β淀粉样蛋白寡聚体参与阿尔茨海默病发病机制的研究进展

张钰，马兰

(哈尔滨医科大学附属第二医院老年病科，哈尔滨 150001)

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种中枢神经系统退行性疾病，是痴呆的最常见病因[1]。目前我国AD患者达1 450万，并预计在2050年达到3 003万[2]。AD降低患者生存质量，给患者家庭和社会带来巨大负担，已成为美国第六大致死疾病[3]，足见AD防治形势之紧迫。β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)与AD关系密切，近年研究发现，Aβ寡聚体(amyloid β-protein oligomers，AβOs)具有较强的神经毒性，可以通过多种机制介导突触功能和数量异常，引起神经元死亡，其产生和积累可能是导致AD神经退变的主要原因。

1 淀粉样蛋白学说

AD最显著的临床症状是进展迅速、以记忆丧失为主的认知功能障碍，相关的神经病理学改变主要涉及由细胞凋亡、坏死、氧化应激和神经炎症等过程介导的突触末端进行性丢失和神经元死亡[4]。1906年Alzheimer[5]报告了首例AD患者，并在其脑内发现了老年斑和神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs)，这成为日后诊断AD的重要病理特征。其中老年斑主要由Aβ沉积形成，NFTs主要由过度磷酸化的tau蛋白聚集形成[6]。AD的绝大多数病因学和治疗学研究都是以Aβ和tau蛋白为核心开展的。

Aβ是由跨膜淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)经过β和γ分泌酶两次裂解后产生的神经毒性蛋白，是蛋白质错误折叠形成的[1]。其能够以单体、寡聚体、原纤维和不溶性纤维的形式存在[7, 8]，在脑内沉积并伴随突触损伤和神经元死亡。由于Aβ斑块的主要成分是聚集沉积的不溶性原纤维[1]，所以早期研究认为纤维体是主要的神经毒物[9, 10]。但最新的前瞻性研究报告发现老年斑中的Aβ沉积程度与痴呆程度不成正比[11]。近几年研究倾向于AβOs具有的神经毒性，能够引起包括中枢炎症反应及tau蛋白的聚集、过度磷酸化和增殖在内的各种神经病理毒性事件，是导致AD的真正病因[12, 13]。

2 AβOs参与AD发病机制

2.1 AβOs的神经毒性

突触可塑性是突触连接两个神经元的强度可调节特性，是记忆形成的神经生物学基础，主要通过长时程增强(long-term potentiation，LTP)和长时程抑制(long-term depression，LTD)两种方式协调记忆的形成[14]。与Aβ单体相比，寡聚化的Aβ在给药24 h后会导致神经元大量死亡[15]。有研究发现，AD患者皮层中的淀粉样蛋白斑块核心，即不溶性Aβ纤维，不会对LTP产生干扰作用，如果将斑块核心溶解，释放出可溶性AβOs，则会降低大鼠的突触功能和数量，干扰LTP的诱导和维持，损害健康成年大鼠对习得行为的记忆能力[16]，说明AβOs是诱发神经损伤的主要毒物。AβOs注射到大鼠和猕猴的侧脑室后会扩散并积累在认知和记忆相关的脑区，并且在AβOs大量存在的脑区观察到包括突触丢失、tau过度磷酸化、星形胶质细胞和小胶质细胞激活在内的AD的主要病理特征，但在注射部位未发现纤维状Aβ沉积[17]。这印证了AβOs的神经毒性学说，为早期AD主要表现为记忆障碍提供了分子基础。

2.2 AβOs介导神经元和突触损伤

Aβ主要有Aβ1-40和Aβ1-42两种形式。Aβ1-42的长链结构使其更易聚集，增加的两个疏水氨基酸残基使其具有更强毒性[18, 19]。Aβ1-42的四聚体和八聚体复合物在膜结构上形成单向电流通道，导致多种离子进入细胞内，介导膜损伤和细胞内离子稳态失衡[7, 20]。星形胶质细胞是脑内重要的免疫细胞，他和神经元之间的相互作用对维持正常脑功能十分重要。AβOs能够在富含胆固醇的星形胶质细胞膜上形成孔道，引起Ca2+内流。Ca2+浓度升高会刺激还原型辅酶Ⅱ氧化酶产生活性氧，诱发自由基对神经元和胶质细胞的攻击，引发氧化应激反应，通过激活脂质过氧化，同时消耗细胞内氧化还原平衡的关键物质谷胱甘肽，使得胶质细胞向神经元传递的谷胱甘肽减少。氧化应激和抗氧化剂缺乏的双重打击最终引发了神经元的死亡[21]。

有研究认为AβOs在介导突触毒性的通路上游发挥作用。AβOs可以预先激活N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)，提高LTP阈值，进而激活钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMK Ⅱ)，抑制加强突触传递的多个关键步骤，包括抑制下游LTP诱导的CaMK ⅡT289的自磷酸化以及突触α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体的功能锚定[22]。有研究发现，抑制CaMK Ⅱ活性可以逆转AβOs介导的LTP损伤和树突棘丢失，说明CaMK Ⅱ激活在突触损伤中起核心作用，AβOs可能在AD早期就参与了突触可塑性损伤[22]。有研究发现，APP基因敲入AD小鼠模型中产生的Aβ毒性异构体在脑内迅速形成寡聚物，并在老年斑积累之前就可以观察到小鼠出现认知能力下降的表现[23]。也有研究称，寡聚体诱导突触变性的机制是通过引发突触后膜NMDAR表达减少而实现的，且受体表达大幅下降发生在树突棘密度变化之前，主要是与突触可塑性损伤相关[24]。突触丢失是AD认知障碍的最相关因素，树突棘作为形成突触的关键部位，他的形态和密度的变化对记忆形成至关重要[25]。AβOs通过改变树突棘形态和密度进而影响突触间信息传递，介导突触丢失，最终导致神经元死亡。

2.3 高分子量寡聚体毒性更强

AβOs的神经毒性受其分子大小和分子构象的影响。AβOs结构复杂，其分子量为10～150 ku不等，甚至还存在更大的原纤维前体形式。构象上也存在α-折叠、β-折叠、α螺旋和无规卷曲等多种折叠形式[13,26]。与AD最密切的Aβ寡聚形式尚未明确，但研究倾向于高分子量(high molecular weight，HMW)寡聚体的神经毒性更强。研究者使用抗AβOs特异性单抗NU4测定寡聚体的分子量，结果显示，能被NU4阻断毒性并改善认知能力的AβOs的分子量为79 ku，属于HMW寡聚体[13]。在AD脑中提取出的2～12个聚体组成的混合物中，HMW的十二聚体与疾病的关系更密切，对转基因小鼠脑内注射Aβ十二聚体能够引起记忆损害。十二聚体分解为三聚体和四聚体则会逆转模型的认知损害[26]。

通过对比HMW寡聚体和低分子量寡聚体介导膜损伤的能力发现，HMW-Aβ1-42对细胞膜完整性和代谢完整性的破坏更加严重。研究者推测，Aβ1-42先攻击细胞膜，随后诱导线粒体膜损伤和溶酶体渗漏，导致离子梯度和脂膜电势丢失、线粒体代谢解偶联[18]。

3 最新治疗策略

目前有16种药物以淀粉样蛋白为靶点[27]，其中最受瞩目也是争议颇多的药物当属阿杜那单抗。他以Aβ斑块和寡聚体为靶标，在1b期临床试验中显示出Aβ清除疗效，对受试者的Aβ斑块和临床症状都有改善。同时该药还有较高的脑内渗透性，能够通过外周给药提高脑内药物浓度。研究者发现阿杜那单抗能够促进小胶质细胞向Aβ斑块募集，小胶质细胞通过与抗体的Fc段结合发挥吞噬和清除Aβ的作用[28]。但3期临床试验结果存在矛盾，有专家认为，应进行第三次确定性3期试验以明确阿杜那单抗对AD的疗效[29]。

更汀芦单抗与阿杜那单抗相似，优先靶向不溶性Aβ的清除，只部分靶向寡聚体[30]。该药因3期临床试验的无效性分析而被终止，实验组和安慰剂组的主要和次要疗效指标无明显差异。但在对3期试验的探索性分析中发现，部分患者表现出剂量依赖性临床有效性和生物标志物有效性，阴性结果可能与给药剂量过低有关。该药有望进行进一步的3期试验[31]。

BAN2401也是一种单抗药物，主要靶向分子为约100 ku的寡聚体形式——可溶性原纤维[8]。其选择性与可溶性原纤维结合，对斑块无亲和力，高度特异性使血管性水肿不良反应的发生率低于阿杜那单抗[30]。动物实验发现，BAN2401可以在不影响既成斑块的情况下降低可溶性原纤维水平，阻止斑块形成[8]。在对轻、中度AD患者的安全性和耐受性评估中，BAN2401在所有测试剂量下均安全且耐受良好，且单次或多次给药均未达到最大耐受剂量[8]。目前正在进行大型3期试验以进一步评估BAN2401的疗效和安全性[32]。

4 总 结

AβOs在AD神经病理改变中的核心作用得到众多研究支持，AβOs神经毒性的可逆性更是为AD治疗指明道路[33]。当前，针对AβOs的研究层出不穷，多项以AβOs为靶点的药物已进入2、3期试验阶段。这些研究为终止和逆转神经退行性病理改变提供了无限可能。