23]，维持血糖的稳定。

随着近几年对HN的研究越来越深入，学者们发现HN具有广泛的细胞保护作用。应用HN处理左冠状动脉闭塞的心肌缺血损伤模型小鼠，能减少其心肌梗死面积，改善其心脏功能[24]；对睾丸生殖细胞的凋亡，HN也有拮抗作用[25]。2013年，Zhao等[26]通过试验表明HN能够通过降低脂多糖诱导的促炎性细胞因子IL-6、IL-8、TNF-α的水平达到部分抑制脂多糖诱导的星形胶质细胞的炎症反应，且这种保护作用呈现浓度依赖性。最新研究[27,28]显示，HN及其衍生物还可以降低硼替佐米等化疗药物的副作用，保证其抗肿瘤效果。

四、作用机制

HN作为一种新近发现的神经保护多肽，具有包括神经保护作用在内的多种生物活性，但其作用机制仍不明确。目前关于HN及其衍生物对AD和VD的作用机制主要有以下几点：

1.通过酪氨酸激酶受体途径介导抗AD相关损伤的细胞保护作用。Matsuoka M等[29]研究AD大鼠模型发现，HN衍生物可以通过结合神经细胞膜上特定受体，激活Jak2/STAT3通路，抑制Aβ淀粉样蛋白的神经毒性。Hashimoto等[30]的研究亦得到相同结论，认为HN的神经保护作用可能涉及某些酪氨酸酶的激活和转录过程中信号转导和转录激活因子，尤其是STAT-3的激活。

2.通过人类G蛋白耦联类甲基肽受体-1(FPRL1)和大鼠的甲酰肽受体-2(FPR2)诱导HN对单核巨噬细胞的趋化，竞争性的抑制FPRL1，阻断Aβ在细胞内的聚集和纤维化，降低Aβ的神经毒性作用，抑制其诱导的细胞凋亡，发挥神经保护作用[31]。HN可以通过刺激自身受体激活信号级联系统G蛋白受体，形成FPRL1和FPR2，诱发钙离子流出增加和细胞外信号调节激酶(ERK)激活，从而发挥抗AD相关损伤的神经保护作用[32-34]。

3.通过白介素-6受体(IL-6)发挥作用。近来发现一种位于细胞膜表面的HN受体，可介导HN的神经保护作用。该受体属于IL-6受体家族，由睫状神经营养因子受体CNTFR/WSX-1和gp130组成[35]。gp130是IL-6受体家族的共同组成成分，可以激活JAK/STATs和ERK介导的信号通路。HN可以通过与两个细胞因子受体二聚体，包括gp130/WSX-1、gp130/CNTFR或CNTFR/WSX-1相结合的方式，抑制AD相关的神经元凋亡[36]。

4.调节胆碱能系统的神经递质传递：研究[37]发现，转基因AD小鼠鼻吸入colivelin后，其与AD有关的记忆缺损得到显著改善。作用机制可能与HN能够上调神经传递过程中乙酰胆碱的传递性相关。这一过程主要是通过调节神经突触前的乙酰胆碱浓度以及调节突触前的毒蕈碱M1受体教导的信号传递来完成，最终抑制了神经细胞中乙酰胆碱传递功能所诱导的认知功能障碍。

5.其他。HN能抑制Bcl-2家族蛋白的致凋亡作用[38]。Zou等通过试验证明，HN可抑制Aβ1-40在溶液中的聚集及其诱导的神经元内Ca2+的升高，从而抑制神经元的凋亡。Aβ的前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)在生理情况下经α-分泌酶裂解，并不产生Aβ，但在病理情况下，APP会经β-分泌酶、γ-分泌酶的裂解而导致Aβ的产生，且APP与其抗体结合后亦可导致神经元的凋亡。而HN可阻断APP介导的ASK/JNK系统的信号转导，保护神经元免于APP抗体的神经毒性作用[39]。在离体条件下，HN能与胰岛素样生长因子结合蛋白-3(insulin-like growth factor-binding protein-3,IGFBP-3)在细胞凋亡过程中协同作用，保护神经元细胞免受Aβ损伤[40]。缺氧导致的钾外流及细胞内钾缺乏可引起中枢神经元凋亡，而HN可以通过减弱缺氧所致的海马神经元电压依赖性钾电流的变化从而发挥神经保护作用[38]。还有研究认为HN可能通过提高神经元的代谢率及ATP水平，从而拮抗Aβ诱发的由线粒体功能障碍导致的能量危机，维护细胞活动稳态[41]。

AD与VD具有相同的血管因素和重叠的病理生理及临床特点[42,43]。HN在VD中的作用机制不止局限于AD相关的神经毒性，还可拮抗N-甲基-D-天冬氨酸引起的钙离子超载及神经兴奋性，抑制细胞凋亡因子caspase-8介导的NO造成的神经损伤等，同时可缓解ox-LDL诱导的血管内皮细胞功能紊乱，抑制氧化应激反应，降低血小板高反应性，缩小动脉硬化粥样斑块[44]。

五、应用前景及展望

AD、VD是严重威胁老人健康和生存质量的神经退行性疾病，目前临床尚无有效治疗措施。而HN是目前发现能抑制Aβ和APP抗体诱发的神经毒性作用的多肽，且其衍生物HNG能够跨越血脑屏障，激活HN受体还能够同时抑制由AD诱导的神经细胞凋亡和神经细胞功能障碍，因此对于AD和VD的治疗提供了更好的应用前景。目前HN及衍生物对神经系统疾病作用机制研究尚属于起步阶段，目前的文献报道结论多为离体试验或动物试验所得，以后，还要继续加强临床方面的研究，并且进一步加强对HN的生理功能、病理作用及机制等方面的研究，为AD、VD等疾病的防止开辟新的途径。