β淀粉样蛋白的跨血脑屏障转运

王志成，董一峰，张子龙，王瑞婷

(承德医学院，河北承德 067000)

阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease, AD)作为一种神经退行性疾病，其重要病理特征之一是β淀粉样蛋白(amyloid beta-peptides，Aβ)在脑组织中沉积形成老年斑(senileplaques，SP)[1]，Aβ作为AD最重要的生物标志物之一，通过分析其含量可以区分AD患者的病情发展阶段，这对于早期发现疾病极其重要[2]。血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)作为维持机体脑部环境稳定的屏障系统，在脑组织与血液之间Aβ的转运清除过程中起重要作用，有研究者认为，血脑屏障的功能障碍可能与包括AD在内的多种神经系统疾病的发病机制有关[3]。近年来研究显示，多种中药对Aβ跨BBB转运受体，如晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycationendproducts, RAGE)、低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor，LDLR)等存在多种影响。本文就Aβ跨BBB转运受体相关研究进展进行概述。

1 脑内和外周的Aβ清除

在机体脑组织中，淀粉样蛋白前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)依次经过β-分泌酶(BACE1)和γ-分泌酶的作用，可释放出Aβ[4]。Aβ由39~42个氨基酸组成，分子量为4.24KD[5]。在AD患者脑组织中，Aβ浓度异常升高会对脑组织神经元产生神经毒性，同时也会引起小胶质细胞的过度活化，使其分泌炎症因子引起炎症反应，进一步损伤神经元，形成恶性循环[6]。Aβ在脑内长期沉积形成老年斑是AD的病理特征之一，目前已知Aβ最有效的清除途径分别为Aβ降解酶的降解、细胞自我清除和跨BBB转运至外周清除[7]。脑组织细胞外的Aβ清除主要是通过Aβ降解酶代谢，Aβ的主要降解酶是脑啡肽酶(neprilysin, NEP)和胰岛素降解酶( insulin degrading enzyme，IDE)[8,9]，通过把Aβ降解为分子量更小且毒性更低的多肽片段，进而避免脑组织神经元的损伤。细胞内的Aβ清除主要在溶酶体中进行，Aβ被神经胶质细胞和神经元等细胞摄取后，通过细胞溶酶体中的组织蛋白酶降解。由于BBB的存在，Aβ的向外周转运清除需要Aβ转运受体介导，通过转胞吞作用(transcytosis)来完成。机体BBB内外的Aβ含量处于动态平衡状态，即脑内Aβ会透过BBB转运到外周，同样，外周Aβ也会流入到脑组织中。有研究证实[10]，在正常生理状态下，脑间质液中的Aβ浓度是体液浓度的6倍，但总量仅为体液总量十分之一。因此，通过外周途径清除Aβ，进而增加脑组织中Aβ向外周转运，也成为研究者的关注点。王延江等[11]曾通过并联共生AD转基因小鼠和野生型小鼠证实，外周脏器如肝脏、肾脏、肠道、皮肤等均具有清除脑内Aβ的能力，认为通过将Aβ转移至外周清除具有巨大潜力。因此，BBB对于调节脑内和外周的Aβ浓度具有重要作用。

2 BBB结构

BBB的细胞组成为脑毛细血管内皮细胞(brain microvessel endothelial cell，BMEC)、星形胶质细胞(astrocytes，AS)和周细胞[12]，BMEC无窗孔结构，无吞饮小泡，细胞间紧密排列连接形成了连续的单层细胞屏障，控制并阻止物质在血液和脑组织中自由流动。周细胞会通过N-cadherin、缝隙连接和紧密连接等方式覆盖在BMEC表面。AS会通过终足围绕在BMEC和周细胞周围，构成BBB的第二道屏障。AS还能与神经元突触连接，通过响应神经传导来调节BBB的生理变化[12,13]。多数物质透过BBB都是通过特异型受体且使用ATP的主动运输[14]，因而才能保证脑组织始终处于稳定的状态。在BBB的腔内与腔外存在多种Aβ转运受体，分别介导着Aβ由脑组织向外周或外周向脑组织的跨BBB转运。有研究指出[15]，在AD患者出现认知能力下降前就已经发现BBB的结构损伤和功能障碍，认为BBB损伤会导致AD风险增加。Reinhold等[16]提出，由于周围神经损伤等因素导致BBB通透性增加，会导致如AD等中枢神经系统疾病恶化。

3 Aβ转运受体

3.1 晚期糖基化终末产物受体

晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products, RAGE)属于免疫球蛋白超家族成员，是一种位于细胞膜表面的多配体受体，由胞外区、单次跨膜区和胞内区组成[17]。RAGE是由牛组织中分离出来并识别的晚期糖基化产物，因此被称为晚期糖基化终末产物受体。RAGE和Aβ结合、反应后，激活小胶质细胞产生神经毒性分子，进而引起下游炎症信号级联反应，诱导AD病理变化，驱动AD发展过程[18]。RAGE还能增强β、γ分泌酶的活性。有研究证实，敲除RAGE基因的小鼠β、γ分泌酶活性表达降低，且更不容易产生Aβ沉积[19]。大量研究证实[18,20]，RAGE是介导Aβ从外周向脑组织转运的重要受体，当RAGE结合Aβ由外周透过BBB后，Aβ和RAGE会影响紧密黏连蛋白(zonaocculdens)表达，增加BBB通透性，并进一步损害BBB的功能与完整性[21,22]。有学者提出[17]，RAGE与Aβ的结合存在正反馈调节，会进一步提升RAGE的表达，进而增加Aβ由血脑屏障进入脑组织，形成恶性循环。Hong等[23]通过给AD大鼠注射RAGE抑制剂FPS-ZM1，检测到大鼠海马区Aβ含量明显降低，证实通过抑制RAGE的表达可以增强Aβ的清除。

3.2 低密度脂蛋白受体相关蛋白1

低密度脂蛋白受体相关蛋白1(low-density lipoproteinreceptor-related protein 1, LRP1)是一种多配体单一跨膜受体，属于内吞性受体，系低密度脂蛋白受体(LDLR)家族中的一员，在BMEC腔外侧表达，是Aβ向外周转运的重要受体[24]。在脑组织中，Aβ与LRP1的配体如载脂蛋白J、载脂蛋白E和α2-巨球蛋白等结合后，被LRP1识别，通过胞吞作用转运至外周[25,26]，为了避免血液中游离状态的Aβ含量过高，70%~90%的Aβ都是和LRP1紧密结合，通过血液运输到达肝脏被降解。LRP1不仅可以将Aβ移出脑组织，还可以将Aβ运输至小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元等细胞的溶酶体中进行细胞内降解[3]。有研究发现[26,27]，在AD的发展过程中，LRP1存在着自我冲突，在促进Aβ向外周清除的同时，还增强了APP的内吞作用和Aβ生成过程。临床证实，LRP1在AD患者和AD动物模型体内表达明显降低，进而导致脑Aβ沉积增加。LRP1和RAGE对Aβ的转运能力极强，体内Aβ的动态平衡很大程度上取决于两者[28]。有研究提出[29]，在理想状态下，如果中断Aβ从外周向脑组织转运，LRP1可以在1min左右就能将脑组织中所有Aβ转运至外周；反之，如果中断Aβ脑组织向外周转运，RAGE需要40min将血液中Aβ全部转运至脑组织中。

3.3 P-糖蛋白

P-糖蛋白(P-glycoproein, P-gp)是ATP 结合盒(ATP-binding cassette, ABC)转运体家族中重要的外排转运体，又称ABCB1，位于血脑屏障内皮细胞管腔膜[30]，分子量为170KD，其结构特征为两组各含610个氨基酸且结构近似的串联结构，通过60个氨基酸连接构成[31]，共1280个氨基酸。它能识别多种底物，并利用ATP水解产生的能量，以外排的方式将底物转运出BBB，减少在脑组织的含量，避免在大脑中蓄积[32]。P-gp对多数底物均具有特异性，为大脑提供了重要的保护，由于其高运输效力和结构特异性，被称为BBB的“守门员”[33]。P-gp可以将Aβ泵出脑组织外，Bruckmann等[34]通过检测缺少P-gp小鼠和正常小鼠的Aβ含量发现， P-gp的缺失会导致Aβ从大脑中清除显著降低。还有研究提出[35]，随着年龄的增长，BBB中外周转运受体LRP1和P-gp表达会明显下降，RAGE会成倍增加，从而导致Aβ脑组织和外周的动态平衡倾斜，引起脑内Aβ浓度增高。Hartz等[36]发现，抑制AD小鼠泛素-蛋白酶体途径，可防止P-gp降解并降低Aβ脑水平，也进一步证实P-gp可以有效地把Aβ从脑运输到血液，从而降低脑组织中Aβ的含量。

4 中药作用于Aβ转运受体

AD在中医范畴内属于“呆病”，在传统中医中就有诸多记载。2018年发布的《阿尔茨海默病的中医诊疗共识》提到，AD在早期、中期和晚期的症状分别为脾肾两虚、痰浊蒙窍和毒盛虚极等症状[37]。AD发病因素复杂，单靶点往往难以取得理想的治疗效果，中药本身具有多靶点、多途径等优势，在AD症状研究方面取得了一定的进展[38]。

近年来，研究者们发现大量中药单体、方剂可以通过调控Aβ转运受体蛋白、改变BBB生理结果等机制，对Aβ从脑组织向外周转运清除产生积极作用，进而达到降低脑组织中Aβ含量的目的。RAGE、LRP1和P-gp是Aβ跨BBB的主要受体，通过影响其表达，增强Aβ向脑外运输或减少Aβ向脑内流入，可以有效地减少Aβ在脑组织中沉积，避免引发神经损伤，改善其学习记忆能力。张云莎等[39]通过银杏内酯和银杏黄酮干预Aβ跨BBB低氧模型，证实银杏叶活性成分银杏内酯和银杏黄酮具有调节RAGE和LRP1、改善Aβ外周转运的作用。郑尧杰等[40]建立 Aβ25-35诱导的 PC12 细胞损伤模型，发现远志皂苷具有上调LRP1和下调RAGE的表达、抑制 Aβ毒性和保护神经元的作用。刘斌等[25]证实，补阳还五汤可上调外排转运体LRP1的表达，下调内向转运体RAGE的表达。郭园园等[41]通过四君子汤水提物干预Aβ25-35寡聚体诱导的人脑微血管内皮细胞，证实四君子汤可以有效降低RAGE和提升LRP1的mRNA及其蛋白的表达。以上研究成果说明，中药的单体或复方制剂可以通过调整Aβ的转运受体来改善对Aβ的清除。除了以上直接作用于Aβ转运受体外，还有改变BBB通透性[42]、调整转运受体特定配体表达程度[25]等间接影响Aβ跨膜的转运。

5 总结

β-淀粉样蛋白假说是AD目前最受认可的机制，脑内Aβ的生成速率长期高于清除速率是导致Aβ在脑组织中异常沉积的主要因素，而BBB是调控脑内外浓度、维持动态平衡的重要部位。有研究证实，AD的发生与发展和周细胞变性、内皮细胞损伤、星形胶质细胞去极化、紧密连接完整性降低和基底膜紊乱触发等一系列BBB损伤有密切关联[43]。同样，脑内Aβ过多聚集与RAGE结合会损伤BMEC之间的紧密连接。在脑组织中，Aβ大量聚集会引发后续的炎性反应和氧化应激，最终导致了AD的病情恶化[44]，RAGE和LRP1是控制Aβ动态平衡的重要介导受体。AD的发病因素复杂多样，应该从多靶点、多途径进行干预治疗。近年来，随着中药在治疗AD方面宝贵价值逐渐被发掘，大量的传统中药单体和复方制剂需要探索和实验，由于中药成分的复杂性和多元性，仍需要付出大量的时间进行科研探索。