何佳歡綜述，孫曉紅審校

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是一種以進(jìn)行性認(rèn)知功能下降和行為能力受損為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。病理特征主要表現(xiàn)為β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集形成老年斑及微管相關(guān)蛋白tau蛋白異常高度磷酸化導(dǎo)致神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)，也包括突觸細(xì)胞丟失、異常神經(jīng)元變性壞死等[1,2]。

細(xì)胞凋亡主要是一種由基因調(diào)控的細(xì)胞發(fā)生程序化死亡現(xiàn)象，在生物體內(nèi)細(xì)胞凋亡必不可少。胚胎正常發(fā)育過程中，生理性細(xì)胞凋亡負(fù)責(zé)清除局部細(xì)胞及受損的異常細(xì)胞來維持組織細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。某些病理性因素的影響下，細(xì)胞凋亡過程則對生命體有害，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的發(fā)生[3]。線粒體電壓依賴性陰離子通道1(VDAC1)是一種中樞蛋白，在線粒體外膜(OMM)表達(dá),調(diào)節(jié)細(xì)胞的主要代謝和能量功能。研究證實(shí)AD與VDAC1過度表達(dá)觸發(fā)細(xì)胞凋亡有關(guān)。因此，本文就近年來有關(guān)細(xì)胞凋亡及與VDAC1的聯(lián)系在AD中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞凋亡的概述

1.1 細(xì)胞凋亡的形成 1965年，有研究學(xué)者在結(jié)扎鼠肝門靜脈后發(fā)現(xiàn)了一些死亡細(xì)胞，它們體積縮小，染色質(zhì)凝聚，脫落后被巨噬細(xì)胞吞噬，但這些死亡細(xì)胞溶酶體完好，機(jī)體并無任何炎癥反應(yīng)形成，由此，“細(xì)胞凋亡”這一現(xiàn)象引發(fā)人們關(guān)注。細(xì)胞凋亡早期，細(xì)胞萎縮，細(xì)胞質(zhì)變稠，細(xì)胞器堆積緊密，隨后細(xì)胞發(fā)生廣泛的質(zhì)膜起泡，核膜漏出將細(xì)胞碎片分離為凋亡小體，隨后被巨噬細(xì)胞、實(shí)質(zhì)細(xì)胞或贅生性細(xì)胞吞噬并在吞噬溶酶體內(nèi)降解[4]。

1.2 細(xì)胞凋亡傳導(dǎo)通路 由于細(xì)胞凋亡啟動階段不同可將細(xì)胞凋亡過程分為：線粒體通路、死亡受體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路、穿孔素/顆粒酶通路。

線粒體通路：線粒體是細(xì)胞中的“能量制造工廠”為細(xì)胞供應(yīng)能量，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡，調(diào)節(jié)機(jī)體鈣穩(wěn)態(tài)以及活性氧(ROS)生成，并參與細(xì)胞凋亡等眾多生理過程。在線粒體通路啟動細(xì)胞凋亡過程中，促凋亡蛋白和線粒體外膜或胞漿中抗凋亡蛋白Bcl-2作用，拮抗Bcl-2抗凋亡功能，促進(jìn)線粒體外膜滲透(MOMP)，MOMP導(dǎo)致細(xì)胞色素C(Cyt-c)、線粒體胱天蛋白酶(caspases)激活劑(Smac)和細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)從線粒體內(nèi)釋放，引起細(xì)胞凋亡。Cyt-c在細(xì)胞膜迅速釋放與細(xì)胞凋亡相關(guān)因子(APAF1)結(jié)合，APAF1寡聚形成凋亡小體切割procaspase-9以產(chǎn)生活化的caspase-9，后者又激活caspase-3導(dǎo)致DNA斷裂。Smac釋放到細(xì)胞質(zhì)后與凋亡抑制蛋白(IAPs)結(jié)合使IAPs失活，細(xì)胞凋亡過程得以順利進(jìn)行。AIF錨定于線粒體內(nèi)膜，被鈣依賴性蛋白酶切割后通過核定位信號(Nuclear localization sequence,NLS)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，誘導(dǎo)DNA片段化和染色質(zhì)濃縮介導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生[4～6]。目前，對此通路的調(diào)控機(jī)制仍未完全明確，線粒體蛋白的釋放也成為研究線粒體通路調(diào)控細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵。

死亡受體通路：死亡受體是屬于腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor,TNFR)基因超家族的一種跨膜蛋白，與腫瘤壞死因子配體(TNF)基因超家族的細(xì)胞因子相互作用通過募集兩種適配器蛋白(TNF受體相關(guān)死亡域蛋白TRADD和Fas受體相關(guān)死亡域蛋白FADD)來傳遞死亡信號。TRADD招募FADD引發(fā)下游procaspase-8發(fā)生自裂，產(chǎn)生活化的caspase-8裂解procaspase-3，產(chǎn)生活化的caspase-3，負(fù)責(zé)多種細(xì)胞內(nèi)蛋白降解的最終執(zhí)行。Fas受體與FADD和procaspase-8形成誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的信號復(fù)合物(death-inducing signaling complex,DISC)，產(chǎn)生的caspase-8能夠有效裂解Bcl-2家族成員Bid，產(chǎn)生活性tBid因子激活促凋亡因子Bax,隨后Bax與線粒體外膜互相結(jié)合，通過線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[4]?？梢娋€粒體通路與死亡受體通路相互聯(lián)系共同推動細(xì)胞凋亡過程的發(fā)生。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum,ER)是細(xì)胞內(nèi)鈣離子的主要“儲存庫”，它也是一個依賴于蛋白質(zhì)伴侶的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制系統(tǒng)。蛋白質(zhì)伴侶能識別錯誤折疊的蛋白質(zhì)，并促進(jìn)它們正確構(gòu)象折疊，如果折疊過程失敗，錯誤折疊的蛋白質(zhì)在ER腔中積累稱為“ER應(yīng)激”。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子平衡被破壞或者內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)積累會使位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的caspase-12表達(dá)，并導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中的caspase-7轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面，激活的caspase-12進(jìn)一步剪切caspase-3參與細(xì)胞凋亡過程[4]。

穿孔素/顆粒酶通路：該通路與T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性和穿孔素顆粒酶依賴性殺傷細(xì)胞有關(guān)。分泌跨膜孔形成分子穿孔素，通過孔釋放胞質(zhì)顆粒并進(jìn)入靶細(xì)胞，隨后分泌的顆粒酶A或顆粒酶B誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。顆粒酶A途徑通過損傷單鏈DNA激活非caspase依賴性細(xì)胞凋亡途徑，并且通過促進(jìn)鐵硫蛋白裂解使線粒體新陳代謝功能障礙,此過程產(chǎn)生的ROS使SET復(fù)合物(SET complex)裂解，釋放的脫氧核糖核酸酶Nm23-H1使染色體DNA形成單鏈DNA裂口引起DNA斷裂導(dǎo)致靶細(xì)胞凋亡。顆粒酶B可以在靶細(xì)胞的天冬氨酸殘基上直接切割caspases活化的DNA酶抑制劑(ICAD)激活caspase-10。同時(shí)顆粒酶B還可以有效利用線粒體細(xì)胞凋亡途徑特異性裂解Bid，并且誘導(dǎo)細(xì)胞色素大量產(chǎn)生來擴(kuò)增死亡信號，顆粒酶 B也可以直接與caspase-3作用，使caspase-3激活從而繞過上游信號通路，直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的執(zhí)行階段[7,8]，這說明線粒體途徑和caspase-3的直接激活是顆粒酶B誘導(dǎo)殺傷細(xì)胞的關(guān)鍵。

2 細(xì)胞凋亡與阿爾茨海默病

2.1 細(xì)胞凋亡與Aβ Aβ也稱β-淀粉樣蛋白，它是淀粉樣前體蛋白(APP)被β-、γ-蛋白酶分解后斷裂形成的一種未知功能的跨膜蛋白，Aβ堆積形成大腦皮質(zhì)老年斑是AD形成的重要原因，Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡也促使AD發(fā)生。Aβ消耗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+，導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)Ca2+超載，線粒體膜電位降低，Bax向線粒體移位，線粒體DNA氧化損傷，激活線粒體凋亡途徑[9]。研究發(fā)現(xiàn)在暴露于Aβ的皮質(zhì)神經(jīng)元中，活化的JNK是轉(zhuǎn)錄因子c-Jun磷酸化和活化的必需條件，而轉(zhuǎn)錄因子c-Jun又反過來刺激包括Fas配體在內(nèi)的多個靶基因的轉(zhuǎn)錄，F(xiàn)as配體與Fas受體結(jié)合后caspases活化，最終激活死亡受體凋亡途徑導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[10]。研究表明在線粒體重新定位之前，質(zhì)膜脂質(zhì)微區(qū)中雙唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂(GD3)可在神經(jīng)酰胺、Fas或TNF-α的促進(jìn)下快速積累導(dǎo)致Aβ刺激凋亡的發(fā)生[11]。此外，Toll樣受體(Toll-like receptor,TLRs)通過NF-κB導(dǎo)致NOD(nucleotide binding oligomerization)樣受體家族3(NOD-like receptors,NLRP3)上調(diào)參與caspase-8凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能是神經(jīng)細(xì)胞形成的Aβ纖維啟動的[12]。 鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶1(RCAN1)主要在AD患者海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元中存在，它在原代神經(jīng)元中過度表達(dá)激活caspase-9和caspase-3加劇Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡[13]。近年來，細(xì)胞凋亡與 Aβ相互作用的調(diào)節(jié)機(jī)制尚未闡明，但調(diào)控細(xì)胞凋亡的進(jìn)展也逐漸為AD的潛在治療方向提供新思路。

2.2 細(xì)胞凋亡與tau蛋白 微管相關(guān)蛋白tau蛋白過度磷酸化是AD的另一重要病理改變之一。通常微管蛋白支撐著微管的結(jié)構(gòu)，然而致病性tau蛋白與微管分離會損害神經(jīng)元的細(xì)胞骨架，胞質(zhì)中脫落的tau蛋白容易形成聚集物并進(jìn)一步發(fā)展為NFTs，不能被蛋白酶體系統(tǒng)或自噬系統(tǒng)降解，從而導(dǎo)致神經(jīng)元缺陷。研究發(fā)現(xiàn)tau的磷酸化增加與神經(jīng)細(xì)胞凋亡有關(guān)。用 Aβ處理胚胎大鼠海馬原代神經(jīng)細(xì)胞，觀察到tau磷酸化誘導(dǎo)tau蛋白激酶I(TPKI)增加，破壞了軸突運(yùn)輸最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。tau可以與突觸后致密蛋白-95(postsynaptic density-95,PSD-95)和非受體酪氨酸激酶Fyn相互作用，穩(wěn)定突觸后的N-甲基-D天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受體，延長NMDA受體激活可能導(dǎo)致大量Ca2+通過同一受體流入，從而使鈣蛋白酶激活和線粒體功能障礙，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[14]。此外，突變的tau可下調(diào)IAPs并激活caspase-3，同時(shí)顯著增加G2/M期阻滯的神經(jīng)元數(shù)量，這表明突變的tau會使成熟的神經(jīng)元凋亡或增加它們對細(xì)胞凋亡的敏感性。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，tau中幾個特定殘基的磷酸化會導(dǎo)致細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)和5-溴脫氧尿嘧啶核苷(5-Bromo-2-deoxyUridine,BrdU)上調(diào)，為tau磷酸化狀態(tài)影響細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)提供了證據(jù)[15]。值得注意的是，與tau磷酸化可以促進(jìn)聚集形成并增強(qiáng)細(xì)胞毒性的普遍觀點(diǎn)相反，一些研究表明tau的去磷酸化會加重細(xì)胞凋亡，tau的磷酸化反而可以保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免于凋亡。tau過度磷酸化競爭性抑制β-連環(huán)蛋白(β-catenin)在細(xì)胞質(zhì)中的蛋白水解，細(xì)胞質(zhì)β-catenin增加引起核β-catenin相應(yīng)增加使生存信號通路激活，從而導(dǎo)致細(xì)胞逃脫凋亡[16]。可見，tau和β-catenin的底物競爭性磷酸化使細(xì)胞具有抗凋亡作用，tau蛋白在不同殘基上磷酸化會對下游信號產(chǎn)生多樣化影響，可能改變細(xì)胞凋亡的途徑。總之，細(xì)胞凋亡與tau蛋白之間的相關(guān)機(jī)制十分復(fù)雜，還需進(jìn)一步深入探討。

2.3 細(xì)胞凋亡與VDAC1 VDAC1是一種多功能蛋白，在所有真核生物的線粒體外膜(OMM)上表達(dá)。三維結(jié)構(gòu)顯示它由19個跨膜β鏈組成，通過柔性環(huán)連接形成一個β鏈，在孔內(nèi)有一25個殘基長的N端結(jié)構(gòu)域。該蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞的主要代謝和能量功能，包括鈣穩(wěn)態(tài)、氧化應(yīng)激和線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。VDAC1作為線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵蛋白，參與線粒體促凋亡蛋白從膜間隔(intermembrane space,IMS)向胞漿的釋放過程，并與凋亡調(diào)控因子如Bcl-2、Bcl-XL和己糖激酶(hexokinase,HK)相互作用。當(dāng)存在凋亡誘導(dǎo)信號時(shí)，VDAC1以寡聚體結(jié)構(gòu)組裝，形成足夠大的通道以供Cyt-c通過導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。另外研究證明，即使沒有任何凋亡刺激，VDAC1過度表達(dá)也會形成寡聚體并促進(jìn)凋亡，說明VDAC1在單體和低聚物狀態(tài)之間動態(tài)平衡的改變誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡發(fā)生。最近的證據(jù)表明VDAC1在AD發(fā)病機(jī)制中具有重要作用，如在AD轉(zhuǎn)基因小鼠的海馬提取物中觀察到磷酸化VDAC1顯著增加,在AD患者大腦中也發(fā)現(xiàn)VDAC1過表達(dá)[17,18]。研究證實(shí)Aβ和VDAC1表達(dá)水平之間存在直接聯(lián)系，由于VDAC1的寡聚作用會觸發(fā)細(xì)胞凋亡，因此VDAC1在受AD影響的大腦中過表達(dá)可能與神經(jīng)細(xì)胞凋亡有關(guān)[19]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在某些疾病中糖原合酶激酶3(GSK3β)活性升高導(dǎo)致異常APP生成，從而增加Aβ產(chǎn)生和tau過度磷酸化，GSK3β使VDAC1在蘇氨酸51上磷酸化，導(dǎo)致HK從VDAC1中分離改變細(xì)胞代謝，從VDAC1分離后HK無法獲得線粒體ATP，減少了糖酵解和葡萄糖代謝所需的ATP供應(yīng)，并使細(xì)胞易于凋亡[20,21]。因此，干擾VDAC1的寡聚可能為治療與VDAC1過表達(dá)相關(guān)的AD等疾病提供一種新的治療策略。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，細(xì)胞凋亡在生物體內(nèi)意義重大，而神經(jīng)細(xì)胞異常凋亡與AD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，它在Aβ及tau 蛋白代謝過程中充當(dāng)關(guān)鍵角色，同時(shí)也與導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)蛋白VDAC1存在緊密聯(lián)系。但是細(xì)胞凋亡與AD之間的調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜，仍有待廣泛深入研究?？梢?，未來通過調(diào)控細(xì)胞凋亡及與VDAC1的相關(guān)作用作為AD的潛在治療靶點(diǎn)具有良好的前景。