張歆 黃南渠 巴智勝 羅勇

阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)是一種常見(jiàn)于老年人的神經(jīng)退行性疾病，臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性記憶喪失、行為和學(xué)習(xí)障礙以及認(rèn)知障礙，約占老年性癡呆的50%～75%。AD起病緩慢，多見(jiàn)于70歲以上老人，亦見(jiàn)于老年前期。隨著全球老齡人口數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，AD患病率也隨之升高[1]。截至目前，有關(guān)AD的病因、發(fā)病機(jī)制并不清楚，治療手段有限。

關(guān)于AD的發(fā)病機(jī)制，目前得到廣泛認(rèn)可的學(xué)說(shuō)是β-淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)級(jí)聯(lián)學(xué)說(shuō)及tau蛋白學(xué)說(shuō)，但相關(guān)藥物的臨床試驗(yàn)一直未取得成功[2]；此外，亦有氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)機(jī)制及線粒體功能障礙等假說(shuō)。雖然Aβ和Tau蛋白各自沉積形成的神經(jīng)炎性斑(neuritic plagues，NPs)及神經(jīng)元纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs)被認(rèn)為是AD的特征性病理改變，而在尸檢者中有相當(dāng)一部分死者同時(shí)存在NPs和NFTs，但其在生前未出現(xiàn)相應(yīng)臨床表現(xiàn)。是否有其他蛋白質(zhì)在這種現(xiàn)象中發(fā)揮作用？Josephs等對(duì)342例死亡后經(jīng)病理診斷為AD者的腦組織標(biāo)本進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，57%患者的神經(jīng)元中含有TDP-43(TAR DNA-binding domain protein 43，TDP-43)，TDP-43陽(yáng)性者比陰性者更容易出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙，且認(rèn)知功能障礙的嚴(yán)重程度與TDP-43的廣泛分布呈正相關(guān)，提出了TDP-43可能是除Aβ和tau蛋白以外與AD發(fā)病相關(guān)的第3種蛋白質(zhì)[3]。另有研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)TDP-43可能參與到凋亡途徑并成為AD的發(fā)病機(jī)制[4]?，F(xiàn)就TDP-43與AD細(xì)胞凋亡的相關(guān)性做一綜述。

1 TDP-43

TDP-43是一種核蛋白，具有高度的特異性，是由414個(gè)氨基酸構(gòu)成的一種多功能DNA及RNA結(jié)合蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量約43000，在RNA轉(zhuǎn)錄、選擇性剪接及mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)等過(guò)程中發(fā)揮重要功能[5]。TDP-43主要定位于細(xì)胞核，在其多肽鏈N端有兩個(gè)高度保守的RNA識(shí)別序列參與RNA/DNA的結(jié)合，此外，TDP-43的N端可以介導(dǎo)同源二聚體的形成。TDP-43包含一個(gè)核定位信號(hào)和一個(gè)允許核質(zhì)穿梭的核輸出信號(hào)。TDP-43的C端為甘氨酸富集區(qū)，在物種間保守程度較低，參與蛋白-蛋白相互作用，影響其溶解性和細(xì)胞定位[6]，且在神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病患者中發(fā)現(xiàn)的大部分TDP-43突變位于該區(qū)域。在基因突變或慢性壓力損傷等情況下，TDP-43被水解切割成相對(duì)分子量為25000或35000的片段，而這些片段的過(guò)度磷酸化和泛素化可導(dǎo)致TDP-43從正常細(xì)胞核定位被重新分布到細(xì)胞質(zhì)并形成不溶性聚集體[7]。

2 TDP-43與AD

TDP-43目前被認(rèn)為是肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)和額顳葉癡呆(frontotemporal lobe degeneration，F(xiàn)TLD)的主要發(fā)病基礎(chǔ)之一，二者的共同點(diǎn)是神經(jīng)系統(tǒng)的殘存神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞中存在泛素化陽(yáng)性包涵體，而TDP-43是該包涵體的主要蛋白質(zhì)成分[8]。研究表明，過(guò)表達(dá)TDP-43在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)和軸突中錯(cuò)誤定位，形成陽(yáng)性包涵體，影響運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突生長(zhǎng)，破壞細(xì)胞骨架完整性，從而導(dǎo)致ALS和FTLD的發(fā)生[9]。TDP-43亦在其他神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中表達(dá)，例如帕金森病、亨廷頓病以及AD[10]。在20%～50%的散發(fā)性AD患者中可發(fā)現(xiàn)TDP-43的病理性沉積[11]，提示TDP-43可能是AD相關(guān)的標(biāo)記蛋白。TDP-43在AD患者腦區(qū)中的沉積可分為6個(gè)不同時(shí)期：在神經(jīng)元中，TDP-43沉積在杏仁核為第1期，然后移動(dòng)到內(nèi)嗅皮層為第2期，到海馬齒狀回和枕顳葉皮層為第3期，到島葉皮質(zhì)、腹側(cè)紋狀體、基底前腦和下顳葉為第4期，到黑質(zhì)、下橄欖核和中腦頂蓋為第5期，最后到達(dá)基底神經(jīng)節(jié)和中額葉皮質(zhì)為第6期[12-13]。異常定位于細(xì)胞質(zhì)的TDP-43包涵體與AD相關(guān)，并獨(dú)立于病理特征NPs和NFTs?；旌蟃DP-43、Aβ和tau蛋白病理的患者比僅混合Aβ和tau蛋白病理的患者中AD的發(fā)病率更高[14]，表明病理性TDP-43與AD的發(fā)病可能具有高度關(guān)聯(lián)。

TDP-43的異常表達(dá)與AD的關(guān)系引起學(xué)者們的關(guān)注。一項(xiàng)針對(duì)宗教人員關(guān)于衰老和AD的縱向臨床病理學(xué)研究(religious order study)證實(shí)，TDP-43在AD中的表達(dá)高于無(wú)認(rèn)知障礙和輕度認(rèn)知障礙組[15]。Rauramaa等通過(guò)分析1388例行尸檢者腦組織切片發(fā)現(xiàn)，其中250例(18%)大腦海馬顆粒細(xì)胞層存在TDP-43異常沉積，其中輕度認(rèn)知功能障礙組存在TDP-43異常沉積者達(dá)35%，而在病理診斷AD的患者中該比例達(dá)46%[16]。存在病理性TDP-43沉積的患者海馬萎縮更加嚴(yán)重，臨床癡呆分級(jí)量表(clinical dementia rating，CDR)、簡(jiǎn)易智能狀態(tài)評(píng)估量表(mini-mental state examination，MMSE)、波士頓命名測(cè)試(the Boston naming test，BNT)得分更差，提示異常TDP-43沉積對(duì)AD患者的記憶喪失、認(rèn)知功能和內(nèi)側(cè)顳葉萎縮具有明顯相關(guān)性[17]。

3 TDP-43與細(xì)胞凋亡

3.1 細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡指由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的過(guò)程。在生理?xiàng)l件下，凋亡是機(jī)體為更好適應(yīng)生存環(huán)境而主動(dòng)發(fā)生的一種細(xì)胞死亡過(guò)程，機(jī)體通過(guò)移除受損或不必要的細(xì)胞來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)[18]，在生物進(jìn)化過(guò)程以及維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和多個(gè)系統(tǒng)的發(fā)育中具有重要作用；但在病理?xiàng)l件下，異常凋亡可導(dǎo)致自體損傷，這種現(xiàn)象與許多疾病的發(fā)生有直接或間接的關(guān)系。近來(lái)越來(lái)越多的研究表明凋亡的異常在AD的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中起到重要作用，凋亡通路信號(hào)的激活可能是AD的致病因素[19-22]。

3.2 TDP-43與凋亡相關(guān)蛋白

3.2.1TDP-43與Caspase家族：Caspase是一種半胱氨酸蛋白酶家族，在細(xì)胞凋亡(Caspase-2、-3、-6、-7、-8、-9和-10)、炎性反應(yīng)(Caspase-1、-4、-5、-11和-12)等不同過(guò)程中發(fā)揮重要作用[23]。研究表明，Caspase活化可導(dǎo)致AD神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生退行性改變[24]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的超載或不足與凋亡過(guò)程中Caspase的激活有關(guān)[25]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，包括代謝、增殖和分化，其穩(wěn)態(tài)的改變與AD等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病有關(guān)[26]。Ca2+在細(xì)胞凋亡途徑中充當(dāng)信號(hào)傳遞的角色，在多種細(xì)胞類型中，限制細(xì)胞Ca2+的有效利用率可誘發(fā)細(xì)胞凋亡。特別是通過(guò)細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)Ca2+螯合物孵育的細(xì)胞通過(guò)激活Caspase-3介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，Caspase-3被認(rèn)為是凋亡過(guò)程的執(zhí)行者。其中TDP-43最終被Caspase-3和Caspase-7裂解為相對(duì)分子質(zhì)量為42000、35000和25000的片段[27]。有研究將這些片段與AD的發(fā)病聯(lián)系在一起[28]，提示這些片段在腦內(nèi)的富集可能是AD的發(fā)病基礎(chǔ)，而TDP-43可能是這條途徑的重要環(huán)節(jié)。

3.2.2TDP-43與Bcl-2家族、p53蛋白：除Caspase以外，還有多種凋亡調(diào)控基因。Bcl-2家族可分為促凋亡基因(如Fas、Bax、ICE、Bbc3、Bim等)、抑凋亡基因(如Bcl-2、EIB、IAP等)及雙向調(diào)節(jié)基因(如C-myc、Bcl-x)[29-30]。包括Bim、Bcl-2、Bcl-x在內(nèi)的基因參與凋亡信號(hào)的傳導(dǎo)過(guò)程，并且可能涉及TDP-43誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，但在凋亡過(guò)程中發(fā)揮怎樣的機(jī)制并不完全清楚[31-32]。p53蛋白是細(xì)胞正常運(yùn)作所必需的調(diào)節(jié)因子，可調(diào)控細(xì)胞衰老及細(xì)胞DNA的修復(fù)，當(dāng)基因損傷嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)時(shí)，p53蛋白則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[33]。González de Aguilar等對(duì)過(guò)表達(dá)G86R突變形式的轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，p53信號(hào)通路在sod1家族性ALS小鼠中被激活，并可能通過(guò)調(diào)節(jié)Bcl-x/Bax比值在脊髓神經(jīng)元凋亡中發(fā)揮致病作用[34]。有研究結(jié)果顯示，在神經(jīng)退行性疾病受影響的神經(jīng)元中檢測(cè)到p53水平升高[35]。Vogt等通過(guò)構(gòu)建TDP-43野生型及突變體轉(zhuǎn)基因小鼠模型探討p53和TDP-43誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡之間的因果聯(lián)系發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)TDP-43可使促凋亡基因Bbc3和Bax表達(dá)上調(diào)，而B(niǎo)bc3和Bax基因?yàn)閜53的下游靶點(diǎn)，過(guò)表達(dá)TDP-43可誘導(dǎo)p53介導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡，通過(guò)抑制p53可挽救神經(jīng)元細(xì)胞凋亡；此外，該研究亦觀察到過(guò)表達(dá)TDP-43后，轉(zhuǎn)入突變體質(zhì)粒的人iPS細(xì)胞的小鼠皮層神經(jīng)元發(fā)生死亡，通過(guò)抑制p53也可挽救這種神經(jīng)元細(xì)胞死亡[36]。盡管TDP-43如何激活p53的表達(dá)尚不清楚，其對(duì)凋亡蛋白的調(diào)控可能還有多條未知途徑，但至少在某種程度上提示TDP-43可能通過(guò)間接的誘導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)而發(fā)生細(xì)胞凋亡[36]。以上研究表明，TDP-43與細(xì)胞凋亡之間似乎存在著不可否認(rèn)的關(guān)聯(lián)，并且可能與AD在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病有關(guān)。

綜上所述，對(duì)于TDP-43，既往大多數(shù)研究集中在其與ALS和FTLD的關(guān)系方面，而近年來(lái)TDP-43在AD患者的腦組織病理切片中被發(fā)現(xiàn)，提出TDP-43在神經(jīng)元的異常聚集也是AD特征性表現(xiàn)。TDP-43可能是與AD發(fā)病相關(guān)的第3種蛋白質(zhì)，在AD的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮作用，但它與細(xì)胞凋亡之間的相關(guān)性尚不明確。部分研究表明，AD可能與TDP-43參與的凋亡機(jī)制有關(guān)，TDP-43可能是其中的重要環(huán)節(jié)，但目前相關(guān)報(bào)道并不多。進(jìn)一步深入研究TDP-43與AD的關(guān)系，可能對(duì)探討AD發(fā)病機(jī)制及治療具有重要意義，期待針對(duì)TDP-43的靶向治療可作為AD的一種治療方法，為AD患者帶來(lái)新的希望。