伊力亞斯·艾薩，付瑾，阿米娜·蘇建和

1 新疆維吾爾醫(yī)學(xué)專(zhuān)科學(xué)校藥學(xué)系，新疆 和田 848000；2 新疆和田特色中醫(yī)藥研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3 新疆維吾爾自治區(qū)維吾爾藥材及制劑質(zhì)量控制工程研究中心；4 新疆維吾爾醫(yī)學(xué)專(zhuān)科學(xué)校醫(yī)療系

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease， AD）是日常生活中常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病之一，其典型的特征是患者從偶發(fā)性記憶缺陷逐步發(fā)展成為嚴(yán)重的認(rèn)知障礙［1］。雖然AD的確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚，但普遍認(rèn)為β樣淀粉蛋白（Amyloid β-Protein，Aβ）的大量聚集和大腦中累積的高度磷酸化Tau蛋白在AD的進(jìn)展和癥狀中起主要作用［2］。值得注意的是，早在2004年就有SWERDLOW和KHAN兩位學(xué)者提出了“線粒體級(jí)聯(lián)假說(shuō)”，指出線粒體功能障礙是晚期AD患者的主要病理學(xué)因素［3］。線粒體功能障礙可導(dǎo)致細(xì)胞能量缺乏、細(xì)胞內(nèi)鈣失衡和氧化應(yīng)激，從而進(jìn)一步加重Aβ和Tau蛋白的影響，導(dǎo)致突觸功能障礙、認(rèn)知障礙甚至記憶喪失。隨著對(duì)AD發(fā)病機(jī)制的不斷深入研究，線粒體動(dòng)力學(xué)及線粒體自噬被認(rèn)為與AD的發(fā)生發(fā)展過(guò)程密切相關(guān)，氧化應(yīng)激相關(guān)的線粒體受損會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致Aβ蛋白的聚集和Tau蛋白的過(guò)度磷酸化，而Aβ蛋白的聚集和高度磷酸化的Tau蛋白可損害線粒體功能，從而形成惡性循環(huán)。GTP相關(guān)的動(dòng)力相關(guān)蛋白1（Drp1）表達(dá)水平異常可導(dǎo)致線粒體過(guò)度分裂甚至碎片化，引起線粒體功能障礙和神經(jīng)元損傷，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。線粒體自噬是維持細(xì)胞正常生理功能的過(guò)程，線粒體自噬功能的失調(diào)在AD疾病中發(fā)揮著重要的作用，有多種通路介導(dǎo)的線粒體自噬途徑參與了AD的發(fā)病，包括Aβ蛋白誘導(dǎo)的線粒體自噬途徑、氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體自噬途徑、PINK1-Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬途徑以及受體介導(dǎo)的線粒體自噬途徑等，均可引起異常線粒體的堆積導(dǎo)致線粒體功能障礙，進(jìn)而誘導(dǎo)AD發(fā)病。現(xiàn)將AD患者線粒體功能障礙的發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生和消除之間的不平衡所引起的。當(dāng)ROS的產(chǎn)生超過(guò)活性氧清除酶的中和能力時(shí)，細(xì)胞損傷就會(huì)發(fā)生，這會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激，并最終損害神經(jīng)細(xì)胞的線粒體功能，導(dǎo)致線粒體功能障礙。另外，ROS作為機(jī)體新陳代謝過(guò)程中不可避免的產(chǎn)物，在生物系統(tǒng)中發(fā)揮著雙刃劍的作用。在機(jī)體嚴(yán)密的調(diào)控下，微量ROS對(duì)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄因子的激活、基因的表達(dá)以及細(xì)胞凋亡等方面起著重要的作用［4-6］。然而，ROS含量過(guò)量時(shí)會(huì)通過(guò)氧化細(xì)胞內(nèi)所有主要生物大分子，包括核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)損傷細(xì)胞。由于大腦的高耗氧量、高水平不飽和脂肪酸（容易被自由基攻擊）和低水平抗氧化劑等特點(diǎn)，使得大腦特別容易受到ROS的氧化應(yīng)激損傷。同時(shí)，由于線粒體本身也是氧化應(yīng)激損傷的主要目標(biāo)，因此，氧化應(yīng)激導(dǎo)致的過(guò)量ROS通過(guò)氧化應(yīng)激損傷線粒體，引起線粒體功能發(fā)生障礙，從而引起AD疾病的發(fā)生［7］。需要注意的是，氧化應(yīng)激與線粒體功能障礙的關(guān)系不僅是因?yàn)榫€粒體本身產(chǎn)生ROS，還因?yàn)镽OS可導(dǎo)致線粒體功能障礙的惡化。鑒于上述現(xiàn)象，氧化應(yīng)激引起的線粒體功能障礙被認(rèn)為是AD發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)重要因素。因此，通過(guò)飲食、運(yùn)動(dòng)和抗氧化藥物等策略降低ROS水平，可以保護(hù)神經(jīng)元線粒體免受氧化損傷，從而降低AD的風(fēng)險(xiǎn)。

2 線粒體動(dòng)力學(xué)異常

細(xì)胞內(nèi)的線粒體是動(dòng)態(tài)的，其形狀、大小、數(shù)量和位置經(jīng)常發(fā)生變化，這些過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為線粒體動(dòng)力學(xué)。線粒體動(dòng)力學(xué)主要包括兩個(gè)獨(dú)特、嚴(yán)格控制的相對(duì)的過(guò)程，即裂變（分裂）和融合［8］。融合是一個(gè)線粒體與另一個(gè)線粒體通過(guò)膜的融合形成一個(gè)大的線粒體的過(guò)程。與之相反的過(guò)程則稱(chēng)為線粒體裂變或分裂，分裂導(dǎo)致線粒體數(shù)量增加、體積縮小。通常線粒體的融合或分裂是由一系列微管調(diào)控蛋白網(wǎng)絡(luò)維持的，通過(guò)這些微管網(wǎng)絡(luò)線粒體穿梭于整個(gè)細(xì)胞質(zhì)中，以完成線粒體融合或分裂［9］。線粒體裂變和融合之間的平衡不僅對(duì)線粒體數(shù)量、體積以及形態(tài)發(fā)揮重要作用，而且對(duì)細(xì)胞活力和突觸活動(dòng)也至關(guān)重要。線粒體分裂過(guò)程主要涉及Drp1蛋白。Drp1蛋白是真核生物線粒體分裂的基本組成部分，是線粒體分裂的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。Drp1蛋白由Dnm1基因編碼，長(zhǎng)度為736個(gè)氨基酸，有6種不同亞型。Drp1中存在一個(gè)高度保守的結(jié)構(gòu)域，對(duì)幾種重要的細(xì)胞功能很重要。越來(lái)越多的證據(jù)表明，Drp1蛋白參與多種功能，包括線粒體分裂、線粒體運(yùn)輸、磷酸化、泛素化和蘇木化等。線粒體分裂過(guò)程中，Drp1蛋白被一些常駐蛋白受體，包括線粒體分裂因子（mitochondrial fission factor， Mff）、線粒體分裂1蛋白（mitochondrial fission 1 protein， Fis1）和線粒體動(dòng)力學(xué)蛋白49/51（mitochondrial dynamics protein 49/51，MiD49/51），招募到線粒體外膜（Outer mitochondrial membrane， OMM）以促進(jìn)線粒體分裂［10］。一般來(lái)說(shuō)，Drp1蛋白在神經(jīng)元中主要作為線粒體分裂因子，觸發(fā)線粒體分裂［11］。各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括AD、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）以及亨廷頓舞蹈癥（Huntington’s disease， HD）等，均是由于Drp1蛋白表達(dá)水平異常導(dǎo)致線粒體過(guò)度分裂甚至碎片化，引起線粒體功能障礙和神經(jīng)元損傷，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

3 線粒體自噬異常

細(xì)胞自噬是溶酶體介導(dǎo)的自我降解過(guò)程，通過(guò)選擇性清除功能失調(diào)的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)來(lái)保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)［12］。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的自噬過(guò)程被破壞且得不到及時(shí)恢復(fù)時(shí)，便會(huì)引起細(xì)胞清除功能缺陷。線粒體自噬被認(rèn)為是一種選擇性自噬過(guò)程，作為機(jī)體內(nèi)重要的清理機(jī)制，線粒體自噬通過(guò)清除受損線粒體進(jìn)而維持細(xì)胞及代謝的穩(wěn)態(tài)［13］。許多因素可以誘導(dǎo)細(xì)胞以線粒體為靶標(biāo)的線粒體自噬程序，這些因素包括細(xì)胞色素C釋放、ROS產(chǎn)生增加、線粒體通透性改變、氧化損傷等。研究［14］表明，線粒體自噬異?？赡苁茿D中出現(xiàn)有功能缺陷線粒體的原因。對(duì)于大腦神經(jīng)元而言，適當(dāng)?shù)木€粒體自噬是一種細(xì)胞自我保護(hù)機(jī)制，然而當(dāng)線粒體自噬通路發(fā)生異常，線粒體功能也會(huì)進(jìn)一步出現(xiàn)障礙，加劇大腦神經(jīng)元的損傷。在AD患者神經(jīng)元中有大量的Aβ和Tau蛋白，這些毒性蛋白的聚集會(huì)引起線粒體DNA損傷、線粒體膜電位降低、線粒體ROS生成增加、線粒體軸突運(yùn)輸減少、線粒體ATP生成減少等，然而當(dāng)損傷線粒體數(shù)量超出線粒體更新產(chǎn)生的新生線粒體數(shù)量時(shí)，則需要啟動(dòng)線粒體自噬程序予以清除受損嚴(yán)重的線粒體。此時(shí)，如果細(xì)胞內(nèi)線粒體自噬過(guò)程出現(xiàn)異常，會(huì)引起異常線粒體的堆積導(dǎo)致線粒體功能障礙，進(jìn)而促使AD病理改變加重。在過(guò)去的十年中，關(guān)于線粒體自噬過(guò)程的分子機(jī)制、相關(guān)的蛋白質(zhì)和分子以及它們?cè)谡：筒±頎顟B(tài)下的作用的認(rèn)識(shí)已經(jīng)大大增加。大量的研究［15］表明，多種蛋白質(zhì)可通過(guò)多種途徑參與線粒體自噬過(guò)程，這些蛋白質(zhì)包括Drp1、Fis1、Mfn1、Mfn2、泛素、PINK1、Parkin、BNIP3、LC3、NIX和FUNDC1等。在AD中，幾種主要的線粒體自噬途徑被確定，主要包括Aβ蛋白誘導(dǎo)的線粒體自噬途徑、氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體自噬途徑、PINK1-Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬途徑和受體介導(dǎo)的線粒體自噬途徑。其中，PINK1-Parkin受體介導(dǎo)的線粒體自噬作用得到了很好的研究，也是最為人所知的線粒體自噬途徑。

3.1 Aβ蛋白積聚誘導(dǎo)的線粒體自噬異常 AD患者中一個(gè)典型的病理特征是神經(jīng)元胞外Aβ積聚形成淀粉樣斑塊。研究［16］表明，外源性Aβ肽干預(yù)的PC12細(xì)胞表現(xiàn)出PINK1、Parkin和LC3-Ⅱ水平顯著降低以及自噬底物p62積累為特征的線粒體自噬受損。在大鼠腦室內(nèi)注射外源性Aβ同樣會(huì)導(dǎo)致PINK1、Parkin和LC3-Ⅱ的水平降低和p62的積累。同樣，在過(guò)表達(dá)Aβ蛋白的秀麗隱桿線蟲(chóng)神經(jīng)元中也觀察到了線粒體自噬活性降低［17］。因此，Aβ蛋白積聚可作為線粒體自噬功能受損的上游事件。當(dāng)神經(jīng)元內(nèi)線粒體自噬功能發(fā)生障礙時(shí)，大量功能障礙的線粒體無(wú)法被及時(shí)清理，致使進(jìn)一步加快神經(jīng)元胞外Aβ蛋白的沉積進(jìn)而加重線粒體自噬障礙，形成惡性循環(huán)，加速AD的發(fā)生進(jìn)展，利用特異性藥物調(diào)控Aβ蛋白可以為治療AD提供新的治療策略。

3.2 氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體自噬異常 氧化應(yīng)激是AD等神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮神經(jīng)毒性的主要因素。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)體內(nèi)ROS的產(chǎn)生和蓄積超過(guò)機(jī)體對(duì)其清除能力時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加或氧化應(yīng)激［18］。氧化應(yīng)激過(guò)程中，ROS作為線粒體代謝副產(chǎn)品，是衰老、代謝和神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究［19］發(fā)現(xiàn)，TRPML1蛋白是神經(jīng)元內(nèi)氧化應(yīng)激的感受器，TRPML1蛋白接受到神經(jīng)元內(nèi)ROS含量異常增多的信號(hào)后，能促進(jìn)神經(jīng)元的線粒體自噬活性，加速對(duì)受損線粒體的清除，從而減少線粒體產(chǎn)生自由基。另外，關(guān)于AD的相關(guān)研究結(jié)果顯示，腦內(nèi)存在一種可以產(chǎn)生ROS的糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products， AGEs）。AGEs及其受體均在星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元中表達(dá)，并且在AD腦組織樣本中可檢測(cè)到高水平AGEs受體的表達(dá)。AGEs與其受體結(jié)合后可誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生并顯著促進(jìn)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體自噬［20］。然而，雖然適度增加的ROS能作為信號(hào)能誘發(fā)線粒體自噬，但是ROS過(guò)度增加反而引起蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子氧化損傷，進(jìn)一步加重AD患者神經(jīng)元的損傷，促使AD的病理性改變。

3.3 PINK1-Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬異常PINK1-Parkin通路是眾多線粒體自噬途徑中的一條，其異常與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。研究［21］顯示，PINK1蛋白錨定并招募Parkin到線粒體，進(jìn)而觸發(fā)線粒體自噬作用。在正常生理?xiàng)l件下，當(dāng)機(jī)體細(xì)胞線粒體遭受氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等刺激時(shí)，線粒體外膜上累積PINK1蛋白，使功能失調(diào)的線粒體外膜去極化，并與線粒體內(nèi)膜上產(chǎn)生質(zhì)子濃度梯度［22］。在去極化線粒體中，PINK1蛋白激酶在線粒體外膜積累，通過(guò)泛素的磷酸化激活Parkin。Parkin作為線粒體自噬信號(hào)的“增強(qiáng)子”，具有E3泛素連接酶活性，它可以泛素化線粒體外膜中的幾種底物，與泛素鏈（如銜接蛋白p62、OPTN、NDP52）相互作用，從而通過(guò)與LC3結(jié)合進(jìn)行線粒體自噬。然而，在AD等神經(jīng)退行性疾病中，神經(jīng)元遭受持續(xù)性氧化應(yīng)激，造成線粒體持續(xù)去極化，引起PINK1向線粒體運(yùn)輸受到抑制，阻礙線粒體自噬啟動(dòng)程序。另外，也有研究［23］顯示，在氧化應(yīng)激的條件下，自噬溶酶體系統(tǒng)障礙影響線粒體自噬功能，阻礙受損線粒體通過(guò)線粒體自噬途徑降解，促進(jìn)神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。因此，在AD治療過(guò)程中，靶向激活PINK1-Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬程序，可加速功能障礙線粒體的清除，改善神經(jīng)元線粒體的正常生理功能，從而緩解AD疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。

3.4 受體介導(dǎo)的線粒體自噬異常 線粒體自噬異常與AD發(fā)病密切相關(guān)，但其機(jī)制極其復(fù)雜，除了經(jīng)典的PINK1-Parkin通路相關(guān)的線粒體自噬外，在哺乳動(dòng)物中還發(fā)現(xiàn)了其他受體介導(dǎo)的線粒體自噬通路，如NIX/BNIP3介導(dǎo)的線粒體自噬［24］。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，NIX和BNIP3都具有錨定LC3相互作用區(qū)，因此被定義為線粒體自噬受體。在受體介導(dǎo)的線粒體自噬中，線粒體的外膜蛋白BNIP和NIX啟動(dòng)受體依賴(lài)性線粒體自噬。這些受體蛋白直接與LC3結(jié)合，并介導(dǎo)線粒體清除過(guò)程。研究［25-26］顯示，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS和線粒體自噬受體NIX通過(guò)增強(qiáng)Parkin在受損線粒體上的易位來(lái)促進(jìn)線粒體自噬的誘導(dǎo)和啟動(dòng)，表明PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬和受體介導(dǎo)的線粒體自噬途徑可能是相互依賴(lài)的。另外，在AD發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，腦組織內(nèi)Aβ的增加導(dǎo)致Parkin蛋白表達(dá)水平減低，進(jìn)而影響PINK1-Parkin途徑誘導(dǎo)的線粒體自噬活性的下降［27］。因此，受體介導(dǎo)的線粒體自噬在AD疾病的發(fā)生過(guò)程中，可能通過(guò)抑制PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬信號(hào)通路，降低線粒體自噬活性，致受損線粒體無(wú)法被自噬溶酶體降解而堆積，導(dǎo)致AD病程的加重。

綜上所述，我們總結(jié)歸納了部分引起線粒體功能障礙的研究結(jié)果，包括氧化應(yīng)激、線粒體動(dòng)力學(xué)、線粒體自噬等?？扇苄訟β蛋白的聚集和高度磷酸化的Tau蛋白可損害線粒體功能，如細(xì)胞色素C氧化酶活性、ATP生成和自由基清除。氧化應(yīng)激相關(guān)的線粒體受損反過(guò)來(lái)會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致Aβ蛋白的聚集和Tau蛋白的過(guò)度磷酸化，從而形成惡性循環(huán)。線粒體自噬是維持細(xì)胞正常生理功能的過(guò)程，線粒體自噬功能的失調(diào)在AD疾病中發(fā)揮著重要的作用，有多種通路介導(dǎo)的線粒體自噬途徑參與AD的發(fā)生發(fā)展，包括Aβ蛋白誘導(dǎo)的線粒體自噬途徑、氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體自噬途徑、PINK1-Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬途徑以及受體介導(dǎo)的線粒體自噬途徑等，但其機(jī)制尚未完全清楚，相信隨著進(jìn)一步的深入和系統(tǒng)的研究，越來(lái)越多的研究揭示線粒體自噬與AD之間的關(guān)系，并作為一個(gè)新的靶點(diǎn)，為AD的治療提供可行的策略。