董雯，王蓉,3

β淀粉樣肽與阿爾茨海默病的研究進展

董雯1,2，王蓉1,2,3

阿爾茨海默?。ˋD）是癡呆中最常見的類型。β淀粉蛋白（Aβ）被認(rèn)為是導(dǎo)致該疾病的主要毒性物質(zhì)，但具體是Aβ纖維絲還是寡聚體存在著爭論。本綜述以淀粉樣蛋白級聯(lián)假說為線索，闡述不同狀態(tài)的Aβ的神經(jīng)毒性以及它們之間的聯(lián)系，對以Aβ為靶點的AD治療有重要意義。

阿爾茨海默?。沪碌矸蹣与?；Aβ纖維絲；Aβ寡聚體

rong_wang72@aliyun.com

阿爾茨海默?。ˋ lzheimer's disease，AD）是發(fā)生于老年期的最常見癡呆類型之一，屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，典型癥狀是進行性認(rèn)知功能障礙，包括記憶、定位、判斷和推理，最終喪失說話和活動能力[1]。AD患者的腦部，特別是海馬、杏仁核及顳葉，會發(fā)生選擇性神經(jīng)元丟失和突觸功能異常，并伴隨著細(xì)胞外β淀粉樣肽（β-amyloid peptide，Aβ）沉積為核心的老年斑（senile plague，SP）和細(xì)胞內(nèi)過度磷酸化的Tau蛋白為核心的神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFT）的形成[2]。AD 影響著全球約4 400萬人，據(jù)最新發(fā)布的《2013年世界阿爾茨海默病報告》顯示，我國AD患者數(shù)量約為800萬～1 000萬。該病的患病率和致殘率高，病程長且治療費用高，給患者家庭和社會帶來極大的負(fù)擔(dān)[3]。

AD的發(fā)病機制學(xué)說眾多，有自由基損傷假說、微管相關(guān)蛋白功能異常假說、Aβ毒性假說、血管因素假說、胰島素假說、基因突變假說，其中最受到關(guān)注的是Aβ毒性假說[4]。

Aβ是淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）經(jīng)過2種酶的裂解過程產(chǎn)生。先通過β分裂酶將APP剪切為sAPPβ片段和C末端片段（CTFβ），接著CTFβ由γ分裂酶剪切為Aβ單體（主要有Aβ40和Aβ42）和淀粉樣蛋白胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（AICD）[5]。這些Aβ單體從不規(guī)則螺旋或α螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B結(jié)構(gòu)，促進了單體之間的聚集，形成短的可溶的相對穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，稱為寡聚體（oligomer）。這些小的β片層寡聚體發(fā)生構(gòu)象重排后積聚形成晶核，并繼續(xù)和具有一定亞單位組成的結(jié)構(gòu)可變的寡聚體相互作用，形成原纖維。原纖維成束聚集成不溶性的β片層纖維絲（fibril），并在神經(jīng)纖維網(wǎng)內(nèi)沉積形成SP[6]。基于Aβ毒性假說，認(rèn)為Aβ是AD的主要致病因子，但是哪種類型的Aβ存在真正的毒性一直有爭議，是不溶性的Aβ纖維絲，還是可溶性的Aβ寡聚體？本綜述闡述不同狀態(tài)的Aβ的神經(jīng)毒性及它們之間的聯(lián)系，對以Aβ為靶點的AD治療有重要意義。

1 Aβ纖維絲的毒性作用

1984年，Glenner和 Wong[7]從 AD 和 Down綜合征患者腦膜血管壁發(fā)現(xiàn)一種由39～43個氨基酸組成的具有β折疊的Aβ多肽，相對分子質(zhì)量約為4 kDa。1985年，Aβ被認(rèn)為是AD患者腦組織SP的最主要的組成成分[8]。1992年，Hardy和Higgins[9]提出“淀粉樣蛋白級聯(lián)假說”，認(rèn)為Aβ以SP的形式沉積下來激發(fā)了神經(jīng)毒性級聯(lián)反應(yīng)，繼而發(fā)生神經(jīng)退行性病變，導(dǎo)致AD的發(fā)生。不溶性Aβ纖維絲是觸發(fā)AD的首要毒性物質(zhì)。大量的研究支持了該假說，表明Aβ纖維絲有毒性。Aβ纖維絲沉積并形成SP對突觸及神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生損傷，破壞神經(jīng)元離子平衡，誘導(dǎo)氧自由基增加，從而加速細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致大范圍的神經(jīng)功能異常和信號傳導(dǎo)障礙。

尸檢腦組織已發(fā)現(xiàn)，與非AD患者相比，AD患者腦中存在顯著高濃度的淀粉樣斑塊。將凝集的Aβ纖維絲注入嚙齒類動物腦中，出現(xiàn)類似AD患者的神經(jīng)系統(tǒng)病變。Kwon等[10]將Aβ25-35纖維絲注射入小鼠，發(fā)現(xiàn)其學(xué)習(xí)和記憶能力損傷。觀察APP轉(zhuǎn)基因大鼠腦組織，發(fā)現(xiàn)Aβ纖維絲沉積區(qū)神經(jīng)元發(fā)生了畸變，海馬的結(jié)構(gòu)和功能受到損傷[11]。在果蠅AD模型中，這些果蠅出現(xiàn)了與AD患者類似的功能異常，表現(xiàn)為運動能力減弱和突觸傳遞障礙，而且壽命也明顯縮短[12]。體外培養(yǎng)海馬神經(jīng)元實驗也證實Aβ纖維絲具有神經(jīng)毒性。1993年，Pike等[13]發(fā)現(xiàn)人工合成的具有典型聚合態(tài)的Aβ纖維絲對培養(yǎng)的大鼠海馬神經(jīng)元具有毒性。解除Aβ的聚集狀態(tài)后，其毒性下降。之后，Lorenzo和Yankner[14]也發(fā)現(xiàn)人工合成的Aβ纖維絲對海馬神經(jīng)元有毒性，而剛果紅可以減輕其毒性，因為剛果紅可以抑制纖維絲的形成。另外，非結(jié)晶態(tài)的非淀粉樣Aβ聚合物是沒有毒性的。

尸檢、動物和細(xì)胞模型都驗證了Aβ纖維絲對AD具有毒性，但仍存在不少疑問。首先，AD患者的癡呆嚴(yán)重程度與SP的數(shù)量和分布并無恒定相關(guān)性[15]。其次，SP的形成需要時間，多種APP轉(zhuǎn)基因大鼠神經(jīng)元缺失并伴有學(xué)習(xí)記憶障礙的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)早于SP沉積[16]。第三，細(xì)胞實驗只注意到培養(yǎng)液中含有Aβ單體是無毒害的，但認(rèn)為聚合的終產(chǎn)物僅有Aβ纖維絲，沒考慮到中間產(chǎn)物，如Aβ寡聚體[14]。細(xì)胞實驗也缺乏類似于體內(nèi)的大分子群集現(xiàn)象，不出現(xiàn)腦組織中的細(xì)胞復(fù)制和突觸交互作用。

2 Aβ寡聚體的毒性作用

隨著研究的深入，越來越多的研究認(rèn)為可溶性Aβ寡聚體，在AD早期階段起毒性作用，比不溶性Aβ纖維絲毒性更強。1998年，Selkoe及其團隊便發(fā)現(xiàn)Aβ寡聚體可迅速誘導(dǎo)突觸可塑性功能喪失，提出Aβ寡聚體毒性致AD假說[17,18]。

隨后不斷發(fā)現(xiàn)在AD患者和AD模型動物大腦中突觸功能的異常和神經(jīng)元丟失與可溶性Aβ寡聚體有關(guān)，而不是Aβ單體或不溶性的Aβ纖維絲。Holscher等[19]將可溶性Aβ25-35寡聚體注入動物側(cè)腦室后，放射迷宮行為學(xué)測試發(fā)現(xiàn)動物空間學(xué)習(xí)能力明顯下降。Dineley等[20]往小鼠腦室內(nèi)注射Aβ寡聚體引起恐懼記憶受損。使用人類APP轉(zhuǎn)基因小鼠模型，讓其過量表達多種與家族性AD相關(guān)的APP突變產(chǎn)物，產(chǎn)生了與AD患者神經(jīng)病理學(xué)結(jié)構(gòu)類似的斑塊。Lesné等[21]在Tg2576轉(zhuǎn)基因小鼠試驗中，發(fā)現(xiàn)表達一種56 kDa的Aβ多肽（Aβ*56），嚴(yán)重破壞記憶力。純化得到的Aβ*56注射到正常小鼠腦中，能導(dǎo)致小鼠記憶損傷。Aβ*56被認(rèn)為是AD的觸發(fā)分子，在AD發(fā)生早期起關(guān)鍵作用[22,23]。離體海馬腦片灌流實驗證明了Aβ寡聚體的毒性。將AD患者腦中純化的Aβ寡聚體給予離體灌流腦片時，海馬長時程增強（long-term potentiation，LTP）的誘導(dǎo)可被抑制[18]。海馬LTP被公認(rèn)是研究認(rèn)知功能障礙疾病如AD的理想模型，Aβ寡聚體通過與α7-nACh受體結(jié)合，引起Ca2+內(nèi)流甚至Ca2+超載從而激活鈣調(diào)磷酸酶，導(dǎo)致N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR）去磷酸化，從而減少NMDAR在突觸上的密度，使谷氨酸能通路傳導(dǎo)受損，最終影響突觸功能并減弱LTP[24,25]。Decke等[26]通過培養(yǎng)敲除NMDAR基因的海馬神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)可避免由Aβ寡聚體引起的毒性損傷。這可能是防止Ca2+內(nèi)流，維持了Ca2+穩(wěn)態(tài)。Aβ寡聚體還可激活A(yù)MPA受體，使線粒體Ca2+超載，功能紊亂，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致突觸改變和神經(jīng)元死亡[24]。神經(jīng)元培養(yǎng)試驗支持Aβ寡聚體具有毒性的假說，且毒性作用與Aβ寡聚體濃度呈正相關(guān)[27]。從AD患者腦中純化的Aβ寡聚體能誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元Tau蛋白的過度磷酸化，失去原本穩(wěn)定微管的作用，導(dǎo)致微管解聚，細(xì)胞骨架破壞，正常軸突轉(zhuǎn)運系統(tǒng)受損，神經(jīng)功能障礙和神經(jīng)元死亡[28]。海馬神經(jīng)元敲除Tau蛋白后可以減輕Aβ寡聚體對細(xì)胞骨架的破壞和神經(jīng)營養(yǎng)的障礙[29]。Aβ寡聚體通過NMDAR可激活CaMKKβ和AMPK，使Tau蛋白過度磷酸化從而影響微管結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，導(dǎo)致神經(jīng)病變[30]。

3 Aβ寡聚體和Aβ纖維絲聯(lián)合毒性作用

有學(xué)者認(rèn)為Aβ纖維絲沒有實際作用，只是作為一種有利于寡聚體擴散的載體，或Aβ纖維絲本身不具有毒性，但是可以間接引發(fā)神經(jīng)毒性。

淀粉樣蛋白級聯(lián)假說認(rèn)為，在纖維絲的形成過程產(chǎn)生了許多中間毒性因子，其中最主要的是寡聚體[31]。Aβ經(jīng)孵育老化后能形成Aβ纖維絲，此過程中還能形成大量的可溶性Aβ寡聚體，Aβ毒性增加。小膠質(zhì)細(xì)胞實驗表明，大分子不溶性Aβ纖維絲可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，識別細(xì)胞表面受體如清道夫受體后被吞噬，由溶酶體定向攝取，由溶酶體酶部分降解，產(chǎn)生寡聚體碎片[32]。這些寡聚體使溶酶體膜破裂，釋放入細(xì)胞，與其他蛋白酶體發(fā)生交互作用，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙甚至死亡。溶酶體中的Ca2+和水解酶也釋放入細(xì)胞，共同參與細(xì)胞凋亡。Aβ纖維絲引起細(xì)胞募集和死亡的惡性循環(huán)，原因在于瀕死的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放出多種Aβ寡聚體，破壞了神經(jīng)元和新的炎性細(xì)胞。AD的炎癥假說[33]支持以上實驗，認(rèn)為在SP中的Aβ纖維絲及在AD腦內(nèi)呈彌散性分布的Aβ寡聚體都具有神經(jīng)毒性作用。

4 相反的結(jié)論—Aβ的保護作用

近年來，還是有學(xué)者在懷疑Aβ的病理作用，提出Aβ具有保護作用?？扇苄訟β肽類存在于正常人體血清及腦脊液中，是維持神經(jīng)功能不可或缺的多肽。幾乎所有細(xì)胞都存在一定量Aβ。2007年，有學(xué)者[34]提出了一個新的假說：淀粉樣蛋白交替假說（alternate amyloid hypothesis），認(rèn)為Aβ不是導(dǎo)致AD的啟動物質(zhì)，而是對神經(jīng)損傷具有保護作用的物質(zhì)，Aβ具有氧化還原活性，在一定的生理濃度范圍，在體內(nèi)作為抗氧化劑，可以減輕氧化應(yīng)激損傷，維持突觸的結(jié)構(gòu)和功能，保護神經(jīng)元，有利于維持正常的學(xué)習(xí)和記憶能力。Giuffrida等[35]證實人工合成的Aβ42單體通過PI-3-K途徑，激活I(lǐng)GF-1或其它胰島素超家族受體起到保護神經(jīng)元的作用。Bishop等[36]給正常小鼠海馬注射皮摩爾級Aβ42單體或寡聚體，Aβ通過螯合作用抑制多過的 Al3+、Fe3+、Cu2+等金屬離子的氧化應(yīng)激，顯著增強海馬LTP和動物的參考與背景記憶。另外，Aβ還具有抗凝血、保持血管完整性的作用，如果盲目去除患者體內(nèi)的Aβ將導(dǎo)致腦出血等副作用[37]。

如果淀粉樣蛋白交替假說正確，AD的大量研究將受到懷疑，研究的焦點將轉(zhuǎn)向氧化應(yīng)激和炎癥過程。目前，對Aβ在AD中的認(rèn)識雖然比較模糊，但從大量實驗證據(jù)可以看出，在一定生理范圍內(nèi)，Aβ可能具有神經(jīng)保護作用，隨著濃度的增加，逐漸具有神經(jīng)毒性作用，到某一個程度以后，毒性作用大于保護作用。

5 小結(jié)

關(guān)于哪種類型的Aβ具有真正的毒性仍然存在爭議。但到目前為止，多數(shù)重要的證據(jù)表明Aβ寡聚體最具有毒性，且Aβ纖維絲和寡聚體的神經(jīng)毒性作用可能不同，兩者存在復(fù)雜的關(guān)系。Aβ寡聚體具有超強的擴散能力，大量聚集在腦組織區(qū)域，與神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞相互作用。Aβ纖維絲在AD發(fā)病中的作用和Aβ寡聚體一起完成，而不能獨立產(chǎn)生效果。

綜上所述，Aβ與AD之間存在密切關(guān)系，Aβ是觸發(fā)AD的必要條件，但非充分條件。靶向Aβ產(chǎn)生、聚集和清除等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的AD治療藥物研發(fā)成為臨床研究的主要方向之一。Aβ的分子構(gòu)型、聚集程度和溶解性與其神經(jīng)毒性的有無和強弱有重要關(guān)系，其生理或病理的作用對AD的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。Aβ的沉積發(fā)生于AD的早期，因此，Aβ是導(dǎo)致AD的一個重要因素和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。了解Aβ的生成、聚合和清除機制，并以Aβ為切入點，綜合應(yīng)用各種方法抑制Aβ毒性，以較低的藥物劑量達到較好的治療效果并減少副作用，有利于延緩AD的發(fā)生和發(fā)展。

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R741；R742；R749.1+6

A

DOI10.3870/sjsscj.2014.05.020

1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院中心實驗室 北京100053

2.北京市老年病醫(yī)療研究中心 北京100053

3.北京腦重大疾病研究院阿爾茨海默病研究所 北京100053

北京市自然科學(xué)基金 （No.7132044） 首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項 （No.首發(fā)2011-1001-02）

2014-04 -19

王蓉

（本文編輯：唐穎馨）